CN101220261B - 钻井液高温保护剂及制造工艺 - Google Patents

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Abstract

一种钻井液高温保护剂，包括质量份数50-70份丙烯酰胺、30-50份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、20-30份苯乙烯磺酸钠、1-3份硫代乙醇酸、0.5-1.5份浓度8-15％的引发剂过硫酸铵、0.5-1.5份无水亚硫酸钠以及pH值调节剂、沉淀剂丙酮和水；其制造工艺为：先将丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、苯乙烯磺酸钠溶解为10-20％的水溶液，调节pH值为8-9之间，通氮气驱氧30分钟，加热到50-60℃，加入硫代乙醇酸、过硫酸铵、无水亚硫酸钠，恒温1-8小时，得到胶状产物，用丙酮沉淀、洗涤，除去为反应的物质，恒温100-110℃干燥1-3小时；粉碎、过60目筛，得到钻井液高温保护剂，该保护剂可以有效地提高磺化钻井液体系的整体抗温性能，能降低成本和拓宽应用范围。

Description

钻井液高温保护剂及制造工艺
技术领域
本发明涉及钻井技术领域，特别涉及一种钻井液高温保护剂(抑制剂)及制造工艺。
背景技术
加快国内石油天然气资源勘探、开发特别是深层石油及天然气的勘探开发是我国石油工业稳产增产主要的解决途径。因而，深井、超深井的钻探就必将成为我国石油工业的一个重要方面。深层石油天然气储层的显著特点是高温高压，作为全国石油天然气产量的主力接替区的西部，其石油资源量的73％、天然气资源量的52％都埋藏在深地层。深层天然气大都具有高温高压的特点，很多井底温度都在200～250℃之间。这对我国的钻井技术提出了严峻的考验。
钻井液是钻井工程的“血液”，而钻井液处理剂是钻井液的核心。我国钻井液处理剂，除磺化褐煤、磺化酚醛树脂、磺化栲胶三磺处理剂形成一定的规模，产品性能较稳定外，与钻井技术先进国家相比，我国钻井液处理剂品种虽然齐全，但是抗温能力一般在180℃以下。研究开发出性能优良的抗高温钻井液处理剂和优选出高温的钻井液体系对我国能源勘探开发有着十分重要的意义。
发明内容
本发明主要目的是解决上述问题，提供一种钻井液高温保护剂及其制造工艺，该钻井液高温保护剂本身抗温能力强，在原有聚磺钻井液体系的基础加入适量的上述钻井液高温保护剂，可以有效地提高磺化钻井液体系的整体抗温性能，达到降低成本和拓宽应用范围的目的。
为了达到上述目的，本发明提供的技术方案是：一种钻井液高温保护剂，该钻井液高温保护剂的原料包括质量份数50-70份的丙烯酰胺、质量份数30-50份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、质量份数20-30份的苯乙烯磺酸钠、质量份数1-3份的分子量调节剂硫代乙醇酸、质量份数为0.5-1.5份的浓度为8-15％的引发剂过硫酸铵、质量份数为0.5-1.5份的无水亚硫酸钠以及ph值调节剂氢氧化钠、沉淀剂丙酮和水。
一种合成该钻井液高温保护剂的制造工艺为：
1)称取质量份数50-70份的丙烯酰胺、质量份数30-50份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、质量份数20-30份的苯乙烯磺酸钠，放入装有搅拌器、温度计和球形冷凝管的容器中；
2)放入以上物质总质量10-20倍的清水，搅拌、水浴加热至丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和苯乙烯磺酸钠溶解，使溶液的浓度在10％-20％之间；
3)用ph值调节剂氢氧化钠调节以上溶液的ph值为8-9之间；
4)通氮气驱氧30分钟以上；
5)将以上溶液加热到50-60℃，加入质量份数1-3份(丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和苯乙烯磺酸钠总质量的1％-2％)的分子量调节剂硫代乙醇酸、质量份数为0.5-1.5份(丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和苯乙烯磺酸钠总质量的0.5％-1％)的浓度为8-15％溶液的引发剂过硫酸铵、质量份数为0.5-1.5份(丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和苯乙烯磺酸钠总质量的0.5％-1％)的无水亚硫酸钠，恒温1-8小时，得到胶状产物；
6)将得到的产物用丙酮沉淀、洗涤，除去未反应的物质，所得沉淀物在干燥箱中恒定温度100-110℃干燥1-3小时。粉碎、过60目筛，得到白色粉末状得产物，即为钻井液高温保护剂。
本发明钻井液高温保护剂的工作原理及有益效果：该处理剂是由苯乙烯磺酸钠(SSS，工业聚合级)、丙烯酰胺(AM，分析纯)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS，工业聚合级)，在水溶液中共聚而成一种多元共聚物，分子链上含有-CONH2(在高温下水解为-COO-)、-SO3-、-(C6H4)SO3-等官能团，这些基团均具有较强的亲水性，具有高的抗盐能力和良好的吸附性；-(C6H4)SO3-属于刚性的环状结构，能提高共聚物的热稳定性；-CO与磺化钻井液处理剂分子链上的羟基、羧基等形成氢键，提高了脱附物理吸附水的难度，从而提高磺化钻井液处理剂抗温能力，达到降低成本和拓宽应用范围的目的。
具体实施方式：
