專利名稱：混合的鉆井液降粘劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鉆入生產(chǎn)流體的地層的井的鉆進和伺服。一方面本發(fā)明涉及使鉆井液改善粘度的鉆井、完井和修井液的添加劑。另一方面也涉及到含有不同降粘性質(zhì)的鉆井、完井和修井液添加劑的原料與無機化合物的摻合、以便生成超過原料組分降粘性質(zhì)的混合產(chǎn)品。
鉆井液起著影響鉆井速度、成本和作業(yè)安全等各種作用。鉆井液，也叫做泥漿，經(jīng)空心鉆柱泵入井下，通過井下鉆頭上的噴嘴噴出，然后經(jīng)井眼或套管和鉆柱形成的環(huán)形空間返回地面。地面或井下馬達轉(zhuǎn)動全鉆柱帶動鉆頭旋轉(zhuǎn)，循環(huán)鉆井液從井底帶出巖屑，潤滑，冷卻鉆頭，以薄的不滲水層封閉井壁，以其靜水壓頭平衡地層壓力。鉆井液返至地面后，經(jīng)過不同型號的泥漿篩，沉淀池或其它設(shè)備除去泥漿中的雜質(zhì)，再用添加劑處理，以獲得所要求的泥漿性能，處理后的鉆井液泵入井中，再重復(fù)上述循環(huán)過程。
多數(shù)鉆井、完井和修井液是可相互作用的化合物的多元混合物，其性質(zhì)隨溫度、剪切速率和剪切過程的變化而明顯改變。當(dāng)鉆井液通過井筒循環(huán)時，總會遇到不同的變化條件，如鉆桿中的紊流、鉆頭的強剪切力和環(huán)形空間中的標(biāo)定層流等。
因此，鉆井泥漿這類材料的最希望具備的性能之一是其多功能性，這種性能用仔細(xì)選擇的添加劑預(yù)處理后可以獲得。已知有多種鉆井液添加劑，常用的添加劑有粘土礦物，增粘劑，防濾失劑，降粘劑，潤滑劑，殺菌劑，表面活性劑，增重材料，絮凝劑，防頁巖膨脹劑，消泡劑，燒堿及鹽類等。在鉆進某些特殊地層如膏鹽層、或其它可溶性性有機鹽巖層、或含膨脹粘土的地層、或深的高溫井時，鉆井液常發(fā)生膠化或變稠，以致于鉆井液粘度過高，而且還有泥漿性質(zhì)失控，泵壓過高，降低鉆進速度，不能通過頁巖振動篩，泥漿不能循環(huán)，氣侵甚至發(fā)生井噴的危險。為了控制鉆井液的流變性(這是本發(fā)明的要點)，需要了解塑性粘度(PV)，屈服點(YP)，和凝膠強度(Gel)。PV/YP比值決定了鉆井液的剪切降粘性質(zhì)，即有效粘度隨剪切速度增加而下降，加入某些化合物即通稱的降粘劑，可降低過高的屈服點或膠凝強度。當(dāng)把這些降粘劑加入鉆井液時，就能降低流動阻力或膠凝作用。粘土-水鉆井液常用的降粘材料可大致分為(1)植物的丹寧酸，(2)多磷酸鹽，(3)褐煤，(4)磺化木質(zhì)素和(5)合成聚合物。
許多鉆井液添加劑混合物已授予了專利，它們含有多種材料如木素磺酸鹽、改性的木素磺酸鹽、褐煤、改性褐煤、丹寧酸和改性丹寧酸的各種混合物。請參考美國專利NO.4704214，4842770和4618433，這些專利的有關(guān)內(nèi)容在此聲明一起并入本發(fā)明。
上述專利中公開的添加劑混合物在鉆井作業(yè)中得到了成功的應(yīng)用，但仍需要提供環(huán)境保護方面可接受的更廉價的添加劑。
因此，本發(fā)明的一個目的就是提供降粘性能更好的新型鉆井液添加劑。
本發(fā)明的一個具體目的就是提供具有粘度增高了的或其它流變學(xué)特性的改進型鉆井液。
本發(fā)明的另一目的是提供在鉆井、完井、修井作業(yè)中使用該改進型鉆井液的方法。
另外，本發(fā)明的一個目的為提供以簡便有效為特點的生產(chǎn)鉆井液添加劑組合物的方法。
有關(guān)本發(fā)明的其它方面、目的、優(yōu)點在本領(lǐng)域的專業(yè)人員看完本說明書后將一目了然。
本發(fā)明提供一類新型鉆井液添加劑，當(dāng)這種添加劑加入如水基泥漿時，能賦予鉆井液以改進的粘度或其它流變學(xué)特性。新型添加劑是包括改性丹寧酸、改性褐煤、木素磺酸鹽、由丙烯酸制備的合成聚合物的物料與包括鐵、錫、鉻、錳、鈦、鋁和鋅的金屬的化合物形成的組合物。本文中使用的術(shù)語“由丙烯酸制備的合成聚合物”是指各種均聚物，共聚物等，它們是由丙烯酸和能與水基鉆井液相容的相應(yīng)單體如甲基丙烯酸制備的。
