一种用于一趟钻钻井工艺的功能复合型降滤失剂的制作方法

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1.本发明涉及油田化学技术领域，尤其是一种用于一趟钻钻井工艺的功能复合型乳液降滤失剂。

背景技术：

2.中国拥有储量巨大的非常规油气资源，近年来各油气田纷纷建立了油气资源的开发试验区，以“井工厂”大型化设计、定向钻井“一趟钻”作业的高新技术不断得以深化研究和广泛应用，极大地促进了非常规油气资源的经济高效开发。实现一次下井就连续钻完同一尺寸井眼的全部进尺，是一种理想的安全高效破岩与导向钻井技术，而科学调制一种先进适用的水基钻井液体系，是保证“一趟钻”安全环保作业的关键，并且随着高温深井的增多，对钻井液的抗温抗盐、密度、流变性等性能要求越来越高。
3.近年来，如何制备一种满足油气田安全环保要求、性能良好的降滤失剂成为我们亟待解决的问题，以丙烯酰胺类聚合物降滤失剂为主的钻井液体系成为高性能水基钻井体系、一趟钻钻井工艺研究的热点。目前，国内外对聚合物降滤失剂进行的研究也取得了一些成果，以水溶液聚合得到的粉剂聚合物和油包水聚合得到的乳液聚合物为主。例如专利cn101864030、cn114316282、cn104263329等公开的技术。
4.但上述聚合物降滤失剂普遍存在一些问题，粉末状现场使用不方便，溶解时间长、润滑效果差；乳液聚合得到的降滤失剂产品中含有大量的乳化剂，降低了产品的配伍性，并且固相含量相对较低，稳定性、抗温性差。因此，现有的聚合物降滤失剂在有效物含量、综合性能上各具优势，也存在很多缺点，有待进一步改进优化。

技术实现要素：

5.本发明的目的是针对现有聚合物降滤失剂存在的上述不足，提供了一种用于一趟钻钻井工艺的功能复合型降滤失剂。
6.本发明提供的用于一趟钻钻井工艺的功能复合型降滤失剂，包括如下质量百分比的组分：
7.多元聚合物30～50％、油类分散介质40～60％、增稠剂3～5％、悬浮分散剂5～7％、防冻剂1～2％。其中，
8.所述多元聚合物为水解聚丙烯腈盐类聚合物、丙烯基类聚合物、疏水缔合型聚合物、磺酸盐共聚物中的一种。
9.所述增稠剂为硅酸镁铝、木质素磺酸钠、羧甲基纤维素、卡波、钙基脂、聚脲增稠剂、聚异戊二烯中的一种。
10.所述防冻剂为二氯甲烷、硫脲、白砂糖、蜂蜜、二甲基亚砜、乙醇、乙二醇中的一种。
11.所述油类分散介质为白油、柴油、环烷基油、航空煤油、角鲨烷、变压器油、生物降解液压油中的一种或两种的混合。优选的分散介质为生物降解液压油，生物降解液压油主要成分有植物基础油和合成醋，植物油由于具有天然的生物降解性能和粘温性能。
12.所述悬浮分散剂为吐温60、吐温80、司盘80、司盘60、cab-35、aeo、op-10、十二烷基磷酸酯甜菜碱中的一种或两种。
13.优选的是，一种用于一趟钻钻井工艺的功能复合型降滤失剂，各组分的质量百分比为：多元聚合物40％、油类分散介质48％、增稠剂4％、悬浮分散剂6％、防冻剂2％。
14.本发明还提供了一种用于一趟钻钻井工艺的功能复合型降滤失剂的制备方法，步骤如下：
15.s1、设置反应釜温度恒温在30℃
±
2℃，向反应釜中加入油类分散介质，开启搅拌，控制搅拌速度以搅拌杆末端线速度大于18m/s为最佳，在搅拌状态下缓慢加入增稠剂，搅拌均匀后，加入悬浮分散剂和防冻剂，继续搅拌10min，形成浅黄粘稠状液体，即为悬浮液基液。
16.s2、搅拌条件下，由反应釜自带隔膜泵向与反应釜连通的胶体磨中泵入悬浮液基液，在胶体磨上端添加多元共聚物，共聚物的添加速度控制在25kg/10min，使液体和原料通过胶体磨混合、研磨、剪切循环后回到反应釜中，循环搅拌120min，形成稳定、均匀的功能复合型降滤失剂。
