一种抗高温改性腐殖酸提切剂及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于石油钻井油田化学技术领域，尤其涉及一种抗高温改性腐殖酸提切剂及其制备方法和应用。


背景技术：

2.近年来随着环保要求日渐提升，具有绿色、连续、稳定、利用效率高、资源丰富等诸多优点的干热岩高温地热资源越来越引起人们的重视，预计将会成为未来能源格局中的重要组成部分。干热岩高温地热井热储层温度高，预计孔底温度可达350℃，甚至更高。超高温条件下粘土会产生高温分散、高温聚结及高温钝化作用，常规处理剂会产生严重的高温降解，同时处理剂会在粘土表面产生高温解吸附、高温去水化作用，导致钻井流体高温稳定性变差，高温下的携岩能力差。因此优化干热岩钻井流体高温性能的关键，是改善钻井流体在超高温条件下高温携岩能力差的问题。国内研究的超高温钻井流体处理剂抗温均不超过270℃，处理剂在超高温条件下易发生严重降解，不能满足干热岩高温钻井的需求。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种抗高温改性腐殖酸提切剂及其制备方法和应用，本发明提供的抗高温改性腐殖酸提切剂能够克服干热岩钻井流体在超高温条件下携岩能力差的问题。
4.本发明提供了一种抗高温改性腐殖酸提切剂的制备方法，包括：
5.将氢氧化钠溶液、褐煤、接枝剂和交联剂混合，得到混合液；
6.将所述混合液进行反应，得到抗高温改性腐殖酸提切剂。
7.优选的，所述接枝剂选自水解聚丙烯腈铵盐、水解聚丙烯腈钠盐、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。
8.优选的，所述交联剂选自甲醛、重铬酸钾、重铬酸钠、乙酸铬、乙酸锌、氯化锆和氯化铁中的一种。
9.优选的，所述氢氧化钠溶液的质量浓度为4.0～10％。
10.优选的，所述氢氧化钠溶液和褐煤的质量比为(425～640)：100。
11.优选的，所述褐煤、接枝剂和交联剂的质量比为100：(0～30)：(0～30)。
12.优选的，所述反应在密封的条件下进行。
13.优选的，所述反应的温度为90～130℃。
14.优选的，所述反应时间为4～12h。
15.本发明提供了一种上述技术方案所述的方法制备得到的抗高温改性腐殖酸提切剂。
16.本发明提供了一种钻井液，包括：上述技术方案所述的抗高温改性腐殖酸提切剂。
17.腐殖酸具有苯环结构多、抗温能力强的特点，对其进行接枝改性，产品具有良好的高温提切能力，有利于改善钻井流体超高温条件下的携岩能力，对干热岩高温钻井及深部
地层油气资源的勘探开发具有重要意义。
18.本发明提供的抗高温改性腐殖酸提切剂，由褐煤、接枝剂、交联剂等聚合而成，过程容易控制、操作简单易行，产品在超高温钻井流体中具有良好的提切作用，可以有效解决钻井液处理剂在超高温条件下降解严重，携岩能力差的问题。
19.本发明采用的褐煤在我国资源丰富，其中的腐殖酸是一种天然有机大分子化合物，采用腐殖酸与接枝剂、交联剂进行接枝交联，可进一步改善腐殖酸的抗温性，超高温条件下，在干热岩钻井流体中具有良好的提切能力，有效提高钻井流体的携岩沙能力。
具体实施方式
20.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员经改进或润饰的所有其它实例，都属于本发明保护的范围。应理解，本发明实施例仅用于说明本发明的技术效果，而非用于限制本发明的保护范围。实施例中，所用方法如无特别说明，均为常规方法。
21.本发明提供了一种抗高温改性腐殖酸提切剂的制备方法，包括：
22.将氢氧化钠溶液、褐煤、接枝剂和交联剂混合，得到混合液；
23.将所述混合液进行反应，得到抗高温改性腐殖酸提切剂。
