本發(fā)明涉及一種水基膨潤土鉆井液用降粘劑，能夠快速有效控制水基膨潤土鉆井液在高溫下的增稠現(xiàn)象，屬于油田鉆井液處理劑技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，隨著社會對石油天然氣等能源需求的日益加劇，已探明的淺層油氣資源已經(jīng)不能滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，深井、超深井逐步成為石油勘探開發(fā)的重點(diǎn)，勘探開發(fā)難度在逐年的增加，鉆遇異常高壓地層逐漸增多，必須使用高密度鉆井液。水基膨潤土鉆井液由于配制方法簡單，成本低，能夠容納較多固相，適合配制高密度鉆井液體系，可形成致密泥餅，造壁性好，濾失量較低，抗溫能力強(qiáng)而得到廣泛的使用。
但分散性水基鉆井液并不是為高溫深井而設(shè)計，所應(yīng)用的栲膠、改性單寧類等降粘劑由于抗溫能力差、用量大及易起泡，逐漸被含鉻木質(zhì)素磺酸鹽等改性產(chǎn)品取代。2010年以前，含鉻的處理劑在很多地區(qū)高溫深井中被廣泛用作高效穩(wěn)定的降粘劑，但是，鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽、鉻-褐煤以及更早時期應(yīng)用的紅釩等含鉻處理劑中的鉻離子(尤其是六價鉻)具有較高的環(huán)境毒性，應(yīng)用受到進(jìn)一步的限制。在全球范圍內(nèi)環(huán)境敏感和生態(tài)脆弱、環(huán)境法規(guī)嚴(yán)格的地區(qū)已禁止使用。于是出現(xiàn)了鐵鋯木質(zhì)素磺酸鹽、鐵鈦木質(zhì)素磺酸鹽、鐵錳木質(zhì)素磺酸鹽，代替鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽，這些降粘劑的缺點(diǎn)是熱穩(wěn)定性差，大多數(shù)抗溫在150℃以下，使用效果也不及鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽。流變性調(diào)控問題，一直是水基膨潤土鉆井液在深井鉆探應(yīng)用中面臨的難題，水基膨潤土鉆井液體系中粘土顆粒之間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成，是導(dǎo)致鉆井液流變稠化的重要原因之一，鉆井液流變稠化嚴(yán)重制約安全、優(yōu)質(zhì)、高效鉆井的進(jìn)行。具體表現(xiàn)為鉆井液切力和粘度增大、流動困難、氣泡不易除去。開泵困難或泵壓升高及憋泵，極易造成機(jī)動壓力過大，導(dǎo)致井漏等井下復(fù)雜的發(fā)生。鉆井液流變稠化，還會造成鉆屑難以除去，鉆頭泥包等，嚴(yán)重影響鉆井速度。
近年來，雖然水基鉆井液無鉻降粘劑得到飛速發(fā)展，但是仍然存在很多問題：(1)產(chǎn)品生產(chǎn)工藝復(fù)雜，需要多步化學(xué)反應(yīng)才能完成，生產(chǎn)成本高；(2)降粘劑本身對環(huán)境無害，但是生產(chǎn)過程的工藝技術(shù)不環(huán)保，廢棄物產(chǎn)生較多，未從根本上做到環(huán)境友好；(3)抗溫性仍需進(jìn)一步提高，部分抗高溫的磺化產(chǎn)品顏色深，不利于環(huán)保；(4)在產(chǎn)品使用效果方面，普遍存在維護(hù)周期短，需頻繁加入的問題。因此，開發(fā)一類環(huán)境友好而又能夠抗高溫的高效鉆井液用無鉻降粘劑依舊非常迫切。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對高溫、超高溫井鉆井施工中控制水基膨潤土鉆井液流變稠化方法的難點(diǎn)和存在的問題，提供了一種抗高溫、解絮凝效果好、成本低及制備工藝簡單的環(huán)境友好型水基膨潤土鉆井液用降粘劑。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
一種水基膨潤土鉆井液用降粘劑，由有機(jī)多元陰離子電解質(zhì)和水溶性鋯鹽絡(luò)合制得，所述有機(jī)多元陰離子電解質(zhì)為含羥基、羧基或磷氧雙鍵官能團(tuán)的有機(jī)化合物和/或分子量低于1000的聚陰離子電解質(zhì)。
