專利名稱：一種提高磺化鉆井液高溫穩(wěn)定性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高磺化鉆井液高溫穩(wěn)定性的方法，屬于油田化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
上世紀(jì)70年代三磺處理劑的成功研制使深井鉆井液技術(shù)得到飛速發(fā)展，鉆井液 抗溫能力得到大幅度提高。80年代聚合物系列的成功研制使抗高溫鉆井液體系由三磺轉(zhuǎn)變 成聚磺鉆井液體系，這兩種鉆井液體系一直廣泛的應(yīng)用在深井鉆井作業(yè)中。磺甲基酚醛樹脂(SMP，油田上也稱磺化酚醛樹脂)是目前國內(nèi)外廣泛使用的油田 鉆井液添加劑之一。磺甲基酚醛樹脂為一種水溶性陰離子聚電解質(zhì)，主要用在深井鹽水或 飽和鹽水體系中，具有抗溫、抗鹽等優(yōu)良性能，但是近飽和、飽和鹽水磺化鉆井液體系在高 溫下(160°C以上)會(huì)出現(xiàn)增稠現(xiàn)象，從而嚴(yán)重影響正常鉆進(jìn)。高溫交聯(lián)及其影響因素，至 今研究很少，王平全的“三磺處理劑的高溫交聯(lián)及影響因素”，《鉆井液與完井液》1991年第 8卷第4期第26-32頁，該文報(bào)道了高溫交聯(lián)的一些機(jī)理和影響因素，認(rèn)為引起交聯(lián)的主要 原因是聚合物的高溫交聯(lián)，從而使體系的粘度增大，甚至出現(xiàn)膠凝、固化。鉆井液添加劑中 的磺甲基酚醛樹脂類，因其分子結(jié)構(gòu)中含有活性較高的羥甲基，磺甲基酚醛樹脂的交聯(lián)反 應(yīng)為酚環(huán)上的羥甲基與酚環(huán)上的活潑氫發(fā)生脫水縮合反應(yīng)，生成穩(wěn)定的以亞甲基橋連接的 酚環(huán)，分子量增大，從而體系的粘度增大，發(fā)生凍膠化甚至固化。交聯(lián)機(jī)理類似于酚醛樹脂 的固化反應(yīng)機(jī)理。體系的增稠主要是由有機(jī)物的交聯(lián)引起的，加入降粘劑一般無效或反而 引起增粘。本發(fā)明通過抑制高溫、高鹽條件下有機(jī)物的交聯(lián)，提高鉆井液高溫穩(wěn)定性的方法 至今還未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種提高磺化鉆井液高溫穩(wěn)定性的方法，旨在 通過成本低、操作簡(jiǎn)單的方法以控制磺化鉆井液中的羥甲基含量來有效提高鉆井液抗高溫 性。本發(fā)明的原理是向現(xiàn)有的含磺甲基酚醛樹脂的磺化鉆井液中加入高溫穩(wěn)定劑，通 過取代、控制磺化鉆井液中能引起高溫稠化的活性基團(tuán)羥甲基的含量，相應(yīng)增加親水性基 團(tuán)羧酸基的含量，增強(qiáng)磺甲基酚醛樹脂的親水性，實(shí)現(xiàn)提高鉆井液體系高溫穩(wěn)定性的目的。本發(fā)明提供的提高磺化鉆井液高溫穩(wěn)定性的方法，步驟如下將高溫穩(wěn)定劑加入含磺甲基酚醛樹脂的磺化鉆井液中，攪拌均勻后，立即投入使 用。所述的高溫穩(wěn)定劑為下列之一i.氧化劑雙氧水、重鉻酸鉀、次氯酸鈉、次氯酸鈣、高錳酸鉀或過硫酸銨；ii.亞硫酸鹽與醛的混合；iii.含羥基的磺酸鹽。
所述的高溫穩(wěn)定劑加量為磺化鉆井液的0. 3_5wt%，優(yōu)選0. 3-3wt% (質(zhì)量百分 比)。可根據(jù)井底溫度做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，隨溫度的升高，加量適當(dāng)增大。所述的氧化劑優(yōu)選30wt%的雙氧水。所述的亞硫酸鹽為焦亞硫酸鈉、亞硫酸鈉、焦亞硫酸鉀或亞硫酸鉀。所述的醛為三聚甲醛、甲醛溶液或六亞甲基四胺。