本發(fā)明的第一個優(yōu)選實施方案是由改性丹寧酸、由丙烯酸制備的合成聚合物和從含有鐵、錫、鉻、錳、鈦、鋁和鋅或其混合物的金屬族中選出的金屬的化合物組成的添加劑組合物。第二個優(yōu)選實施方案是由改性褐煤，選自鐵、鉻和錫或其混合物的一種金屬的化合物及由丙烯酸制備的合成聚合物組成的添加劑組合物。第三個優(yōu)選的實施方案是由一種干燥的木素磺酸鈉制得的沉淀物、選自鐵、錫、鉻、錳、鈦、鋁和鋅或其混合物的一種金屬的化合物和由丙烯酸制成的合成聚合物組成的添加劑組合物。第四個優(yōu)選的實施方案是由以下步驟制成的添加劑組合物先調(diào)合液體木素磺酸鹽、一種由丙烯酸制成的合成聚合物、選自鐵、錫、鉻、錳、鈦、鋁和鋅或其混合物的一種金屬的化合物、及任選的燒堿溶液;然后把調(diào)合液體干燥成無水殘渣;最后，把它研磨成粉末。
加入鉆井、完井或修井液中的添加劑量應(yīng)是至少能降低(a)粘度、(b)屈服點、(c)10秒或10分鐘膠凝強度諸參數(shù)之一的添加劑量。
本發(fā)明使用的鉆井、完井和修井液是本領(lǐng)域熟知的并包括水基泥漿。一般來說，鉆井液含有細(xì)分的粘土，如膨潤土、高嶺石、尹利石及增重物質(zhì)，它們均懸浮在水中。本發(fā)明適用的鉆井液在U.S.專利NO.3028333中已經(jīng)公開。
本發(fā)明添加劑組合物的第一組分是從改性丹寧酸、改性褐煤和木素磺酸鈉中選出的。改性丹寧酸可能是丹寧酸鈉、磺化丹寧酸或磺基烷基化的丹寧酸?；羌谆兹各匪?SMQ)是目前最好的一種改性丹寧酸。任何適合的褐煤或其副產(chǎn)品都可在本發(fā)明中使用。優(yōu)選的改性褐煤是用強堿(alkali bases)預(yù)處理過或經(jīng)“苛性化”提高了水溶性的褐煤。這些材料在本領(lǐng)域是眾所周知的，也有商品供應(yīng)，在U.S.專利NO.4704214中說明過，它們用于鉆井液時的制備方法前面已將此專利并入本發(fā)明。
本發(fā)明添加劑組合物的第二種組分選自有機均聚物和共聚物，它們都已知是有利于水性鉆井液降粘的。例如，采用一種純粹合成的聚丙烯酸酯的衍生物配方，在鈣和堿金屬鹽含量增高的水基泥漿中效果很好。用于提高鉆井液性質(zhì)的這類聚合物中，為了有效地改善特定的性質(zhì)，把它合成成為一種或多種分子，如反絮凝作用中合成的分子就能起到已知的自然界存在的聚合物分子的作用。
本發(fā)明添加劑組合物的第三且最后一個組分是一種金屬化合物，金屬選自鐵、錫、鉻、錳、鈦、鋁和鋅。從上述金屬中選出的金屬用于本發(fā)明時，可以至少部分溶于水的形態(tài)使用。水合氧化鐵最適宜用于本發(fā)明。
為了滿足鉆井液的特殊需要，作為加入的特別規(guī)定的助劑分子的另一個選擇方案，可以最佳比例把規(guī)定的合成聚合物與其它已知降粘劑和一種上述金屬化合物用物理方法摻合，以改進鉆井液性質(zhì)，生成優(yōu)于原始組分性質(zhì)的添加劑組合物。
因此，根據(jù)本發(fā)明的第一個優(yōu)選實施方案，將美國田納西州Chattanooga市Alco化學(xué)公司銷售的陰離子聚丙烯酸鈉共聚物添加劑(其商標(biāo)名稱為AlcodrillTmHPD-S)與改性丹寧酸(最好是磺甲基化的白雀鞣酸(SMQ))和一種水合氧化鐵(最好是FeSo4·H2o)混合。形成本發(fā)明適用組合物的上述指定組分的重量百分比如表ⅠA所示。為了工業(yè)上使用，這些組分可用常規(guī)干式混合設(shè)備進行混合。
在本發(fā)明的第二個優(yōu)選實施方案中，將以商標(biāo)名稱AlcodrillTmHPD-S銷售的聚丙烯酸鈉聚合物，同由北達科達州Reeder市美國Colloid Company出售的苛性鈉與北達科達的腐殖酸反應(yīng)生成的溶解褐煤(以下簡稱Na-Lignite)和水合氧化鐵FeSo4·H2o混合。上述對本發(fā)明有用的混合物的重量百分比如表ⅠA所示。工業(yè)上大量使用這些組分時可用常規(guī)干式混合設(shè)備進行混合。