所述含羥基、羧基或磷氧雙鍵的有機(jī)化合物包括羥基乙叉二膦酸、d-葡萄糖酸鈉、乙二胺四甲叉膦酸；所述分子量低于1000的聚陰離子電解質(zhì)為水解聚馬來酸酐、馬來酸-丙烯酸共聚物。
所述的水溶性鋯鹽為氧氯化鋯、硫酸鋯或硝酸鋯。
所述有機(jī)多元陰離子電解質(zhì)與水溶性鋯鹽的質(zhì)量比1-2：0.5-1.5。
該水基膨潤土鉆井液用降粘劑的制備方法，包括以下步驟：
(1)有機(jī)多元陰離子電解質(zhì)和水溶性鋯鹽根據(jù)一定的重量比加入到水中，分別配成一定濃度的水溶液；
(2)在不斷攪拌的條件下，將步驟(1)水溶性鋯鹽的水溶液滴加到有機(jī)多元陰離子電解質(zhì)水溶液中；
(3)步驟(2)有機(jī)多元陰離子電解質(zhì)和水溶性鋯鹽的組合物溶液用堿金屬氫氧化物調(diào)節(jié)ph為7-9。
所述含羥基、羧基或磷氧雙鍵的有機(jī)化合物包括羥基乙叉二膦酸、d-葡萄糖酸鈉、乙二胺四甲叉膦酸；所述低分子量聚陰離子電解質(zhì)為水解聚馬來酸酐、馬來酸-丙烯酸共聚物等。
所述的水溶性鋯鹽為氧氯化鋯、硫酸鋯或硝酸鋯。
所述有機(jī)多元陰離子電解質(zhì)與水溶性鋯鹽的質(zhì)量比1-2：0.5-1.5。
本發(fā)明提供的降粘劑能夠?qū)崿F(xiàn)水基膨潤土鉆井液流變的改善在于，含羥基、羧基或磷氧雙鍵等的有機(jī)化合物和及低分子量的聚陰離子電解質(zhì)含有的水化基團(tuán)能夠形成厚的水化層，而zr4+形成多核羥橋絡(luò)合離子，增加了其吸附在粘土顆粒端面，從而拆散粘土顆粒間形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，放出自由水，從而降低鉆井液體系的粘度，改善鉆井液流變。另外，加入物質(zhì)的吸附作用還可以提高粘土顆粒帶電性，從而增強(qiáng)顆粒間的靜電斥力作用，進(jìn)而削弱粘土顆粒之間相互作用力，從而達(dá)到改善鉆井液體系流變目的。
本發(fā)明具有如下技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：(1)生產(chǎn)工藝技術(shù)簡單，生產(chǎn)過程中無廢棄物產(chǎn)生，產(chǎn)品本身及其生產(chǎn)過程從根本上達(dá)到環(huán)境友好，成本低；(2)抗溫性能優(yōu)異，在200℃高溫作用下，不會降解，也不會相互交聯(lián)或與鉆井液中其它高分子交聯(lián)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，造成鉆井液增稠的現(xiàn)象。(3)降粘作用效果好，降粘效果穩(wěn)定時間持久。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合具體實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例中所使用的材料均可通過商業(yè)途徑獲取。
為便于理解本發(fā)明的提供的水基膨潤土鉆井液降粘劑的降粘效果，給出實(shí)施例1-6，對實(shí)施例1-6制備的產(chǎn)品改善膨潤土基漿流變性效果給出評價。所使用的評價基漿配制程序如下。400ml水中加入1.2g無水碳酸鈉，加入32g基準(zhǔn)土。加入64g評價土，高攪1h，養(yǎng)護(hù)24小時，得評價基漿。所選用的評價基漿200℃下熱滾16h，便會高溫增稠。
鉆井液的流變參數(shù)采用znn-d6型六速粘度計測定，高速攪拌器的轉(zhuǎn)速為11000±100r/min，測試溫度均為25℃。
實(shí)施例1
一種水基膨潤土鉆井液用降粘劑，其制備方法，包括以下步驟：
(1)將1重量份的羥基乙叉二膦酸和0.5重量份的氧氯化鋯分別加入到水中，配成水溶液；
(2)在不斷攪拌的條件下，將步驟(1)氧氯化鋯的水溶液滴加到羥基乙叉二膦酸水溶液中；
(3)步驟(2)羥基乙叉二膦酸和氧氯化鋯的絡(luò)合物用氫氧化鈉調(diào)節(jié)ph為7-9。
實(shí)施例2
一種水基膨潤土鉆井液用降粘劑，其制備方法，包括以下步驟：
(1)將2重量份d-葡萄糖酸鈉和1.5重量份硫酸鋯分別加入到水中，配成水溶液；