所述的亞硫酸鹽與醛的混合優(yōu)選焦亞硫酸鈉和三聚甲醛混合，焦亞硫酸鈉與三聚 甲醛質(zhì)量比4-8 0.5-2，其中優(yōu)選5 1。所述的含羥基的磺酸鹽為羥甲基磺酸、羥乙基磺酸或羥丙基磺酸的鈉鹽或鉀鹽?；腔@井液為常用的含磺甲基酚醛樹脂的鉆井液。包括現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道及實(shí)際應(yīng)用 的含磺甲基酚醛樹脂的磺化鉆井液。以下磺化鉆井液配方僅為舉例，并不限于此例。一種常用磺化鉆井液配方為 以漿濃2-3% (單位土 g/水mL)的土漿為基數(shù)，添加0. 1 % Na2C03 (占土漿質(zhì)量 百分比，以下均同),1. 0% NaOH, 2-8% SMP-2,2. 0% SPNH, 3.0% PSC-2,2. 0% SPC,3. 0% Tf-180 或 3. 0% Tf-160,25. 0% NaCl，5. 0% KC10 再添加 4. 2g/cm3 高密度重晶石粉至密度 為 2. 3 2. 4g/mL。磺化鉆井液中所用土漿一般為鈉膨潤(rùn)土加水配制，漿濃2-3% (單位土 g/水 mL)，靜置24小時(shí)?；腔@井液中所用SMP-2為磺甲基酚醛樹脂，SPNH為褐煤樹脂，PSC-2為磺甲基腐 殖酸鉻，SPC為鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽，Tf-180為軟化點(diǎn)為180度的浙青粉，Tf-160為軟化點(diǎn)為 160度的浙青粉，均可市場(chǎng)購得。鈉膨潤(rùn)土、氯化鈉、氯化鉀、重晶石等均為市售材料。所述的磺化鉆井液中磺甲基酚醛樹脂(SMP-2)的含量?jī)?yōu)選為6%，SMP_2與鉆井液 中土漿的質(zhì)量比?；腔@井液處理劑高溫稠化的機(jī)理為(1)磺甲基酚醛樹脂上的羥甲基與酚環(huán)上的活潑氫通過分子間脫水縮合形成亞甲 基(2)羥甲基之間脫水形成二芐基醚主要發(fā)生在160°C以下；高于160°C后分解， 芐基醚分解成亞甲基鍵，并放出甲醛。
<formula>formula see original document page 5</formula>(5)生產(chǎn)磺甲基酚醛樹脂的原料一般為苯酚和甲醛或多聚甲醛，產(chǎn)品中可能存在 原料未反應(yīng)的甲醛、醚鍵熱解產(chǎn)生的甲醛，由甲醛引起的縮合，反應(yīng)機(jī)理同酚醛樹脂的生產(chǎn) 反應(yīng)甲醛先與酚環(huán)上的活潑氫生成羥甲基，進(jìn)而發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)。其中上述(1)是最主要的交聯(lián)反應(yīng)，其產(chǎn)物也是最穩(wěn)定的。本發(fā)明所采取的控制磺化鉆井液高溫交聯(lián)、稠化的機(jī)理如下通過適度氧化降低羥甲基的含量，抑制交聯(lián)反應(yīng)的發(fā)生。<formula>formula see original document page 6</formula>
本發(fā)明具有以下優(yōu)良效果1.本發(fā)明所用的控制高溫稠化的添加劑用量少，成本低；2.本發(fā)明方法操作簡(jiǎn)單、使用方便，易控；3.本發(fā)明方法可明顯的提高鉆井液的高溫穩(wěn)定性能，并能降低鉆井液的粘切和濾 失量；其他成分均不改變，可將飽和鹽水、近飽和鹽水磺化鉆井液在原有基礎(chǔ)上提高30°C 以上，有效地?cái)U(kuò)大了磺化鉆井液的應(yīng)用范圍，可使其應(yīng)用于150-230°C的高溫地層。4.本發(fā)明所用方法具有通用性，可用于所有磺化類鉆井液體系性能的改進(jìn)，提高 其抗溫抗鹽性能，提高高溫穩(wěn)定性能。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。