專利名稱：油田鉆井液用降濾失劑的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種油田鉆井液用的助劑，更具體地說，涉及一種油田鉆井液用降濾失劑，該處理劑具有抗高溫抗鹽侵能力。
背景技術：
石油鉆井作業(yè)中，鉆井液在壓力下流經(jīng)滲透地層時將發(fā)生滲濾，導致鉆井液液相滲入地層，這個過程統(tǒng)稱為“失水”。如果失水不能得到很好的控制，大量的失水進入地層不僅會誘導井眼失穩(wěn)問題，而且會對油氣層產(chǎn)生損害。目前解決這一問題的有效方法就是在鉆井液中加入降濾失劑。
用于油田鉆井液用的降濾失劑的主要包括以下幾種類型(1)特制的超細顆粒材料，如膨潤土、瀝青、硅灰、熱塑性樹脂、膠乳等，主要采用物理封堵形成屏蔽層來降濾失，有較好的降濾失性能。
(2)水溶性改性天然產(chǎn)物，如纖維素、木質素、淀粉、褐煤、單寧等。這些天然產(chǎn)物的結構特點是分子鏈多為大分子剛性鏈，可增大水泥漿液相的粘度，增加液相向地層濾失的阻力，降低水泥漿失水。
(3)合成降失水劑，主要是指通過化學合成方法得到的水溶性聚合物，其品種繁多、性能優(yōu)異，具有一些天然高分子材料無法比擬的特點，因此越來越引起人們的廣泛關注。例如常用的丙烯酸鹽的共聚物，這類聚合物主要以丙烯酸、丙烯酰胺共聚物為主，但普遍存在的缺點是抗溫性不好。
隨鉆探難度增大，高溫深井超深井日益增多。由于井深增加，井底處于高溫和高壓條件，鉆進井段長而且有大段裸眼，還要鉆穿許多復雜地層，因此作業(yè)條件比一般井要苛刻得多，對鉆井液性能也提出了更高的要求。高溫條件下，鉆井液中的各種組分均會發(fā)生降解、發(fā)酵、增稠及失效等變化，從而使鉆井液性能發(fā)生劇變，并且不易調整和控制。尤其鉆遇高溫高鹽地層時，鹽污染會降低某些處理劑的抗溫能力，使鉆井液性能更加惡化、處理難度加大。因此尋找一種能在高溫條件下使用，并且抗鹽性好的處理劑一直是油田化學界研究的熱點。磺甲基褐煤由于原料易得、價格便宜受到油田化學家的青睞，它的特點是具有很強的熱穩(wěn)定性，在200-230℃的高溫下能有效地控制淡水鉆井液的濾失量和粘度。其缺點是抗鹽效果較差，在200℃單獨使用時，抗鹽不超過3％。因此使用中通常加入一定量抗鹽性較好的鐵鉻鹽，利用它們的協(xié)同效應來提高鉆井液的抗溫抗鹽能力。鐵絡鹽是木質素磺酸鹽用鉻離子螯合改性制得，目的為提高它的抗溫性。由于鐵鉻鹽分子中有磺酸基，F(xiàn)e2+和Cr3+與木質素磺酸鹽又形成了相當穩(wěn)定的螯合物，所以它是一種抗鹽、抗鈣的有效降粘劑，能用于淡水、海水和飽和鹽水鉆井液中。但是經(jīng)過現(xiàn)場使用表明，鐵鉻鹽在130℃以上會發(fā)生減效現(xiàn)象，溫度超過177℃時會產(chǎn)生不可逆降解。因此磺甲基褐煤和木質素磺酸鹽的協(xié)同作用有限。尤其在高溫高鹽情況下兩者會由于各自的缺點而無法發(fā)揮作用。同時又由于鐵鉻鹽所使用的重金屬鉻離子對環(huán)境有污染，已被許多地方禁用，木質素磺酸鹽的抗溫性需要用別的方法進行改進。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述缺陷，本發(fā)明提供了一種油田鉆井液用降濾失劑，它包含以下組分的反應產(chǎn)物a)至少一種褐煤或磺甲基褐煤及其衍生物，重量份數(shù)為60-90；優(yōu)選磺甲基褐煤。
b)至少一種木質素或木質素磺酸鹽及其衍生物，重量份數(shù)為6-45，優(yōu)選木質素磺酸鈉；
c)至少一種烯類單體，重量份數(shù)為1.8-13；d)至少一種引發(fā)劑，其選自過硫酸銨、質子酸或路易斯酸，重量份數(shù)為0.005-1.2，優(yōu)選為0.01-0.6；e)溶劑為水，其加入量能使固體原料基本溶解，本發(fā)明所述的“基本溶解”是指固體物至少有85％被溶解，優(yōu)選完全溶解。
