高温干热岩冲洗液及其制备方法和用途与流程

1.本发明属于钻井液制备技术领域，具体涉及一种高温干热岩冲洗液及其制备方法和用途。


背景技术：

2.随着人类社会的发展，对能源的需求越来越大，作为一种清洁、环保、高效、价廉、稳定的新能源
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地热能，成为世界各发达国家研究与开发未来可用能源的重点。随着我国经济的可持续增长，地热能做为一种新的能源体系，他的研究与开发成为我国新能源体系的重要组成部分。干热岩是指蕴藏在热干岩体中的地热资源，储热岩体中不存在热水和蒸气。其温度可达到数百摄氏度，根据地温梯度值可将热干岩型地热资源分为：高级80℃/千米，中级50℃/千米，低级30℃/千米。其热能量为地球全部石油、天然气和煤炭蕴藏能量的30倍，利用热干岩体将其转化为水热型地热田，形成水热型地热资源，在当前火电污染大、风能不稳定、太阳能占地面积大、水电可能造成流域生态破坏、核电虽清洁但核泄露危害大的热能源环境下，干热岩作为未来的清洁能源意义深远。
3.近几年在我国一些地区发现了大规模可利用的干热岩地热资源，为地热资源产业的开发带来了重大契机。但作为研究和利用热干岩体将其转化为水热型地热田的重要手段
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钻探，由于一些干热岩地热资源地处我国西北，地广人稀，钻探基础设施薄弱，钻探技术更是落后。在热干岩体中钻探，由于热干岩体的特性，在水热交换后易发井喷，热干岩体及其上覆地层中存在大量中小裂隙，易发井漏等因素。为了抑制高温井喷带来的危害，需要开发可以抑制高温的钻井液技术。
4.在前期研究中，发现在常温井段和高温井段分别设置不同配方的冲洗液，其中，常温井段冲洗液包括如下成分：膨润土、纯碱、水解聚丙烯酰胺和水解聚丙烯腈干粉；高温井段冲洗液包括如下成分：膨润土浆、聚丙烯酸钾、液体润滑剂、磺化褐煤、磺化酚醛树脂、高温抗盐降滤失剂、防塌润滑剂和降粘降滤失剂。上述冲洗液可以有效抑制干热岩井温度，还具有抗高压的作用，可减少钻探事故。然而，上述配方中使用的水解聚丙烯酰胺、水解聚丙烯腈干粉、磺化酚醛树脂等有机化合物成分较多，长期使用下去，会在岩井内造成残留，当高温干热岩的热能被开发完后，留下的岩体中残存的有机化合物需要很长的时间才能完全降解，不利于环境保护。
5.炼钢工艺过程中产生的轧钢废水和钢材酸洗废水中含有大量的铁等矿物元素，这些元素也是岩石的重要成分，如果将轧钢废水和钢材酸洗废水作为冲洗液制备原料，不仅可以降低原冲洗液成分中有机物的用量，防止有机物在岩井中长期残留而造成环境破坏，还可以增加炼钢废水的新用途，提高废物利用率。因此，需要结合上述轧钢废水和钢材酸洗废水原料，开发一种有机化合物成分含量少且不易破坏环境的高温干热岩冲洗液。


技术实现要素：

6.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高温干热岩冲洗液及其制备方法和用
途。
7.本发明的目的是提供一种高温干热岩冲洗液，包括常温井段冲洗液和高温井段冲洗液，所述常温井段冲洗液包括如下成分及含量：膨润土50～80kg/m3、纯碱1.5～4kg/m3、水解聚丙烯酰胺0.15～0.3kg/m3和水解聚丙烯腈钠盐1～2kg/m3，溶剂为ph 7～8的炼钢废水；
8.所述高温井段冲洗液包括如下成分及含量：膨润土50～70kg/m3、聚丙烯酸钾0.3～0.5kg/m3、磺化褐煤10～50kg/m3、磺化酚醛树脂10～20kg/m3、抗高温抗盐降滤失剂10～15kg/m3，溶剂为ph 7～8的炼钢废水。