24.在本发明中，所述氢氧化钠溶液优选为氢氧化钠水溶液；所述氢氧化钠溶液的质量浓度优选为4.0～10.0％，更优选为4.0～9.1％或4.2～1.0％，更优选为5～9％，更优选为6～8％，最优选为7％。
25.在本发明中，所述接枝剂优选选自水解聚丙烯腈铵盐nh
4-hpan、水解聚丙烯腈钠盐na-hpan、γ-氨丙基三乙氧基硅烷kh550和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷kh570中的一种或几种。
26.在本发明中，所述交联剂优选选自甲醛、重铬酸钾、重铬酸钠、乙酸铬、乙酸锌、氯化锆和氯化铁中的一种。
27.在本发明中，所述氢氧化钠溶液和褐煤的质量比优选为(425～640)：100，更优选为(450～600)：100，更优选为(500～550)：100，最优选为(520～530)：100。
28.在本发明中，所述褐煤、接枝剂和交联剂的质量比优选为100：(0～30)：(0～30)，更优选为100：(5～25)：(5～25)，更优选为100：(10～20)：(10～20)，最优选为100：15：15。
29.在本发明中，所述混合优选在搅拌的条件下进行。在本发明中，所述混合的方法优选包括：
30.在氢氧化钠溶液中加入褐煤，搅拌溶解；在搅拌下加入接枝剂和交联剂，继续搅拌至得到混合均匀的混合液。
31.在本发明中，所述反应优选在密封的条件下进行；所述反应的温度优选为90～130℃，更优选为100～120℃，最优选为110℃；所述反应的时间优选为4～12小时，更优选为5～10小时，最优选为6～8小时。
32.在本发明中，所述反应完成后优选还包括：
33.将得到的反应产物干燥后粉碎，得到抗高温改性腐殖酸提切剂。
34.本发明提供了一种上述技术方案所述的方法制备得到的抗高温改性腐殖酸提切
剂。在本发明中，所述抗高温改性腐殖酸提切剂优选包括式i结构化合物：
[0035][0036]
式i中，hm代表腐殖酸大分子，a代表接枝剂，a可能为a1、a2、a3，a1＝[ch2ch(cn)][ch2ch(coo)][ch2ch(conh2)]、a2＝nhch2ch2ch2si(oc2h5)3、a3＝chc(ch3)cooc3h6si(och3)3；
[0037]
b代表交联剂，b可能为b1、b2、b3、b4、b5，b1＝ch2、b2＝kr
3
、b3＝zn
2
、b4＝zr
4
、b5＝fe
3
。
[0038]
本发明提供了一种钻井液，包括：上述技术方案所述的抗高温改性腐殖酸提切剂。本发明对所述钻井液的成分没有特殊的限制，本领域技术人员可根据需要选择合适成分的钻井液，在其中加入上述技术方案所述的抗高温改性腐殖酸提切剂即可。在本发明中，所述钻井液优选包括：
[0039]
基浆；
[0040]
抗高温改性腐殖酸提切剂。
[0041]
在本发明中，所述基浆优选为干热岩钻井流体基浆；所述基浆优选包括：
[0042]
水、膨润土、碳酸钠、护胶剂(pams601)、亚硫酸氢钠、碳酸钙和氢氧化钠。
[0043]
在本发明中，所述基浆中膨润土与水的用量比例优选为(20～30)g：300ml，更优选为(22～28)g：300ml，更优选为(24～26)g：100ml，最优选为24g：100ml；碳酸钠和水的用量比例优选为(1～1.5)g：300ml，更优选为(1.1～1.4)g：300ml，更优选为(1.2～1.3)g：300ml，最优选为1.2g：300ml；护胶剂和水的用量比例优选为(0.8～1.2)g：300ml，更优选为(0.9～1.1)g：300ml，更优选为(0.9～1)g：300ml，最优选为0.9g：300ml；碳酸钙和水的用量比例优选为(4～8)g：300ml，更优选为(5～7)g：300ml，最优选为6g：300ml；亚硫酸氢钠和水的用量比例优选为(1～2)g：300ml，更优选为(1.2～1.8)g：300ml，更优选为(1.4～1.6)g：300ml，最优选为1.5g：300ml；氢氧化钠和水的用量比例优选为(1～2)g：300ml，更优选为(1.2～1.8)g：300ml，更优选为(1.4～1.6)g：300ml，最优选为1.5g：300ml。
