[发明专利]一种高效快速可溶性除硫缓蚀剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钻井液用水溶性除硫剂及制备方法，属于石油天然气钻井技术领域。向蒸馏水中倒入浓度99%以上的丙酸搅拌20min，得第一中间产物；向第一中间产物中加入浓度99.7%以上的氧化锌、浓度为97%以上的对甲苯磺酸，再次搅拌20min，得第二中间产物；向第二中间产物中加入蒸馏水，升至固定温度搅拌反应1h，得第三中间产物；反应完全后，迅速冷却结晶，转入卧式离心机中离心脱水1h，即得一种钻井液用水溶性除硫剂。本发明制得除硫剂不仅除硫速度快，除硫效率高，不会对钻井液其他性能造成任何的变化。可以运用于聚合物、聚磺、有机盐等目前国内常用钻井液体系中，配伍性好，不会造成钻井液体系增粘，同时该产品应不含重金属等毒害物，对环境友好。

技术领域

本发明属于石油天然气钻井技术领域，具体公开了一种钻井液用水溶性除硫剂及其制备方法。

背景技术

硫化氢气体是一种巨毒、易燃、易爆的无色弱酸性气体，较空气重（密度为1.176g/cm³）；易溶于水，常温常压下溶解度为3000mg/L左右，此时溶液pH值为4.0。其毒性比CO大5~6倍，在与空气的混合气体中，含量为4.3%~4.5%时可发生爆炸，产生可爆性SO₂气体。除此之外，更严重的破坏作用是引起套管、钻杆硫化物应力腐蚀破裂、氢脆，导致发生灾难性事故，由腐蚀造成的经济损失很大。水基钻井液中硫化氢的来源主要有：打开含硫化氢地层后，地层流侵入钻井液是钻井液中硫化氢的主要来源。其次，某些钻井液处理剂（磺化酚醛树脂、磺化沥青、磺化丹宁、磺化褐煤、磺化栲胶等）经过井下高温高压热分解产生硫化氢，也可能来自于硫酸盐还原而产生的硫化氢。再次，细菌作用产生硫化氢。还有某些钻具丝扣用螺纹脂在高温下与游离硫反应生成硫化氢。因此，在安全钻井作业中，控制硫化氢是不可忽略的一项重要工作。为此，其除硫剂的研究开发就具有重要的理论意义和工业应用价值。因此，在安全钻井作业中，控制硫化氢是不可忽略的一项重要工作。为此，其除硫剂的研究开发就具有重要的理论意义和工业应用价值。

据统计，全国平均钻杆的损耗量为每钻井1米，损耗钻杆4kg，而75%-95％的钻杆损失是由于腐蚀引起的，四川含琉气田钻具腐蚀速度为1.3-2.6mm/a，严重的甚至超过3.9mm/a，钻井液中存在的H₂S是对钻井技术的严重威胁。通过对国内外水基钻井液用除硫剂的文献调研，与油、气成品中除硫剂的研究相比（Duan，2007；Perdomo，2002；Pen，2005），钻井液用除硫剂研究较少。在水基钻井液用除硫剂中，目前研究主要集中在铜基化合物如碳酸铜、锌基化合物如锌的碳酸盐、铬酸盐、氧化物和锌螯合物等（M.K.Amosd，2010；U.S.7，438，877，B2）。过去最常用的除硫剂是碱式碳酸锌，以及铁基化合物如海绵铁、氧化铁、氯化铁、铁的螯合物等以及工业下脚料。碳酸铜的除硫效果最好，铜离子和亚铜离子与二价硫化物离子反应生成惰性硫化铜和硫化亚铜沉淀，从而脱除钻井液中的硫化氢，不会影响钻井液性能。但铜与钢材会形成Cu-Fe腐蚀电池，反而加速了钢材的电化学腐蚀，这就限制了其使用。

研究发现，除硫的的反应类型也不尽相同，如磁性四氧化三铁（Fe₃O₄）的效果较好，它是通过氧化还原反应生成难溶的FeS₂达到其除硫，但其溶解性差，反应较慢，反应需在酸性环境中进行；而水基钻井液的pH约在11左右，这也限制了其应用范围。后来，铁的络合物如葡萄糖酸铁的研究也有报道，其处理效果高于前者，而其他铁络合物的合成与应用未见文献报道。锌基化合物报道较多的有锌的碳酸盐、氧化物、碱式碳酸盐和螯合物等。氧化物中以纳米ZnO的处理效果较佳（Sun，2007；M.A.Sayyadneijad，2008），其除硫的反应类型为离子型反应，在中性或碱性钻井液中安全稳定。虽然锌基化合物除硫反应的速度快，但其分散、溶解是研究的关键。同时，过量碳酸锌，特别是重碳酸锌（T.D. Ray， 1979），会影响体系中泥浆的性能。

基于上述分析，一种在钻井液能够除硫、完全除硫且不会影响钻井液的其他性能的除硫剂是目前行业内急需的。

发明内容