9.优选的，上述高温干热岩冲洗液，所述炼钢废水为热轧钢废水、冷轧钢废水或者钢材酸洗废水。
10.优选的，上述高温干热岩冲洗液，所述轧钢废水按照以下方法制备：从炼钢厂家收集热轧钢废水或者冷轧钢废水，其中含有氧化铁和油，先用5～8mol/l的盐酸溶液或者5～8mol/l氢氧化钠溶液调节溶液ph至2～4，搅拌1～2h，使氧化铁皮中的铁元素在酸性条件下溶解，过滤去除沉淀，然后向滤液中加入等体积的水，接着用纯碱或者氢氧化钠调节ph为7～8。
11.优选的，上述高温干热岩冲洗液，所述钢材酸洗废水按照以下方法制备：从炼钢厂家收集钢材酸洗废水，酸洗废水中含有铁离子、酸根离子和油性物质，过滤去除沉淀，然后向滤液中加入等体积的水以稀释废水中的离子浓度，接着用纯碱或者氢氧化钠调节ph为7～8。
12.优选的，上述高温干热岩冲洗液，所述抗高温抗盐降滤失剂为水解聚丙烯腈钠盐。
13.优选的，上述高温干热岩冲洗液中常温井段冲洗液的制备方法，包括以下步骤：按照配方称取常温井段冲洗液的各原料组分；当原料中有结块时，将其中的固体研磨成200目以下的粉末然后再使用，将纯碱、水解聚丙烯酰胺和水解聚丙烯腈钠盐充分混合，然后加入ph 7～8的炼钢废水，混合后加入膨润土，充分混合后得到常温井段冲洗液。
14.优选的，上述高温干热岩冲洗液中高温井段冲洗液的制备方法，包括以下步骤：按照配方称取高温井段冲洗液的各原料组分；当原料中有结块时，将其中的固体研磨成200目以下的粉末然后再使用，将聚丙烯酸钾、磺化酚醛树脂、抗盐降滤失剂充分混合，然后加入ph 7～8的炼钢废水，混合后加入膨润土和磺化褐煤，充分混合后得到高温井段冲洗液。
15.本发明还提供了一种所述的热轧钢废水、冷轧钢废水或者钢材酸洗废水在制备高温干热岩冲洗液中的应用。
16.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
17.1、本发明采用膨润土的主要作用是造浆悬浮剂；纯碱的主要作用是产生的二氧化碳蒸发吸热对岩体降温；水解聚丙烯腈钠盐的主要用作水基钻井液降滤失剂，兼有一定降粘作用，在淡水钻井液中，耐温可达250℃；聚丙烯酸钾的主要作用是井壁稳定剂；炼钢废水的主要作用是减少有机物用量，尤其是有机聚合物水解聚丙烯腈钠盐、磺化酚醛树脂的用量，减少有机物物料的使用，减少对岩体的破坏，保护环境，实现炼钢废水的废物资源再利用。
18.2、本发明采用轧钢废水的第一个目的是提供液体润滑剂，使冲洗液便于进入岩井内进行冲洗，第二个目的是利用其中的铁、氯等元素，当干热岩的热能被采集后，岩体的结构稳定性受到影响，冲洗液在冲洗过程中，向岩体渗入铁、氯等无机元素，维持岩体内部结
构的致密性，从而提高岩体结构的稳定性。
19.3、本发明采用酸洗废水的第一个目的是利用其中的油性物质为冲洗液提供液体润滑剂，第二个目的是利用其中的铁元素和酸根离子，当干热岩的热能被采集后，岩体的结构稳定性受到影响，冲洗液在冲洗过程中，向岩体渗入铁、酸根离子等无机元素，维持岩体内部结构的致密性，从而提高岩体结构的稳定性。来提高岩体稳定性。
具体实施方式
20.为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
21.在本发明的描述中，如未特殊说明，所用试剂均为市售，所用方法均为本领域常规技术。所述水解聚丙烯酰胺购自河南森沃环保科技有限公司，分子量：1200万，水解度：8％，有效ph范围：3～9；水解聚丙烯腈钠盐购自甘肃中翔石油科技开发有限公司，技术指标：纯度≥75.0％，水份≤7.0％，残碱量≤2.5％，筛余量≤5.0％；磺化褐煤购自阳谷县龙泉化工厂；磺化酚醛树脂购自河北海西化工有限公司。
