專利名稱：：鉆井液或完井液用凝膠型提切劑及其制備方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及鉆井液或完井液用凝膠型提切劑及其制備方法。本發(fā)明屬于石油工業(yè)的油氣田鉆井
技術領域：
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背景技術：
：國內(nèi)油田早期常用的提切劑有黃原膠、瓜爾膠、羧甲基纖維素(HV-CMC)、羥乙基纖維素(HEC)及合成類有機物(復合離子型丙烯酸鹽PAC、聚丙烯酰胺PAM等)。這些提切劑只能在常規(guī)鉆井液中使用，主要是膨潤土鉆井液體系。另外，它們有的價格過高、性價比不佳，還存在難生物降解、后期廢棄鉆井液處理困難等不足，這些均限制了它們的廣泛使用。隨著石油鉆探技術的不斷發(fā)展，鉆井液技術也隨之發(fā)展和進步。目前研究較多的是無固相鉆井液，無固相鉆井液是一種不含粘土、含有一定化學抑制劑(用于抑制地層造漿)、密度接近于清水的鉆井液體系，該體系的優(yōu)點是密度低，能大大提高鉆頭高效破巖能力，缺點是懸浮性差，使用不當易引起沉沙卡鉆。無固相鉆井液快速鉆井技術就是利用該體系密度低的最大優(yōu)點，同時克服其缺點，大大降低漿柱與底層流體之間的正壓差，減少井底的'壓持效應'，從而極大地解決機械鉆速，實現(xiàn)安全優(yōu)質(zhì)快速鉆井之目的，本發(fā)明所得的產(chǎn)品特別適用于低壓、低滲裂縫發(fā)育的油氣藏，利于發(fā)現(xiàn)和保護油氣層，同時廢鉆井液后期處理也較為容易。目前，國內(nèi)的無固相鉆井、完井液主要研究方向為(1)甲酸鹽無固相鉆井完井液；(2)無固相鹽水聚合物鉆井液完井液；(3)FA367/KC1無固相鉆井完井液；(4)無固相正電性鉆井完井液；(5)無固相有機鹽鉆井完井液等。但是伴隨著無固相鉆井液的出現(xiàn)一個新問題，需要高效的提切劑以保證鉆井液體系的攜砂性能、潤滑性能、降失水性能及提切性能，同時還要求無固相鉆井液體系保持優(yōu)良的流變性能。常規(guī)的鉆井液提切劑(如HV-CMC、HEC等)已不能滿足無固相鉆井液體系所要求的低剪切速率高粘度的要求，同時這些聚合物提切劑大多難以生物降解，使用后對環(huán)境存在污染大等問題。
發(fā)明內(nèi)容本產(chǎn)品針對常規(guī)的鉆井液提切劑(如HV-CMC、HEC等)不能滿足無固相鉆井液體系所要求的低剪切速率高粘度的要求、攜砂能力弱、難以生物降解、使用后對環(huán)境存在污染大等問題而研制開發(fā)的，它能解決常規(guī)鉆井液體系存在的粘土含量高、嚴重影響鉆井進度、損害油氣層、污染環(huán)境，廢棄鉆井液處理難度大等問題，可有效的保護油氣層，提高石油的采收率。本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術中存在的問題，提供了一種鉆井液、完井液用凝膠型提3切劑，該提切劑是由中間產(chǎn)品P、纖維素改性物(和/或淀粉改性物)和抗高溫氧化劑復合形成的；其中，中間產(chǎn)品P是以生物聚合物為原料，通過表面活性劑水溶液活化后形成的；抗高溫氧化劑用于提高產(chǎn)品的抗高溫性，其選自甲酸鈉、甲酸鉀、甲酸銫、檸檬酸中的一種或兩種；生物聚合物選自黃原膠、瓜爾膠、果膠中的一種或兩種。另外，在本發(fā)明的上述技術方案中，表面活性劑優(yōu)選為選自壬基酚聚氧乙烯醚系列和脂肪醇聚氧乙烯醚系列的表面活性劑中的一種或兩種，壬基酚聚氧乙烯醚系列的表面活性劑優(yōu)選為0P-10、0P-15、0P-20、0P-30，脂肪醇聚氧乙烯醚系列的表面活性劑優(yōu)選為AE0-3、AE0-9。另外，在本發(fā)明的上述技術方案中，纖維素改性物優(yōu)選為選自羧甲基纖維素(HV-CMC)、中粘度羧甲基纖維素鈉鹽(MV-CMC)、低粘度羧甲基纖維素鈉鹽(LV-CMC);淀粉改性物優(yōu)選為選自羧甲基淀粉鈉(CMS)、陽離子淀粉、氧化淀粉。另外，中間產(chǎn)品、纖維素改性物(和/或淀粉改性物)和抗高溫氧化劑復合過程是一種物理過程。另外，本發(fā)明的技術方案中，表面活性劑水溶液的濃度優(yōu)選為47wt%(重量％)，更優(yōu)選為5wt%。另外，本發(fā)明的技術方案中，生物聚合物和表面活性劑水溶液的比例以質(zhì)量比計，優(yōu)選為2:32:4。另外，本發(fā)明的技術方案中，以中間產(chǎn)品P、纖維素改性物或淀粉改性物和抗高溫氧化劑的總量為100質(zhì)量％，中間產(chǎn)品P優(yōu)選為4070質(zhì)量％，纖維素改性物(和/或淀粉改性物)優(yōu)選為2055質(zhì)量％，抗高溫氧化劑優(yōu)選為510質(zhì)量％。另外，本發(fā)明還提供上述凝膠型提切劑的制備方法，該方法包括(1)將表面活性劑溶解到水中，配制表面活性劑水溶液；(2)將生物聚合物加入到表面活性劑水溶液中，進行活化反應；(3)將活化后產(chǎn)品干燥、粉碎，得到中間產(chǎn)品P;(4)中間產(chǎn)品P、纖維素改性物和/或淀粉改性物與抗高溫氧化劑復合形成提切劑；其中，中間產(chǎn)品P是以生物聚合物為原料，通過表面活性劑水溶液活化后形成的；纖維素改性物選自羧甲基纖維素、中粘度羧甲基纖維素鈉鹽、低粘度羧甲基纖維素鈉鹽；淀粉改性物選自羧甲基淀粉鈉、陽離子淀粉、氧化淀粉；抗高溫氧化劑是選自甲酸鈉、甲酸鉀、甲酸銫、檸檬酸中的一種或兩種；生物聚合物選自黃原膠、瓜爾膠、果膠中的一種或兩種。另外，在上述方法中，步驟(1)中形成的表面活性劑水溶液的濃度優(yōu)選為47wt^，更優(yōu)選為5wt%。另外，在上述方法中，步驟(2)中生物聚合物是在攪拌的條件下加入的，活化溫度優(yōu)選為809(TC，活化反應時間優(yōu)選為68小時。另外，在上述方法中，其中在步驟(3)中，活化后產(chǎn)品是在10015(TC、優(yōu)選為105。C下烘干，粉碎到100300目、優(yōu)選為200目。另外，上述的凝膠型提切劑的制備方法，更優(yōu)選包括下述步驟(1)在142.5ml水中加入7.5g表面活性劑，配制得到5wt^表面活性劑水溶液；(2)將150g5wt^的表面活性劑水溶液加入到反應釜中，邊攪拌邊加入100g生物聚合物，在80-9(TC溫度下，活化反應6-8h;(3)活化后產(chǎn)品經(jīng)105。C烘干、粉碎及過200目篩后，得中間產(chǎn)品。(4)將活化反應所得中間產(chǎn)品與纖維素改性物或淀粉改性物和抗高溫氧化劑進行復合，利用中間產(chǎn)品與其他原料間的協(xié)同效應，得到最終產(chǎn)品。另外，本發(fā)明的凝膠型提切劑可以在鉆井液或完井液中使用。本發(fā)明具有如下優(yōu)異的技術效果優(yōu)點一鉆井液用凝膠型提切劑主要是由生物聚合物、纖維素改性物及抗高溫氧化劑等可生物降解的物質(zhì)經(jīng)活化和復合等特殊工藝加工而成的粉末狀環(huán)保型新技術產(chǎn)品，與普通提切劑相比，它同時具有凝膠和提切劑的特點，最突出的是該產(chǎn)品不需要加入任何交聯(lián)劑，在水溶液狀態(tài)下自身就可以凝膠。優(yōu)點二經(jīng)表面活性劑活化及與纖維素改性物和抗高溫氧化劑復合后，提高了產(chǎn)品提切性能、凝膠性能和抗溫、抗鹽性能，淡水基漿+2%樣品，在常溫下，動切力(YP)可達20pa以上，而在16(TC，16h條件下，動切力(YP)可達15pa以上；10%配制鹽水溶液+2%樣品，在常溫下，動切力(YP)可達18pa以上，而在160°C，16h條件下，動切力(YP)可達15pa以上，同時，在低剪切速率下具有很高的粘度(10%NaCl鹽水，16(TC條件下，老化16小時后，0.3r/min條件下，粘度仍可達80000mpa.s以上)，攜砂能力強，且具有優(yōu)異的潤滑性和抑制性，滿足了水平井、分支井及超深井等復雜井鉆井的工程要求。優(yōu)點三可生物降解，本產(chǎn)品的可生物降解指標BOD5(生物耗氧量)/COD(化學耗氧量)2，無毒，急性生物毒性ECs。>100，000mg/l，滿足了環(huán)保要求。具體實施例方式以下，結合實施例對本發(fā)明進一步描述，但是這些實施例并不是對本發(fā)明的范圍進行限定。實施例1:(1)在142.5ml自來水中加入7.5g表面活性劑OP-IO，配制得到5wt^表面活性劑0P-10水溶液；(2)將150g5wt^的表面活性劑0P-10水溶液加入到反應釜中，邊攪拌邊加入100g黃原膠，在80-9(TC溫度下，活化反應7h;(3)活化后產(chǎn)品經(jīng)105。C烘干、粉碎及過200目篩后，得中間產(chǎn)品。(4)取中間產(chǎn)品40.Og，與50.OgHV-CMC和10.Og甲酸鉀進行復合，得到100.Og凝膠型提切劑產(chǎn)品。實施例2:(1)在142.5ml自來水中加入7.5g表面活性劑AE0-3，配制得到5wt^表面活性劑AE0-3水溶液；(2)將150g5wt^的表面活性劑AE0-3水溶液加入到反應釜中，邊攪拌邊加入100g黃原膠，在80-9(TC溫度下，活化反應7h;(3)活化后產(chǎn)品經(jīng)105t:烘干、粉碎及過200目篩后，得中間產(chǎn)品。(4)取中間產(chǎn)品50.Og，與40.OgLV-CMC和10.Og甲酸鈉進行復合，得到100.Og凝膠型提切劑產(chǎn)品。實施例3:(1)在142.5ml自來水中加入7.5g表面活性劑AE0_9，配制得到5wt^表面活性劑AE0-9水溶液；(2)將150g5wt^的表面活性劑AE0-9水溶液加入到反應釜中，邊攪拌邊加入lOOg黃原膠，在80-9(TC溫度下，活化反應7h;(3)活化后產(chǎn)品經(jīng)105t:烘干、粉碎及過200目篩后，得中間產(chǎn)品。(4)取中間產(chǎn)品60.Og，與30.OgCMS和10.Og擰檬酸進行復合，得到100.Og凝膠型提切劑產(chǎn)品。實施例產(chǎn)品的性能評價方法1、實施例產(chǎn)品成膠性能評價在200ml燒杯中加入148ml水，開啟攪拌器，轉速3000r/min，邊攪拌邊加入2.Og實施例產(chǎn)品，待產(chǎn)品完全加入后，繼續(xù)攪拌10min，靜置5min后，觀察產(chǎn)品的成膠狀態(tài)。2、實施例的產(chǎn)品流變性能評價(1)常溫性能(鹽水)量取400ml蒸餾水，加入40g氯化鈉，充分溶解均勻，即成10%NaCl鹽水溶液置于高攪杯中。向高攪杯中先加入l.Og碳酸鈉，在轉速為10000r/min的條件下，加入8.0g實施例產(chǎn)品，高攪(轉速10000r/min)20min后，于室溫下密閉水化4h，再高攪5min，按GB/T16783.1-2006的規(guī)定在六速旋轉粘度計上測定樣品溶液的小600、小300、小200、小100、小6、小3的粘度、動切力及10s、10min的靜切力，用DV-II粘度測定儀測定0.3r/min的低剪切速率粘度。(2)高溫性能(鹽水)量取400ml蒸餾水，加入40g氯化鈉，充分溶解均勻，即成10%NaCl鹽水溶液置于高攪杯中。向高攪杯中先加入l.Og碳酸鈉，在轉速為10000r/min的條件下，加入8.Og實施例產(chǎn)品，高攪(轉速10000r/min)20min后，于室溫下密閉水化4h，再高攪5min，放入滾子爐中，在16(TC下，恒溫滾動16小時后，取出冷卻至室溫，再高攪5min后，按GB/T16783.1-2006的規(guī)定在六速旋轉粘度計上測定樣品溶液的小600、小300、小200、小100、小6、小3的粘度、動切力及10s、10min的靜切力，用DV-II粘度測定儀測定0.3r/min的低剪切速率粘度。(3)計算AV=R600/2(1)PV=R6。。—R3。。(2)YP=0.48X(R300_PV)(3)G愿(或G漏n)=R3/2(4)式中PV-塑性粘度，mPa.s;YP-動切力，Pa;R6。。、R3。。、R3-600r/min，300r/min，3r/min時的穩(wěn)定讀值，mPa.s;G愿、G脂n——10s或lOmin的靜切力，PaR3——靜止10s或lOmin時的3r/min最大讀值，mPa.s。3、實施例產(chǎn)品的環(huán)保性能評價(1)可生物降解性評價以B0D5(生物耗氧量)/C0D(化學耗氧量)作為評價指標先分別評價實施例產(chǎn)品的B0D5和COD，然后計算二者的比值。實施例產(chǎn)品的B0D5評價方法按GB5086.2-1997《固體廢物浸出毒性浸出方法水平振蕩法》中要求的方法對實施例產(chǎn)品進行預處理后，采用B0DTrack快速測定儀測定5天后的樣品BOD值即B0D5值。實施例產(chǎn)品COD評價方法按GB5086.2-1997《固體廢物浸出毒性浸出方法水平振蕩法》中要求的方法對實施例產(chǎn)品進行預處理后，在COD消解儀上進行消解2h，然后采用DR2400型便攜式分光光度計測定樣品的COD值。4、實施例產(chǎn)品急性生物毒性評價在198ml蒸餾水(一級)中加入2.0g實施例樣品，配制得到2%水溶液，然后按照GB/T15441-1995《水質(zhì)急性毒性的測定發(fā)光細菌法》測定實施例產(chǎn)品溶液的急性生物毒性ECso值。根據(jù)上述產(chǎn)品性能評價方法，分別對實施例13的凝膠型提切劑產(chǎn)品以及HV-CMC和HEC進行評價，評價結果如表一至表三所示。另外，在表四中匯總實施例13的凝膠型提切劑的各種性能指標。表一實施例產(chǎn)品成膠性能對比評價結果<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表二實施例產(chǎn)品環(huán)保性能對比評價結果<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>[oose]表三實施例產(chǎn)品流變性能對比評價結果<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>[ooss]表四實施例產(chǎn)品性能指標一覽表<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>權利要求一種凝膠型提切劑，該提切劑是由中間產(chǎn)品P、纖維素改性物和/或淀粉改性物與抗高溫氧化劑復合形成的；其中，中間產(chǎn)品P是以生物聚合物為原料，通過表面活性劑水溶液活化后形成的；抗高溫氧化劑是選自甲酸鈉、甲酸鉀、甲酸銫、檸檬酸中的一種或兩種；生物聚合物選自黃原膠、瓜爾膠、果膠中的一種或兩種。2.根據(jù)權利要求1所述的凝膠型提切劑，其中表面活性劑是選自壬基酚聚氧乙烯醚系列的OP-IO、0P-15、0P-20、0P-30和脂肪醇聚氧乙烯醚系列的AE0-3、AE0-9中的一種或兩種。3.根據(jù)權利要求l2任一項所述的凝膠型提切劑，其中纖維素改性物選自羧甲基纖維素、中粘度羧甲基纖維素鈉鹽、低粘度羧甲基纖維素鈉鹽；淀粉改性物選自羧甲基淀粉鈉、陽離子淀粉、氧化淀粉。4.根據(jù)權利要求13所述的凝膠型提切劑，其中所形成的表面活性劑水溶液的濃度是47wt%。5.根據(jù)權利要求14任一項所述的凝膠型提切劑，其中生物聚合物和表面活性劑水溶液的比例以質(zhì)量比計是2:32:4。6.根據(jù)權利要求15任一項所述的凝膠型提切劑，其中以中間產(chǎn)品P、纖維素改性物或淀粉改性物和抗高溫氧化劑的總量為100質(zhì)量％，中間產(chǎn)品P為4070質(zhì)量％，纖維素改性物和/或淀粉改性物為2055質(zhì)量％，抗高溫氧化劑為510質(zhì)量％。7.權利要求16任一項所述的凝膠型提切劑的制備方法，該方法包括(1)將表面活性劑溶解到水中，配制表面活性劑水溶液；(2)將生物聚合物加入到表面活性劑水溶液中，進行活化反應；(3)將活化后產(chǎn)品干燥、粉碎，得到中間產(chǎn)品P;(4)將中間產(chǎn)品P、纖維素改性物和/或淀粉改性物與抗高溫氧化劑復合形成提切劑；其中，纖維素改性物選自羧甲基纖維素、中粘度羧甲基纖維素鈉鹽、低粘度羧甲基纖維素鈉鹽；淀粉改性物選自羧甲基淀粉鈉、陽離子淀粉、氧化淀粉；抗高溫氧化劑是選自甲酸鈉、甲酸鉀、甲酸銫、檸檬酸中的一種或兩種；生物聚合物選自黃原膠、瓜爾膠、果膠中的一種或兩種。8.根據(jù)權利要求7所述的凝膠型提切劑的制備方法，其中步驟(1)中形成的表面活性劑水溶液的濃度是47wt%。9.根據(jù)權利要求7所述的凝膠型提切劑的制備方法，其中步驟(2)中生物聚合物是在攪拌的條件下加入的，活化溫度是8090°C，活化反應時間是68小時。10.根據(jù)權利要求7所述的凝膠型提切劑的制備方法，其中在步驟(3)中，活化后產(chǎn)品是在100150。C下烘干，粉碎到100300目。全文摘要本發(fā)明提供一種鉆井液或完井液用凝膠型提切劑及其制備方法。該凝膠型提切劑是由中間產(chǎn)品P、纖維素或淀粉改性物和抗高溫氧化劑復合形成的；中間產(chǎn)品P是以生物聚合物為原料，通過表面活性劑水溶液活化后形成的；且纖維素改性物選自羧甲基纖維素、中粘度羧甲基纖維素鈉鹽、低粘度羧甲基纖維素鈉鹽；淀粉改性物選自羧甲基淀粉鈉、陽離子淀粉、氧化淀粉；抗高溫氧化劑是選自甲酸鈉、甲酸鉀、甲酸銫、檸檬酸中的一種或兩種；生物聚合物選自黃原膠、瓜爾膠、果膠中的一種或兩種。文檔編號C09K8/34GK101693825SQ20091023672公開日2010年4月14日申請日期2009年11月5日優(yōu)先權日2009年11月5日發(fā)明者史建剛,王蓉沙,胥洪彪,蔣官澄,謝水祥,鄧皓,陳勉申請人:中國石油大學(北京);