17.与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
18.(1)本发明采用多元共聚物通过悬浮复配工艺配制成悬浮体系，绿环保，集降滤失、抗温抗盐、降润滑系数等功能于一体，解决了常规粉剂降滤失剂溶解速度慢、易产生粉尘、润滑效果差和乳液降滤失剂有效物含量低、溶胀速度慢、稳定性差、低温易凝固结块等一系列的问题。润滑系数降低率高达60％以上，可有效改善钻井液性能，可适用不同钻井液体系，特别适合配制一趟钻钻井工艺用高性能水基钻井液。
19.(2)能用于不同的钻井液体系，可以用清水或盐水配制，在水中迅速分散、溶胀，配制的钻井液具有良好的抗温抗盐、降滤失、降润滑系数等综合性能，在-15℃时仍保持流动状态，在现场施工时可以通过调节其用量来控制钻井液性能，非常适合井工厂、非常规油气藏的大规模一趟钻施工。
20.本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
21.图1、实施例1～6的功能复合型降滤失剂的配伍性能测试结果图。
具体实施方式
22.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
23.实施例1：一种功能复合型降滤失剂的制备方法如下，以制备100kg产品为例：
24.s1、设置反应釜温度恒温在30℃
±
2℃，向反应釜中加入50kg生物降解液压油，开启搅拌，控制搅拌速度以搅拌杆末端线速度大于18m/s为最佳，在搅拌状态下缓慢均匀加入4kg的增稠剂硅酸镁铝，持续搅拌20min后，加入6kg的悬浮分散剂(司盘80与吐温60等质量比混合物)和2kg的防冻剂二氯甲烷，继续搅拌10min，形成浅黄粘稠状液体，即为悬浮液基液。
25.s2、搅拌条件下，由反应釜自带隔膜泵向与反应釜连通的胶体磨中泵入悬浮液基液，在胶体磨上端添加38kg的部分水解聚丙烯酰胺，使液体和原料通过胶体磨混合、研磨、剪切循环后回到反应釜中，循环搅拌120min，形成稳定、均匀的功能复合型降滤失剂；编号为pfr-1。为减小液体成本和保证钻井液性能，宜采用清水配制钻井液。
26.实施例2：一种功能复合型降滤失剂的制备方法如下，以制备100kg产品为例：
27.s1、设置反应釜温度恒温在30℃
±
2℃，向反应釜中加入48kg环烷基油，开启搅拌，控制搅拌速度以搅拌杆末端线速度大于18m/s为最佳，在搅拌状态下缓慢均匀加入4kg的增稠剂低磺化度木质素磺酸钠，持续搅拌20min后，加入6kg的悬浮分散剂(司盘80与吐温60等质量比混合物)和2kg的防冻剂硫脲，继续搅拌10min，形成浅黄粘稠状液体，即为悬浮液基液。
28.s2、搅拌条件下，由反应釜自带隔膜泵向与反应釜连通的胶体磨中泵入悬浮液基液，在胶体磨上端添加40kg的丙烯基类聚合物(丙烯腈-丁二烯-丙烯酸酯共聚物)，使液体和原料通过胶体磨混合、研磨、剪切循环后回到反应釜中，循环搅拌120min，形成稳定、均匀的功能复合型降滤失剂；编号为pfr-2。pfr-2具有优良的耐盐性能及耐温性能，可采用清水或复合盐水配制钻井液。
29.实施例3：一种功能复合型降滤失剂的制备方法如下，以制备100kg产品为例：
30.s1、设置反应釜温度恒温在30℃
±