[0044]
在本发明中，所述基浆的密度优选为1～1.5g/cm3，更优选为1.1～1.4g/cm3，更优选为1.1～1.2g/cm3，最优选为1.1g/cm3。
[0045]
在本发明中，所述基浆的制备方法优选包括：
[0046]
将膨润土和碳酸钠加入水中混合后静置，在搅拌的状态下依次加入护胶剂、碳酸钙、亚硫酸氢钠和氢氧化钠，得到干热岩钻井流体基浆。
[0047]
在本发明中，所述混合优选在搅拌的条件下进行；所述搅拌的速度优选为7500～8500rm/min，更优选为7800～8200rm/min，最优选为800rm/min；所述静置的时间优选为20～30小时，更优选为22～28小时，更优选为24～26小时，最优选为24小时。
[0048]
在本发明中，所述搅拌的条件的搅拌速度优选为7500～8500rm/min，更优选为7800～8200rm/min，最优选为8000rm/min。
[0049]
在本发明中，所述抗高温改性腐殖酸提切剂的质量优选为基浆质量的6～10％，更
优选为7～9％，最优选为8％。
[0050]
本发明对所述钻井液的制备方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的钻井液的制备方法将上述各原料混合均匀即可。在本发明中，所述钻井液的制备方法优选包括：
[0051]
将抗高温改性腐殖酸提切剂加入到基浆中搅拌均匀，得到钻井液。
[0052]
在本发明中，所述搅拌的转速优选为7500～8500rm/min，更优选为7800～8200rm/min，最优选为8000rm/min。
[0053]
本发明采用的褐煤在我国资源丰富，其中的腐殖酸是一种天然有机大分子化合物，采用腐殖酸与接枝剂、交联剂进行接枝交联，可进一步改善腐殖酸的抗温性，超高温条件下，在干热岩钻井流体中具有良好的提切能力，有效提高钻井流体的携岩沙能力。
[0054]
本发明以下实施例中所用的褐煤的来源为兰考德盛，水解聚丙烯腈铵盐的来源为沧州荣盛，水解聚丙烯腈钠盐的来源为沧州荣盛，kh550的来源为广州中杰，kh570的来源为广州中杰。
[0055]
实施例1
[0056]
将25g氢氧化钠加600g水配成溶液(浓度4.0％)，加入100g褐煤，搅拌溶解，在搅拌下按比例加入15g水解聚丙烯腈铵盐、15g水解聚丙烯腈钠盐、1.5g重铬酸钾继续搅拌至混合液混合均匀，将混合液装入反应釜中，在90℃条件下反应8h，将得到的反应产物烘干粉碎，得粉末状抗高温改性腐殖酸提切剂hs-11。
[0057]
实施例2
[0058]
将30g氢氧化钠加500g水配成溶液(浓度5.7％)，加入100g褐煤，搅拌溶解，在搅拌下按比例加入10g水解聚丙烯腈铵盐、10g kh550、10g kh570及3g重铬酸钠继续搅拌至混合液混合均匀，将混合液装入反应釜中，在130℃条件下反应6h，将得到的反应产物烘干粉碎，得粉末状抗高温改性腐殖酸提切剂hs-12。
[0059]
实施例3
[0060]
将35g氢氧化钠加入450g水配成溶液(浓度7.2％)，加入100g褐煤，搅拌溶解，在搅拌下按比例加入30g水解聚丙烯腈铵盐、15g甲醛继续搅拌至混合液混合均匀，将混合液装入反应釜中，在120℃条件下反应4h，将得到的反应产物烘干粉碎，得粉末状抗高温改性腐殖酸提切剂hs-13。
[0061]
实施例4
[0062]
将40g氢氧化钠加400g水配成溶液(浓度9.1％)，加入100g褐煤，搅拌溶解，在搅拌下按比例加入20g kh550、3.0g乙酸铬继续搅拌至混合液混合均匀，将混合液装入反应釜中，在100℃条件下反应12h，将得到的反应产物烘干粉碎，得粉末状抗高温改性腐殖酸提切剂hs-14。
