一种基于改性浒苔的钻井液用复合降滤失剂及制备方法与流程

[0001]
本发明涉及一种钻井液用的降滤失剂及制备方法，具体说在钻井过程中需要钻井液具有一定降滤失剂功能，减少钻井液滤液进入地层内部，避免引发相应的井壁失稳、储层伤害等问题。


背景技术：

[0002]
钻井过程中钻遇的地层多种多样，从泥岩、页岩、砂岩、灰岩、碳酸盐岩及其复合岩不等，孔隙度和渗透率各不相同，而且还有可能出现裂缝性或溶洞性地层，这时候，钻井液滤液就有可能大幅度进入地层，当地层流体和井壁岩石与钻井液流体接触后，有可能引发井壁失稳，严重时有可能引发井壁坍塌行为。因此，一般需要在钻井液中加入一定的降滤失剂，其作用就是尽量减少钻井液滤液进入地层，避免引起复杂事故。目前常用的降滤失剂矿物类、天然聚合物和多元共聚购物类等，但随着环保要求日益严格，降滤失剂类型逐渐向天然聚合物方向发展，目前常用的环保降滤失剂为淀粉及其衍生产品，包括m-aa-淀粉接枝共聚物、am-amps-淀粉共聚物、amps-dmdaac-am-淀粉共聚物、阳离子化改性淀粉、醚化淀粉、苯基阳离子淀粉等等。但上述淀粉改性物的抗温性都有一定的提高，但都在150℃以内，目前，尚无关于浒苔在钻井液降滤失剂方面的应用报道。
[0003]
浒苔是一种为大型绿藻，属于绿藻门石莼科，含有丰富的浒苔多糖、氨基酸、大中微量元素、粗纤维、粗脂肪等。到目前为止，我国各沿海地区爆发了多次“绿潮”现象，影响海上旅游和水体污染等。浒苔无毒无害，但和赤潮一样，大量繁殖会消耗海水中的氧气和养分，从而影响海底藻类生长。目前，对于浒苔的治理通常采用不断打捞的方式进行，最后晒干废弃即可。但废弃后的浒苔对环境或多或少对环境还是有一定影响，目前，尚无对废弃浒苔进一步应用的范例。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的是为了解决当前钻井液中常用抗高温降滤失难以生物降解，存在较大环保隐患的问题，提出一种基于改性浒苔的钻井液用复合降滤失剂及制备方法。
[0005]
本发明采用技术方案如下：一种基于改性浒苔的钻井液用复合降滤失剂，按质量百分比计算如下组分含量：改性浒苔53~54%、温度稳定剂2~3%、微米碳酸钙２５~３０%、纳米二氧化硅13~14%、分散剂３~５%。
[0006]
所述温度稳定剂为硬脂酸镁、硬脂酸钠、硬脂酸锌、硬脂酸钾中的一种或任意两种组合；所述微米碳酸钙粒径为6.5~18μm；所述纳米二氧化硅粒径为10~50nm；所述分散剂为二辛基磺化琥珀酸钠、三辛基磺化琥珀酸钠、二辛基磺化丁二酸钠中的一种或任意两种组合。
[0007]
所述改性浒苔的制备方法包括如下步骤：1）浒苔的预处理：（ａ）采用去离子水清洗浒苔，直至无杂质、沥水无颜色、沥水盐浓度低于10ppm为止；
（ｂ）５０－７０℃条件下真空干燥，干燥后粉碎至800~1000目待用；2）改性浒苔的制备：（ｃ）在加热容器中加入300~500g nahso
3
，加入去离子水搅拌至完全溶解；将温度升高至７５－８５℃，缓慢滴加265~442g 环氧丙烷衍生物，反应完毕后，冷却至室温，抽滤后的固体用去离子水重结晶，得到白色固体晶体磺化改性剂，粉碎至800目~1000目，待用；（ｄ）将200~400g预处理好的浒苔加入到加热容器中，低速搅拌条件下缓慢加入（ｃ）中的50~80g磺化改性剂，加完后，温度升高至40~50℃，将搅拌速度提高；反应过程中控制体系ph控制在8.5~9.0之间；反应结束后，冷却至室温，抽滤后干燥、粉碎至800目~1000目，即得改性浒苔。
[0008]
所述的环氧丙烷衍生物为1,2-环氧丙烷（c
3
h
6
o）、环氧氯丙烷（c
3
h
5
clo）和环氧溴丙烷（c
3
h
5
bro）中的一种或任意两种组合。。
[0009]
所用的浒苔是绿藻纲石莼科植物。
[0010]
前述基于改性浒苔的钻井液用复合降滤失剂的制备方法是：（1）在高压均质器中加入去离子水1000ml，分批加入改性浒苔300~500g，在20000rpm条件下均质化1~2h，加入10~30g温度稳定剂，在500rpm条件下均质化１５－２５min；（2）将体系的ph调至9.0，分批加入150~250g微米碳酸钙，在20000rpm条件下均质化1~2h；（3）在上述的均质器中缓慢加入80~120g纳米二氧化硅，在20000rpm条件下均质化2~3h，加入20~40g分散剂，在500rpm条件下均质化１５－２５min；（4）将上述产物在80
±
5℃烘干，并用粉碎机将干燥好的产物粉碎至800~1000目，即可得到基于改性浒苔的钻井液用复合降滤失剂。
[0011]
本发明通过对浒苔清洗、清淤、除杂、干燥、粉碎、磺化改性，并在此基础上与微米碳酸钙和纳米二氧化硅相结合，形成磺化纤维和多级配纳米颗粒的复合降滤失剂。二者具有一定的协同作用，纳米纤维在溶液中的架桥作用可以稳定溶液中的纳米二氧化硅，同时纳米材料和微米材料具有充填作用，可以快速充填共同构成致密泥饼。
[0012]
与现有技术相比，本发明效果更为突出：（1）本发明的基于改性浒苔的钻井液用复合降滤失剂，在具有突出降滤失作用条件下，还具有对环境无污染的优点；（2）本发明采用磺化的方法提高浒苔的抗温和降滤失作用，通过协同作用，增加了复合物在泥页岩等地层的降滤失和封堵作用，加量为2.0wt%的条件下，基浆的高温高压（180℃/3.5mpa）滤失量从55ml降低至12ml，500md岩芯的封堵率从35%提高至92%。
附图说明
[0013]
图1高温高压条件下实施例的滤失量；图2加入了2.0wt%改性浒苔复合降滤失剂前后，基浆在500md岩芯中的封堵率。
具体实施例
[0014]
下面结合实施例进一步阐述本发明。
[0015]
一种基于改性浒苔的钻井液用复合降滤失剂，按质量百分比计算如下组分含量：改性浒苔53~54%、温度稳定剂2~3%、微米碳酸钙27%、纳米二氧化硅13~14%、分散剂4%。
[0016]
本发明技术方案所述的温度稳定剂为硬脂酸镁、硬脂酸钠、硬脂酸锌、硬脂酸钾中的一种或任意两种组合。
[0017]
本发明技术方案所述的微米碳酸钙粒径为6.5~18μm，为800目（18μm）、1000目（13μm）、1500目（8.5μm）和2000目（6.5μm）中的一种或任意两种组合。
[0018]
本发明技术方案所述的纳米二氧化硅粒径优选为10~50nm，进一步优选的纳米二氧化硅为sj-801、sj-1500、sj-2500、sj-3500中的一种或任意两种组合，该产品为潍坊三佳化工有限公司生产。
[0019]
本发明技术方案所述的分散剂为二辛基磺化琥珀酸钠、三辛基磺化琥珀酸钠、二辛基磺化丁二酸钠中的一种或任意两种组合。
[0020]
本发明具体的制备方法，包括下面的步骤：1、浒苔的预处理（1）采用去离子水清洗浒苔，清除砂泥和贝壳等杂质，清洗5~10遍，直至无杂质、沥水无颜色、沥水盐浓度低于10ppm为止；（2）60℃条件下真空干燥20h，干燥后采用粉碎机粉碎，用标准检验筛检验，粉碎至800~1000目，待用。