上述組分在30-180℃進行反應，優(yōu)選為80-150℃；反應時間與反應溫度有關，一般地，反應溫度較高時，反應的時間較短，通常在80-150℃下反應2-10小時。
本發(fā)明所使用的“木質素”是一種公知的天然原料，其化學結構目前尚無統(tǒng)一的認識，但公認木質素是以1-丙烯基-3-甲氧基-4-氧苯為結構單元通過C-O鍵或C-C連接而成的高分子化合物。木質素具有含活潑氫的羥基和可以被加成的雙鍵，其可以引入各種親水性基團。通過公知的手段，將木質素磺化或磺甲基化后得到的“木質素磺酸鹽”具有較好的分散性和表面活性，可降低界面張力。
本發(fā)明所使用的“褐煤”也是一種公知的天然原料，公認為是一類煤化程度較小的煤，含較高的內(nèi)在灰分和不同數(shù)量的腐殖酸?！昂置骸蓖ㄟ^磺甲基反應可得到“磺甲基褐煤”。通過接枝共聚反應，可在褐煤大分子鏈上引入乙烯類側鏈。
上述的“褐煤”和“木質素”均屬于天然原料，來源豐富、成本低。本發(fā)明人正是利用了這兩種天然原料均可以與烯類單體進行接枝反應的特點，在一定的引發(fā)條件下引發(fā)三種組分的接枝聚合，得到一種三元的接枝共聚物的混合物。其不僅保持了“木質素”和“褐煤”的優(yōu)點，而且烯類單體的引進提高了產(chǎn)品的防塌抑制性。經(jīng)實驗證明，本發(fā)明的降濾失劑不僅防塌抑制性好，而且可顯著改善鉆井液的高溫流動性、降低動態(tài)失水，抗鹽性好、在鉆井液中不增稠、不提粘，并且成本低，非常適用于高溫復雜地層的鉆井，具有廣闊的應用前景。
上述的引發(fā)劑具體可包括過硫酸銨；質子酸類如鹽酸、硫酸、硝酸、次氯酸、磷酸、Cl3CCOOH等，路易斯酸(Lewis)如AlCl3、BF3、ZnCl2、TiBr4:FeCl3。優(yōu)選FeCl3，其中Fe3+的弱膠連性可進一步改善降濾失劑的抗溫性，又不至于使所得聚合物分子量失控。
用于本發(fā)明降濾失劑中的烯類單體優(yōu)選如通式CH2＝CH-R1-A所示的化合物或其鹽類，式中R1代表碳數(shù)為1-6的直鏈或支鏈的烷基二價連接基團，A代表氫或取代或未取代的烷基、胺基、磺酸基或酰胺基。所述的烯類單體還包括含羰基化合物、含雜環(huán)類化合物等。優(yōu)選水溶性烯類單體。在實際應用時，可選擇這類烯類單體的鹽類。具體的化合物可包括二甲基二烯丙基氯化胺、烯丙基磺酸鈉、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯酰胺(AMPS)、丙烯腈(AN)、N，N-二甲基丙烯酰胺(NNDMA)、丙烯酸(AA)、N，N-二甲基氨乙基異丁烯酸(DMAEMA)等。
本發(fā)明油田鉆井液用降濾失劑的一個優(yōu)選的實施方案，其包含以下組分的反應產(chǎn)物a)磺甲基褐煤，重量份數(shù)為60-85；b)木質素磺酸鈉，重量份數(shù)為8-35；c)二甲基二烯丙基氯化胺，重量份數(shù)為2.0-13；d)FeCl3引發(fā)劑，重量份數(shù)為0.01-0.5；e)水的加入量能使固體原料完全溶解。
具體地，本發(fā)明油田鉆井液用降濾失劑一個較為優(yōu)選的實施方案可按以下方法制備①將a、b、c、d四種原料按所述的重量比例混合②把混合物溶于水中，攪拌均勻，水的加量要能完全溶解混合物；③把溶液倒入反應釜中或直接在反應釜中按上述比例配制混合溶液，打開攪拌，80-150℃下反應2-10小時，壓力為常壓。反應結束所得物為黑色液體，蒸干水份后即得產(chǎn)品，產(chǎn)品為黑色粉末，水溶性好。