[0063]
实施例5～17
[0064]
表1、表2为抗高温改性腐殖酸提切剂制备过程中各原料加量和反应条件，按照制备方法制备实施例5～17。
[0065]
表1实施例5～12采用的接枝剂、交联剂及用量
[0066][0067][0068]
表2实施例13～17采用的接枝剂、交联剂及用量
[0069][0070]
性能检测
[0071]
将实施例制备的抗高温改性腐殖酸提切剂在密度为1.1g/cm3的干热岩钻井流体基浆中进行性能评价，基浆的制备方法为：将24g膨润土(新疆夏子街土)和1.2g碳酸钠(天津永大提供)加入300ml水中，以8000rm/min转速搅拌均匀，静置24h后，再在转速8000rm/min搅拌状态下，依次加入0.9g pams601(护胶剂，中原钻井院提供)、6g超细碳酸钙(广西骏辉提供)、1.5g亚硫酸氢钠(天津科密欧提供)、1.5g naoh(天津永大提供)，得干热岩钻井流体基浆。
[0072]
分别将比较例1(褐煤)和实施例1～17制备的抗高温改性腐殖酸提切剂加入到上述钻井流体基浆中，加入量为钻井流体基浆质量的8％，以8000rm/min转速搅拌均匀，配置得干热岩钻井流体，经300℃/2h滚动老化后冷却取出，按gb/t16783.1-2012《石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液》60℃测定其流变性能和降滤失性能及中压滤失量fl
api
，其中流变性能包括表观粘度av、塑形粘度pv、动切力yp和初/终切，检测结果如表3所
示。
[0073]
表3实施例制备的抗高温改性腐殖酸提切剂性能评价
[0074][0075]
由表3中评价结果可以看出，在干热岩钻井流体中使用原褐煤的钻井流体经高温老化后，动切力为7.0pa，动塑比0.27，初终切为1.5/3.0；使用经接枝和交联作用合成的产品实施例1～12后，钻井流体的动切力、动塑比、初终切均明显增大，动切力大于10.0pa，动塑比均大于0.50，说明抗高温改性腐殖酸提切剂对干热岩钻井流体的携岩能力具有明显改善作用。而单独使用接枝即或单独使用交联剂合成的产品实施例13～17，由在钻井流体中性能评价结果可以看出，可在一定程度上改善钻井流体的粘切，动塑比可增至0.25～0.40，滤失量改善不明显，较同时使用接枝剂及交联剂时合成的产品的提切效果要稍差一些，因此抗高温改性腐殖酸提切剂的合成过程中需要同时使用接枝剂和交联剂，使产品具有更好的提切能力。
[0076]
由于干热岩钻井具有其特殊性，干热岩井深较浅，一般为3000～6000m，中国内陆多在3000～4000m左右能获得较高的地温，钻井流体循环周期较短，因此前期实验老化时间为2h，为最大程度满足钻井期间钻井流体循环周期，将老化时间延长至4h，考察抗高温改性腐殖酸提切剂在钻井流体中的性能，其测试结果见表4。
[0077]
表4实施例3制备的抗高温改性腐殖酸提切剂性能评价
[0078]
[0079]
由表4中评价结果可以看出，随着老化时间的增加，钻井流体粘切稍有下降，当钻井流体经300℃/4h高温老化后，钻井流体av＝24.5mpa
·
s，yp＝8.5pa，动塑比为0.53，fl
api
＝16.0ml，说明抗高温改性腐殖酸提切剂具有良好的提切能力及高温稳定性，使钻井流体经300℃/4h高温老化后仍能保持较高的粘切、动塑比及较低的滤失量，可满足干热岩高温钻井的需求。
[0080]
本发明采用的褐煤在我国资源丰富，其中的腐殖酸是一种天然有机大分子化合物，采用腐殖酸与接枝剂、交联剂进行接枝交联，可进一步改善腐殖酸的抗温性，超高温条件下，在干热岩钻井流体中具有良好的提切能力，有效提高钻井流体的携岩沙能力。
[0081]
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。