專利名稱：一種提高磺化鉆井液高溫穩定性的方法
技術領域：
本發明涉及一種提高磺化鉆井液高溫穩定性的方法，屬于油田化學技術領域。
背景技術：
上世紀70年代三磺處理劑的成功研制使深井鉆井液技術得到飛速發展，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變 成聚磺鉆井液體系，這兩種鉆井液體系一直廣泛的應用在深井鉆井作業中?；羌谆尤渲?SMP，油田上也稱磺化酚醛樹脂)是目前國內外廣泛使用的油田 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，主要用在深井鹽水或 飽和鹽水體系中，具有抗溫、抗鹽等優良性能，但是近飽和、飽和鹽水磺化鉆井液體系在高 溫下(160°C以上)會出現增稠現象，從而嚴重影響正常鉆進。高溫交聯及其影響因素，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，該文報道了高溫交聯的一些機理和影響因素，認為引起交聯的主要 原因是聚合物的高溫交聯，從而使體系的粘度增大，甚至出現膠凝、固化。鉆井液添加劑中 的磺甲基酚醛樹脂類，因其分子結構中含有活性較高的羥甲基，磺甲基酚醛樹脂的交聯反 應為酚環上的羥甲基與酚環上的活潑氫發生脫水縮合反應，生成穩定的以亞甲基橋連接的 酚環，分子量增大，從而體系的粘度增大，發生凍膠化甚至固化。交聯機理類似于酚醛樹脂 的固化反應機理。體系的增稠主要是由有機物的交聯引起的，加入降粘劑一般無效或反而 引起增粘。本發明通過抑制高溫、高鹽條件下有機物的交聯，提高鉆井液高溫穩定性的方法 至今還未見報道。

發明內容
針對現有技術的不足，本發明提供一種提高磺化鉆井液高溫穩定性的方法，旨在 通過成本低、操作簡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。本發明的原理是向現有的含磺甲基酚醛樹脂的磺化鉆井液中加入高溫穩定劑，通 過取代、控制磺化鉆井液中能引起高溫稠化的活性基團羥甲基的含量，相應增加親水性基 團羧酸基的含量，增強磺甲基酚醛樹脂的親水性，實現提高鉆井液體系高溫穩定性的目的。本發明提供的提高磺化鉆井液高溫穩定性的方法，步驟如下將高溫穩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。
所述的高溫穩定劑加量為磺化鉆井液的0. 3_5wt%，優選0. 3-3wt% (質量百分 比)?？筛鶕诇囟茸鲞m當的調整，隨溫度的升高，加量適當增大。所述的氧化劑優選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選焦亞硫酸鈉和三聚甲醛混合，焦亞硫酸鈉與三聚 甲醛質量比4-8 0.5-2，其中優選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。磺化鉆井液為常用的含磺甲基酚醛樹脂的鉆井液。包括現有文獻報道及實際應用 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，添加0. 1 % Na2C03 (占土漿質量 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土加水配制，漿濃2-3% (單位土 g/水 mL)，靜置24小時?；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為鐵鉻木質素磺酸鹽，Tf-180為軟化點為180度的浙青粉，Tf-160為軟化點為 160度的浙青粉，均可市場購得。鈉膨潤土、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)的含量優選為6%，SMP_2與鉆井液 中土漿的質量比?；腔@井液處理劑高溫稠化的機理為(1)磺甲基酚醛樹脂上的羥甲基與酚環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)生產磺甲基酚醛樹脂的原料一般為苯酚和甲醛或多聚甲醛，產品中可能存在 原料未反應的甲醛、醚鍵熱解產生的甲醛，由甲醛引起的縮合，反應機理同酚醛樹脂的生產 反應甲醛先與酚環上的活潑氫生成羥甲基，進而發生交聯反應。其中上述(1)是最主要的交聯反應，其產物也是最穩定的。本發明所采取的控制磺化鉆井液高溫交聯、稠化的機理如下通過適度氧化降低羥甲基的含量，抑制交聯反應的發生。<formula>formula see original document page 6</formula>
本發明具有以下優良效果1.本發明所用的控制高溫稠化的添加劑用量少，成本低；2.本發明方法操作簡單、使用方便，易控；3.本發明方法可明顯的提高鉆井液的高溫穩定性能，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上提高30°C 以上，有效地擴大了磺化鉆井液的應用范圍，可使其應用于150-230°C的高溫地層。4.本發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，提高 其抗溫抗鹽性能，提高高溫穩定性能。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明做進一步說明。各實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場常用藥品。SMP-2為磺甲基酚醛樹脂，巴州三元石油助劑公司產。SPNH為褐煤樹脂，云南金思達化工助劑公司產。PSC-2為磺甲基腐殖酸鉻，北京市科興石油助劑開發公司產。SPC為鐵鉻木質素磺酸鹽，北京延慶腐殖酸廠公司產。Tf-180為軟化點為180度的浙青粉，蘭州新興材料公司產。Tf-160為軟化點為160度的浙青粉，蘭州新興材料公司產。高密度重晶石粉，密度4. 2g/cm3，塔北石油助劑公司產。實施例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，添加0. 1 % Na2C03,1. 0% NaOH(質量百分比，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，轉移至陳 化釜中，于180°C滾動16h后，與不加高溫穩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%。實施例2 如實施例1所述，所不同的是使用的穩定劑為重鉻酸鈉，與相同條件下不加穩定 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%。實施例3 如實施例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%。實施例4
