專利名稱:鉆井液的分散劑以及含分散劑的鉆井液的制作方法
本發(fā)明是關于用丙烯酸共聚物作為含水鉆井泥漿的分散劑。
本發(fā)明也包括含分散劑的鉆井泥漿，這些泥漿特別適合于中等的和深度的鉆井，在這種區(qū)域或區(qū)段鉆井所碰到的困難有地熱、固體物、以及對環(huán)境有害的有毒物質等因素。
大家知道，石油和天然氣的鉆井是用旋轉鉆井方法，所用的液體的作用是保證工作面上形成的挖方能夠提升。這種液體在壓力下從鉆柱軸引入，穿過鉆頭頂部而后上升，進入由上述的鉆柱和鉆孔二者所限定的環(huán)形空間中。液體同時還保證了鉆頭頂部的冷卻、油井壁的密封、并通過流體靜壓力保持內部壓力的平衡。
含水鉆井液或鉆井泥漿通常是一種包含不同物質的含水懸浮液，所含的物質用來提供某些物理的和化學的特性。
這些物質是
-增粘劑選擇不溶于水的膨潤土，在水中的電介質的作用下可與一種或幾種增粘聚合物結合;
-分散劑或稀釋劑;
-也可以有一種泥漿濾的還原劑，如低分子量的羧甲基纖維素或者淀粉;
-也可以有一種增重劑，如重晶石。
水可以是軟水、海水、或鹵水。
專業(yè)人員所關心的主要問題之一，是如何在整個鉆井循環(huán)過程和必要的循環(huán)停止過程中構成一個流變特性穩(wěn)定的系統(tǒng)(粘度-切力屈服點-觸變性)。隨著鉆井的進行和挖方提升的遞增，由于粘土顆粒的絮凝或聚集，高含量的固體污染物使粘度增大，循環(huán)系統(tǒng)中的壓力則變得更高。
為了降低粘度，或者是為了至少限制粘度的增大并抑制粘土的絮凝，在鉆井液中加入了減粘劑(分散劑或稀釋劑)。
在油井內，隨著鉆井深度的增加，可能會遇到相當高的溫度。因而，添加物具有足夠的熱穩(wěn)定性是十分必要的。從節(jié)約的原則出發(fā)，顯然希望加入低劑量的添加物能同樣有效。
作為鉆井泥漿的分散劑的多磷酸鹽，由于當溫度超過70℃時便不穩(wěn)定，所以不能令人滿意。褐煤衍生物和木素磺酸鹽較不易受熱分解。但是，褐煤的效能受到電介質污染的限控(尤其是氯化鈉和鈣鹽)，這些電介質將使之發(fā)生沉淀。木素磺酸鉻和鐵-鉻的木素磺酸鹽同時用來作為泥漿濾的分散劑和還原劑。在鈣鹽存在下而且溫度高達150℃時上述磺酸鹽仍然有效，但由于其中含有有毒物質鉻，使其應用越來越受到限制。
在其它推薦用作為鉆井泥漿的分散劑中，可以舉出一些聚合物，如分子量很低的丙烯酸均聚物(美國專利US-A 3，764，530)，以及馬萊酸和苯乙烯砜的共聚物(美國專利US-A3，730，900)。
我們已找到一些可用作鉆井液分散劑的物質。這些分散劑無毒性，對鹽質環(huán)境不敏感，在低濃度時具有優(yōu)良的效能，而且在溫度達到或超過150℃時仍然穩(wěn)定。
本發(fā)明的目的在于含水鉆井泥漿中使用低分子量的水溶性丙烯酸共聚物作為分散劑。這種分散劑是由75～99克分子%的丙烯酸和/或甲基丙烯酸，與1～25克分子%的可溶于水的烯丙基-和/或甲代烯丙基磺酸共聚而得。
這些共聚物可以通過使丙烯酸和/或甲基丙烯酸的水溶液與烯丙基和/或甲代烯丙基磺酸的堿金屬鹽，尤其是鈉鹽或銨鹽一起，行自由基聚合反應而得到。也可以用例如雙氧水作為催化劑以促進自由基的形成，在少量的銅鹽存在下與異丙醇結合使用，銅鹽可代之以一定量的硫酸羥胺;或者可用雙氧水和鐵鹽(硫酸鐵)及硫酸羥胺;或者可用與乙酸同時存在的過硫酸鈉或過硫酸銨。
