CN110079283A - 一种提高环保型钻井液处理剂抗温性的方法 - Google Patents

一种提高环保型钻井液处理剂抗温性的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种提高环保型钻井液处理剂抗温性的方法,在室温下,配制质量丙烯酰胺溶液,在60~90℃恒温水浴中,加入过硫酸铵溶液,搅拌后停止加热;继续加水和氢氧化钠,升温至90℃以上进行水解,搅拌后取出,制得强水化聚合物;将环保型钻井液处理剂配制成水溶液后,加入前述强水化聚合物、交联剂、甲酸盐,在50~80℃恒温水浴慢慢搅拌20‑40分钟后,停止加热,制得环保型钻井液处理剂。该方法利用调整分子结构、分子量、水化基团、交联剂对环保型钻井液处理剂进行优化,提高其抗温性,有利于绿色钻井,适用于石油钻井等领域。

Description

一种提高环保型钻井液处理剂抗温性的方法
技术领域
本发明涉及钻井化工助剂技术领域中的一种提高环保型钻井液处理剂抗温性的方法。
背景技术
随着石油开采中环境保护意识的不断加强,废弃钻井液对环境的污染问题越来越受到人们的重视。国内已逐步开始要求对废弃钻井液及废弃钻屑等进行无害化处理,减少对环境的污染和生态环境的破坏。这种“末端治理”的处理方式成本投入高,且难以彻底消除污染隐患,给钻井行业带来了巨大的经济和环境压力。随着油田勘探开发不断向深部地层推进,需在钻井液中引入抗温更优良的处理剂,传统意义上的大多数环保型钻井液处理剂,主要是采用天然高分子改性的方式得到,主要有:淀粉类、纤维素类等,但在钻井液中大部分抗温≤120℃,不能满足深部高温地层钻井需求。
为提高环保型钻井液处理剂抗温性能,目前主要是以引入亲水性强的离子基团为主,如磺酸基、磺甲基和羧基等,以保证处理剂吸附在黏土颗粒表面后能形成较厚的水化膜,使钻井液具有较强的热稳定性。有些方法为了进一步提高处理剂的抗温性能,在处理剂分子中引入Cr3+、Fe3+铁等高价金属阳离子,使之与有机处理剂形成络合物,但对环保性是一很大的损失。
现有的研究者提出了针对淀粉改性的制备方法,申请号为201010237144.0提出了一种钻井液用环保型包被剂的制备方法,首先分别在95-92mL水中加入5-8g氧化型引发剂A和5-8g还原型引发剂B,来制备浓度为5%-8%的氧化型引发剂A溶液与浓度为5%-8%的还原型引发剂B溶液;然后在烧杯中加入10-40mL水,向水中加入8.0-13.5g非离子单体,搅拌并充分溶解;然后加入1.0-5.0g生物聚合物单体,继续搅拌,让其充分溶解;再加入4.0-10.0g阴离子单体,继续充分搅拌;加入2.0-7.5gpH值调节剂,充分搅拌;之后分别加入0.5-3.0mL氧化型和还原型引发剂,充分搅拌;最后继续搅拌,5分钟后开始发热聚合,在40-50℃条件下,反应2-4h,得最终产品。从而得到一种适用性强,抗温抗盐性能优良,环保性能良好的包被剂。申请号为201610729687.1提出了一种改性壳聚糖作为钻井液中的页岩抑制剂在油气钻井中的应用,改性基团R1-R3各自独立地选自C1-C8的烷基,R4选自未取代的或羟基取代的C1-C8的亚烷基。申请号为200810104553.6提出了一种钻井液用抗温淀粉组合物及其制备方法,它包括淀粉、催化剂、阳离子试剂和交联剂,其中淀粉由土豆淀粉、木薯淀粉、玉米淀粉构成,其重量份数比为30~80∶20~60∶10~50;所述催化剂与淀粉的重量比为5~30∶100,所述阳离子试剂与淀粉的重量比为1~20∶100,交联剂与淀粉的重量比为0.01~0.6∶100。该钻井液用抗温淀粉,不但能有效抑制其发酵性而且使其抗温性由120℃提高到150℃,从而大大提高了钻井液用淀粉的使用范围。申请号为201410268639.8提出了一种复合活性酶制剂及其用于制备褐煤类油田钻井液降滤失剂的方法,所述复合活性酶制剂包括以下配方成分:鞘氨醇杆菌、短小芽孢杆菌、黄素还原酶和乙酸铵,所述鞘氨醇杆菌、短小芽孢杆菌、黄素还原酶、乙酸铵之间的摩尔比为:5~10:5~10:10~50:40~80。该方法明制备的抗温、抗盐、降粘,尤其是抗温抗盐性能得到有效提高的褐煤类油田钻井液降滤失剂产品使用方便,添加量少,无需使用溶剂溶解,可直接添加到钻井液中使用,使用成本低廉且环保。
以上这些研究对环保型钻井液处理剂抗温性能提高起着重要的推动作用,但未能针对环保型钻井液处理剂分子结构优化,或者在分子量大小、交联剂类型等方面还有待进一步明确。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题,提供一种提高环保型钻井液处理剂抗温性的方法,该方法利用调整分子结构、分子量、水化基团、交联剂对环保型钻井液处理剂进行优化,提高其抗温性,有利于绿色钻井,适用于石油钻井等领域。
为了达到本发明的目的,本发明技术方案是这样实现的:
在室温下,配制质量浓度比6-12%的丙烯酰胺溶液400-600ml,在60~90℃恒温水浴中,加入质量浓度比8-12%过硫酸铵溶液4-6ml,慢慢搅拌,20-40分钟后,停止加热;继续加水400-600ml和 质量浓度比8-12%氢氧化钠15-25ml, 升温至 90℃以上进行水解,慢慢搅拌,20-40分钟后取出,制得强水化聚合物;将15-25g环保型钻井液处理剂配制成质量浓度比15-25%的水溶液后,加入前述强水化聚合物3-6ml、交联剂1.5-2.5g、甲酸盐3-5g,在50~80℃恒温水浴慢慢搅拌20-40分钟后,停止加热,制得环保型钻井液处理剂。
上述方案进一步优化方案:
在室温下,配制质量浓度比9-11%的丙烯酰胺溶液450-550ml,在60~90℃恒温水浴中,加入质量浓度比9-11%过硫酸铵溶液4.5-5.5ml,慢慢搅拌,20-40分钟后,停止加热;继续加水450-550ml和 质量浓度比9-11%氢氧化钠18-22ml, 升温至 90℃以上进行水解,慢慢搅拌,20-40分钟后取出,制得强水化聚合物;将18-22g环保型钻井液处理剂配制成质量浓度比18-22%的水溶液后,加入前述强水化聚合物4.5-5.5ml、交联剂1.5-2.5g、甲酸盐3.5-4.5g,在50~80℃恒温水浴慢慢搅拌20-40分钟后,停止加热,制得环保型钻井液处理剂。
所述强水化聚合物分子量≤100万,水解度≥60%,呈直链分布。
所述环保型钻井液处理剂包括羧甲基淀粉或羧甲基纤维素类改性天然高分子材料。
所述交联剂包括三偏磷酸钠、三聚磷酸钠类的一种或几种的组合。
所述甲酸盐包括甲酸钾、甲酸钠的一种或几种的组合。
本发明与现有技术相比具有以下优势:
(1)本发明采用的强水化聚合物,相对于多元共聚接枝聚合物等材料,分子结构呈直链分布,接枝于改性天然高分子,在保持环保性、水化性同时,抗温性更强,易于现场操作;
(2)本发明采用的交联剂、甲酸盐相对于Cr3+、Fe3+铁等高价金属阳离子,均为环境友好型材料,保证了钻井液处理剂环保性;
(3)本发明可用于环保要求严格的区域深部地层钻井技术中,提高钻井液抗温性。实验验证加入上述环保型钻井液处理剂抗温可提高20~50℃。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1:
在室温下,配制10%的丙烯酰胺溶液500ml,在65℃恒温水浴中,滴加 10%过硫酸铵溶液5ml,慢慢搅拌,半小时后,停止加热;加入500ml水,加入 10%氢氧化钠20ml, 放入沸水浴中,升温至 90℃以上进行水解,慢慢搅拌,半小时后取出,制得强水化聚合物;将20g羧甲基淀粉配制成20%水溶液,加入5ml强水化聚合物、2g三聚磷酸钠、4g甲酸钾,在60℃恒温水浴慢慢搅拌半小时后,停止加热,即得抗温更好的环保型钻井液处理剂。
实施例2:
在室温下,配制9%的丙烯酰胺溶液500ml,在75℃恒温水浴中,滴加 9%过硫酸铵溶液5ml,慢慢搅拌,25分钟后,停止加热;继续加入500ml水,加入 10%氢氧化钠20ml, 放入沸水浴中,升温至 95℃进行水解,慢慢搅拌,半小时后取出,制得强水化聚合物;将20g羧甲基纤维素配制成20%水溶液,加入5ml强水化聚合物、2g三聚磷酸钠、4g甲酸钾,在60℃恒温水浴慢慢搅拌半小时后,停止加热,即得抗温更好的环保型钻井液处理剂
实施例3:
在室温下,配制10%的丙烯酰胺溶液550ml,在70℃恒温水浴中,滴加 10%过硫酸铵溶液5.2ml,慢慢搅拌,40分钟后,停止加热;加入550ml水,加入 10%氢氧化钠23ml, 放入沸水浴中,升温至 96℃进行水解,慢慢搅拌,半小时后取出,制得强水化聚合物;将25g羧甲基淀粉配制成20%水溶液,加入6ml强水化聚合物、2.5g三聚磷酸钠、4.5g甲酸钠,在60℃恒温水浴慢慢搅拌半小时后,停止加热,即得抗温更好的环保型钻井液处理剂。
实施例4:
在室温下,配制10%的丙烯酰胺溶液500ml,在75℃恒温水浴中,滴加 10%过硫酸铵溶液5ml,慢慢搅拌,半小时后,停止加热;加入500ml水,加入 10%氢氧化钠20ml, 放入沸水浴中,升温至 90℃进行水解,慢慢搅拌,半小时后取出,制得强水化聚合物;将20g羧甲基淀粉配制成20%水溶液,加入5ml强水化聚合物、2g三偏磷酸钠、4g甲酸钾,在70℃恒温水浴慢慢搅拌半小时后,停止加热,即得抗温更好的环保型钻井液处理剂。
实施例5:
在室温下,配制10%的丙烯酰胺溶液500ml,在75℃恒温水浴中,滴加 10%过硫酸铵溶液5ml,慢慢搅拌,半小时后,停止加热;加入500ml水,加入 10%氢氧化钠20ml, 放入沸水浴中,升温至 98℃上进行水解,慢慢搅拌,半小时后取出,制得强水化聚合物;将20g羧甲基淀粉配制成20%水溶液,加入5ml强水化聚合物、2g三聚磷酸钠、2g甲酸钾、2g甲酸钠,在70℃恒温水浴慢慢搅拌半小时后,停止加热,即得抗温更好的环保型钻井液处理剂。
上述实施例中的%均为质量百分比。