在本發(fā)明的第三個優(yōu)選實施方案中，以商標(biāo)名稱AlcodrillTM出售的聚丙烯酸鈉聚合物與一種改性的木素磺酸鹽混合，該木素磺酸鹽是這樣制備的將Georgia Pacific公司出售的液態(tài)木素磺酸鈉(商品名LIGNOSITE
431-H)在烘箱中加溫至約120℃烘干，將干粉研磨成細(xì)粉，貯存在密封容器內(nèi)，以下簡稱Na-LS。AlcodrillTM和Na-LS與鐵化合物(最好是FeSo4·H2o)混合，其重量百分比如表ⅠA所示。工業(yè)上大量使用時可用常規(guī)干式混合設(shè)備進行混合。
表ⅠA添加劑合物組分的含量寬范圍重量% 最佳重量%a第1組分 50-90 60-80b第2組分 5-25 10-20c第3組分 5-25 10-20注a 單一添加劑組合物組分選自改性丹寧酸、改性褐煤和木素磺酸鈉。
b 單一添加劑組合物組分選自固體聚丙烯均聚物、固體聚丙烯共聚物。
c 單一添加劑組合物組分選自鐵、錫、鉻、錳、鈦、鋁和鋅的金屬的化合物。
在本發(fā)明的第四個優(yōu)選實施方案中，先制成液態(tài)的組分組合物，然后干燥成干粉，再把它磨成細(xì)粉末。液態(tài)組合物中各組分包括Lignosite 431-H、一種以商標(biāo)名AlcodrillTMHPD-S出售的聚丙烯酸鈉聚合物、一種金屬化合物、最好為FeSo4·H2O和一種苛性鈉溶液。用于制備本實施方案中適用的組合物的上述組分的重量百分比如表ⅠB所示。工業(yè)上大量使用時，可用常規(guī)混合機制備液體組合物。
表ⅠB第四個實施方案中的干粉中的各組分含量寬范圍重量% 最佳重量%LIGNOSITE
431-Ha50-90 60-80第2組分b5-25 10-20第3組分c5-25 10-20苛性鈉 0-15 0-5注a 液態(tài)b 見表ⅠA注bc 見表ⅠA注c應(yīng)注意到本發(fā)明的添加劑是多種組分的組合物，如第一優(yōu)選實施方案就包括SMQ、FeSo4·H2o和AlcodrillTM組成的混合物，它們配合在一起提高了本發(fā)明的效果。因此，用增效方式把添加劑組合在一起，可提高含有該添加劑組合物的鉆井液的降粘效果或其它流變學(xué)性質(zhì)。用這種添加劑組合物獲得的增效效果結(jié)合下面的具體實施例說明。
下面的實施例用來進一步闡述本發(fā)明。在這些例子中，本發(fā)明的添加劑一般單獨試驗，也在加入和不加合成聚合物(AlcodrillTM)的情況下作試驗。基礎(chǔ)鉆井液是用常規(guī)方法制成的，如10，000毫升自來水與470克懷俄明膨潤土混合，用合適的混合器如分散器(轉(zhuǎn)速10，000rpm)攪拌20分鐘，再加2350克P95尹利石粘土并攪拌10分鐘，然后再加5600克重晶石并至少攪拌30分鐘，制成的鉆井液使用之前在室溫條件下至少拌動24小時。
實施例1該例子對比由SMQ+FeSo4·H2o十聚丙烯聚合物組成的混合物與單獨的SMQ、其它SMQ混合物及聚丙烯聚合物加FeSo4·H2o的混合物的效果。
在這些試驗中，421克鉆井液在容器中與表Ⅱ中列出的添加劑混合，制得6個樣品，每個樣品在多用途混合器中至少攪拌20分鐘。在攪拌過程中，加含W/V NaOH 50%的溶液，以把每個試樣的PH值調(diào)節(jié)到10.0，然后把這些鉆井液試樣在預(yù)熱到80℃的旋轉(zhuǎn)式烘箱中轉(zhuǎn)動2小時，再把試樣冷卻至室溫，在多用途混合器中攪拌2分鐘，再按照API的RP-13B程序測試。測試結(jié)果如表Ⅲ“不含雜質(zhì)”欄所示。
第二步，每個試樣加入0.8克石膏，在多用途混合器中攪拌10分鐘。各試樣都加入前述NaOH溶液，把PH值調(diào)到10.0，再攪拌10分鐘，然后按照API的RP-13B程序測量。這些測試結(jié)果列在表Ⅲ的“開始含雜質(zhì)”欄中。
最后，把所有試樣在80℃的烘箱中靜態(tài)老化16小時，冷卻至室溫，再攪拌5分鐘。加前述NaOH溶液把PH值調(diào)到10.0，作第三次測試。測試結(jié)果列在表Ⅲ的“老化含雜質(zhì)”欄中。