2℃，向反应釜中加入48kg角鲨烷，开启搅拌，控制搅拌速度以搅拌杆末端线速度大于18m/s为最佳，在搅拌状态下缓慢均匀加入4kg的增稠剂钙基脂，持续搅拌20min后，加入6kg的悬浮分散剂(十二烷基磷酸酯甜菜碱与吐温60等质量比混合物)和2kg的防冻剂白砂糖，继续搅拌10min，形成浅黄粘稠状液体，即为悬浮液基液。
31.s2、搅拌条件下，由反应釜自带隔膜泵向与反应釜连通的胶体磨中泵入悬浮液基液，在胶体磨上端添加40kg的磺酸盐类聚合物(丙烯酰胺-二甲基二烯丙基氯化铵-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠共聚物)，使液体和原料通过胶体磨混合、研磨、剪切循环后回到反应釜中，循环搅拌120min，形成稳定、均匀的功能复合型降滤失剂，编号为pfr-3。pfr-3具有优良的耐盐性能及耐温性能，可采用清水或饱和盐水配制钻井液。
32.实施例4：一种功能复合型降滤失剂的制备方法如下，以制备100kg产品为例：
33.s1、设置反应釜温度恒温在30℃
±
2℃，向反应釜中加入45kg分散介质(生物降解液压油与航空煤油质量比为1：1混合物)，开启搅拌，控制搅拌速度以搅拌杆末端线速度大于18m/s为最佳，在搅拌状态下缓慢均匀加入3kg的增稠剂聚异戊二烯，持续搅拌20min后，加入6kg的悬浮分散剂(司盘80与op-10等质量比的混合物)和2kg的防冻剂二甲基亚砜，继续搅拌10min，形成浅黄粘稠状液体，即为悬浮液基液。
34.s2、搅拌条件下，由反应釜自带隔膜泵向与反应釜连通的胶体磨中泵入悬浮液基液，在胶体磨上端添加44kg的部分水解聚丙烯酰胺，使液体和原料通过胶体磨混合、研磨、剪切循环后回到反应釜中，循环搅拌120min，形成稳定、均匀的功能复合型降滤失剂，编号为pfr-4。
35.实施例5：一种功能复合型降滤失剂的制备方法如下，以制备100kg产品为例：
36.s1、设置反应釜温度恒温在30℃
±
2℃，向反应釜中加入40kg分散介质(生物降解液压油与白油质量比为1：1)，开启搅拌，控制搅拌速度以搅拌杆末端线速度大于18m/s为最
佳，在搅拌状态下缓慢均匀加入3kg的增稠剂卡波，持续搅拌20min后，加入5kg的悬浮分散剂(司盘80与op-10等质量比混合物)和2kg的防冻剂蜂蜜，继续搅拌10min，形成浅黄粘稠状液体，即为悬浮液基液。
37.s2、搅拌条件下，由反应釜自带隔膜泵向与反应釜连通的胶体磨中泵入悬浮液基液，在胶体磨上端添加50kg的丙烯基类聚合物(丙烯腈-丁二烯-丙烯酸酯共聚物)，使液体和原料通过胶体磨混合、研磨、剪切循环后回到反应釜中，循环搅拌120min，形成稳定、均匀的功能复合型降滤失剂，编号为pfr-5。
38.实施例6：一种功能复合型降滤失剂的制备方法如下，以制备100kg产品为例：
39.s1、设置反应釜温度恒温在30℃
±
2℃，向反应釜中加入60kg分散介质(生物降解液压油与角鲨烷质量比为1：1)，开启搅拌，控制搅拌速度以搅拌杆末端线速度大于18m/s为最佳，在搅拌状态下缓慢均匀加入3kg的增稠剂羧甲基纤维素，持续搅拌20min后，加入6kg的悬浮分散剂(司盘80与op-10质量比为1：1)和1kg的防冻剂二甲基亚砜，继续搅拌10min，形成浅黄粘稠状液体，即为悬浮液基液。
40.s2、搅拌条件下，由反应釜自带隔膜泵向与反应釜连通的胶体磨中泵入悬浮液基液，在胶体磨上端添加30kg的磺酸盐类聚合物(丙烯酰胺-二甲基二烯丙基氯化铵-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠共聚物)，使液体和原料通过胶体磨混合、研磨、剪切循环后回到反应釜中，循环搅拌120min，形成稳定、均匀的功能复合型降滤失剂，编号为pfr-6。
