一種鑽井液用接枝澱粉降濾失劑及其製備方法與流程
2023-06-06 12:20:16 1
本發明涉及一種鑽井液用降濾失劑及其製備方法，特別涉及一種鑽井液用接枝澱粉降濾失劑及其製備方法。
背景技術：
鑽井液是用量最大的油田化學品之一，而降濾失劑則是鑽井液中非常重要的一種添加劑。鑽井液濾失量過大時不僅會導致鑽井液的流失，還會導致井壁坍塌，汙染儲層等嚴重後果。降濾失劑的加入可以明顯降低鑽井液的濾失量，維護穩定井壁，確保鑽井能快速安全地進行。隨著石油開採量的增加，很多大油田都進入深層採油時期，開採難度越來越大；並且環境保護愈來愈引起各國政府的重視。因此迫切需要研製效果好，易生物降解的新型環保的鑽井液處理劑。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明在於提供一種可以滿足鑽井對降濾失劑環保要求的鑽井液用接枝澱粉降濾失劑及其製備方法，製得的鑽井液用接枝澱粉降濾失劑不僅具有良好的環保性能、抗汙染性能，而且熱穩定性好，成本低。
為解決上述問題，本發明採用如下技術方案：
一種鑽井液用接枝澱粉降濾失劑，由澱粉、丙烯酸、丙烯醯胺、對苯乙烯磺酸鈉和引發劑以質量比m(澱粉)：m(丙烯酸)：m(丙烯醯胺)：m(對苯乙烯磺酸鈉)：m(引發劑)＝(30～50)：(10～25)：(20～40)：(5～15)：(2～5)組成。
上述鑽井液用接枝澱粉降濾失劑，m(澱粉)：m(丙烯酸)：m(丙烯醯胺)：m(對苯乙烯磺酸鈉)：m(引發劑)＝42.5：15.5：31：8：3。
鑽井液用接枝澱粉降濾失劑的製備方法，包括如下步驟：
(1)按照質量之比為m(澱粉)：m(丙烯酸)：m(丙烯醯胺)：m(對苯乙烯磺酸鈉)：m(引發劑)＝(30～50)：(10～25)：(20～40)：(5～15)：(2～5)準備原料；
(2)將步驟(1)稱量好的澱粉溶於水中，在70～75℃條件下糊化60分鐘，降溫至50～60℃，得糊化好的澱粉溶液；
(3)將步驟(1)稱量好的丙烯酸、丙烯醯胺和對苯乙烯磺酸鈉一起溶於水中，然後將水溶液加入到步驟(2)中糊化好的澱粉溶液中，攪拌10分鐘，再升溫至65～70℃；
(4)將步驟(1)稱量好的引發劑溶於水中，緩慢滴加到步驟(3)製成的混合物中，滴加時間為5～10分鐘，滴加完畢之後保溫3小時。
上述鑽井液用接枝澱粉降濾失劑的製備方法，所述引發劑為過硫酸銨和過硫酸鉀中的一種或兩種。
上述鑽井液用接枝澱粉降濾失劑的製備方法，步驟(4)中：所述引發劑溶解在水中配製成引發劑溶液；在所述引發劑溶液中：所述引發劑的質量百分比濃度為4％-10％。
上述鑽井液用接枝澱粉降濾失劑的製備方法，在步驟(2)的澱粉溶液中：澱粉的質量百分比濃度為10％-25％。
上述鑽井液用接枝澱粉降濾失劑的製備方法，步驟(3)中所用丙烯酸溶液、丙烯醯胺溶液和對苯乙烯磺酸鈉溶液在其溶液中的質量百分比濃度分別為5％-20％、15％-30％和2％-10％。
上述鑽井液用接枝澱粉降濾失劑的製備方法，包括如下步驟：
(1)分別稱量11g澱粉、4g丙烯酸、8g丙烯醯胺、2g對苯乙烯磺酸鈉和0.8g過硫酸銨；
(2)將步驟(1)中稱量好的11g澱粉溶於60克去離子水中，在70～75℃條件下糊化60分鐘，然後降溫至50～60℃，得糊化好的澱粉溶液；
(3)將步驟(1)中稱量好的4g丙烯酸、8g丙烯醯胺和2g對苯乙烯磺酸鈉加入到26克去離子水中攪拌均勻並完全溶解，然後將水溶液加入到上述糊化好的澱粉溶液中，攪拌10分鐘，再升溫至65～70℃；