所得到的聚合物溶液可以直接用作為鉆井泥漿的分散劑，也可以按一般熟悉的方法進行濃縮，共聚物也可以是粉狀的絕緣物質。
本發(fā)明優(yōu)先采用的一種聚合物是用含有丙烯酸和甲基丙烯酸的單體混合物制得的一種共聚物。丙烯酸與甲基丙烯酸的克分子比應在0.15/1與6/1之間，若在0.3/1和4/1之間則更好，若在1/1和2/1之間則最好。
所得到的共聚物的分子量在500與10000之間，更好是在2000與6000之間。
將分散劑添加到構成泥漿的各成分中去，其方法是已知的技術。分散劑的量在每立升泥漿中不超過0.01克(干燥提取物)即可有效。一般摻合量對于每升泥漿來說在0.05與1克之間。摻合量也可以更高，例如按情況，用量可高達10克。摻合量的最佳范圍為0.1～0.4克/升。
下面舉例說明本發(fā)明。
例1
分散劑的制備
制備二種溶液
溶液A
脫鹽水 350克
醋酸銅 0.5克
甲代烯丙基磺酸鈉 5克
異丙醇 50克
溶液B
脫鹽水 450克
丙烯酸 230克
甲基丙烯酸 230克
甲代烯丙基磺酸鈉 50克
一個容量為2立升裝有攪拌器的反應器中，有三根連接管分別向反應器中引入氮氣、單體、及催化劑，在本例中先用氮氣管線引入溶液A。加熱攪拌使之回流脫氣，然后引入100克溶液B和12毫升雙氧水(至110體積)維持溶液回流并攪拌，同時繼續(xù)加入其余的860克溶液B和68毫升雙氧水。添加時間持續(xù)1小時30分鐘。再加入10毫升雙氧水，繼續(xù)使溶液維持回流30分鐘。然后重新加入10毫升雙氧水并維持回流1小時30分鐘。
通過減壓蒸餾使溶液濃縮，然后冷卻。
濃縮物中含有干燥提取物49.5%，其比重為1.185。Brookfield粘度為1，300mPa.s(Modele RV-2號針)。
聚合物的平均分子量為Mw＃4000。
用5.1克/升的溶液進行孔道擴散，擴散顆粒的動力學直徑可為φ＝45A。
鉆井泥漿的制備
一種用軟水和膨潤土所構成的泥漿的制備方法是，在8.9立升水中加入410克膨潤土FB5和600克膨潤土FR2〔均為CECA協(xié)會(歐洲煤鋼聯(lián)營)的商品〕。按照OCMA〔(石油公司材料協(xié)會)Oil Companies Materials Asso-ciation.〕的DFCP4(膨潤土鉆井液材料)的規(guī)格，對上述兩種土來說每噸土可得到泥漿產品的收率分別為35米3和15米3。
加入氫氧化鈉將pH值調節(jié)至9.5。用ULTRATURRAX渦輪機以15000轉/分的速度攪拌3分鐘，然后冷卻到25℃。
把泥漿分成幾部分。
按表1所示在每一部分中添加不同量的分散劑。用渦輪機重新再剪切30秒鐘。靜置30分鐘后用FANN35A型的粘度計在25℃下測定其流變特性。
測定表現(xiàn)粘度(Va)，塑性粘度(Vp)，軟化點或塑變值(YV)，以及起始膠凝值和十分鐘膠凝值(gel0/10)。這些特性在“Drilling and Drilling Flui-ds”(“鉆井和鉆井液”)-G.V.Chilingarian and P.Vorabutr-Elsevier1981.一書中已作了描述。
