一種油田鉆井液用無(wú)鉻降粘劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于油田水基鉆井液用處理劑領(lǐng)域，具體設(shè)及石油鉆井中使用的一種環(huán)境 友好型的抗鹽抗巧無(wú)銘降粘劑及其制備方法和用途。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著全球石油勘探開(kāi)發(fā)難度的不斷增加，鉆探的深井及超深井越來(lái)越多，對(duì)作為 "鉆井血液"的鉆井液不斷提出更高的要求。鉆井液在使用過(guò)程中，常常由于溫度升高、鹽侵 或巧侵、固相含量增加或處理劑失效等原因，使鉆井液形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)增強(qiáng)，鉆井液粘度、 切力增加。若粘度、切力過(guò)大，則會(huì)造成開(kāi)累困難、鉆屑難W除去或鉆井過(guò)程中壓力過(guò)大等 現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致各種井下復(fù)雜情況發(fā)生。因此，在鉆井液使用和維護(hù)過(guò)程中，經(jīng)常需要 加入降粘劑，W降低鉆井液體系的粘度和切力，使其具有適宜的流變性。
[0003] 降粘劑又稱為稀釋劑或解絮凝劑（ThinnerorDeflocculant)，作為鉆井過(guò)程中 不可缺少的鉆井液處理劑之一，它對(duì)調(diào)節(jié)鉆井液流變性起著非常重要的作用。但是降粘劑 或稀釋劑的作用還不止于此，往往還起其他重要作用，比如降低濾失量、減少泥餅厚度、提 高抑制性、乳化分散性不良的油基潤(rùn)滑劑W及高溫下穩(wěn)定鉆井液性能等，特別是近年來(lái)，不 增粘的降濾失劑或降粘型降濾失劑的大量應(yīng)用，已經(jīng)大大減少了單一降粘劑的用量。
[0004] 水基鉆井液降粘劑的種類很多，根據(jù)其作用機(jī)理的不同，可分為兩種類型，即分散 型降粘劑和抑制型降粘劑。分散型降粘劑主要有無(wú)機(jī)鹽類、丹寧類、木質(zhì)素橫酸鹽類和褐煤 類，抑制型降粘劑主要包括低分子聚合物降粘劑和有機(jī)娃降粘劑等。
[0005] 目前，現(xiàn)場(chǎng)常用的分散型降粘劑主要有橫化拷膠（SMK)、橫化單寧（SMT)、橫化褐 煤（SMC)、鐵銘木質(zhì)素橫酸鹽（rcLS，俗稱鐵銘鹽）等。分散型降粘劑為提高高溫抗鹽穩(wěn)定 性一般都會(huì)含有一定量的銘離子，而且使用中也存在一定問(wèn)題，如橫化拷膠（SMK)作用時(shí) 間短，橫化單寧（SMT)成本高，橫化褐煤（SMC)抗鹽性差，鐵銘木質(zhì)素橫酸鹽（rcL巧起泡嚴(yán) 重等。
[0006] 抑制型降粘劑主要是合成的小分子聚合物降粘劑（如中國(guó)專利CN200910020693. X、CN200910238516. 9、CN200610009798. 1所發(fā)明的聚合物降粘劑，其中僅中國(guó)專利 CN1149070A發(fā)明的兩性離子聚合物降粘劑XY-27實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化生產(chǎn)）和有機(jī)娃酸鹽聚合物 降粘劑（如中國(guó)專利CN201010250265. 9和CN200910033437. 4發(fā)明的有機(jī)娃降粘劑，其中 W聚甲基娃酸鹽為主要成分的GX-1獲得了較廣的應(yīng)用），但其生產(chǎn)成本較高（前者），或流 變性穩(wěn)定控制較難（后者），因此使用范圍常常受限。
[0007] 由于產(chǎn)品性價(jià)比及流變性穩(wěn)定控制等原因，分散型降粘劑成為深井鉆井液和抗鹽 鉆井液體系首選的高性價(jià)比降粘劑。W鐵銘木質(zhì)素橫酸鹽（FCL巧為代表的分散型降粘劑 是目前現(xiàn)場(chǎng)使用的各種降粘劑中，性價(jià)比最好的產(chǎn)品，但隨著世界各國(guó)環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，對(duì) 人體及環(huán)境污染嚴(yán)重的FCLS的生產(chǎn)和應(yīng)用均受到嚴(yán)格限制。