(4)將步驟(1)中稱量好的0.8g過硫酸銨溶於10g去離子水中，緩慢滴加到步驟(3)中製成的混合物中，滴加時間為5～10分鐘，滴加完畢之後在65～70℃保溫3小時，即得成品。
本發明製備出來的鑽井液用接枝澱粉降濾失劑具有以下優點：
1.本發明的製備方法利用已知的天然原料和化工原料，通過不同的合成方法、過程控制和原料配比等進行優選，得出最合理的產品合成方案；
2.該產品易於生物降解，現場應用時利於環境保護。
3.該產品在淡水鑽井液、鹽水鑽井液或含鈣鹽水鑽井液中均具有較強的降濾失作用，具有很強的抗溫、抗鹽、抗鈣能力。
4.用作鑽井液處理劑時，具有較強的抑制膨潤土分散的能力。
5.能夠很好的控制地層造漿，有效控制井下頁巖水化膨脹，有利於保護油氣層，增加油氣井產量。
6.普通澱粉在常溫下不溶於水，在高溫下時澱粉會溶脹、分裂形成具有粘性的糊狀溶液，這種現象稱為糊化，其本質是澱粉粒中有序及無序態的澱粉分子之間的氫鍵斷開，分散在水中成為膠體溶液，只有先將普通澱粉糊化之後，後續才能和其他單體相互聚合反應合成聚合物。
具體實施方式
為清楚說明本發明中的方案，下面給出優選的實施例詳細說明。
本實施例鑽井液用接枝澱粉降濾失劑的製備方法如下：
(1)分別稱量11g澱粉、4g丙烯酸、8g丙烯醯胺、2g對苯乙烯磺酸鈉和0.8g過硫酸銨；
(2)將步驟(1)中稱量好的11g澱粉溶於60克去離子水中，在70～75℃條件下糊化60分鐘，然後降溫至50～60℃，得糊化好的澱粉溶液；
(3)將步驟(1)中稱量好的4g丙烯酸、8g丙烯醯胺和2g對苯乙烯磺酸鈉加入到26克去離子水中攪拌均勻並完全溶解，然後將水溶液加入到上述糊化好的澱粉溶液中，攪拌10分鐘，再升溫至65～70℃；
(4)將步驟(1)中稱量好的0.8g過硫酸銨溶於10g去離子水中，緩慢滴加到步驟(3)中製成的混合物中，滴加時間為5～10分鐘，滴加完畢之後在65～70℃保溫3小時，即得成品。
本實施例製備出來的鑽井液用接枝澱粉降濾失劑的性能評價：
(1)鑽井液用接枝澱粉降濾失劑在不同鑽井液中的性能評價
其中，淡水中所用基漿為3％基漿，所述3％基漿為每100mL水中加入3克鈉基膨潤土充分攪拌均勻，在室溫條件下經過24小時水化製成的基漿；鹽水基漿所用基漿為3％基漿+4％氯化鈉，所述3％基漿+4％氯化鈉為每100mL水中加入3克鈉基膨潤土充分攪拌均勻，在室溫條件下經過24小時水化，再經高速攪拌加入4克氯化鈉攪拌均勻製成的基漿；鈣鹽基漿所用基漿為3％基漿+4％氯化鈉+0.2％氯化鈣，所述3％基漿+4％氯化鈉+0.2％氯化鈣為每100mL水中加入3克鈉基膨潤土充分攪拌均勻，在室溫條件下經過24小時水化，再經高速攪拌加入4克氯化鈉和0.2克氯化鈣攪拌均勻製成的基漿；所述鑽井液用接枝澱粉降濾失劑的加量0.5％是以質量體積百分數計，即每100mL基漿中加入0.5克鑽井液用接枝澱粉降濾失劑，本發明中的其它加量意思相同。
按所述實驗配方配製鑽井液用接枝澱粉降濾失劑的鑽井液，將所述鑽井液分別在室溫條件下，按GB/T16783規定的測定方法測試其流變和失水性能，然後回收至老化罐中，再分別在160℃條件下熱滾16h(簡化為160/16h)，待鑽井液冷卻至室溫後再分別回收至潔淨的泥漿杯中，高速攪拌5min，按GB/T16783規定的測定方法測試熱滾後的流變和失水性能，具體數據見表1、表2和表3。
表1：淡水鑽井液中的性能
表2：鹽水鑽井液中的性能
表3：鈣鹽鑽井液中的性能
