專利名稱：新型超級鉆井液稀釋劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鉆井液助劑，特別是新型超級鉆井液稀釋劑或高效鉆井液調(diào)節(jié)劑及其制取方法。
在現(xiàn)代旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)中，使用各種鉆井液助劑調(diào)節(jié)水粘土基鉆井液，使其能順利地將鉆頭下面的巖屑攜帶到地面，冷卻和潤滑鉆頭及鉆桿，調(diào)節(jié)回壓防止井噴，在井壁上沉積薄而堅硬的泥餅，防止鉆井液流失和地下水流入井中，防止頁巖塌方，防止卡鉆，在鉆機停鉆時懸浮巖屑，在開鉆時恢復(fù)其易流動性。這樣，要求鉆井液助劑能顯著降低鉆井液粘度、屈服值、膠凝強度和失水，使鉆井液具有良好的流變性和搖溶性。
控制鉆井液上述性能的重要方法之一是將稀釋劑加到鉆井液中。著名的鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽被認為是良好的稀釋劑，在旋轉(zhuǎn)鉆井中已做出了貢獻。然而，它含有毒鉻，污染環(huán)境，近年來許多國家政府制訂法令，要求禁止使用。于是出現(xiàn)一些無鉻木質(zhì)素以代替含鉻木質(zhì)素。
美國專利US3544460提出鐵木質(zhì)素磺酸鹽，US4220585提出鐵鋯木質(zhì)素磺酸鹽和鈦鐵木質(zhì)素磺酸鹽，US4447339提出錳鐵木質(zhì)素磺酸鹽做為鉆井液稀釋劑，但是這些稀釋劑的最大缺點是熱穩(wěn)定性差，在150℃以上性能明顯變壞。英國專利1276411提出鐵的磺化腐植酸螯合物，日本特許公開公報昭61-9487提出鋯、鐵、鎳鹽與硝基腐植酸和木質(zhì)素磺酸鈉生成的螯合物做鉆井液稀釋劑，但這些稀釋劑粘性不大理想。美國專利US4561986提出含80%聚丙烯酸和20%衣康酸和丙烯酰胺共聚物的聚合物做鉆井液稀釋劑，但其降失水性及其對海水和石膏污染泥漿的降切性不明顯。
本發(fā)明的目的是提供一個新型超級鉆井液稀釋劑或多功能鉆井液調(diào)節(jié)劑，它不含鉻，無毒，能顯著降低鉆井液粘度、屈服值、膠凝強度和失水，抗鹽抗鈣性強，高溫性能好。
鉆井液的表現(xiàn)粘度或鉆井液流動的阻力導(dǎo)致塑性粘度和屈服值二個代表不同阻礙流動源的性質(zhì)，塑性粘度是涉及流體中固體濃度的性質(zhì)，屈服值是涉及粒子間力的性質(zhì)，而膠凝強度是代表靜止?fàn)顟B(tài)下泥漿的搖溶性。
本發(fā)明是一種新型超級鉆井液稀釋劑，其特點在于它是由磺化硝基腐植酸和磺紙木質(zhì)素與ⅣB族和Ⅷ族元素特別是至少部分水溶性的鈦、鋯、鐵化合物反應(yīng)，生成鈦、鋯、鐵絡(luò)合的磺化硝基腐植酸和磺化木質(zhì)素螯合物和絡(luò)合物，及這些物質(zhì)間反應(yīng)生成新化合物的混合物?；腔趸菜岷罅眶然Ⅳ驶?、醇式羥基、酚式羥基、硝基和磺酸基，磺化木質(zhì)素含大量羰基、醇式羥基、酚式羥基和磺酸基，這些卷曲的大分子很容易與不同價態(tài)的鈦、鋯、鐵等ⅣB族及Ⅷ族元素生成穩(wěn)定的螯合物和絡(luò)合物，這些鈦鋯絡(luò)合的磺化硝基腐植酸和磺化木質(zhì)素螯合物和絡(luò)合物帶負電荷，是一種良好的陰離子表面活性劑，能牢固地吸附到荷電的粘土顆粒上，通過中和粘土顆粒上的電荷減少粒子間力，高效地調(diào)節(jié)鉆井液的流變性、搖溶性和降失水性。
