[发明专利]水溶性加重材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于油气田钻完井中的钻井液和完井液领域，特别涉及一种水溶性加重材料及其制备方法。

背景技术

在油田钻井施工中，尤其是高压油气储层的钻探开发，通常需要高密度泥浆来平衡地层压力，以确保井壁稳定。高密度泥浆的获得通常是采用向泥浆中添加加重剂的方法，传统的泥浆加重剂为不溶于水的惰性固体材料，如重晶石粉、铁矿粉、石灰石粉、方铅矿粉等。这些加重剂通常会导致泥浆固相含量增高，从而引起泥浆粘度增加、钻进速度降低，且会对储层孔隙堵塞，从而伤害储层。

为了减少不溶固相对储层的伤害，在很多钻井施工中和绝大多数的完井液领域都采用水溶性加重剂进行加重。通常的水溶性加重剂为碱金属无机盐(如，氯化钠、氯化钾、溴化钠等)、二价金属无机盐(如氯化钙、溴化钙、溴化锌等)、碱金属甲酸盐(如甲酸钠、甲酸钾、甲酸铯等)，然而这些水溶性盐类存在很多不足之处，如腐蚀性大、成本高、加重密度难以达到要求、二价盐容易结垢堵塞储层孔隙等。近年来已有关于水溶性加重材料的研究报道，如已公开专利CN103992777B、CN103992779B和CN103992778B分别公开了最高密度可达1.35g/cm³、1.55g/cm³、1.80g/cm³的有机盐加重剂配方、制备方法及应用，采用C₁～C₆的混合有机羧酸与复合碱发生酸碱中和反应制得，专利中要求混合酸中C₁至C₆的不同碳链长度的酸都占有一定份额，且其中有机酸中还要含有一定量的氯和溴取代基团，氯和溴取代基的含量因有机盐加重密度的不同而不同；复合碱为NaOH、氨水、KOH、三甲胺和环氧氯丙烷五种碱性物质构成的混合物，导致该水溶性加重材料的配方复杂、成本过高；而已公开专利CN104531100A则公开了一类由甲酸钠、甲酸钾、亚硫酸钠、硫酸钠四种物质复配的水溶性加重剂，该加重剂可将泥浆密度加重到2.8g/cm³，但是抑制性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种解决传统加重材料如重晶石、铁矿石等引起的高固相含量的问题，传统水溶性加重剂腐蚀性大、抑制能力差等问题的水溶性加重材料。

本发明还提供了一种简单易行的制备该水溶性加重材料的制备方法。

为了实现上述目的，本发明所述水溶性加重材料包括至少一种有机铵盐和至少一种碱金属盐，所述有机铵盐通过至少一种有机胺与至少一种有机酸发生中和反应制得，所述有机胺与所述有机酸的摩尔数之比为1:0.9～1:1.2，所述的有机铵盐的重量占所述水溶性加重材料总重量的4％～14％。

其中，所述水溶性加重材料总重量为溶剂水干燥后的有机铵盐、碱金属盐等混合物的总重量。

优选地，所述有机胺为一甲胺、二甲胺、乙胺、二乙胺、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中至少一种。

优选地，所述有机酸为甲酸、乙酸、丙酸、草酸、酒石酸、丁二酸、己二酸、羟基乙酸、乙二胺四乙酸、二乙烯三胺五乙酸、乳酸中至少一种。

优选地，所述碱金属盐为甲酸钠与氯化钠、氯化钾、甲酸钾、乙酸钠、乙酸钾中至少一种。

在上述配方中，铵盐作为抑制剂主要起抑制作用，而碱金属盐则主要为加重作用，二者相互配合，当二者为一定的配比范围时，所制备的水溶性加重材料兼具加重性能、抑制性能和防腐蚀性能，具有非常好的使用效果。

一种水溶性加重材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将至少一种有机胺溶解在水中，搅拌均匀，得到有机胺的水溶液，再在搅拌条件下缓慢加入至少一种有机酸，继续搅拌30～50min，使酸碱发生中和反应，制得有机铵盐水溶液，其中溶液中溶剂水的总重量为有机酸总重量的1～2倍；

(2)将步骤(1)制得的有机铵盐水溶液与碱金属盐根据一定比例混拌均匀后，在100～120℃条件下加热烘干至含水量低于5％，然后将固体粉碎，即得到水溶性加重材料粉末状固体。

步骤(1)中有机酸的加入过程中发生的中和反应为放热反应，因此一般有机酸的加入时间控制在30～50min，即滴加过程中只要保持有机酸和有机胺的酸碱中和反应平和，不剧烈。