為比較起見，測定了前人技術中所用的鐵鉻的木素磺酸鹽的性能(商標為CECA協(xié)會的Brixel)。
所有的結果均列于表1中。
顯然，含有本發(fā)明的分散劑的泥漿的流變性能大大超過了含鐵-鉻木質素磺酸鹽的泥漿，前者的粘度值、膠凝值等都要低得多。
例2
泥漿的制備方法同例1，在高溫下試驗分散劑性能。
按表2所示在每一部分泥漿中按一定濃度加入分散劑，然后放入一容器中并使該容器在轉動式烘箱中轉動16小時，其溫度可為90℃、或120℃、或150℃。
熱試驗后流變持性的測定結果列于表2中。
可以看到，本發(fā)明的分散劑在高溫下仍然有效，而且性能優(yōu)于鐵-鉻的木素磺酸鹽。
在濃度同樣是每立升鉆井泥漿中含2克分散劑，比較YV的數(shù)值，對于本發(fā)明只含49.5%干燥抽提物的產物來說在不同溫度下轉動前后的YV平均值3.5，而對于含100%干燥抽提物的木素磺酸鹽，這一平均值為30。
例3～10
按例1所述的操作方式制備共聚物，在保持丙烯酸和甲基丙烯酸克分子比不變的情況下改變磺酸鹽的量。
把每一種聚合物都加入到例1配方的泥漿中，每立升泥漿中加入量為0.1克(干燥抽提物)。剪切后靜置30分鐘然后測定初始的流變性質。
用克分子數(shù)表示的單體量，三聚物的組成(丙烯酸與甲基丙烯酸的克分子比-磺酸鹽的克分子百分數(shù))，以及所測定的結果均列于表3中。
例11～16
按例1所述的方法，變化丙烯酸和甲基丙烯酸的克分子比制備添加劑。表4中列出了三聚物的組成及泥漿(0.1克分散劑/升)的初始流變性的測定結果。
例17～23
在這些例子中，分散劑可用丙烯酸制備，也可以用甲基丙烯酸制備。得到的共聚物的評價與前列各例相同。組成和測定結果列于表5中。





權利要求
1、含水的鉆井泥漿，其特點是其中含有作為分散劑的低分子量水溶性丙烯酸共聚物，此共聚物是由75～99克分子%的丙烯酸和/或甲基丙烯酸與1～25克分子%的可溶于水的烯丙基-和/或甲代烯丙基磺酸鹽共聚而制得。
2、按權項1的鉆井泥漿，其特點是共聚物中包含丙烯酸和甲基丙烯酸的克分子比在0.15/1與6/1之間的混合物，以及1～25克分子%的可溶于水的烯丙基-和/或甲代烯丙基磺酸鹽。
3、按權項2的鉆井泥漿，其特點是丙烯酸和甲基丙烯酸的克分子比在0.3/1與4/1之間。
4、按權項2的鉆井泥漿，其特點是丙烯酸和甲基丙烯酸的克分子比在1/1與2/1之間。
5、按權項1～4的鉆井泥漿，其特點是可溶于水的鹽是一種堿金屬鹽或銨鹽。
6、按權項1～5的鉆井泥漿，其特點是每立升泥漿中含有0.01～10克分散劑。
專利摘要
本發(fā)明是關于使用丙烯酸共聚物作為含水泥漿的分散劑。 這些分散劑是丙烯酸和/或甲基丙烯酸與可溶于水的烯丙基-和/或甲代烯丙基磺酸鹽的共聚物。粘土基的鉆井泥漿無毒性，可在高溫下使用。
文檔編號C09K8/02GK86102915SQ86102915
公開日1986年11月19日 申請日期1986年4月26日
發(fā)明者扎奎克·奧倫格 申請人:羅納·布郎克公司化學部導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan