[发明专利]钻井液稀释剂的制备方法

说明书

本发明属于钻井液助剂的制备方法，特别是钻井液稀释剂的制备方法。

在现代旋转钻井技术中，使用各种钻井液助剂调节水粘土基钻井液，使其能顺利地将钻头下面的岩屑携带到地面，冷却和润滑钻头及钻杆，调节回压防止井喷，在井壁上沉积薄而坚硬的泥饼，防止钻井液流失和地下水流入井中，防止页岩塌方，防止卡钻，在钻机停钻时悬浮岩屑，在开钻时恢复其易流动性。这样，要求钻井液助剂能显著降低钻井液粘度、屈服值、胶凝强度和失水，使钻井液具有良好的流变性和摇溶性。

控制钻井液上述性能的重要方法之一是将稀释剂加到钻井液中。著名的铁络木质素磺酸盐被认为是良好的稀释剂，在旋转钻井中已做出了贡献。然而，它含有毒铬，污染环境，近年来许多国家政府制定法令，要求禁止使用。于是出现一些无铬木质素以代替含铬木质素。

美国专利US3544460提出铁木质素磺酸盐，US4220585提出铁锆木质素磺酸盐和钛铁木质素磺酸盐，US4447339提出锰铁木质素磺酸盐做为钻井液稀释剂，但是这些稀释剂的最大缺点是热稳定性差，在150℃以上性能明显变坏。英国专利1276411提出铁的磺化腐植酸螯合物，日本特许公开公报昭61-9487提出锆、铁、镍盐与硝基腐植酸和木质素磺酸钠生成的螯合物做钻井液稀释剂，但这些稀释剂粘性不大理想。美国专利US4561986提出含80%聚丙烯酸和20%衣康酸和丙烯酰胺共聚物的聚合物做钻井液稀释剂，但其降失水性及其对海水和石膏污染泥浆的降切性不明显。

本发明的目的是提供一个钻井液稀释剂或钻井液调节剂，它不含铬，无毒，能显著降低钻井液粘度、屈服值、胶凝强度和失水，抗盐抗钙性强，高温性能好。

钻井液的表观粘度或钻井液流动的阻力导致塑性粘度和屈服值二个代表不同阻碍流动源的性质，塑性粘度是涉及流体中固体浓度的性质，屈服值是涉及粒子间力的性质，而胶凝强度是代表静止状态下泥浆的摇溶性。

本发明是一种钻井液稀释剂，其特征在于它是由磺化硝基腐植酸和磺化木质素与化学元素周期表ⅣB族和Ⅷ族元素特别是至少部分水溶性的钛、锆、铁化合物反应，生成钛、锆、铁络合的磺化硝基腐植酸磺化木质素螯合物和络合物，及化学元素周期表ⅣB族和Ⅷ族元素金属磺化木质素磺化硝基腐植酸盐混合物。磺化硝基腐植酸含大量羧基、羰基、醇式羟基、酚式羟基、硝基和磺酸基，磺化木质素含大量羰基、醇式羟基、酚式羟基和磺酸基，这些卷曲的大分子很容易与不同价态的钛、锆、铁等ⅣB族及Ⅷ族元素生成稳定的螯合物和络合物，这些钛锆铁络合的磺化硝基腐植酸和磺化木质素螯合物和络合物带负电荷，是一种良好的阴离子表面活性剂，能牢固地吸附到荷电的粘土颗粒上，通过中和粘土颗粒上电荷减少粒子间力，高效地调节钻井液的流变性、摇溶性和降失水性。

1    磺化木质素

从木材造纸亚硫酸盐和亚硫酸氢盐纸浆废液制取。木质素磺酸盐含量为40-100%，最好85-100%;分子量为1000-125000，最好为40000-120000。

2    磺化硝基腐植酸

首先褐煤在硫酸和硫酸锌催化剂存在下与硝酸反应生成硝基腐植酸，褐煤粒度＞60目，最好＞110目，腐植酸含量＞20%，最好＞70%;加入98%浓硫酸量为褐煤重的2%;硫酸锌为褐煤重的0.2%;硝酸量（以纯硝酸计）为褐煤重的5-70%，最好为70%;反应温度为室温至90℃，最好为45℃;反应时间为10分钟到8小时，最好1小时。

硝基腐植酸与氢氧化钠和亚硫酸氢钠反应，生成磺化硝基腐植酸。氢氧化钠量为硝基腐植酸重量的1-20%，最好为7%;亚硫酸氢钠重为硝基腐植酸重的1-20%，最好为7%;反应温度为80-250℃，最好为150℃;反应时间为0.5-10小时，最好为7小时。

3    ⅣB族和Ⅷ族元素化合物