22.实施例1
23.一种高温干热岩冲洗液，包括常温井段冲洗液和高温井段冲洗液，所述常温井段冲洗液包括如下成分及含量：膨润土50kg/m3、纯碱1.5kg/m3、水解聚丙烯酰胺0.15kg/m3和水解聚丙烯腈钠盐1kg/m3，溶剂为ph 7的炼钢废水；
24.所述高温井段冲洗液包括如下成分及含量：膨润土50kg/m3、聚丙烯酸钾0.3kg/m3、磺化褐煤10kg/m3、磺化酚醛树脂10kg/m3、抗高温抗盐降滤失剂水解聚丙烯腈钠盐10kg/m3，溶剂为ph 7的炼钢废水。
25.所述炼钢废水为收集自炼钢厂的热轧钢废水，其中含有氧化铁皮和油，油不用处理，在冲洗液中充当液体润滑剂的作用，热轧钢废水的初始油含量为50.2mg/l，调节溶液ph至2，搅拌1h，使氧化铁皮中的铁元素在酸性条件下溶解，主要反应方程式为fe2o3 6hcl＝2fecl3 3h2o，筛网过滤去除沉淀，然后向滤液中加入等体积的水以稀释润滑油浓度，接着用纯碱调节ph为7。处理后得到的炼钢废水中铁元素含量为780.4mg/l，油含量为14.9mg/l。
26.实施例2
27.一种高温干热岩冲洗液，包括常温井段冲洗液和高温井段冲洗液，所述常温井段冲洗液包括如下成分及含量：膨润土60kg/m3、纯碱2.5kg/m3、水解聚丙烯酰胺0.25kg/m3和水解聚丙烯腈钠盐1.5kg/m3，溶剂为ph 7.5的炼钢废水；
28.所述高温井段冲洗液包括如下成分及含量：膨润土60kg/m3、聚丙烯酸钾0.4kg/m3、磺化褐煤20kg/m3、磺化酚醛树脂15kg/m3、抗高温抗盐降滤失剂水解聚丙烯腈钠盐12kg/m3，溶剂为ph 7.5的炼钢废水。
29.所述炼钢废水为收集自炼钢厂的热轧钢废水，其中含有氧化铁皮和油，油不用处理，在冲洗液中充当液体润滑剂的作用，热轧钢废水的初始油含量为50.2mg/l，调节溶液ph至4，搅拌2h，使氧化铁皮中的铁元素在酸性条件下溶解，主要反应方程式为fe2o3 6hcl＝2fecl3 3h2o，筛网过滤去除沉淀，然后向滤液中加入等体积的水以稀释润滑油浓度，接着用氢氧化钠调节ph为7。处理后得到的炼钢废水中铁元素含量为612.3mg/l，油含量为12.8mg/l。
30.实施例3
31.一种高温干热岩冲洗液，包括常温井段冲洗液和高温井段冲洗液，所述常温井段冲洗液包括如下成分及含量：膨润土70kg/m3、纯碱3kg/m3、水解聚丙烯酰胺0.3kg/m3和水解聚丙烯腈钠盐2kg/m3，溶剂为ph 8的炼钢废水；
32.所述高温井段冲洗液包括如下成分及含量：膨润土70kg/m3、聚丙烯酸钾0.5kg/m3、磺化褐煤40kg/m3、磺化酚醛树脂20kg/m3、抗高温抗盐降滤失剂水解聚丙烯腈钠盐15kg/m3，溶剂为ph 8的炼钢废水。
33.所述炼钢废水为收集自炼钢厂的冷轧钢废水，其中含有氧化铁皮和油，油不用处理，在冲洗液中充当液体润滑剂的作用，冷轧钢废水的初始油含量为79.4mg/l，二价铁和三价铁的总量为3568.2mg/l，筛网过滤去除沉淀，然后向滤液中加入等体积的水以稀释废水中的离子浓度，接着用纯碱调节ph为7，处理后得到的炼钢废水中铁元素含量为1564.3mg/l，油含量为28.4mg/l。
34.实施例4
35.一种高温干热岩冲洗液，包括常温井段冲洗液和高温井段冲洗液，所述常温井段冲洗液包括如下成分及含量：膨润土80kg/m3、纯碱4kg/m3、水解聚丙烯酰胺0.3kg/m3和水解聚丙烯腈钠盐2kg/m3，溶剂为ph 8的炼钢废水；