(2)在不斷攪拌的條件下，將步驟(1)硫酸鋯的水溶液滴加到d-葡萄糖酸鈉水溶液中；
(3)步驟(2)d-葡萄糖酸鈉和硫酸鋯的絡(luò)合物用氫氧化鈉調(diào)節(jié)ph為7-9。
實(shí)施例3
一種水基膨潤土鉆井液用降粘劑，其制備方法，包括以下步驟：
(1)將2重量份乙二胺四甲叉膦酸(含量40％)和1重量份硝酸鋯分別加入到水中，配成水溶液；
(2)在不斷攪拌的條件下，將步驟(1)硝酸鋯的水溶液滴加到乙二胺四甲叉膦酸水溶液中；
(3)步驟(2)乙二胺四甲叉膦酸和硝酸鋯的絡(luò)合物用氫氧化鈉調(diào)節(jié)ph為7-9。
實(shí)施例4
一種水基膨潤土鉆井液用降粘劑，其制備方法，包括以下步驟：
(1)將1重量份水解聚馬來酸酐(分子量800，含量30％)和1重量份羥基乙叉二膦酸與0.75重量份氧氯化鋯分別加入到水中，配成水溶液；
(2)在不斷攪拌的條件下，將步驟(1)氧氯化鋯的水溶液滴加到水解聚馬來酸酐、羥基乙叉二膦酸水溶液中；
(3)步驟(2)水解聚馬來酸酐、羥基乙叉二膦酸和氧氯化鋯的絡(luò)合物用氫氧化鈉調(diào)節(jié)ph為7-9。
實(shí)施例5
一種水基膨潤土鉆井液用降粘劑，其制備方法，包括以下步驟：
(1)將1重量份馬來酸-丙烯酸共聚物(分子量860，含量33％)和1重量份水聚解馬來酸酐(分子量800，含量30％)與1.2重量份氧氯化鋯分別加入到水中，配成水溶液；
(2)在不斷攪拌的條件下，將步驟(1)氧氯化鋯的水溶液滴加到馬來酸-丙烯酸共聚物、水聚解馬來酸酐水溶液中；
(3)步驟(2)馬來酸-丙烯酸共聚物、水聚解馬來酸酐和氧氯化鋯的絡(luò)合物用氫氧化鈉調(diào)節(jié)ph為7-9。
實(shí)施例6
一種水基膨潤土鉆井液用降粘劑，其制備方法，包括以下步驟：
(1)將1重量份d-葡萄糖酸鈉和1重量份羥基乙叉二膦酸與1.5重量份氧氯化鋯分別加入到水中，配成水溶液；
(2)在不斷攪拌的條件下，將步驟(1)氧氯化鋯的水溶液滴加到d-葡萄糖酸鈉、羥基乙叉二膦酸水溶液中；
(3)步驟(2)d-葡萄糖酸鈉、羥基乙叉二膦酸和氧氯化鋯的絡(luò)合物用氫氧化鈉調(diào)節(jié)ph為7-9。
應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
將實(shí)施例1-6中所述的降粘劑進(jìn)行流變穩(wěn)定能力評價，具體操作過程如下：
(1)基漿在實(shí)施例1-6所述降粘劑處理前，高攪5min，用六速粘度計測定流變參數(shù)。
(2)基漿于200℃下熱滾16h，冷卻至室溫，高攪5min，用六速粘度計測試流變參數(shù)。
(3)基漿在采用實(shí)施例1-6所述降粘劑處理后，200℃下熱滾16h后，冷卻至室溫，用六速粘度計測定流變參數(shù)。
(4)為評價本發(fā)明改善水基膨潤土鉆井液流變稠化的長效性，基漿在采用實(shí)施例1-6所述降粘劑處理后，200℃下熱滾15天后，冷卻至室溫，用六速粘度計測定流變參數(shù)。
基漿及其200℃高溫處理后流變參數(shù)表觀粘度(av)、塑性粘度(pv)、動切力(yp)和10s和10min靜凝膠強(qiáng)度(gel10"/10')如表1所示。
各實(shí)施例產(chǎn)品處理后的基漿流變參數(shù)表觀粘度(av)、塑性粘度(pv)、動切力(yp)和和10s和10min靜凝膠強(qiáng)度(gel10"/10')如表2所示。
表1基漿及其高溫處理后流變參數(shù)測試
表2各實(shí)施例改善流變性效果測試
由表1可以看出，基漿經(jīng)過200℃高溫處理16h后，增稠嚴(yán)重。由表2中流變數(shù)據(jù)可得知，本發(fā)明提供的方法可有效改善粘土高溫增稠，高溫下效果穩(wěn)定，處理效果穩(wěn)定時間長，本發(fā)明提供的方法是一種改善水基膨潤土鉆井液高溫流變性稠化的有效方法，性價比優(yōu)于傳統(tǒng)降粘劑。
以上實(shí)施例僅是選取的本發(fā)明幾個較佳的實(shí)施例，并非對本發(fā)明做任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)，對以上實(shí)施例所作的任何等同修改，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。