表Ⅱ試樣號 實施例1中用的添加劑(1) 無(2) 1.6 g SMQ(3) 1.44 g SMQ+0.16 g FeSO4·H2O混合物(4) 1.28 g SMQ+0.32 g AlcodrillTMHPDa-S混合物(5) 1.12 g SMQ,0.16 g FeSO4·H2O,+0.32 g AlcodrillTMHPDa-S混合物(6) 0.16 g FeSO4·H2O+0.32 g AlcodrillTMHPDa-S混合物aAlcodrillTMHPD-S是固態(tài)聚丙烯酸鈉聚合物表Ⅲ不含雜質(zhì)的、含石膏的和老化的泥漿中的添加劑不含雜質(zhì) 開始含雜質(zhì) 老化含雜質(zhì)靜切力 靜切力 靜切力YP 10Sec 10Min YP 10Sec 10Min YP 10Sec 10Min WLb試樣號Ft2Ft2Ft2Ft2Ft2Ft2Ft2Ft2Ft2Min(1) 19 8 48 116 115 125 152 136 159 9.3(2) 20 17 45 44 49 82 37 39 83 7.2(3) 7 4 16 23 26 67 27 19 65 6.6(4) 1 1 2 15 7 58 14 5 55 6.8(5) 0 1 1 6 2 14 2 2 20 6.7(6) 1 1 2 24 43 120 29 47 99 8.0a.YP代表屈服點b.WL代表失水參照表Ⅲ，這些數(shù)據(jù)表明，5號試樣中用的混合添加劑與其它混合物或試驗的單個組分試驗值相比降低了YP值和靜切力。因此，無論是否摻入了石膏或老化與否，這種添加劑混合物是鉆井液的高效降粘劑。
實施例2本例對比含鹽鉆井液中的添加劑組合物的效果。將該含SMQ+FeSo4+AlcodrillTM的組合物與僅含SMQ和僅含AlcodrillTM的單組分添加劑作了對比。
試驗中，制備了9個樣品，並按下述程序測試。
當(dāng)用多用途混合器攪拌412克鉆井液時，對每個試樣加入50%(W/V)NaOH溶液0.1毫升，繼續(xù)攪拌10分鐘。然后各試樣中再加0.8克Nacl，再攪拌10分鐘。第二步，把表Ⅳ中列的添加劑混和到鉆井液試樣中，並攪拌10分鐘，在另一個攪拌的10分鐘內(nèi)加入NaOH溶液，使各樣品的PH值調(diào)到約10.2。按API的RP-13B程序測量試樣，其結(jié)果列在表V的“初始結(jié)果”欄中。所有樣品在預(yù)熱到80℃的旋轉(zhuǎn)式烘箱中轉(zhuǎn)動16小時，冷卻到室溫后再攪拌5分鐘，同時加前述NaOH溶液，把各樣品的PH值重新調(diào)到10.2，再測量這些樣品，其結(jié)果列在“老化后結(jié)果”欄中。
表Ⅳ試樣號 例2中用的添加劑(1) 無(2) 1.6 g SMQ(3) 1.44 g SMQ+0.16 g FeSO4·H2O混合物(4) 1.28 g SMQ+0.32 g AlcodrillTMHPDa-S混合物(5) 1.12 g SMQ,0.16 g FeSO4·H2O,+0.32 g AlcodrillTMHPD-S混合物(6) 0.40 g AlcodrillTMHPDa-S(7) 1.28 g SMQ+0.32 g AlcodrillTMSPDb-S混合物(8) 1.12 g SMQ,0.16 g FeSO4·H2O,0.32 g AlcodrillTMSPDb-S混合物(9) 0.40 g AlcodrillTMSPDb-S
a.AlcodrillTMHPD-S是固態(tài)聚丙烯酸鈉共聚物b.AlcodrillTMSPD-S是固態(tài)聚丙烯酸鈉聚合物表Ⅴ含鹽鉆井液中的添加劑初始結(jié)果 老化后結(jié)果靜切力 靜切力YPa10 Sec 10 Min YP 10 Sec 10 Min試樣號 lb/100 lb/100 lb/100 lb/100 lb/100 lb/100Ft2Ft2Ft2Ft2Ft2Ft2(1) 118 91 102 109 138 263(2) 32 40 87 37 41 82(3) 7 2 33 16 8 49(4) 4 2 31 8 2 28(5) 2 1 2 2 2 4(6) 11 8 46 9 2 24(7) 12 11 44 15 6 53(8) 1 1 3 6 2 7(9) 22 29 59 12 6 38a.YP代表屈服點參考表Ⅴ，這些數(shù)據(jù)表明，試樣5中使用聚丙烯酸鹽共聚物的和試樣8中使用聚丙烯酸鹽聚合物的復(fù)合添加劑與測試的其它混合物和組分相比，明顯地降低了YP和靜切力值。因此，這些組合物均是鉆井液中的高效添加劑，含鹽鉆井液中的添加劑組合物即使老化后仍保持其效能。