如實施例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%。實施例5 如實施例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%。實施例6 如實施例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%。實施例7 如實施例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。實施例8 如實施例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16h后，與不加高溫穩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。實施例9 如實施例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。實施例10 如實施例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。實施例11 如實施例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。實施例12 如實施例8所述，不同的是單獨使用亞硫酸鈉，將其加入的量增加至實施例8中 所加量的5倍。160°C滾動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。實施例13 如實施例8所述，不同的是只加入焦亞硫酸鈉。160°C滾動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。實施例14 如實施例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。
實施例15 如實施例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。實施例16 如實施例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。實施例17 如實施例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16h 后，與不加高溫穩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。實施例18 如實施例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16h 后，與不加高溫穩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。實施例19 如實施例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16h 后，與不加高溫穩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。實施例20 如實施例8所述，不同的是160°C滾動72h后，與不加穩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%。實施例21 如實施例9所述，不同的是160°C滾動72h后，與不加穩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%。實施例22 如實施例10所述，不同的是160°C滾動72h后，160°C滾動72h后，與不加穩定劑 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%。實施例23 如實施例8所述，不同的是180°C滾動16h后，與不加穩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%。實施例24:如實施例9所述，不同的是180°C滾動16h后，與不加穩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%。實施例25:如實施例9所述，不同的是180°C滾動16h后，與不加穩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%。
實施例26:如實施例8所述，不同的是180°C滾動72h后，與不加的相同條件處理后的鉆井液 相比，加油高溫穩定劑的鉆井液流變性能良好(表觀粘度85. OmPas)，未加有高溫穩定劑 的參比樣嚴重稠化無法測量其流變參數，高溫高壓失水降低60%。實施例27:如實施例9所述，不同的是于180°C滾動72h，與相同條件下不加處理劑的鉆井液 相比，加油高溫穩定劑的鉆井液流變性能良好(表觀粘度90. OmPas)，未加有高溫穩定劑 的參比樣嚴重稠化無法測量其流變參數，高溫高壓失水降低60%。實施例28:如實施例10所述，不同的是180°C滾動72h后，與不加的相同條件處理后的鉆井液 相比，加油高溫穩定劑的鉆井液流變性能良好(表觀粘度83. OmPas)，未加有高溫穩定劑 的參比樣嚴重稠化無法測量其流變參數，高溫高壓失水降低62%。
權利要求
一種提高磺化鉆井液高溫穩定性的方法，步驟如下將高溫穩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；所述的高溫穩定劑加量為磺化鉆井液質量的0.5-5wt％。
2.如權利要求1所述的提高磺化鉆井液高溫穩定性的方法，其特征在于所述的高溫穩 定劑加量為磺化鉆井液的l_3wt%。
3.如權利要求1所述的提高磺化鉆井液高溫穩定性的方法，其特征在于所述的氧化劑 為30wt%的雙氧水。
4.如權利要求1所述的提高磺化鉆井液高溫穩定性的方法，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.如權利要求1所述的提高磺化鉆井液高溫穩定性的方法，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.如權利要求1所述的提高磺化鉆井液高溫穩定性的方法，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.如權利要求6所述的提高磺化鉆井液高溫穩定性的方法，其特征在于焦亞硫酸鈉與 三聚甲醛質量比為4-8 0.5-2。
8.如權利要求6所述的提高磺化鉆井液高溫穩定性的方法，其特征在于所述的焦亞硫 酸鈉與三聚甲醛質量比為6 1。
9.如權利要求1所述的提高磺化鉆井液高溫穩定性的方法，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
本發明提供一種提高磺化鉆井液高溫穩定性的方法，將高溫穩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；通過添加的穩定劑取代反應降低磺化鉆井液添加劑中引起高溫交聯的的活性基團的含量，增加親水性基團羧酸基的含量，實現使磺化鉆井液的高溫穩定性顯著提升，失水顯著下降。
文檔編號E21B43/22GK101798914SQ201010141330
公開日2010年8月11日 申請日期2010年4月8日 優先權日2010年4月8日
發明者盧明, 孫明波, 張志財, 張敬春, 王書琪 申請人:中國石油大學(華東)