一種油田鉆井液用無鉻降粘劑及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于油田水基鉆井液用處理劑領域，具體設及石油鉆井中使用的一種環境 友好型的抗鹽抗巧無銘降粘劑及其制備方法和用途。
【背景技術】
[0002] 隨著全球石油勘探開發難度的不斷增加，鉆探的深井及超深井越來越多，對作為 "鉆井血液"的鉆井液不斷提出更高的要求。鉆井液在使用過程中，常常由于溫度升高、鹽侵 或巧侵、固相含量增加或處理劑失效等原因，使鉆井液形成的網狀結構增強，鉆井液粘度、 切力增加。若粘度、切力過大，則會造成開累困難、鉆屑難W除去或鉆井過程中壓力過大等 現象，嚴重時會導致各種井下復雜情況發生。因此，在鉆井液使用和維護過程中，經常需要 加入降粘劑，W降低鉆井液體系的粘度和切力，使其具有適宜的流變性。
[0003] 降粘劑又稱為稀釋劑或解絮凝劑（ThinnerorDeflocculant)，作為鉆井過程中 不可缺少的鉆井液處理劑之一，它對調節鉆井液流變性起著非常重要的作用。但是降粘劑 或稀釋劑的作用還不止于此，往往還起其他重要作用，比如降低濾失量、減少泥餅厚度、提 高抑制性、乳化分散性不良的油基潤滑劑W及高溫下穩定鉆井液性能等，特別是近年來，不 增粘的降濾失劑或降粘型降濾失劑的大量應用，已經大大減少了單一降粘劑的用量。
[0004] 水基鉆井液降粘劑的種類很多，根據其作用機理的不同，可分為兩種類型，即分散 型降粘劑和抑制型降粘劑。分散型降粘劑主要有無機鹽類、丹寧類、木質素橫酸鹽類和褐煤 類，抑制型降粘劑主要包括低分子聚合物降粘劑和有機娃降粘劑等。
[0005] 目前，現場常用的分散型降粘劑主要有橫化拷膠（SMK)、橫化單寧（SMT)、橫化褐 煤（SMC)、鐵銘木質素橫酸鹽（rcLS，俗稱鐵銘鹽）等。分散型降粘劑為提高高溫抗鹽穩定 性一般都會含有一定量的銘離子，而且使用中也存在一定問題，如橫化拷膠（SMK)作用時 間短，橫化單寧（SMT)成本高，橫化褐煤（SMC)抗鹽性差，鐵銘木質素橫酸鹽（rcL巧起泡嚴 重等。
[0006] 抑制型降粘劑主要是合成的小分子聚合物降粘劑（如中國專利CN200910020693. X、CN200910238516. 9、CN200610009798. 1所發明的聚合物降粘劑，其中僅中國專利 CN1149070A發明的兩性離子聚合物降粘劑XY-27實現了規模化生產）和有機娃酸鹽聚合物 降粘劑（如中國專利CN201010250265. 9和CN200910033437. 4發明的有機娃降粘劑，其中 W聚甲基娃酸鹽為主要成分的GX-1獲得了較廣的應用），但其生產成本較高（前者），或流 變性穩定控制較難（后者），因此使用范圍常常受限。
[0007] 由于產品性價比及流變性穩定控制等原因，分散型降粘劑成為深井鉆井液和抗鹽 鉆井液體系首選的高性價比降粘劑。W鐵銘木質素橫酸鹽（FCL巧為代表的分散型降粘劑 是目前現場使用的各種降粘劑中，性價比最好的產品，但隨著世界各國環保意識的加強，對 人體及環境污染嚴重的FCLS的生產和應用均受到嚴格限制。
[0008] 因此，專家們在降粘劑的抗鹽膏污染、環境友好及降低生產成本等方面開展了大 量的研究工作。例如：
[0009] 中國專利CN101624517A提出用儘離子替代鐵銘木質素橫酸鹽中的重金屬銘離子 生產鐵儘木質素橫酸鹽，此種替代方法雖然解決了環境友好性問題，但生產成本要比FCLS 高很多，現場應用較為受限。
[0010]《鉆井液與完井液》雜志1992年第9卷第6期發表了中原油田鉆井工藝研究所 錢殿存等開發的系列無銘降粘劑--交聯水解聚丙締臘鋼鹽狂D9101)、鐵鐵木質素橫酸鹽 狂D9201)和水解聚丙締臘鋼鹽-鐵鐵木質素橫酸鹽-橫化褐煤交聯聚合物狂D9202)，此類 降粘劑在淡水和鹽水中稀釋效果尚好，但是抗高溫性能較弱，不適合深井及超深井鹽水鉆 井液體系的要求，而且生產工藝復雜。
[0011] 中國專利CN101717623A中發明了一種由木質素橫酸鹽、硫酸亞鐵、有機單體等通 過聚合反應得到的抗高溫、抗飽和鹽水的新型無銘降粘劑，此種方法雖然解決了抗污染及 抗高溫的問題，但是由于有機單體的成本較高，導致最后產品的市場價位與傳統的鐵銘木 質素橫酸鹽（rcL巧差別較大，性價比較低，現場推廣應用較為困難。