各實(shí)施例中的百分比如無特別指出，均 為重量百分比，所用的藥品均為鉆井現(xiàn)場(chǎng)常用藥品。SMP-2為磺甲基酚醛樹脂，巴州三元石油助劑公司產(chǎn)。SPNH為褐煤樹脂，云南金思達(dá)化工助劑公司產(chǎn)。PSC-2為磺甲基腐殖酸鉻，北京市科興石油助劑開發(fā)公司產(chǎn)。SPC為鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽，北京延慶腐殖酸廠公司產(chǎn)。Tf-180為軟化點(diǎn)為180度的浙青粉，蘭州新興材料公司產(chǎn)。Tf-160為軟化點(diǎn)為160度的浙青粉，蘭州新興材料公司產(chǎn)。高密度重晶石粉，密度4. 2g/cm3，塔北石油助劑公司產(chǎn)。實(shí)施例1 磺化鉆井液配方以漿濃2-3% (單位土 g/水mL)的土漿為基數(shù)，添加0. 1 % Na2C03,1. 0% NaOH(質(zhì)量百分比，下同)，6. 0% SMP-2,2. 0% SPNH, 3. 0% PSC-2, 2. 0% SPC, 3. 0% Tf-160, 2. 0% SY-A07,25. 0% NaCl,5. 0% KC1，余量水。然后添加 4. 2g/cm3 高密度 重晶石粉至密度為2. 3g/mL。量取300mL上述配方的鉆井液加入濃度為30%的雙氧水6mL，攪拌均勻，轉(zhuǎn)移至陳 化釜中，于180°C滾動(dòng)16h后，與不加高溫穩(wěn)定劑的參比樣于相同條件下處理后相比，表觀 粘度降低10%，切力降低40%，高溫高壓失水量降為原來的50%。實(shí)施例2 如實(shí)施例1所述，所不同的是使用的穩(wěn)定劑為重鉻酸鈉，與相同條件下不加穩(wěn)定 劑的鉆井液相比，表觀粘度降低10%，切力降低30%，高溫高壓失水量降為原來的66%。實(shí)施例3 如實(shí)施例1所述，所不同的是用次氯酸鈉代替雙氧水，與相同條件下不加穩(wěn)定劑 的鉆井液相比，表觀粘度降低15%，切力降低40%，高溫高壓失水量降為原來的80%。實(shí)施例4
如實(shí)施例1所述，所不同的是用過硫酸銨代替雙氧水。與相同條件下不加穩(wěn)定劑 的鉆井液相比，表觀粘度降低10%，切力降低20%，高溫高壓失水量降為原來的80%。實(shí)施例5 如實(shí)施例1所述，不同的是用高錳酸鉀代替雙氧水。與相同條件下不加穩(wěn)定劑的 鉆井液相比，表觀粘度降低10%，切力降低25%，高溫高壓失水量降為原來的80%。實(shí)施例6 如實(shí)施例1所述，不同的是用重鉻酸鉀代替雙氧水。與相同條件下不加穩(wěn)定劑的 鉆井液相比，表觀粘度降低10%，切力降低28%，高溫高壓失水量降為原來的75%。實(shí)施例7 如實(shí)施例1所述，不同的是用漂白粉(其有效成分為次氯酸鈣)代替雙氧水。與 相同條件下不加穩(wěn)定劑的鉆井液相比，表觀粘度降低5%，切力降低10%，高溫高壓失水基 本不變。實(shí)施例8 如實(shí)施例1所述，取300mL的鉆井液加入lg的焦亞硫酸鈉和0. 2g的三聚甲醛， 160°C滾動(dòng)16h后，與不加高溫穩(wěn)定劑的參比樣于相同條件下處理后相比，表觀粘度降低
17%，切力降低45 %，高溫高壓失水量基本不變。實(shí)施例9 如實(shí)施例8所述，不同的是用亞硫酸鈉代替焦亞硫酸鈉，160°C滾動(dòng)16h后，與不加 的相同條件處理后的鉆井液相比，表觀粘度降低15%，切力降低38%，高溫高壓失水量變 化不大。實(shí)施例10 如實(shí)施例8所述，不同的是用甲醛溶液(濃度37% )代替三聚甲醛(使其中有效 甲醛的量相同)。160°C滾動(dòng)16h后，與不加的相同條件處理后的鉆井液相比，表觀粘度降低