41.性能评价：
42.本发明上述实施例制备的功能复合型降滤失剂的测量实验中高速搅拌速度为11000r/min至12000r/min。
43.(1)实施例1～6的功能复合型降滤失剂长期稳定性评价：
44.分别取制备的功能复合型降滤失剂pfr-1、pfr-2、pfr-3、pfr-4、pfr-5、pfr-6400ml，200ml倒入带有刻度的透明样品瓶中，常温下静置于室内，并定期(每隔一个月)观察瓶内样品，记录底部沉淀情况及上层析出清液体积。另外200ml倒入带有刻度的透明样品瓶中，静置于冰箱冷冻室，冷冻室温度设置为-15℃，并定期(每隔10天)观察瓶内样品，记录底部沉淀情况及上层析出清液体积，数据及实验现象见表1。测试结果显示，所有样品在室温和-15℃环境下不出现分层的时间均在6个月以上，pfr-2与pfr-3在长达9个月的观察期内几乎无变化，体现出优良的长期稳定性。
45.表1实施例1～6的功能复合型降滤失剂长期稳定性测试结果
[0046][0047]
(2)实施例1～6的功能复合型降滤失剂配制钻井液性能测试。
[0048]
基浆配制：在高搅杯中分布加入400ml蒸馏水和0.64g(称准至0.01g)无水碳酸钠，溶解后在高速搅拌下缓慢加入16.0g(称准至0.01g)钻井液试验配浆用膨润土，避免其结成团块，累计高速搅拌20min，其间至少停下两次，以刮下黏附在杯壁上的膨润土，在25℃
±
1℃下密闭养护24h。
[0049]
淡水浆钻井液配制及性能测试：取两杯配好的基浆，在高速搅拌下缓慢加入试样3.5g(称准至0.01g)，累计高速搅拌20min，期间至少停下两次，以刮下黏附在杯壁上的钻井液试样。在生化培养箱中25℃
±
1℃下密闭养护24h，高速搅拌5min，测定室温下钻井液表观黏度和api滤失量。
[0050]
取另两杯配好的淡水基浆，在高速搅拌下缓慢加入试样6g(称准至0.01g)，累计高速搅拌20min，期间至少停下两次，以刮下黏附在杯壁上的钻井液试样，转入养护罐中，通氮气0.7mpa，持续30s，将养护罐放入滚子加热炉中，150℃下热滚16h。取出养护罐，冷却至室温，将养护罐中的试验浆转移至搅拌杯中，高速搅拌5min，同时测150℃、3.45mpa条件下的hthp滤失量。
[0051]
复合盐水浆钻井液配制及性能测试：取4杯各400ml配好的基浆，在高速搅拌下缓慢加入试样15.0g(称准至0.01g)，累计高速搅拌20min，期间至少停下两次，以刮下黏附在杯壁上的钻井液试样。再加入18.0g氯化钠、5.2g六水氯化镁及2.0g无水氯化钙，高速搅拌20min。取两杯样浆，在生化培养箱中25℃
±
1℃下密闭养护24h，高速搅拌5min，测定室温下
钻井液表观黏度和api滤失量。
[0052]
取另两杯样浆，转入养护罐中，通氮气0.7mpa，持续30s，将养护罐放入滚子加热炉中，150℃下热滚16h。取出养护罐，冷却至室温，将养护罐中的试验浆转移至搅拌杯中，高速搅拌5min，测定表观黏度，同时测150℃、3.45mpa条件下的hthp滤失量。
[0053]
饱和盐水浆钻井液配制及性能测试：取4杯各400ml配好的基浆，在高速搅拌下缓慢加入试样15.0g，累计高速搅拌20min，期间至少停下两次，以刮下黏附在杯壁上的钻井液试样。再加入136.0g氯化钠，高速搅拌20min。
[0054]
取两杯样浆，在生化培养箱中25℃
±
1℃下密闭养护24h，高速搅拌5min，测定室温下钻井液表观黏度和api滤失量。
[0055]