經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)，在本發(fā)明油田鉆井液用降濾失劑中，褐煤所占的比例高則產(chǎn)物的抗溫性、降失水能力強；木質素所占的比例高則產(chǎn)物的抗鹽性、降粘能力強；烯類單體如二甲基二烯丙基氯化銨的加入量增多可提高產(chǎn)物的防塌性能但加量增大會降低產(chǎn)物的水溶性。另外當烯類單體采用烯丙基磺酸鈉時產(chǎn)品的抗高溫能力還可進一步提高。因此，可根據(jù)現(xiàn)場需要選擇合適的褐煤、木質素比例以及烯類單體的種類和用量來滿足不同地層、不同地質條件鉆井的需要。
以4％膨潤土漿作為基漿，加入2％(體積百分數(shù))本發(fā)明的高溫抗鹽防塌降失水劑作為對比漿進行對比實驗，對比漿與基漿相比的結果如下Rs(滾動回收率)提高≥30％；膨脹率降低≥40％；表觀粘度降低≥40％；抗溫能力≥185℃；失水≤55％具體實施方式
實施例實例1取100克磺甲基褐煤，溶于水，加入10克木質素磺酸鈉，3克二甲基二烯丙基氯化胺，0.01克氯化鐵(FeCl3)，攪拌均勻。
把溶液倒入反應釜中(或直接在反應釜中進行混合)，打開攪拌，150℃下反應2小時，壓力為常壓。反應結束所得物為黑色液體，蒸干水份后即得產(chǎn)品1#，產(chǎn)品為黑色粉末，水溶性好。
實例2取100克磺甲基褐煤，溶于水，加入25克木質素磺酸鈉，10克二甲基二烯丙基氯化胺，0.05克氯化鐵，攪拌均勻。
把溶液倒入反應釜中(或直接在反應釜中進行混合)，打開攪拌，120℃下反應4小時，壓力為常壓。反應結束所得物為黑色液體，蒸干水份后即得產(chǎn)品，產(chǎn)品為黑色粉末2#，水溶性好。
實例3取100克磺甲基褐煤，溶于水，加入50克木質素磺酸鈉，15克二甲基二烯丙基氯化胺，0.52克氯化鐵，攪拌均勻。
把溶液倒入反應釜中(或直接在反應釜中進行混合)，打開攪拌，85℃下反應6小時，壓力為常壓。反應結束所得物為黑色液體，蒸干水份后即得產(chǎn)品，產(chǎn)品為黑色粉末3#，水溶性好。
實例4在4％wt預水化膨潤土漿中，分別加入下述降失水劑實施例2得到的2#產(chǎn)物、磺甲基褐煤、木質素磺酸鈉、磺甲基褐煤和木質素磺酸鈉的混合物，加入量為膨潤土漿的體積2％，然后測定它們對泥頁巖的回收率和膨脹率。回收率和膨脹率評價步驟參照標準SY/T 6335-1997泥頁巖理化性能試驗方法(因為幾種樣品都為抗高溫處理劑，因此本實驗回收率測定溫度均為150℃，膨脹率所用漿液也是在150℃下滾動16小時后冷卻而得)。
采用六速旋轉粘度計測定表觀粘度，利用失水量測定儀測定失水量。表觀粘度、表觀粘度和抗溫能力的測試標準參照GB/T19783-1997。
實驗數(shù)據(jù)見表1(設4％wt預水化膨潤土漿16小時的膨脹率為100％)。
表1幾種處理劑防塌抑制性比較

混合物*磺甲基褐煤和木質素磺酸鈉以4∶1的重量比例混合由表1的數(shù)據(jù)比較，可以看出2#產(chǎn)物比磺甲基褐煤、磺甲基木質素對泥頁巖的回收率高、膨脹率小，而且2#產(chǎn)物的性能也明顯優(yōu)于磺甲基褐煤和木質素磺酸鈉的簡單復配混合物。
實例5在8％的預水化膨潤土漿中加入2％體積百分數(shù)實施例1得到的1#產(chǎn)物、實施例得到的2#產(chǎn)物、實施例3得到的3#產(chǎn)物進行降粘降失水實驗，結果如下表2不同原料加量產(chǎn)品性能比較

其中，AV表觀粘度；PV塑性粘度；YP動切力(也叫屈服值)；FL失水量)。
由上表可看出產(chǎn)物均有不同程度的降粘降失水作用，當原料中褐煤所含的比例大時產(chǎn)物的降失水能力強，當原料中木質素所含的比例大時產(chǎn)物的降粘能力強，可根據(jù)需要選擇不同的原料配比。