18%，切力降低45 %，高溫高壓失水量變化不大。實(shí)施例11 如實(shí)施例8所述，不同的是用六亞甲基四胺代替三聚甲醛。160°C滾動(dòng)16h后，與 不加的相同條件處理后的鉆井液相比，表觀粘度降低10 %，切力降低30 %，高溫高壓失水 量變化不大。實(shí)施例12 如實(shí)施例8所述，不同的是單獨(dú)使用亞硫酸鈉，將其加入的量增加至實(shí)施例8中 所加量的5倍。160°C滾動(dòng)16h后，與不加的相同條件處理后的鉆井液相比，表觀粘度降低 10%，切力降低30%，高溫高壓失水量變化不大。實(shí)施例13 如實(shí)施例8所述，不同的是只加入焦亞硫酸鈉。160°C滾動(dòng)16h后，與不加的相同 條件處理后的鉆井液相比，表觀粘度降低10%，切力降低20%，高溫高壓失水量變化不大。實(shí)施例14 如實(shí)施例8所述，不同的是用1. 2g的羥甲基磺酸鈉代替焦亞硫酸鈉和三聚甲醛， 160°C滾動(dòng)16h后，與不加的相同條件處理后的鉆井液相比，表觀粘度降低15%，切力降低 40 %，高溫高壓失水量略有降低。
實(shí)施例15 如實(shí)施例8所述，不同的是用1. 3g的羥乙基磺酸鈉代替焦亞硫酸鈉和三聚甲醛， 160°C滾動(dòng)16h后，與不加的相同條件處理后的鉆井液相比，表觀粘度降低15%，切力降低 30 %，高溫高壓失水也略有降低。實(shí)施例16 如實(shí)施例8所述，不同的是用1. 3g的羥丙基磺酸鈉代替焦亞硫酸鈉和三聚甲醛， 160°C滾動(dòng)16h后，與不加的相同條件處理后的鉆井液相比，表觀粘度降低12%，切力降低 30 %，高溫高壓失水也略有降低。實(shí)施例17 如實(shí)施例8所述，不同的是加入1. 5g焦亞硫酸鈉和0. 2g三聚甲醛，160°C滾動(dòng)16h 后，與不加高溫穩(wěn)定劑的參比樣于相同條件下處理后相比，表觀粘度降低18%，切力降低 50%，高溫高壓失水量基本不變。實(shí)施例18 如實(shí)施例8所述，不同的是加入2. 0g焦亞硫酸鈉和0. 2g三聚甲醛，160°C滾動(dòng)16h 后，與不加高溫穩(wěn)定劑的參比樣于相同條件下處理后相比，表觀粘度降低16%，切力降低 46%，高溫高壓失水量基本不變。實(shí)施例19 如實(shí)施例8所述，不同的是加入1. 0g焦亞硫酸鈉和0. 3g三聚甲醛，160°C滾動(dòng)16h 后，與不加高溫穩(wěn)定劑的參比樣于相同條件下處理后相比，表觀粘度降低18%，切力降低 40%，高溫高壓失水量基本不變。實(shí)施例20 如實(shí)施例8所述，不同的是160°C滾動(dòng)72h后，與不加穩(wěn)定劑的相同條件處理后的 鉆井液相比，表觀粘度降低50%，切力降低70%左右，高溫高壓失水降低33%。實(shí)施例21 如實(shí)施例9所述，不同的是160°C滾動(dòng)72h后，與不加穩(wěn)定劑的相同條件處理后的 鉆井液相比，表觀粘度降低47%，切力降低68%，高溫高壓失水降低30%。實(shí)施例22 如實(shí)施例10所述，不同的是160°C滾動(dòng)72h后，160°C滾動(dòng)72h后，與不加穩(wěn)定劑 的相同條件處理后的鉆井液相比，表觀粘度降低52 %，切力降低70 %，高溫高壓失水降低 35%。實(shí)施例23 如實(shí)施例8所述，不同的是180°C滾動(dòng)16h后，與不加穩(wěn)定劑的相同條件處理后的 鉆井液相比，表觀粘度降低48%，切力降低80%，高溫高壓失水降低20%。實(shí)施例24:如實(shí)施例9所述，不同的是180°C滾動(dòng)16h后，與不加穩(wěn)定劑的相同條件處理后的 鉆井液相比，表觀粘度降低45%，切力降低74%，高溫高壓失水降低20%。實(shí)施例25:如實(shí)施例9所述，不同的是180°C滾動(dòng)16h后，與不加穩(wěn)定劑的相同條件處理后的 鉆井液相比，表觀粘度降低50%，切力降低81%，高溫高壓失水降低21%。