36.所述高温井段冲洗液包括如下成分及含量：膨润土50kg/m3、聚丙烯酸钾0.5kg/m3、磺化褐煤50kg/m3、磺化酚醛树脂20kg/m3、抗高温抗盐降滤失剂水解聚丙烯腈钠盐15kg/m3，溶剂为ph 8的炼钢废水。
37.所述炼钢废水与实施例1相同。
38.基于同一种发明构思，本发明还提供了一种高温干热岩冲洗液的制备方法，包括以下实施例。
39.实施例5
40.一种常温井段冲洗液的制备方法，包括以下步骤：按照实施例1的配方称取常温井段冲洗液的各原料组分；当原料中有结块时，将其中的固体研磨成200目的粉末然后再使用，将纯碱、水解聚丙烯酰胺和水解聚丙烯腈钠盐充分混合，然后加入ph 7的炼钢废水，混合后加入膨润土，充分混合后得到常温井段冲洗液。
41.实施例6
42.一种常温井段冲洗液的制备方法，包括以下步骤：按照实施例2的配方称取常温井段冲洗液的各原料组分；当原料中有结块时，将其中的固体研磨成200目的粉末然后再使用，将纯碱、水解聚丙烯酰胺和水解聚丙烯腈钠盐充分混合，然后加入ph 7.5的炼钢废水，混合后加入膨润土，充分混合后得到常温井段冲洗液。
43.实施例7
44.一种高温井段冲洗液的制备方法，包括以下步骤：按照实施例1的配方称取高温井段冲洗液的各原料组分；当原料中有结块时，将其中的固体研磨成200目的粉末然后再使用，将聚丙烯酸钾、磺化酚醛树脂、抗盐降滤失剂充分混合，然后加入ph 7的炼钢废水，混合后加入膨润土和磺化褐煤，充分混合后得到高温井段冲洗液。膨润土和磺化褐煤后加的原因是二者在水中的溶解度欠佳、颜色重，不易观察其余物质的混合情况。
45.实施例8
46.一种高温井段冲洗液的制备方法，包括以下步骤：按照实施例2的配方称取高温井段冲洗液的各原料组分；当原料中有结块时，将其中的固体研磨成200目的粉末然后再使用，将聚丙烯酸钾、磺化酚醛树脂、抗盐降滤失剂充分混合，然后加入ph 7.5的炼钢废水，混合后加入膨润土和磺化褐煤，充分混合后得到高温井段冲洗液。膨润土和磺化褐煤后加的原因是二者在水中的溶解度欠佳、颜色重，不易观察其余物质的混合情况。
47.将实施例5和实施例7制备的冲洗液组合，得到组合a；将实施例6和实施例8，得到组合b；选择西北热干岩体钻试验井a和钻试验井b，钻试验井a和钻试验井b的规格均为直径1m，深度4km。钻试验井a的≥200℃的高温井段采用组合物a的高温井段冲洗液冲洗，用量为10l，冲洗时间为20min；＜200℃的常温井段采用组合物a的常温井段冲洗液冲洗，用量为10l，冲洗时间为20min；钻试验井b采用的是组合物b，冲洗液的使用温度、用量、用时均与钻试验井a相同。
48.在钻试验井a和钻试验井b的100m、2km、3km深度处分别钻取2cm厚的岩体样本10g，每个深度取样三次，求取平均值，根据gb/t 14506.5—2010的方法测试冲洗前后岩体的总铁含量，结果参见表1。结果显示，经冲洗液冲洗前后，试验井a、b的岩壁铁含量均有增加。
49.表1铁含量测试结果
[0050][0051]