從表1、表2和表3中的數據表明：添加有鑽井液用接枝澱粉降濾失劑的鑽井液在160℃條件下依然具有良好的降濾失效果，並且對鑽井液的流變性能沒有較大影響，這表明本發明所述鑽井液用接枝澱粉降濾失劑具有良好的抗溫性能，而且抗鹽、抗鈣性能優良。
(2)本發明所述的鑽井液用接枝澱粉降濾失劑在鑽井液體系中的應用：
在鑽井液體系應用實驗中，實驗配方如下：配方中XC是黃原膠的代號、CaCO3是超細碳酸鈣的代號、CMS是羧甲基纖維素的代號、HCO是北京奧凱立科技發展股份有限公司生產的潤滑抑制劑的代號【市場上可以購買到】、BST-Ⅱ是北京奧凱立科技發展股份有限公司生產的無滲透鑽井液處理劑的代號【市場上可以購買到】。
樣品1：3％基漿+0.3％XC+0.4％CMS+5％HCO+2％CaCO3+2％BST-Ⅱ
3％基漿是指每100毫升水中加入3克鈉基膨潤土，
0.3％XC是指每100毫升基漿中加入0.3克XC，
0.4％CMS是指每100毫升基漿中加入0.4克CMS，
5％HCO是指每100毫升基漿中加入5克HCO，
2％CaCO3是指每100毫升基漿中加入2克CaCO3，
2％BST-Ⅱ是指每100毫升基漿中加入2克BST-Ⅱ。
樣品2：3％基漿+0.3％XC+0.4％CMS+5％HCO+2％CaCO3+2％BST-Ⅱ+1％鑽井液用接枝澱粉降濾失劑；1％鑽井液用接枝澱粉降濾失劑是指每100毫升基漿中加入1克鑽井液用接枝澱粉降濾失劑，其餘含義與樣品1中相同。
樣品3：3％基漿+0.3％XC+0.4％CMS+5％HCO+2％CaCO3+2％BST-Ⅱ+2％鑽井液用接枝澱粉降濾失劑；2％鑽井液用接枝澱粉降濾失劑是指每100毫升基漿中加入2克鑽井液用接枝澱粉降濾失劑，其餘含義與樣品1中相同。
樣品4：3％基漿+0.3％XC+0.4％CMS+5％HCO+2％CaCO3+2％BST-Ⅱ+3.0％鑽井液用接枝澱粉降濾失劑；3.0％鑽井液用接枝澱粉降濾失劑是指每100毫升基漿中加入3.0克鑽井液用接枝澱粉降濾失劑，其餘含義與樣品1中相同。
按所述實驗配方配製4份樣品，將4份所述樣品分別在室溫條件下，按GB/T16783規定的測定方法測試其流變和失水性能，然後回收至老化罐中，在120℃條件下熱滾16h(簡化為120/16h)，然後待鑽井液冷卻至室溫後再分別回收至潔淨的泥漿杯中，高速攪拌5min，按GB/T16783規定的測定方法測試熱滾後的4份所述樣品的流變和失水性能，具體數據見表4。
表4
表4中記載的實驗數據表明：由樣品2、樣品3及樣品4老化實驗前後的API濾失量可以看出，在鑽井液體系配方中，本發明所述的鑽井液用接枝澱粉降濾失劑添加量為1％時就已經有了很好的降濾失效果，具體添加量可以根據實際情況進行酌情增減。
表1～4中記載的數據表明：本發明所述的鑽井液用接枝澱粉降濾失劑具有較高的抗溫性能，而且在150～180℃仍具有良好的抗溫效果，而且本發明所述的鑽井液用接枝澱粉降濾失劑具有較強的抗鈣、鎂等二價離子的能力，在2.5％濃度的氯化鈣溶液或1.7％氯化鎂+0.5％的氯化鈣(仿海水)等基漿中仍然具有較好的降濾失效果。
上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明創造所作的舉例，而並非對本發明創造具體實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發明的精神和原則之內所引伸出的任何顯而易見的變化或變動仍處於本發明創造權利要求的保護範圍之中。