例3本例子將包括SMQ+AlcodrillTMHPD+錫、SMQ+AlcodrillTMSPD+錫的添加劑組合物與單組分添加劑SMQ、AlcodrillTMSPD和AlcodrillTMHPD的效果作了對比。
用例2的同樣方法測試表Ⅵ中所列的添加劑，得出表Ⅶ的結(jié)果。
表Ⅵ試樣號 例3中用的添加劑(1) 無(2) 1.6 g SMQ(3) 1.52 g SMQ+0.08 g SnSO4混合物(4) 1.28 g SMQ+0.32 g AlcodrillTMHPD-S混合物(5) 1.20 g SMQ,0.08 g SnSO4,+0.32 g AlcodrillTMHPD-S混合物(6) 0.40 g AlcodrillTMHPD-S(7) 1.28 g SMQ+0.32 AlcodrillTMSPD-S混合物(8) 1.20 g SMQ,0.08 g SnSO4,+0.32 g AlcodrillTMSPD-S混合物(9) 0.40 g AlcodrillTMSPD-S表Ⅶ含鹽鉆井液中的添加劑初始結(jié)果 老化后結(jié)果靜切力 靜切力YPa10 Sec 10 Min YP 10 Sec 10 Min試樣號 lb/100 lb/100 lb/100 lb/100 lb/100 lb/100Ft2Ft2Ft2Ft2Ft2Ft2(1) 118 91 102 109 138 263(2) 32 40 87 37 41 82(3) 14 11 45 6 2 23(4) 4 2 31 8 2 28(5) 4 2 7 4 1 3(6) 11 8 46 9 2 24(7) 12 11 44 15 6 53(8) 6 2 22 4 2 6(9) 22 29 59 12 6 38
a.YP代表屈服點參照表Ⅶ，這些數(shù)據(jù)表明，試樣5中使用聚丙烯酸鹽共聚物的和試樣8中使用聚丙烯聚合物的復(fù)合添加劑與其它添加劑組合物和各組分的測試結(jié)果相比，前兩者都能明顯地降低YP和靜切力值。因此，這些組合物是含鹽鉆井液的高效添加劑，同時，它們在含鹽鉆井液中老化后仍保持其有效性。
實施例4本例將含Na-Lignite+FeSo4·H2O+聚丙烯酸鹽聚合物的添加劑組合物與Na-Lignite的和聚丙烯酸鹽聚合物的單組分添加劑的效果作了比較。
用例2中的同樣測試方法測試表Ⅷ中所列的添加劑，得出表Ⅸ的結(jié)果。
表Ⅷ試樣號 例4中用的添加劑(1) 無(2) 1.6 g Na-Lignite(3) 1.44 g Na-Lignite+0.16 g FeSo4·H2O混合物(4) 1.28 g Na-Lignite+0.32 g AlcodrillTMHPD-S混合物(5) 1.12 g Na-Lignite+0.16 g FeSO4·H2O+0.32 g AlcodrillTMHPD-S混合物(6) 0.40 g AlcodrillTMHPD-S
表Ⅸ含鹽鉆井液中的添加劑初始結(jié)果 老化后結(jié)果靜切力 靜切力YPa10 Sec 10 Min YP 10 Sec 10 Min試樣號 lb/100 lb/100 lb/100 lb/100 lb/100 lb/100Ft2Ft2Ft2Ft2Ft2Ft2(1) 118 91 102 109 138 263(2) 26 38 74 30 41 72(3) 23 41 119 28 41 88(4) 7 3 47 9 3 34(5) 5 2 37 8 2 29(6) 11 8 46 9 2 24a.yp代表屈服點參照表Ⅸ，這些數(shù)據(jù)表明，試樣5中的復(fù)合添加劑明顯地降低了YP和靜切力的測量值。因此，這種組合物是鉆井液的高效降粘劑，同時在含鹽泥漿中老化后它仍保持其效能。
