用作钻井、完井或修井液中的添加剂的组合物及其制法制造技术

本发明专利技术公开了一种能有效降低水基钻井液粘度的混合添加剂组合物。该组合物包括选自改性丹宁酸、改性褐煤和木素磺酸钠的第一组分；由丙烯酸制成的聚合物的第二组分；从包括铁、锡、铬、锰、钛、铝和锌一组金属中选出的一种金属的化合物的第三组分。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及钻入生产流体的地层的井的钻进和伺服。一方面本专利技术涉及使钻井液改善粘度的钻井、完井和修井液的添加剂。另一方面也涉及到含有不同降粘性质的钻井、完井和修井液添加剂的原料与无机化合物的掺合、以便生成超过原料组分降粘性质的混合产品。钻井液起着影响钻井速度、成本和作业安全等各种作用。钻井液，也叫做泥浆，经空心钻柱泵入井下，通过井下钻头上的喷嘴喷出，然后经井眼或套管和钻柱形成的环形空间返回地面。地面或井下马达转动全钻柱带动钻头旋转，循环钻井液从井底带出岩屑，润滑，冷却钻头，以薄的不渗水层封闭井壁，以其静水压头平衡地层压力。钻井液返至地面后，经过不同型号的泥浆筛，沉淀池或其它设备除去泥浆中的杂质，再用添加剂处理，以获得所要求的泥浆性能，处理后的钻井液泵入井中，再重复上述循环过程。多数钻井、完井和修井液是可相互作用的化合物的多元混合物，其性质随温度、剪切速率和剪切过程的变化而明显改变。当钻井液通过井筒循环时，总会遇到不同的变化条件，如钻杆中的紊流、钻头的强剪切力和环形空间中的标定层流等。因此，钻井泥浆这类材料的最希望具备的性能之一是其多功能性，这种性能用仔细选择的添加剂预处理后可以获得。已知有多种钻井液添加剂，常用的添加剂有粘土矿物，增粘剂，防滤失剂，降粘剂，润滑剂，杀菌剂，表面活性剂，增重材料，絮凝剂，防页岩膨胀剂，消泡剂，烧碱及盐类等。在钻进某些特殊地层如膏盐层、或其它可溶性性有机盐岩层、或含膨胀粘土的地层、或深的高温井时，钻井液常发生胶化或变稠，以致于钻井液粘度过高，而且还有泥浆性质失控，泵压过高，降低钻进速度，不能通过页岩振动筛，泥浆不能循环，气侵甚至发生井喷的危险。为了控制钻井液的流变性(这是本专利技术的要点)，需要了解塑性粘度(PV)，屈服点(YP)，和凝胶强度(Gel)。PV/YP比值决定了钻井液的剪切降粘性质，即有效粘度随剪切速度增加而下降，加入某些化合物即通称的降粘剂，可降低过高的屈服点或胶凝强度。当把这些降粘剂加入钻井液时，就能降低流动阻力或胶凝作用。粘土-水钻井液常用的降粘材料可大致分为(1)植物的丹宁酸，(2)多磷酸盐，(3)褐煤，(4)磺化木质素和(5)合成聚合物。许多钻井液添加剂混合物已授予了专利，它们含有多种材料如木素磺酸盐、改性的木素磺酸盐、褐煤、改性褐煤、丹宁酸和改性丹宁酸的各种混合物。请参考美国专利NO.4704214，4842770和4618433，这些专利的有关内容在此声明一起并入本专利技术。上述专利中公开的添加剂混合物在钻井作业中得到了成功的应用，但仍需要提供环境保护方面可接受的更廉价的添加剂。因此，本专利技术的一个目的就是提供降粘性能更好的新型钻井液添加剂。本专利技术的一个具体目的就是提供具有粘度增高了的或其它流变学特性的改进型钻井液。本专利技术的另一目的是提供在钻井、完井、修井作业中使用该改进型钻井液的方法。另外，本专利技术的一个目的为提供以简便有效为特点的生产钻井液添加剂组合物的方法。有关本专利技术的其它方面、目的、优点在本领域的专业人员看完本说明书后将一目了然。本专利技术提供一类新型钻井液添加剂，当这种添加剂加入如水基泥浆时，能赋予钻井液以改进的粘度或其它流变学特性。新型添加剂是包括改性丹宁酸、改性褐煤、木素磺酸盐、由丙烯酸制备的合成聚合物的物料与包括铁、锡、铬、锰、钛、铝和锌的金属的化合物形成的组合物。本文中使用的术语“由丙烯酸制备的合成聚合物”是指各种均聚物，共聚物等，它们是由丙烯酸和能与水基钻井液相容的相应单体如甲基丙烯酸制备的。本专利技术的第一个优选实施方案是由改性丹宁酸、由丙烯酸制备的合成聚合物和从含有铁、锡、铬、锰、钛、铝和锌或其混合物的金属族中选出的金属的化合物组成的添加剂组合物。第二个优选实施方案是由改性褐煤，选自铁、铬和锡或其混合物的一种金属的化合物及由丙烯酸制备的合成聚合物组成的添加剂组合物。