[发明专利]油田钻井液用水溶性有机盐加重剂及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种油田钻井液用水溶性有机盐加重剂及其制备方法与应用，具体是一种含有碳1～碳6的有机酸盐、兼用于石油钻井、完井的水溶性有机盐加重剂Weigh3，以及该加重剂的制备方法及其相关应用。

背景技术

在钻井现场作业过程中，尤其是高压或超高压现场钻井作业中，需要提高钻井液的密度，因此需要加入惰性加重材料(即加重剂)，传统的加重材料的主要成分有重晶石、铁矿石粉、方铅矿粉、磷酸钙矿石粉等，相关文献可参见CN1539911A、CN1075544A等。然而，这些传统加重材料的加入，会使钻井液的粘度和切力大增，流动性变差，严重的将导致钻井液难以流动。

另外，目前钻井现场使用的钻井液大多是水基钻井液，水与地层泥岩接触，使得泥岩水化膨胀与分散。井壁泥岩的膨胀与分散，导致井壁膨胀、井眼缩径、井壁剥落掉块，发生钻井作业过程中钻具的挂卡与卡钻等复杂情况与事故。钻井液中泥岩钻屑的分散与膨胀，将使钻井液的粘度与切力大增，使钻井液难以流动。钻井液难以流动时，必须加水冲稀，冲稀则导致钻井液滤失量增加，这样又要加入降滤失剂，使粘度切力上升。尤其是随着钻屑水化的进行，钻井液粘度切力会更大幅度增大，又导致其难以流动。钻井液中的高固相及钻屑在其中的分散、膨胀皆会导致钻井液粘度切力的上升，直至难以流动。从而造成“钻井液难以流动→加水稀释→加入降滤失剂→钻井液粘度切力上升→钻屑分散、膨胀→钻井液粘度切力更大幅度上升→钻井液难以流动→……”的恶性循环，最后只能排放钻井液。

为了解决钻井液难以流动、井眼缩径、垮塌掉块等方面的问题，即解决钻井液流变性不稳定、井壁不稳定两大技术问题，必须降低钻井液的固相含量，提高钻井液的抑制性。要达到上述两个目的，近期开发的加重剂有可溶性盐加重剂，包括无机盐和有机盐。

通常的(也是广为采用的)无机盐加重剂为氯化钠，其可提高水溶液的密度，最高可达到1.2g/cm³，从而可降低钻井液的固相含量，且可提高钻井液抑制钻屑、井壁水化的能力。但由于氯化钠的溶解度最高为36g，使其降低固相含量与提高抑制性的幅度受到很大限制。

常用的有机盐加重剂有甲酸钠、甲酸钾和甲酸铯等，其具体应用仍具有一些局限性。本案发明人在先期的研究中提出过在甲酸盐基础上进行改进的带杂原子取代基的有机酸盐加重剂，参见“有机盐钻井液的研究与应用”(姚少全等人，《石油钻探技术》，第29卷第5期，2001年10月)，其提及了三种加重剂，并公开了三种加重剂的化学通式为(X_mRCOO)_nM_n，X为杂原子，RCOO为羧基，M为K⁺、Na⁺、NH₄⁺、NH_xR⁺_4-x；本案发明人在稍后的研究中对此带杂原子取代基的有机酸盐加重剂做了进一步改进，参见“有机盐钻井液技术”(姚少全等人，《西部探矿工程》，2003年第7期)，其中提出的两种有机盐加重剂的化学通式为X_mR_n(COO)₁M_q，其中X为杂原子及杂原子基团，R为C₀-C₁₀的饱和烃基，COO为羧基，M为1价阳离子；但上述文献中均没有公开每种加重剂的具体组分，也未提及其各自的制备方法。另外，近期有文献报道了一种有机盐加重剂，其为低碳碱金属有机酸盐、有机酸铵、有机酸季铵的复合物(参见CN102212345A、CN102212346A、CN102212347A)，其分子通式X_mR_n(COO)₁M，式中M为单价金属阳离子或铵离子，X为杂原子或基团，R为烃基，n+1＝1-6，m≤6；该文献同样未给出加重剂的具体组成，也未提及其制备方法。此外，这些有机盐加重剂在实际应用中常常需要进一步配合惰性加重剂使用，其性能仍有待进一步改进。

本发明案在正式提交前已委托国家知识产权局专利检索咨询中心进行查新检索，检索员检索到前述多篇文献，并认为本发明案欲请求保护的加重剂及其制备方法与应用的技术方案在这些现有技术的基础上均是非显而易见的，于是，申请人依法提出本发明专利申请。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种进一步改进的用于石油钻井液、完井液的水溶性有机盐加重剂，使其能更好地应用于配制钻井液、完井液，能够提高无固相水基钻井液基液的密度，提高钻井液的抑制性。