例5本例將含Na-LS+FeSO4·H2O+AlcodrillTM的添加劑組合物和Na-LS、SnSO4和AlcodrillTM的添加劑組合物與Na-LS單組分添加劑、Na-LS+FeSO4·H2O混合物和Na-LS+SnSO4組合物的效果作了對比。
為制備Na-LS，將200克Lignosite 431-H(水中木素磺酸鈉的重量約為50%)放在瓷盤中，並在120℃的烘箱中干燥。把干粉磨碎放在密封容器中。
在這些測試中，把412克鉆井液分放到6個試樣容器中，在攪拌時每個試樣中加0.8克Nacl，加鹽后繼續(xù)攪拌10分鐘。第二步，把表Ⅹ中所列的添加劑分別摻合到鉆井液樣中，並繼續(xù)再攪拌20分鐘。在攪拌期間加入50%(W/V)NaoH溶液，以把各試樣的PH值調(diào)到約9.0。攪拌停止后立即按API的RP-13B程序測量各個試樣，測量結(jié)果列在表Ⅺ的“初始結(jié)果”欄內(nèi)。然后，在80℃的烘箱中靜態(tài)條件下老化所有試樣16小時。再把各試樣冷卻至室溫，攪拌5分鐘，再重新測量。測量結(jié)果列在表Ⅺ的“老化后結(jié)果”欄內(nèi)。
表Ⅹ試樣號 例5中的添加劑(1) 1.6 g Na-LS(2) 1.44 g Na-LS+0.16 g FeSO4·H2O混合物(3) 1.28 g Na-LS+0.32 g AlcodrillTMHPD-S混合物(4) 1.12 g Na-LS+0.16 g FeSO4·H2O+0.32 gAlcodrillTMHPD-S混合物(5) 1.44 g Na-LS+0.16 g SnSO4混合物(6) 1.12 g Na-LS+0.16 g SnSO4+0.32gAlcodrillTMHPD-S混合物表Ⅺ含鹽鉆井液中的添加劑初始結(jié)果 老化后結(jié)果靜切力 靜切力YPa10 Sec 10 Min YP 10 Sec 10 Min試樣號 lb/100 lb/100 lb/100 lb/100 lb/100 lb/100Ft2Ft2Ft2Ft2Ft2Ft2(1) 74 59 68 46 37 68(2) 47 52 79 53 43 63(3) 19 23 75 20 6 47(4) 12 12 63 14 7 44(5) 23 44 101 28 30 57(6) 17 18 81 12 3 32a.yp代表屈服點參照表Ⅺ，這些數(shù)據(jù)表明，試樣4和試樣6中的復(fù)合添加劑明顯地降低了測量的yp值和靜切力。相應(yīng)地，這些組合物是含鹽鉆井液的高效添加劑，老化后它們?nèi)员３制湫堋?br> 例6本例先將水與混合物各組分預(yù)混合，制成添加劑組合物，并在向鉆井液中摻合該添加劑組合物前將該液體組合物干燥，再比較這些添加劑組合物的效果。
本例中，按下述方法制成4種Na-LS添加劑組合物。
Na-LS＃1在適當(dāng)?shù)牟Ａ萜髦校?5克LIGNOSITE
431-H、2.5ml去離子水和2.5克FeSO4·H2O充分混合?；旌虾?，密封容器，並在60℃的烘箱中加熱2小時。把這種液態(tài)組合物放入瓷盤中，在120℃的烘箱中烘干，然后磨成細(xì)粉。
Na-LS＃2在合適的玻璃容器中，45克LIGNOSITE
431-H、2.5ml去離子水和2.5克AlcodrillTMHPD-S充分混合?；旌虾螅芊馊萜?，在60℃的烘箱中加熱1小時。把這種液態(tài)組合物放入瓷盤中並在120℃的烘箱內(nèi)烘干，然后磨成細(xì)粉。
Na-LS＃3在合適的玻璃容器中，40克LIGNOSITE
431-H、5ml去離子水、2.5克FeSO4·H2O和2.5克AlcodrillTMHPD-S充分混合?；旌虾竺芊馊萜鱽K在60℃的烘箱內(nèi)加熱1小時。然后把這種液態(tài)組合物放入瓷盤內(nèi)並在120℃的烘箱中烘干，再磨成細(xì)粉。
Na-LS＃4在合適的玻璃容器中，40克LIGNOSITE
431-H、5ml去離子水、2.5克FeSO4·H2O、3.0克50%(W/V)NaoH的水溶液和2.5克AlcodrillTMHPD-S充分混合?；旌虾竺芊馊萜?，並在60℃的烘箱中加熱2小時。把這種液態(tài)組合物放入瓷盤內(nèi)，在120℃的烘箱中烘干，再磨成細(xì)粉。