實(shí)施例26:如實(shí)施例8所述，不同的是180°C滾動(dòng)72h后，與不加的相同條件處理后的鉆井液 相比，加油高溫穩(wěn)定劑的鉆井液流變性能良好(表觀粘度85. OmPas)，未加有高溫穩(wěn)定劑 的參比樣嚴(yán)重稠化無法測(cè)量其流變參數(shù)，高溫高壓失水降低60%。實(shí)施例27:如實(shí)施例9所述，不同的是于180°C滾動(dòng)72h，與相同條件下不加處理劑的鉆井液 相比，加油高溫穩(wěn)定劑的鉆井液流變性能良好(表觀粘度90. OmPas)，未加有高溫穩(wěn)定劑 的參比樣嚴(yán)重稠化無法測(cè)量其流變參數(shù)，高溫高壓失水降低60%。實(shí)施例28:如實(shí)施例10所述，不同的是180°C滾動(dòng)72h后，與不加的相同條件處理后的鉆井液 相比，加油高溫穩(wěn)定劑的鉆井液流變性能良好(表觀粘度83. OmPas)，未加有高溫穩(wěn)定劑 的參比樣嚴(yán)重稠化無法測(cè)量其流變參數(shù)，高溫高壓失水降低62%。
權(quán)利要求
一種提高磺化鉆井液高溫穩(wěn)定性的方法，步驟如下將高溫穩(wěn)定劑加入含磺甲基酚醛樹脂的磺化鉆井液中，攪拌均勻后，立即投入使用；所述的高溫穩(wěn)定劑為下列之一i.氧化劑雙氧水、重鉻酸鉀、次氯酸鈉、次氯酸鈣、高錳酸鉀或過硫酸銨，ii.亞硫酸鹽與醛的混合，iii.含羥基的磺酸鹽；所述的高溫穩(wěn)定劑加量為磺化鉆井液質(zhì)量的0.5-5wt％。
2.如權(quán)利要求1所述的提高磺化鉆井液高溫穩(wěn)定性的方法，其特征在于所述的高溫穩(wěn) 定劑加量為磺化鉆井液的l_3wt%。
3.如權(quán)利要求1所述的提高磺化鉆井液高溫穩(wěn)定性的方法，其特征在于所述的氧化劑 為30wt%的雙氧水。
4.如權(quán)利要求1所述的提高磺化鉆井液高溫穩(wěn)定性的方法，其特征在于所述的亞硫酸 鹽為焦亞硫酸鈉、亞硫酸鈉、焦亞硫酸鉀或亞硫酸鉀。
5.如權(quán)利要求1所述的提高磺化鉆井液高溫穩(wěn)定性的方法，其特征在于所述的醛為三 聚甲醛、甲醛溶液或六亞甲基四胺。
6.如權(quán)利要求1所述的提高磺化鉆井液高溫穩(wěn)定性的方法，其特征在于所述的亞硫酸 鹽與醛的混合是焦亞硫酸鈉和三聚甲醛混合。
7.如權(quán)利要求6所述的提高磺化鉆井液高溫穩(wěn)定性的方法，其特征在于焦亞硫酸鈉與 三聚甲醛質(zhì)量比為4-8 0.5-2。
8.如權(quán)利要求6所述的提高磺化鉆井液高溫穩(wěn)定性的方法，其特征在于所述的焦亞硫 酸鈉與三聚甲醛質(zhì)量比為6 1。
9.如權(quán)利要求1所述的提高磺化鉆井液高溫穩(wěn)定性的方法，其特征在于所述的含羥基 的磺酸鹽為羥甲基磺酸、羥乙基磺酸或羥丙基磺酸的鈉鹽或鉀鹽。
全文摘要
本發(fā)明提供一種提高磺化鉆井液高溫穩(wěn)定性的方法，將高溫穩(wěn)定劑加入含磺甲基酚醛樹脂的磺化鉆井液中，攪拌均勻后，立即投入使用；通過添加的穩(wěn)定劑取代反應(yīng)降低磺化鉆井液添加劑中引起高溫交聯(lián)的的活性基團(tuán)的含量，增加親水性基團(tuán)羧酸基的含量，實(shí)現(xiàn)使磺化鉆井液的高溫穩(wěn)定性顯著提升，失水顯著下降。
文檔編號(hào)E21B43/22GK101798914SQ201010141330
公開日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2010年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月8日
發(fā)明者盧明, 孫明波, 張志財(cái), 張敬春, 王書琪 申請(qǐng)人:中國石油大學(xué)(華東)