[0012] 美國菲利普石油公司發明了一種混合的分散型鉆井液降粘劑（同時申請的中國 發明專利CN1087108A和美國發明專利US5399548)由S類組分組成：第一組分選自改性 單寧酸、改性褐煤和木質素橫酸鋼；第二組分是由丙締酸制成的共聚物或均聚物；第=組 分是從包括鐵、錫、銘、儘、鐵、侶和鋒一組金屬中選出的一種或幾種金屬的化合物或其混合 物。將幾種組分先配制成液體混合料，再經干燥，研磨成細粉即為所發明的產物。不難理 解，運=類組分不經高溫化學反應，是難W發揮交聯作用的，其抗溫抗鹽性能是無法媳美鐵 銘木質素橫酸鹽（rcL巧的綜合效果。

【發明內容】

[0013] 針對現有鉆井液降粘劑研究和實際應用中存在的不足，本發明要解決的問題是尋 找價格合理的原材料，進而找到一種合適的制備方法來合成一種環境友好型的抗鹽抗巧無 銘降粘劑，該降粘劑應該具有環境友好、降粘降切能力、抗鹽抗巧能力、抗高溫性能較優、價 格低廉等特點，并且可替代傳統高性價比降粘劑鐵銘木質素橫酸鋼（FCL巧，應用于淡水、鹽 水、復合鹽水及深井、超深井復雜鉆井液體系中。
[0014] 為此，本發明是通過運樣的技術路線實現的：先將合成高分子聚合物如水解聚丙 締臘鹽氧化降解為低分子聚合物；再通過交聯劑將低分子水解聚丙締臘鹽、天然高分子材 料如褐煤及木質素橫酸鹽進行交聯反應，形成高分子網狀結構；小分子單體如締控基單體 通過自由基聚合反應，部分形成低分子線性聚合物，部分與網狀高分子形成接枝聚合物；高 分子聚合物與低分子聚合物協同作用，從而提高本發明降粘劑的抗溫抗鹽能力，使其可W 替代傳統優秀含銘降粘劑-鐵銘木質素橫酸鹽（rcL巧，應用于淡水、鹽水、復合鹽水及深 井、超深井復雜鉆井液體系中。
[0015] 經過本發明人的銳意研究，發明了制備無銘降粘劑的價格合適的原材料組合，其 原料組成包括：合成高分子聚合物如水解聚丙締臘鹽及其芬頓氧化降解劑、天然高分子材 料如褐煤和木質素橫酸鹽、小分子單體如締控基單體及能夠引發其產生自由基的引發劑， W及能使幾種聚合物形成網狀結構的交聯劑。
[0016] 根據本發明，原料組成及各自的質量配比為：
[0017] 合成高分子聚合物如水解聚丙締臘鹽：18~30份，優選20~28份，更優選25~ 28份，
[0018] 天然高分子材料如褐煤與木質素橫酸鋼：50~70份，優選55~65份，更優選 60~65份，
[0019] 小分子單體如締控基單體：2~12份，優選3~10份，更優選3~5份，
[0020]引發劑占小分子單體如締控基單體總質量的0. 05 %~0. 5 %，優選0. 1 %~ 0.3%,
[0021] 交聯劑：2~12份，優選3~10份，更優選5~10份。
[0022] 根據本發明，所述合成高分子聚合物為水解聚丙締臘鹽，所述水解聚丙締臘鹽優 選為水解聚丙締臘鋼鹽或水解聚丙締臘錠鹽或水解聚丙締臘鐘鹽；
[0023] 所述天然高分子材料為褐煤與木質素橫酸鹽，所述褐煤優選為腐植酸含量不低于 40 %的風化褐煤，所述木質素橫酸鹽優選為木質素橫酸鋼；
[0024] 所述小分子單體為締控基單體，優選為含雙鍵的締控基單體中的任意一種或兩種 或二種W上組成的混合物，如丙締酷胺、丙締酸、甲基丙締酸、馬來酸酢（順下締二酸酢）、 苯乙締、締丙基橫酸鋼、2-丙締酷胺基-2-甲基丙橫酸（AMP巧、N，N-二甲基二締丙基氯化 錠等中的一種或多種形成的混合物，但是從性價比W及合成工藝的便捷性考慮，W丙締酷 胺、馬來酸酢、丙締酸為優先考慮；
[00巧]所述引發劑為能夠引發所述小分子單體產生自由基的引發劑，優選為亞硫酸氨鋼 和過硫酸錠組成的氧化還原型引發劑；
[0026] 所述交聯劑為能夠使幾種聚合物形成網狀結構的交聯劑，優選為乙酸鋒、尿素、硫 酸亞鐵、甲醒的一種或其中的兩種形成的混合物，但是從所制得的交聯聚合物抗鹽性考慮， W乙酸鋒、尿素、硫酸亞鐵為優先考慮。
[0027] 經過本發明人的銳意研究，還進一步發明并提供了上述無銘降粘劑的制備方法。 其各原材料質量配比為：
[002引水解聚丙締臘鹽：18~30份，優選20~28份，更優選25~28份，
[0029] 褐煤與木質素橫酸鋼天然高分子：50~70份，優選55~65份，更優選60~65 份，
[0030] 小分子締控基單體：2~12份，優選3~10份，更優選3~5份，
[0031] 交聯劑：2~12份，優選3~10份，更優選5~10份，