Claims (6)

1.一种提高环保型钻井液处理剂抗温性的方法,其特征在于:
在室温下,配制质量浓度比6-12%的丙烯酰胺溶液400-600ml,在60~90℃恒温水浴中,加入质量浓度比8-12%过硫酸铵溶液4-6ml,慢慢搅拌,20-40分钟后,停止加热;继续加水400-600ml和 质量浓度比8-12%氢氧化钠15-25ml, 升温至 90℃以上进行水解,慢慢搅拌,20-40分钟后取出,制得强水化聚合物;将15-25g环保型钻井液处理剂配制成质量浓度比15-25%的水溶液,后加入前述强水化聚合物3-6ml、交联剂1.5-2.5g、甲酸盐3-5g,在50~80℃恒温水浴慢慢搅拌20-40分钟后,停止加热,制得环保型钻井液处理剂。
2.根据权利要求1所述的提高环保型钻井液处理剂抗温性的方法,其特征在于:在室温下,配制质量浓度比9-11%的丙烯酰胺溶液450-550ml,在60~90℃恒温水浴中,加入质量浓度比9-11%过硫酸铵溶液4.5-5.5ml,慢慢搅拌,20-40分钟后,停止加热;继续加水450-550ml和 质量浓度比9-11%氢氧化钠18-22ml, 升温至 90℃以上进行水解,慢慢搅拌,20-40分钟后取出,制得强水化聚合物;将18-22g环保型钻井液处理剂配制成质量浓度比18-22%的水溶液后,加入前述强水化聚合物4.5-5.5ml、交联剂1.5-2.5g、甲酸盐3.5-4.5g,在50~80℃恒温水浴慢慢搅拌20-40分钟后,停止加热,制得环保型钻井液处理剂。
3.根据权利要求1或2所述的提高环保型钻井液处理剂抗温性的方法,其特征在于:所述强水化聚合物分子量≤100万,水解度≥60%。
4.根据权利要求3所述的提高环保型钻井液处理剂抗温性的方法,其特征在于:所述环保型钻井液处理剂包括羧甲基淀粉或羧甲基纤维素类改性天然高分子材料。
5.根据权利要求3所述的提高环保型钻井液处理剂抗温性的方法,其特征在于:所述交联剂包括三偏磷酸钠、三聚磷酸钠类的一种或几种的组合。
6.根据权利要求3所述的一种提高环保型钻井液处理剂抗温性的方法,其特征在于:所述甲酸盐包括甲酸钾、甲酸钠的一种或几种的组合。
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