[0008] 因此，專家們?cè)诮嫡硠┑目果}膏污染、環(huán)境友好及降低生產(chǎn)成本等方面開(kāi)展了大 量的研究工作。例如：
[0009] 中國(guó)專利CN101624517A提出用儘離子替代鐵銘木質(zhì)素橫酸鹽中的重金屬銘離子 生產(chǎn)鐵儘木質(zhì)素橫酸鹽，此種替代方法雖然解決了環(huán)境友好性問(wèn)題，但生產(chǎn)成本要比FCLS 高很多，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用較為受限。
[0010]《鉆井液與完井液》雜志1992年第9卷第6期發(fā)表了中原油田鉆井工藝研究所 錢(qián)殿存等開(kāi)發(fā)的系列無(wú)銘降粘劑--交聯(lián)水解聚丙締臘鋼鹽狂D9101)、鐵鐵木質(zhì)素橫酸鹽 狂D9201)和水解聚丙締臘鋼鹽-鐵鐵木質(zhì)素橫酸鹽-橫化褐煤交聯(lián)聚合物狂D9202)，此類 降粘劑在淡水和鹽水中稀釋效果尚好，但是抗高溫性能較弱，不適合深井及超深井鹽水鉆 井液體系的要求，而且生產(chǎn)工藝復(fù)雜。
[0011] 中國(guó)專利CN101717623A中發(fā)明了一種由木質(zhì)素橫酸鹽、硫酸亞鐵、有機(jī)單體等通 過(guò)聚合反應(yīng)得到的抗高溫、抗飽和鹽水的新型無(wú)銘降粘劑，此種方法雖然解決了抗污染及 抗高溫的問(wèn)題，但是由于有機(jī)單體的成本較高，導(dǎo)致最后產(chǎn)品的市場(chǎng)價(jià)位與傳統(tǒng)的鐵銘木 質(zhì)素橫酸鹽（rcL巧差別較大，性價(jià)比較低，現(xiàn)場(chǎng)推廣應(yīng)用較為困難。
[0012] 美國(guó)菲利普石油公司發(fā)明了一種混合的分散型鉆井液降粘劑（同時(shí)申請(qǐng)的中國(guó) 發(fā)明專利CN1087108A和美國(guó)發(fā)明專利US5399548)由S類組分組成：第一組分選自改性 單寧酸、改性褐煤和木質(zhì)素橫酸鋼；第二組分是由丙締酸制成的共聚物或均聚物；第=組 分是從包括鐵、錫、銘、儘、鐵、侶和鋒一組金屬中選出的一種或幾種金屬的化合物或其混合 物。將幾種組分先配制成液體混合料，再經(jīng)干燥，研磨成細(xì)粉即為所發(fā)明的產(chǎn)物。不難理 解，運(yùn)=類組分不經(jīng)高溫化學(xué)反應(yīng)，是難W發(fā)揮交聯(lián)作用的，其抗溫抗鹽性能是無(wú)法媳美鐵 銘木質(zhì)素橫酸鹽（rcL巧的綜合效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 針對(duì)現(xiàn)有鉆井液降粘劑研究和實(shí)際應(yīng)用中存在的不足，本發(fā)明要解決的問(wèn)題是尋 找價(jià)格合理的原材料，進(jìn)而找到一種合適的制備方法來(lái)合成一種環(huán)境友好型的抗鹽抗巧無(wú) 銘降粘劑，該降粘劑應(yīng)該具有環(huán)境友好、降粘降切能力、抗鹽抗巧能力、抗高溫性能較優(yōu)、價(jià) 格低廉等特點(diǎn)，并且可替代傳統(tǒng)高性價(jià)比降粘劑鐵銘木質(zhì)素橫酸鋼（FCL巧，應(yīng)用于淡水、鹽 水、復(fù)合鹽水及深井、超深井復(fù)雜鉆井液體系中。
[0014] 為此，本發(fā)明是通過(guò)運(yùn)樣的技術(shù)路線實(shí)現(xiàn)的：先將合成高分子聚合物如水解聚丙 締臘鹽氧化降解為低分子聚合物；再通過(guò)交聯(lián)劑將低分子水解聚丙締臘鹽、天然高分子材 料如褐煤及木質(zhì)素橫酸鹽進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，形成高分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；小分子單體如締控基單體 通過(guò)自由基聚合反應(yīng)，部分形成低分子線性聚合物，部分與網(wǎng)狀高分子形成接枝聚合物；高 分子聚合物與低分子聚合物協(xié)同作用，從而提高本發(fā)明降粘劑的抗溫抗鹽能力，使其可W 替代傳統(tǒng)優(yōu)秀含銘降粘劑-鐵銘木質(zhì)素橫酸鹽（rcL巧，應(yīng)用于淡水、鹽水、復(fù)合鹽水及深 井、超深井復(fù)雜鉆井液體系中。