1、磺化木質(zhì)素從木材造紙亞硫酸鹽和亞硫酸 鹽紙漿廢液制取。木質(zhì)素磺酸鹽含量為40-100%，最好85-100%;分子量為1000-125000，最好為40000-120000。
2、磺化硝基腐植酸首先褐煤在硫酸和硫酸鋅催化劑存在下與硝酸反應(yīng)生成硝基腐植酸。褐煤粒度＞60目，最好＞110目，腐植酸含量＞20%，最好＞70%;加入98%濃硫酸量為褐煤重的2%;硫酸鋅為褐煤重的0.2%;硝酸量(以純硝酸計)為褐煤重的5-70%，最好為70%;反應(yīng)溫度為室溫至90℃，最好為45℃;反應(yīng)時間為10分鐘到8小時，最好為1小時。
硝基腐植酸與氫氧化鈉和亞硫酸氫鈉反應(yīng)，生成磺化硝基腐植酸。氫氧化鈉量為硝基腐植酸重量的1-20%，最好為7%;亞硫酸氫鈉重為硝基腐植酸重的1-20%，最好為7%;反應(yīng)溫度為80-250℃，最好為150℃;反應(yīng)時間為0.5-10小時，最好為7小時。
3、ⅣB族和Ⅷ族元素化合物至少是部分可溶的化合物，如硫酸鹽、硝酸鹽、碳酸鹽、鹵化物、氫氧化物和氧化物等。特別是Ti(SO4)2·4H2O，TiOSO4，TiCl3·XH2O，TiCl4，Ti2(SO4)3，Ti2O3，TiO2;Zr(SO4)2·4H2O，Zr(NO3)4·5H2O，ZrOCl2·8H2O，ZrO(NO3)2·2H2O，ZrCl4，ZrOSO4·4H2O，ZrO(OH)(CH3COO)，ZrO2;FeSO4·7H2O，F(xiàn)eCl2·4H2O，F(xiàn)e2(SO4)3·XH2O，F(xiàn)e2O3等。
4、氧化劑本發(fā)明所用的氧化劑具有標準氧化勢為0.8-1.5，如H2O2，Cl2，Br2，堿金屬過硫酸鹽，氯酸鹽等。
5、新型超級鉆井液稀釋劑制取方法在氧化劑存在下，磺化硝基腐植酸和磺化木質(zhì)素與至少部分可溶的ⅣB族和Ⅷ族元素特別是鈦、鋯、鐵化合物反應(yīng)，用氫氧化鈉溶液調(diào)PH＝7-10，在＜110℃下干燥得本發(fā)明的新型超級鉆井液稀釋劑。以磺化硝基腐植酸加磺化木質(zhì)素重量之和為1，其中磺化木質(zhì)素重量為5-95%，最好為30-60%;ⅣB族和Ⅷ族元素重量為2-7%，最好為3-5%;氧化劑用量為1-12%，最好為3-5%;反應(yīng)溫度為10-100℃，最好為60-80℃;干燥溫度為40-110℃，最好為110℃。
例Ⅰ.在不斷攪拌下，向裝有300毫升水的反應(yīng)器中加70克磺化硝基腐植酸、30克磺化木質(zhì)素、7.6克硫酸氧鋯、7.5克硫酸亞鐵、11克28%過氧化氫，保持80℃1小時，降至40℃，用50%氫氧化鈉溶液調(diào)PH＝9.5，在＜110℃下干燥成棕黑色粉末狀產(chǎn)品。
例Ⅱ.在不斷攪拌下，向裝有300毫升水的反應(yīng)器中加70克磺化硝基腐植酸、30克磺化木質(zhì)素、12.3克硫酸氧鈦、7克硫酸亞鐵、15克過氧化氫，保持80℃小時，降至40℃，用5%氫氧化鈉調(diào)PH＝9.5，在110℃下干燥成棕黑色粉末狀產(chǎn)品。
例Ⅲ.在不斷攪拌下，向裝有300毫升水的反應(yīng)器中加70克磺化硝基腐植酸、30克磺化木質(zhì)素、3克硫酸鋯、9.5克硫酸氧鈦、5.5克硫酸亞鐵、15克28%過氧化氫，在60℃下反應(yīng)1小時，用50%氫氧化鈉溶液調(diào)PH＝9.5，在＜110℃下干燥成棕黑色粉末狀產(chǎn)品。