用例5中的同樣方法，測試表Ⅻ中所列的添加劑組分，得出表ⅩⅢ中的結(jié)果。
表Ⅻ試樣號 例6中用的添加劑(1) 3.2 g Na-LS(2) 3.2 g Na-LS #1(3) 3.2 g Na-LS #2(4) 3.2 g Na-LS #3(5) 3.2 g Na-LS #4
表ⅩⅢ含鹽鉆井液中的添加劑初始結(jié)果 老化后結(jié)果靜切力 靜切力YPa10 Sec 10 Min YP 10 Sec 10 Min試樣號 lb/100 lb/100 lb/100 lb/100 lb/100 lb/100Ft2Ft2Ft2Ft2Ft2Ft2(1) 88 58 70 未測量(2) 23 31 58 43 35 53(3) 23 32 71 29 19 52(4) 13 8 50 27 16 47(5) 8 2 33 14 4 35a.yp代表屈服點參照表ⅩⅢ，這些數(shù)據(jù)表明，試樣4和5中復(fù)合添加劑的屈服點和靜切力值都較低，證明這是含鹽鉆井液的高效降粘劑。此外，這些數(shù)據(jù)也說明在含鹽鉆井液中老化后它們?nèi)员３制湫堋?br> 實施例7本例中，在無摻雜鉆井液中測試?yán)?中制成的木素磺酸鈉添加劑組合物。
該試驗中，412克鉆井液分別放入5個合適的容器中。在用多用途混合器攪拌試樣時，把表ⅩⅣ中所列的添加劑摻入，並繼續(xù)攪拌20分鐘。在攪拌期間，加入50%(W/V)NaOH溶液，把各試樣的PH值調(diào)到9.5。攪拌停止后立即按API的測試方法RP-13B測量試樣，測量結(jié)果如表ⅩⅤ的“初始結(jié)果”欄所示。第二步，在80℃的烘箱中靜態(tài)條件下老化16小時，然后冷卻至室溫，攪拌5分鐘再重新測量。測量結(jié)果列在表ⅩⅤ的“老化后結(jié)果”欄內(nèi)。
表ⅩⅣ試樣號 例7中用的添加劑(1) 無(2) 0.8 g Na-LS(3) 0.8 g Na-LS #2(4) 0.8 g Na-LS #3(5) 0.8 g Na-LS #4表ⅩⅤ含木素磺酸鈉的添加劑混合物初始結(jié)果 老化后結(jié)果靜切力 靜切力YPa10 Sec 10 Min YP 10 Sec 10 Min試樣號 lb/100 lb/100 lb/100 lb/100 lb/100 lb/100Ft2Ft2Ft2Ft2Ft2Ft2(1) 21 17 57 23 20 57(2) 26 36 56 23 28 52(3) 11 7 39 11 3 26(4) 8 4 42 15 4 32(5) 5 2 23 10 3 23a.yp代表屈服點參照表ⅩⅤ，這些數(shù)據(jù)表明，與試樣2中的單組分添加劑相比，試樣5中的復(fù)合添加劑降低了yp值和靜切力值。此外也表明，老化后它們?nèi)员３中堋?br> 含有本發(fā)明降粘添加劑組合物的水基鉆井液中，當(dāng)按常規(guī)操作需要調(diào)整鉆井液的性質(zhì)時，還可以加入其它添加劑。因此，應(yīng)該理解到，在本發(fā)明的鉆井液中加入其它添加劑時，這並不超出本發(fā)明的范疇。
雖然為了說明本發(fā)明而提供了一些實施方案，但很明顯本發(fā)明不是只限于這些實施方案，因為對那些本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，在看過本說明書后，可進行各種改進，這些改進包容在本發(fā)明的實質(zhì)和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種適用于用作鉆井、完井或修井液中的添加劑的組合物，該組合物包括下列化學(xué)組分的混合物一種選自下列物質(zhì)的第一組分(a)改性丹寧酸(鞣酸)(b)改性褐煤和(c)木素磺酸鈉一種包括用丙烯酸制成的聚合物的第二組分及一種包括選自鐵、錫、鉻、錳、鈦、鋁和鋅或其混合物的金屬的化合物的第三組分。
2.權(quán)利要求1中所述的組合物，其中所述的第一組分在所述混合物中的含量為約50-90重量%。
3.權(quán)利要求2中所述的組合物，其中所述的第二組分和第三組分在所述混合物中的含量分別為約5-25重量%。