[0015] 經(jīng)過(guò)本發(fā)明人的銳意研究，發(fā)明了制備無(wú)銘降粘劑的價(jià)格合適的原材料組合，其 原料組成包括：合成高分子聚合物如水解聚丙締臘鹽及其芬頓氧化降解劑、天然高分子材 料如褐煤和木質(zhì)素橫酸鹽、小分子單體如締控基單體及能夠引發(fā)其產(chǎn)生自由基的引發(fā)劑， W及能使幾種聚合物形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的交聯(lián)劑。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明，原料組成及各自的質(zhì)量配比為：
[0017] 合成高分子聚合物如水解聚丙締臘鹽：18~30份，優(yōu)選20~28份，更優(yōu)選25~ 28份，
[0018] 天然高分子材料如褐煤與木質(zhì)素橫酸鋼：50~70份，優(yōu)選55~65份，更優(yōu)選 60~65份，
[0019] 小分子單體如締控基單體：2~12份，優(yōu)選3~10份，更優(yōu)選3~5份，
[0020]引發(fā)劑占小分子單體如締控基單體總質(zhì)量的0. 05 %~0. 5 %，優(yōu)選0. 1 %~ 0.3%,
[0021] 交聯(lián)劑：2~12份，優(yōu)選3~10份，更優(yōu)選5~10份。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明，所述合成高分子聚合物為水解聚丙締臘鹽，所述水解聚丙締臘鹽優(yōu) 選為水解聚丙締臘鋼鹽或水解聚丙締臘錠鹽或水解聚丙締臘鐘鹽；
[0023] 所述天然高分子材料為褐煤與木質(zhì)素橫酸鹽，所述褐煤優(yōu)選為腐植酸含量不低于 40 %的風(fēng)化褐煤，所述木質(zhì)素橫酸鹽優(yōu)選為木質(zhì)素橫酸鋼；
[0024] 所述小分子單體為締控基單體，優(yōu)選為含雙鍵的締控基單體中的任意一種或兩種 或二種W上組成的混合物，如丙締酷胺、丙締酸、甲基丙締酸、馬來(lái)酸酢（順下締二酸?。?、 苯乙締、締丙基橫酸鋼、2-丙締酷胺基-2-甲基丙橫酸（AMP巧、N，N-二甲基二締丙基氯化 錠等中的一種或多種形成的混合物，但是從性價(jià)比W及合成工藝的便捷性考慮，W丙締酷 胺、馬來(lái)酸酢、丙締酸為優(yōu)先考慮；
[00巧]所述引發(fā)劑為能夠引發(fā)所述小分子單體產(chǎn)生自由基的引發(fā)劑，優(yōu)選為亞硫酸氨鋼 和過(guò)硫酸錠組成的氧化還原型引發(fā)劑；
[0026] 所述交聯(lián)劑為能夠使幾種聚合物形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的交聯(lián)劑，優(yōu)選為乙酸鋒、尿素、硫 酸亞鐵、甲醒的一種或其中的兩種形成的混合物，但是從所制得的交聯(lián)聚合物抗鹽性考慮， W乙酸鋒、尿素、硫酸亞鐵為優(yōu)先考慮。
[0027] 經(jīng)過(guò)本發(fā)明人的銳意研究，還進(jìn)一步發(fā)明并提供了上述無(wú)銘降粘劑的制備方法。 其各原材料質(zhì)量配比為：
[002引水解聚丙締臘鹽：18~30份，優(yōu)選20~28份，更優(yōu)選25~28份，
[0029] 褐煤與木質(zhì)素橫酸鋼天然高分子：50~70份，優(yōu)選55~65份，更優(yōu)選60~65 份，
[0030] 小分子締控基單體：2~12份，優(yōu)選3~10份，更優(yōu)選3~5份，
[0031] 交聯(lián)劑：2~12份，優(yōu)選3~10份，更優(yōu)選5~10份，