取另两杯样浆，转入养护罐中，通氮气0.7mpa，持续30s，将养护罐放入滚子加热炉中，150℃下热滚16h。取出养护罐，冷却至室温，将养护罐中的试验浆转移至搅拌杯中，高速搅拌5min，测定表观黏度，同时测150℃、3.45mpa条件下的hthp滤失量。
[0056]
实施例1～6的功能复合型降滤失剂配制钻井液性能测试结果见表2，由表中实验数据可以看出，本发明制备的功能复合型降滤失剂满足不同钻井液体系的要求，耐温抗盐效果好。
[0057]
表2实施例1～6配制的钻井液性能测试结果
[0058][0059]
(3)实施例1～6的功能复合型降滤失剂的配伍性能测试。
[0060]
使用现场井浆测试实施例1～6的功能复合型降滤失剂的配伍性能，井浆密度为1.8g/cm3，老化温度180℃，测试180℃条件下的hthp，实验结果见图1。随着功能复合型降滤失剂的添加，井浆的滤失量得到明显的改善，从不受控最低降至18ml，且滤失量随着用量的增加而降低，降滤失剂效果更佳。说明本发明提供的降滤失剂与井浆中其他添加剂具有良好的配伍性，降失水性能优异，现场使用可根据实验对用量进行优化。
[0061]
(4)实施例1～6的功能复合型降滤失剂的润滑系数降低率测试。
[0062]
取400ml蒸馏水，加入20.0g(精确至0.01g)钻井液试验配浆用膨润土和0.8g(精确至0.01g)无水碳酸钠，高速搅拌20min后，倒入密闭容器中，在(25
±
3)℃下养护24h，再向其中加入16.0g氯化钠，高速搅拌10min，作为基浆备用。向的基浆中加入6g试样，高速搅拌
20min。室温条件下用极压润滑仪分别测定基浆及加样浆的润滑系数。
[0063]
润滑系数降低率按下式计算。
[0064][0065]
式中:
[0066]
r—润滑系数降低率，％；
[0067]
k0—基浆的润滑系数；
[0068]
k1—加样浆的润滑系数。
[0069]
选取了两种市面上常用的降滤失剂对比产品1和对比产品2，其中对比产品1为山东宝莫生物化工股份有限公司的钻井乳液降滤失剂，对比产品2为河南省新乡市第七化工有限公司钻井液用降滤失剂amps乳液共聚物qfl-1，进行了对比实验，实验数据见表3。实验结果表明本发明提供的降滤失剂润滑系数降低率均大于60％，对比产品的润滑系数降低率均较低。因为本发明提供的降滤失剂中主要成分分散剂为油类物质，通过在钻具、井壁、钻屑表面形成吸附油膜，将钻具与井壁之间的固-固摩擦转变为油膜之间或非极性端之间的摩擦，降低钻具与井壁的摩阻，减少钻具的磨损。因此本发明提供的降滤失剂可有效降低钻井液的流动阻力和滤饼摩阻系数，减少钻头扭矩井提高其水马力。使用该产品，可降低钻井液体系中润滑剂的使用量，降低钻井成本。
[0070]
表3实施例1～6的功能复合型降滤失剂的润滑系数降低率测试结果
[0071]
样品编号基浆润滑系数样浆润滑系数润滑系数降低率，％pfr-153.617.866.79pfr-253.618.665.30pfr-353.618.964.74pfr-453.617.267.91pfr-553.618.765.11pfr-653.618.266.04对比产品153.633.238.06对比产品253.642.820.15
[0072]
(5)实施例1～6的功能复合型降滤失剂的生物毒性ec50测试。
[0073]
按照细菌发光法测试了实施例1～6的功能复合型降滤失剂的生物毒性ec50，实验结果见表4。实验结果表明，本发明提供的降滤失剂ec50均大于30000mg/l，是环保安全的。
[0074]