4.權(quán)利要求1中所述的組合物，其中所述的改性丹寧酸系指磺基烷烴化的白雀鞣酸，所述的改性褐煤指磺基烷烴化的褐煤，所述的聚合物是選自聚丙烯酸鈉的一種均聚物和一種共聚物。
5.權(quán)利要求1中所述的組合物，其中所述的含一種金屬化合物的第三組分是以至少能部分溶于水的形態(tài)存在。
6.權(quán)利要求1中所述的組合物，其中所述的第一組分包括磺基甲基化的白雀鞣酸，所述的第二組分包括聚丙烯酸鈉的一種共聚物，所述的第三組分包括FeSO4、H2O。
7.權(quán)利要求1中所述的組合物，其中所述的改性丹寧酸指苛性化的丹寧酸，所說改性褐煤指苛性化的褐煤。
8.權(quán)利要求1中所述的組合物，其中所述的改性丹寧酸指用亞硫酸鹽處理白雀鞣酸的提取物，所說改性褐煤指磺化褐煤的一種鈉鹽。
9.一種用于鉆井、完井和修井液的水基組合物，該組合物包括水和充分細(xì)分的固體，以便在井壁上形成泥餅，該組合物中已加入了有效量的降粘化學(xué)組分的混合物，所述的混合物包括選自下列物質(zhì)的第一組分(a)一種改性丹寧酸(b)一種改性褐煤(c)一種木素磺酸鈉一種包括用丙烯酸制成的聚合物的第二組分，及一種包括選自鐵、錫、鉻、錳、鈦、鋁和鋅的金屬的化合物的第三組分。
10.權(quán)利要求9中所述的組合物，其中所述的混合物應(yīng)有足夠的量，以便能降低鉆井液下述參數(shù)中的至少一個(a)塑性粘度(b)屈服點(c)靜切力。
11.權(quán)利要求10中所述的組合物，其中所述的改性丹寧酸系指磺基烷基化的白雀鞣酸，所述的改性褐煤指磺基烷基化的褐煤，所述的聚合物選自聚丙烯酸鈉的一種均聚物和一種共聚物。
12.一種在地層鉆井的方法，其中井眼是用空心鉆柱鉆穿地表面直到井底而形成的，這里的改進包括通過井眼直到井底循環(huán)權(quán)利要求9中所述的鉆井液組合物。
13.權(quán)利要求1中所述的組合物，其中所述的第一組分是指液態(tài)木素磺酸鈉。
14.一種生產(chǎn)適用于作為鉆井、完井或修井液添加劑的固體組合物的方法，這里所述的方法包括依次進行下述步驟，其步驟如下(a)把有效量的下述組分進行混合，制成液態(tài)混合物(ⅰ)液態(tài)木素磺酸鈉(ⅱ)一種用聚丙烯酸制成的聚合物(ⅲ)一種選自鐵、錫、鉻、錳、鈦、鋁和鋅的金屬的化合物(b)干燥上述液態(tài)混合物，制成所述的添加劑的固體組合物。
15.權(quán)利要求14的方法，其中所述的液態(tài)混合物還包括有效量的苛性鈉。
16.權(quán)利要求14的方法，其中所述的液態(tài)木素磺酸鈉在液態(tài)混合物中所占的量為約50-90重量%，所述的聚合物在所述液態(tài)混合物中的量為約5-25重量%，所述的金屬化合物在所述的液態(tài)混合物中的量為約5-25重量%。
17.權(quán)利要求15的方法，其中所說的苛性鈉在所述的液態(tài)混合物中的重量含量約為0.1-5%。
18.權(quán)利要求14的方法，還包括下述步驟把所說的干燥的組合物磨成細(xì)粉。
19.權(quán)利要求15的方法，還包括下述步驟把干燥的組合物磨成細(xì)粉。
20.權(quán)利要求18的方法，其中把足夠量的所述細(xì)粉加到鉆井、完井或修井液中，以便能降低鉆井液下述參數(shù)中至少之一(a)粘度(b)屈服點(c)靜切力。
21.權(quán)利要求19的方法，其中把足夠量的所述細(xì)粉加到鉆井、完井或修井液中，以便能降低所述液體的下述參數(shù)中至少之一(a)粘度(b)屈服點(c)靜切力。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種能有效降低水基鉆井液粘度的混合添加劑組合物。該組合物包括選自改性丹寧酸、改性褐煤和木素磺酸鈉的第一組分；由丙烯酸制成的聚合物的第二組分；從包括鐵、錫、鉻、錳、鈦、鋁和鋅一組金屬中選出的一種金屬的化合物的第三組分。
文檔編號C09K8/12GK1087108SQ93114708
公開日1994年5月25日 申請日期1993年11月15日 優(yōu)先權(quán)日1992年11月16日
發(fā)明者B·B·帕泰爾, W·S·斯泰瓦爾特 申請人:菲利浦石油公司