需要说明的是，本发明中涉及数值范围时，应理解为每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用，由于采用的步骤方法与实施例相同，为了防止赘述，本发明描述了优选的实施例。尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0052]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.高温干热岩冲洗液，包括常温井段冲洗液和高温井段冲洗液，其特征在于，所述常温井段冲洗液包括如下成分及含量：膨润土50～80kg/m3、纯碱1.5～4kg/m3、水解聚丙烯酰胺0.15～0.3kg/m3和水解聚丙烯腈钠盐1～2kg/m3，溶剂为ph 7～8的炼钢废水；所述高温井段冲洗液包括如下成分及含量：膨润土50～70kg/m3、聚丙烯酸钾0.3～0.5kg/m3、磺化褐煤10～50kg/m3、磺化酚醛树脂10～20kg/m3、抗高温抗盐降滤失剂10～15kg/m3，溶剂为ph 7～8的炼钢废水。2.根据权利要求1所述的高温干热岩冲洗液，其特征在于，所述炼钢废水为热轧钢废水、冷轧钢废水或者钢材酸洗废水。3.根据权利要求2所述的高温干热岩冲洗液，其特征在于，所述轧钢废水按照以下方法制备：从炼钢厂家收集热轧钢废水或者冷轧钢废水，其中含有氧化铁皮和油，调节溶液ph至2～4，搅拌1～2h，使氧化铁皮中的铁元素在酸性条件下溶解，过滤去除沉淀，然后向滤液中加入等体积的水，接着调节ph为7～8。4.根据权利要求2所述的高温干热岩冲洗液，其特征在于，所述钢材酸洗废水按照以下方法制备：从炼钢厂家收集钢材酸洗废水，酸洗废水中含有铁离子、酸根离子和油性物质，过滤去除沉淀，然后向滤液中加入等体积的水以稀释废水中的离子浓度，接着调节ph为7～8。5.根据权利要求3或4所述的高温干热岩冲洗液，其特征在于，所述抗高温抗盐降滤失剂为水解聚丙烯腈钠盐。6.根据权利要求5所述的常温井段冲洗液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按照权利要求5的配方称取常温井段冲洗液的各原料组分；当原料中有结块时，将其中的固体研磨成200目以下的粉末然后再使用，将纯碱、水解聚丙烯酰胺和水解聚丙烯腈钠盐充分混合，然后加入ph 7～8的炼钢废水，混合后加入膨润土，充分混合后得到常温井段冲洗液。7.根据权利要求5所述的高温井段冲洗液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按照权利要求5的配方称取高温井段冲洗液的各原料组分；当原料中有结块时，将其中的固体研磨成200目以下的粉末然后再使用，将聚丙烯酸钾、磺化酚醛树脂、抗盐降滤失剂充分混合，然后加入ph 7～8的炼钢废水，混合后加入膨润土和磺化褐煤，充分混合后得到高温井段冲洗液。8.根据权利要求3所述的热轧钢废水、冷轧钢废水或者钢材酸洗废水在制备高温干热岩冲洗液中的应用。
技术总结
本发明属于钻井液制备技术领域，具体涉及一种高温干热岩冲洗液及其制备方法和用途。所述冲洗液包括常温井段冲洗液和高温井段冲洗液，所述常温井段冲洗液包括如下成分及含量：膨润土50～80kg/m3、纯碱1.5～4kg/m3、水解聚丙烯酰胺0.15～0.3kg/m3和水解聚丙烯腈钠盐1～2kg/m3，溶剂为pH 7～8的炼钢废水；所述高温井段冲洗液包括如下成分及含量：膨润土50～70kg/m3、聚丙烯酸钾0.3～0.5kg/m3、磺化褐煤10～50kg/m3、磺化酚醛树脂10～20kg/m3、抗高温抗盐降滤失剂10～15kg/m3，溶剂为pH 7～8的炼钢废水。该冲洗液是一种有机化合物成分含量少且不易破坏环境的环保型高温干热岩冲洗液。少且不易破坏环境的环保型高温干热岩冲洗液。


技术研发人员：罗银飞 秦光雄 雷玉德 董高峰 赵振 陈惠娟
受保护的技术使用者：青海省环境地质勘查局
技术研发日：2021.03.24
技术公布日：2021/6/29