表4实施例1～6的功能复合型降滤失剂的生物毒性ec50测试结果
[0075]
样品编号ec50，mg/lpfr-131028pfr-230085pfr-330062pfr-432014pfr-531032pfr-630862
[0076]
综上所述，本发明提供的功能复合型降滤失剂溶解速度快、具有降润滑系数功能，绿环保，能用于不同的钻井液体系，有效降低泥浆的滤失量；润滑系数降低率高达60％以上，可有效改善钻井液性能，可适用不同钻井液体系，特别适合配制一趟钻钻井工艺用高性能水基钻井液。同时本发明降滤失剂较现有技术降滤失剂使用更方便，降低了能耗，杜绝了资源的浪费。
[0077]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

技术特征：

1.一种用于一趟钻钻井工艺的功能复合型降滤失剂，其特征在于，包括如下质量百分比的组分：多元聚合物30～50％、油类分散介质40～60％、增稠剂3～5％、悬浮分散剂5～7％、防冻剂1～2％；所述多元聚合物为水解聚丙烯腈盐类聚合物、丙烯基类聚合物、疏水缔合型聚合物、磺酸盐共聚物中的一种；所述增稠剂为硅酸镁铝、木质素磺酸钠、羧甲基纤维素、卡波、钙基脂、聚脲增稠剂、聚异戊二烯中的一种；所述防冻剂为二氯甲烷、硫脲、白砂糖、蜂蜜、二甲基亚砜、乙醇、乙二醇中的一种。2.如权利要求1所述的用于一趟钻钻井工艺的功能复合型降滤失剂，其特征在于，所述油类分散介质为白油、柴油、环烷基油、航空煤油、角鲨烷、变压器油、生物降解液压油中的一种或两种的混合。3.如权利要求2所述的用于一趟钻钻井工艺的功能复合型降滤失剂，其特征在于，所述悬浮分散剂为吐温60、吐温80、司盘80、司盘60、cab-35、aeo、op-10、十二烷基磷酸酯甜菜碱中的一种或两种。4.如权利要求3所述的用于一趟钻钻井工艺的功能复合型降滤失剂，其特征在于，按质量百分比，包括如下组分：多元聚合物40％、油类分散介质48％、增稠剂4％、悬浮分散剂6％、防冻剂2％。5.如权利要求1-4任意一项所述的用于一趟钻钻井工艺的功能复合型降滤失剂的制备方法，其特征在于，步骤如下：s1、设置反应釜温度恒温在30℃
±
2℃，向反应釜中加入油类分散介质，开启搅拌，在搅拌状态下缓慢加入增稠剂，搅拌均匀后，加入悬浮分散剂和防冻剂，继续搅拌10min，形成浅黄粘稠状液体，即为悬浮液基液；s2、搅拌条件下，由反应釜自带隔膜泵向与反应釜连通的胶体磨中泵入悬浮液基液，在胶体磨上端添加多元共聚物，使液体和原料通过胶体磨混合、研磨、剪切循环后回到反应釜中，循环搅拌120min，形成稳定、均匀的功能复合型降滤失剂。6.如权利要求5所述的用于一趟钻钻井工艺的功能复合型降滤失剂的制备方法，其特征在于，步骤s2中，共聚物的添加速度控制在25kg/10min。

技术总结

本发明公开了一种用于一趟钻钻井工艺的功能复合型降滤失剂，其包括如下质量百分比的组分：多元聚合物30～50％、油类分散介质40～60％、增稠剂3～5％、悬浮分散剂5～7％、防冻剂1～2％；所述多元聚合物为水解聚丙烯腈盐类聚合物、丙烯基类聚合物、疏水缔合型聚合物、磺酸盐共聚物中的一种；所述增稠剂为硅酸镁铝、木质素磺酸钠、羧甲基纤维素、卡波、钙基脂、聚脲增稠剂、聚异戊二烯中的一种；所述防冻剂为二氯甲烷、硫脲、白砂糖、蜂蜜、二甲基亚砜、乙醇、乙二醇中的一种。本发明的降滤失剂能用于不同的钻井液体系，可以用清水或盐水配制，在水中迅速分散、溶胀，配制的钻井液具有良好的抗温抗盐、降滤失、降润滑系数等综合性能。降润滑系数等综合性能。降润滑系数等综合性能。