[0021]
其中，所用的浒苔是绿藻纲石莼科植物，藻体鲜绿色，由单层细胞组成，粘连带状结构，富含碳水化合物、蛋白质、粗纤维、氨基酸、脂肪酸、维生素和多种矿物质，在我国主要广泛分布黄海、渤海和东海沿海。
[0022]
2、改性浒苔的制备（1）在2000ml三口圆底烧瓶中加入300~500g nahso
3
，加入500ml去离子水，以300rpm转速搅拌，直至完全溶解；将温度升高至80℃，缓慢滴加265~442g 环氧丙烷衍生物，3h以内滴完，滴加完毕后，继续反应2h，反应完毕后，冷却至室温，抽滤后的固体用去离子水重结晶，反复3次，得到白色固体晶体磺化改性剂，采用粉碎机粉碎，用标准检验筛检验，粉碎至800目~1000目，待用。
[0023]
（2）将200~400g预处理好的浒苔加入到2000ml的三口平底烧瓶中，缓慢加入（1）中的50~80g磺化改性剂，以100rpm低速搅拌30~50min，加完后，温度升高至40~50℃，将搅拌速度增加至2000rpm，搅拌1~3h，反应过程中，严格控制体系ph控制在8.5~9.0之间；反应结束后，冷却至室温，抽滤后干燥、粉碎至800目~1000目，即得改性浒苔。
[0024]
其中，所用的环氧丙烷衍生物为1,2-环氧丙烷（c
3
h
6
o）、环氧氯丙烷（c
3
h
5
clo）和环氧溴丙烷（c
3
h
5
bro）中的一种或任意两种组合。
[0025]
3、基于浒苔的钻井液用复合降滤失剂的制备（1）在高压均质器中加入去离子水1000ml，分批加入改性浒苔300~500g，在20000rpm条件下均质化1~2h，加入10~30g温度稳定剂，在500rpm条件下均质化20min；（2）将体系的ph调至9.0，分批加入150~250g微米碳酸钙，在20000rpm条件下均质化1~2h；（3）在上述的均质器中缓慢加入80~120g纳米二氧化硅，在20000rpm条件下均质化2~3h，加入20~40g分散剂，在500rpm条件下均质化20min；（4）将上述产物置于烘箱中，在80
±
5℃烘干，并用粉碎机将干燥好的产物粉碎，用标准检验筛筛分，粉碎至800~1000目，即可得到基于改性浒苔的钻井液用复合降滤失剂。
[0026]
实施例1：（1）在2000ml三口圆底烧瓶中加入300g nahso
3
，加入500ml去离子水，以300rpm转速搅拌，直至完全溶解；将温度升高至80℃，缓慢滴加265g 1,2-环氧丙烷，3h以内滴完，滴加完毕后，继续反应2h，反应完毕后，冷却至室温，抽滤后的固体用去离子水重结晶，反复3次，得到白色固体晶体磺化改性剂，采用粉碎机粉碎，用标准检验筛检验，粉碎至800目~1000目，待用；将200g预处理好的浒苔加入到2000ml的三口平底烧瓶中，缓慢加入前面制好的50g磺化改性剂，以100rpm低速搅拌30min，加完后，温度升高至40℃，将搅拌速度增加至2000rpm，搅拌1h，反应过程中，严格控制体系ph控制在8.5~9.0之间；反应结束后，冷却至室温，抽滤后干燥、粉碎至800~1000目，即得改性浒苔。
[0027]
（2）在高压均质器中加入去离子水1000ml，分批加入改性浒苔300g，在20000rpm条件下均质化1h，加入10g硬脂酸镁，在500rpm条件下均质化20min；将体系的ph调至9.0，分批加入150g 800目微米碳酸钙，在20000rpm条件下均质化1h；在上述的均质器中缓慢加入80g纳米二氧化硅sj-801，在20000rpm条件下均质化2h，加入20~40g二辛基磺化琥珀酸钠，在500rpm条件下均质化20min；将上述产物置于烘箱中，在80
±
5℃烘干，并用粉碎机将干燥好的产物粉碎，用标准检验筛筛分，粉碎至800~1000目，即可得到基于改性浒苔的钻井液用复合降滤失剂。
[0028]
实施例2：（1）在2000ml三口圆底烧瓶中加入400g nahso
3
，加入500ml去离子水，以300rpm转速搅拌，直至完全溶解；将温度升高至80℃，缓慢滴加366g环氧氯丙烷，3h以内滴完，滴加完毕后，继续反应2h，反应完毕后，冷却至室温，抽滤后的固体用去离子水重结晶，反复3次，得到白色固体晶体磺化改性剂，采用粉碎机粉碎，用标准检验筛检验，粉碎至800~1000目，待用；将300g预处理好的浒苔加入到2000ml的三口平底烧瓶中，缓慢加入前面制好的70g磺化改性剂，以100rpm低速搅拌40min，加完后，温度升高至45℃，将搅拌速度增加至2000rpm，搅拌2h，反应过程中，严格控制体系ph控制在8.5~9.0之间；反应结束后，冷却至室温，抽滤后干燥、粉碎至800~1000目，即得改性浒苔。
[0029]
（2）在高压均质器中加入去离子水1000ml，分批加入改性浒苔400g，在20000rpm条件下均质化1.5h，加入20g硬脂酸锌，在500rpm条件下均质化20min；将体系的ph调至9.0，分批加入200g 1500目微米碳酸钙，在20000rpm条件下均质化1.5h；在上述的均质器中缓慢加入100g纳米二氧化硅sj-2500，在20000rpm条件下均质化2.5h，加入30g三辛基磺化琥珀酸钠，在500rpm条件下均质化20min；将上述产物置于烘箱中，在80
±
5℃烘干，并用粉碎机将干燥好的产物粉碎，用标准检验筛筛分，粉碎至800~1000目，即可得到基于改性浒苔的钻井液用复合降滤失剂。
[0030]
实施例3：（1）在2000ml三口圆底烧瓶中加入500g nahso
3
，加入500ml去离子水，以300rpm转速搅拌，直至完全溶解；将温度升高至80℃，缓慢滴加442g 环氧溴丙烷，3h以内滴完，滴加完毕后，继续反应2h，反应完毕后，冷却至室温，抽滤后的固体用去离子水重结晶，反复3次，得到白色固体晶体磺化改性剂，采用粉碎机粉碎，用标准检验筛检验，粉碎至800~1000目，待用；将400g预处理好的浒苔加入到2000ml的三口平底烧瓶中，缓慢加入前面制好的80g磺化改性剂，以100rpm低速搅拌50min，加完后，温度升高至50℃，将搅拌速度增加至2000rpm，搅拌
3h，反应过程中，严格控制体系ph控制在8.5~9.0之间；反应结束后，冷却至室温，抽滤后干燥、粉碎至800~1000目，即得改性浒苔。
[0031]
（2）在高压均质器中加入去离子水1000ml，分批加入改性浒苔500g，在20000rpm条件下均质化2h，加入30g硬脂酸钾，在500rpm条件下均质化20min；将体系的ph调至9.0，分批加入250g 2000目微米碳酸钙，在20000rpm条件下均质化2h；在上述的均质器中缓慢加入120g纳米二氧化硅sj-3500，在20000rpm条件下均质化3h，加入40g二辛基磺化丁二酸钠，在500rpm条件下均质化20min；将上述产物置于烘箱中，在80
±
5℃烘干，并用粉碎机将干燥好的产物粉碎，用标准检验筛筛分，粉碎至800~1000目，即可得到基于改性浒苔的钻井液用复合降滤失剂。
[0032]