第三个优选的实施方案是由一种干燥的木素磺酸钠制得的沉淀物、选自铁、锡、铬、锰、钛、铝和锌或其混合物的一种金属的化合物和由丙烯酸制成的合成聚合物组成的添加剂组合物。第四个优选的实施方案是由以下步骤制成的添加剂组合物先调合液体木素磺酸盐、一种由丙烯酸制成的合成聚合物、选自铁、锡、铬、锰、钛、铝和锌或其混合物的一种金属的化合物、及任选的烧碱溶液;然后把调合液体干燥成无水残渣;最后，把它研磨成粉末。加入钻井、完井或修井液中的添加剂量应是至少能降低(a)粘度、(b)屈服点、(c)10秒或10分钟胶凝强度诸参数之一的添加剂量。本专利技术使用的钻井、完井和修井液是本领域熟知的并包括水基泥浆。一般来说，钻井液含有细分的粘土，如膨润土、高岭石、尹利石及增重物质，它们均悬浮在水中。本专利技术适用的钻井液在U.S.专利NO.3028333中已经公开。本专利技术添加剂组合物的第一组分是从改性丹宁酸、改性褐煤和木素磺酸钠中选出的。改性丹宁酸可能是丹宁酸钠、磺化丹宁酸或磺基烷基化的丹宁酸。磺甲基化白雀鞣酸(SMQ)是目前最好的一种改性丹宁酸。任何适合的褐煤或其副产品都可在本专利技术中使用。优选的改性褐煤是用强碱(alkali bases)预处理过或经“苛性化”提高了水溶性的褐煤。这些材料在本领域是众所周知的，也有商品供应，在U.S.专利NO.4704214中说明过，它们用于钻井液时的制备方法前面已将此专利并入本专利技术。本专利技术添加剂组合物的第二种组分选自有机均聚物和共聚物，它们都已知是有利于水性钻井液降粘的。例如，采用一种纯粹合成的聚丙烯酸酯的衍生物配方，在钙和碱金属盐含量增高的水基泥浆中效果很好。用于提高钻井液性质的这类聚合物中，为了有效地改善特定的性质，把它合成成为一种或多种分子，如反絮凝作用中合成的分子就能起到已知的自然界存在的聚合物分子的作用。本专利技术添加剂组合物的第三且最后一个组分是一种金属化合物，金属选自铁、锡、铬、锰、钛、铝和锌。从上述金属中选出的金属用于本专利技术时，可以至少部分溶于水的形态使用。水合氧化铁最适宜用于本专利技术。为了满足钻井液的特殊需要，作为加入的特别规定的助剂分子的另一个选择方案，可以最佳比例把规定的合成聚合物与其它已知降粘剂和一种上述金属化合物用物理方法掺合，以改进钻井液性质，生成优于原始组分性质的添加剂组合物。因此，根据本专利技术的第一个优选实施方案，将美国田纳西州Chattanooga市Alco化学公司销售的阴离子聚丙烯酸钠共聚物添加剂(其商标名称为AlcodrillTmHPD-S)与改性丹宁酸(最好是磺甲基化的白雀鞣酸(SMQ))和一种水合氧化铁(最好是FeSo4·H2o)混合。形成本专利技术适用组合物的上述指定组分的重量百分比如表ⅠA所示。为了工业上使用，这些组分可用常规干式混合设备进行混合。在本专利技术的第二个优选实施方案中，将以商标名称AlcodrillTmHPD-S销售的聚丙烯酸钠聚合物，同由北达科达州Reeder市美国Colloid Company出售的苛性钠与北达科达的腐殖酸反应生成的溶解褐煤(以下简称Na-Lignite)和水合氧化铁FeSo4·H2o混合。上述对本专利技术有用的混合物的重量百分比如表ⅠA所示。工业上大量使用这些组分时可用常规干式混合设备进行混合。在本专利技术的第三个优选实施方案中，以商标名称AlcodrillTM出售的聚丙烯酸钠聚合物与一种改性的木素磺酸盐混合，该木本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于用作钻井、完井或修井液中的添加剂的组合物，该组合物包括下列化学组分的混合物：一种选自下列物质的第一组分：（ａ）改性丹宁酸（鞣酸）（ｂ）改性褐煤和（ｃ）木素磺酸钠一种包括用丙烯酸制成的聚合物的第二组分及一种包括选自铁、锡、铬、锰、钛、铝和锌或其混合物的金属的化合物的第三组分。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：BB帕泰尔，WS斯泰瓦尔特，
申请(专利权)人：菲利浦石油公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]