6、鉆井液性能評價鉆井液性能按美國石油學(xué)會出版的APIRP 13B Eleventh Edition May 1，1985《API Recommended Practice Standard Procedure for Field Testing Drilling Fluids》P.6-12標準方法測試鉆井液表現(xiàn)粘度AV(CP)、塑性粘度PV(CP)、屈服值YP(Lb/100ft2)、膠凝強度G10″、G10′(Lb/100ft2)、API失水(690±35KPa，25℃，單位ml)、泥餅厚度(mm)、高溫高壓失水(頂部壓力4140KPa，回壓690KPa，溫度150℃，單位ml)。
將本發(fā)明的超級鉆井液稀釋劑分別加到Ⅰ＃、Ⅱ＃、Ⅲ＃三種不同基漿中配成鉆井液，并與用市售的鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽(CrFeLs)配成的鉆井液性能進行比較。鉆井液助劑加入量為基漿重的1%。
三種基漿成分如下Ⅰ?；鶟{水1000Kg，無水碳酸鈉7.2Kg，膨潤土180Kg。
Ⅱ?；鶟{水1000Kg，膨潤土80Kg、重晶石粉50Kg，凝灰石粉50Kg，頁巖粉50Kg。
Ⅲ?；鶟{水1000Kg，鈣基膨潤土380Kg，石膏16Kg。

顯然，本發(fā)明的新型超級鉆井液稀釋劑具有令人滿意的稀釋作用、抗絮凝作用、粘土膨潤抑制作用、降失水作用、高抗鹽抗鈣性、熱穩(wěn)定性高。因此，它是一種高效鉆井液調(diào)節(jié)劑。它的性能遠遠好于鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽，特別是在降低屈服值、降低膠凝強度和降失水方面，尤其是高溫性能是鐵鉻鹽無法相比的。因此，本發(fā)明的新型超級鉆井液稀釋劑不但可以用于鉆淺井，而且可用于鉆深井。它完全可以代替鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽、聚丙烯酸鈉、改性磺化烤膠、丙烯酸與衣康酸和丙烯酰胺共聚物、馬來酸酐和磺化苯乙烯共聚物等配制鉆井液，以便更有效地鉆井。
本發(fā)明的新型超級鉆井液稀釋劑廣泛用在鉆探和開采石油、天然氣、地?zé)岷偷叵滤I(yè)中。
權(quán)利要求
1.一種新型超級鉆井液稀釋劑或多功能高效鉆井液調(diào)節(jié)劑，其特點在于該稀釋劑含有化學(xué)元素周期表ⅣB族及Ⅷ族元素特別是鈦、鋯、鐵絡(luò)合的磺化硝基腐植酸和磺化木質(zhì)素螯合物和絡(luò)合物，及這些物質(zhì)間反應(yīng)生成新化合物的混合物。
2.一種新型超級鉆井液稀釋劑的制取方法，在氧化劑特別是過氧化氫存在下，化學(xué)元素周期表ⅣB族和Ⅷ族元素特別是至少部分可溶性的鈦、鋯、鐵化合物與磺化木質(zhì)素和磺化硝基腐植酸反應(yīng)，然后用堿液調(diào)節(jié)體系PH值，在＜110℃下干燥，制得本發(fā)明的新型超級鉆井液稀釋劑。
全文摘要
本發(fā)明屬于鉆井液助劑，特別是新型超級鉆井液稀釋劑或多功能高效鉆井液調(diào)節(jié)劑及其制取方法。該稀釋劑含有化學(xué)元素周期表ⅥB族和Ⅷ族元素特別是鈦、鋯、鐵絡(luò)合的磺化硝基腐植酸及磺化木質(zhì)素螯合物和絡(luò)合物，及這些物質(zhì)間生成復(fù)雜化合物的混合物。這些螯合物很穩(wěn)定，與粘土結(jié)合力很強，耐熱性好，能顯著降低鉆井液粘度、屈服值、膠凝強度和失水，抗鹽抗鈣性高。廣泛地用在鉆探和開采石油、天然氣、地?zé)岷偷叵滤I(yè)中。
文檔編號C09K8/20GK1045989SQ9010208
公開日1990年10月10日 申請日期1990年4月16日 優(yōu)先權(quán)日1990年4月16日
發(fā)明者王 鋒 申請人:王 鋒, 趙貴枝