性能测试（1）滤失量测定：采用钻井液常用api滤失仪测定钻井液的滤失量，配置好钻井液之后，将钻井液老化24h后，检测其初始滤失量，记为fl
1
；加入2.0wt%改性浒苔复合降滤失剂，充分搅拌后，检测其滤失量，记为fl
2
；180℃/16h老化后，再测定其滤失量，记为fl
3
。
[0033]
（2）泥页岩封堵率测试：采用页岩膜测试仪（smt）测定泥页岩的超低渗透率。通过测试加入封堵剂前后渗透率变化来考察期封堵率。将页岩岩心放置于测试单元中，单元两侧加压，压差恒定。当流体流经页岩端面，温度和压力都会发生变化，这些参数将自动记录。流体在页岩中流动可以平衡端面和底部压力，该平衡速度可用来计算页岩渗透率，如下方程所示：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（1）其中，k=页岩渗透率，t=测试时间，a=页岩样品截面积，c=测试溶液的压缩率，l=页岩样品长度，p
0
=初始孔隙压力，p
m
=端面压力，p
t
=底部压力，μ=流体粘度，v=底部储层体积。底部压力变化越小，页岩的渗透率越低。含有小裂缝的页岩样品的渗透率可用渗透率测定仪测量，其值在毫达西到达西之间。含有纳米尺寸孔隙的致密页岩样品的渗透率在纳达西范围内，可被纳米颗粒封堵。smt测试仪能够检测这些极低渗透率的变化。测试流体封堵页岩样品能力的步骤如下：（1）在岩心上下两端缓慢加压注入盐水（地层水），直至压力变化稳定为止，计算出p
1
；（2）将样品暴露于其他流体（盐水或钻井液）中，检测其压力变化，计算出p
2
；（3）注入含有纳米颗粒的钻井液，直至压力达到平衡；（4）最后注入盐水溶液，以检测其封堵效果，计算出p
3
。泥页岩封堵率可计算为：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（2）其中，r为泥页岩封堵率，p
1
为盐水渗透率，p
2
为加入钻井液后的渗透率。
[0034]
（3）急性毒性检测：根据《gb/t15441-1995 水质 急性毒性的测定 发光细菌法》检测体系毒性，记为ec
50
。
[0035]
测试样品为上述实施例改性浒苔复合降滤失剂，在4.0wt%膨润土基浆中加入2.0wt%的改性浒苔复合降滤失剂，并与4.0%膨润土基浆进行对比，测试了常温和高温结果如图１所示：从图1结果看出，在改性浒苔复合降滤失剂加量为2.0wt%的条件下，基浆的高温高压（180℃/3.5mpa）滤失量从55ml降低至12ml。
[0036]
本发明采用改性浒苔，以及配以微米碳酸钙和纳米二氧化硅的方法，在提高钻井液降滤失作用的同时，提高钻井液体系的井壁稳定性，同时还可以降低对环境的影响。该方法简单、可靠，所制得的降滤失剂在常温条件下，2.0wt%改性浒苔复合降滤失剂加入基浆后，基浆的高温高压（180℃/3.5mpa）滤失量从55ml降低至12ml，500md岩芯的封堵率从35%提高至92%，且该处理剂无毒，对环境无任何不良影响，急性毒性ec
50
＞30000。
[0037]
从图2看出，在180℃/6mpa条件下，加入了2.0wt%改性浒苔复合降滤失剂后，500md岩芯的封堵率从35%提高至92%以上。
[0038]
随后考察了三个实例的急性毒性，从结果的可知，三个实例的ec
50
值分别为39000ppm、35000ppm和32000ppm，均为无毒。

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