實施6以2#產(chǎn)物為代表來評價產(chǎn)品的抗溫抗污染能力表3產(chǎn)品抗溫抗污染實驗

由上表可看出2#產(chǎn)物的抗溫、抗鹽能力以及在高溫下的抗鹽能力都很強，并且產(chǎn)物有一定的降粘能力，高溫條件下降失水效果優(yōu)于常溫。
值得指出的是本發(fā)明的上述降濾失劑利用烯類單體在Fe3+引發(fā)下使磺甲基褐煤和木質素磺酸鹽接枝共聚，從而使其具有很強的抗高溫抗鹽能力。此降濾失劑集中了磺甲基褐煤和木質素磺酸鹽的優(yōu)點而有效的避免了其缺點。高溫作用下磺甲基褐煤和木質素磺酸鹽的活性基團在Fe3+、Ca2+、Mg2+存在下發(fā)生弱交聯(lián)成一大分子，提高了木質素磺酸鹽的高溫穩(wěn)定性；同時木質素磺酸鹽優(yōu)良的抗鹽能力使磺甲基褐煤在高礦化度鉆井液中也能發(fā)揮作用，從而提高了整體鉆井液的抗溫抗鹽能力。
權利要求
1.一種油田鉆井液用降濾失劑，它包含以下組分的反應產(chǎn)物a)至少一種褐煤或磺甲基褐煤及其衍生物，重量份數(shù)為60-90；b)至少一種木質素或木質素磺酸鹽及其衍生物，重量份數(shù)為6-45；c)至少一種烯類單體及其衍生物，重量份數(shù)為1.8-13；d)至少一種引發(fā)劑，其選自過硫酸銨、質子酸和路易斯酸，重量份數(shù)為0.005-1.2；e)溶劑為水，水的加入量使固體原料基本溶解。
2.根據(jù)權利要求1所述的油田鉆井液用降濾失劑，其中所述的烯類單體如通式CH2＝CH-R1-A所示或其鹽類，式中R1代表碳數(shù)為1-6的直鏈或支鏈的烷基連接基團，A代表氫或取代或未取代的烷基、胺基、磺酸基或酰胺基。
3.根據(jù)權利要求1所述的油田鉆井液用降濾失劑，其中所述的烯類單體及其衍生物包括二甲基二烯丙基氯化胺、烯丙基磺酸鈉、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯酰胺(AMPS)、丙烯腈(AN)、N，N-二甲基丙烯酰胺(NNDMA)、丙烯酸(AA)、N，N-二甲基氨乙基異丁烯酸(DMAEMA)。
4.根據(jù)權利要求1所述的油田鉆井液用降濾失劑，其中引發(fā)劑中的質子酸為鹽酸、硫酸、硝酸、次氯酸、磷酸或Cl3CCOOH。
5.根據(jù)權利要求1所述的油田鉆井液用高溫抗鹽降濾失劑，其中引發(fā)劑中的路易酸為FeCl3、AlCl3、BF3、ZnCl2或TiBr4。
6.根據(jù)權利要求1所述的油田鉆井液用降濾失劑，其中所述的組分在溫度30-180℃進行反應。
7.權利要求1所述的油田鉆井液用降濾失劑的制備方法，其包括如下步驟①將權利要求1所述的a、b、c、d組分按比例混合；②把混合物溶于水中，攪拌均勻，水的加入量使混合物基本溶解；③把溶液倒入反應釜中或直接在反應釜中進行混合，打開攪拌，30-180℃下反應2-5小時，壓力為常壓。反應結束所得物為黑色液體，蒸干水份后即得產(chǎn)品。
8.權利要求1所述的油田鉆井液用降濾失劑在鉆井液中的應用，其特征在于在鉆井液中的加入的體積百分含量為1.5-4％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種油田鉆井液用降濾失劑及其制備方法，和該處理劑在制備鉆井液體系中的應用。該處理劑利用陽離子單體二甲基二烯丙基氯化胺在FeCl
文檔編號C09K8/02GK101054512SQ20061007560
公開日2007年10月17日 申請日期2006年4月14日 優(yōu)先權日2006年4月14日
發(fā)明者趙素麗, 常連玉, 肖超, 江山紅, 李娟 , 蔡利山, 王治法, 譚春勤, 徐江 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院