实施例1：一种钻井液高温保护剂，该钻井液高温保护剂的原料包括质量份数60份的丙烯酰胺、质量份数40份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、质量份数25份的苯乙烯磺酸钠、质量份数2份的分子量调节剂硫代乙醇酸、质量份数为1份的浓度为10％溶液的引发剂过硫酸铵、质量份数为1份的无水亚硫酸钠以及ph值调节剂氢氧化钠、沉淀剂丙酮和水。
该钻井液高温保护剂的制造工艺为：
1)称取质量份数60份的丙烯酰胺、质量份数40份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、质量份数25份的苯乙烯磺酸钠，放入装有搅拌器、温度计和球形冷凝管的容器中；
2)放入以上物质总质量15倍的清水，搅拌、水浴加热至丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和苯乙烯磺酸钠溶解，使溶液的浓度在15％；
3)用ph值调节剂氢氧化钠调节以上溶液的ph值为9；
4)通氮气驱氧30分钟；
5)将以上溶液加热到55℃，加入质量份数2份的分子量调节剂硫代乙醇酸、质量份数为1份的浓度为10％溶液的引发剂过硫酸铵、质量份数为1份的无水亚硫酸钠，恒温4小时，得到胶状产物；
6)将得到的产物用丙酮沉淀、洗涤，除去未反应的物质，所得沉淀物在干燥箱中恒定温度105℃干燥2小时。粉碎、过60目筛，得到白色粉末状得产物，即为钻井液高温保护剂。
性能实验：
按照配方1：4％基浆+2％有机硅防塌降滤失剂+8％磺化褐煤树脂+重晶石，密度为1.4克/立方厘米；配方2：4％基浆+2％有机硅防塌降滤失剂+8％磺化褐煤树脂+1.0％高温保护剂+重晶石，密度为1.4克/立方厘米。
配方依次加入各处理剂，高速搅拌20分钟，密封养护24小时。加入重晶石配成要求密度的钻井液，高速搅拌10分钟后测其流变性能和滤失量(API)。装入老化罐中在不同的温度下热滚16小时(热滚条件：220℃×16小时；高温高压滤量：温度220℃，压差3.5Mpa)，冷却至室温，移入搅拌罐中高速搅拌5分钟。测其流变性能、API滤失量和HTHP滤失量见表1。
表1加入高温保护剂GBH前后体系性能对比结果
Figure GSB00000500577200051
实验表明，该钻井液高温保护剂，在原有聚磺钻井液体系的基础加入适量的上述钻井液高温保护剂，可以有效地提高磺化钻井液体系的整体抗温性能，达到降低成本和拓宽应用范围的目的。
实施例2：一种钻井液高温保护剂，该钻井液高温保护剂的原料包括质量份数50份的丙烯酰胺、质量份数30份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、质量份数20份的苯乙烯磺酸钠、质量份数1份的分子量调节剂硫代乙醇酸、质量份数为0.5份的浓度为8％溶液的引发剂过硫酸铵、质量份数为0.5份的无水亚硫酸钠以及ph值调节剂氢氧化钠、沉淀剂丙酮和水。
该钻井液高温保护剂的制造工艺为：
1)称取质量份数50份的丙烯酰胺、质量份数30份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、质量份数20份的苯乙烯磺酸钠，放入装有搅拌器、温度计和球形冷凝管的容器中；
2)放入以上物质总质量10倍的清水，搅拌、水浴加热至丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和苯乙烯磺酸钠溶解，使溶液的浓度在10％；
3)用ph值调节剂氢氧化钠调节以上溶液的ph值为8；
4)通氮气驱氧30分钟；
5)将以上溶液加热到50℃，加入质量份数1份的分子量调节剂硫代乙醇酸、质量份数为0.5份的浓度为8％溶液的引发剂过硫酸铵、质量份数为0.5份的无水亚硫酸钠，恒温1小时，得到胶状产物；
6)将得到的产物用丙酮沉淀、洗涤，除去未反应的物质，所得沉淀物在干燥箱中恒定温度100℃干燥3小时。粉碎、过60目筛，得到白色粉末状得产物，即为钻井液高温保护剂。
重复实施例1的实验，得出该钻井液高温保护剂在原有聚磺钻井液体系的基础加入适量的上述钻井液高温保护剂，可以有效地提高磺化钻井液体系的整体抗温性能，达到降低成本和拓宽应用范围度的。
实施例3：一种钻井液高温保护剂，该钻井液高温保护剂的原料包括质量份数70份的丙烯酰胺、质量份数50份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、质量份数30份的苯乙烯磺酸钠、质量份数3份的分子量调节剂硫代乙醇酸、质量份数为1.5份的浓度为15％溶液的引发剂过硫酸铵、质量份数为1.5份的无水亚硫酸钠以及ph值调节剂氢氧化钠、沉淀剂丙酮和水。
该钻井液高温保护剂的制造工艺为：
1)称取质量份数70份的丙烯酰胺、质量份数50份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、质量份数30份的苯乙烯磺酸钠，放入装有搅拌器、温度计和球形冷凝管的容器中；
2)放入以上物质总质量20倍的清水，搅拌、水浴加热至丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和苯乙烯磺酸钠溶解，使溶液的浓度在20％；
3)用ph值调节剂氢氧化钠调节以上溶液的ph值为8；
4)通氮气驱氧35分钟；
5)将以上溶液加热到60℃，加入质量份数3份的分子量调节剂硫代乙醇酸、质量份数为1.5份的浓度为15％溶液的引发剂过硫酸铵、质量份数为1.5份的无水亚硫酸钠，恒温8小时，得到胶状产物；
6)将得到的产物用丙酮沉淀、洗涤，除去未反应的物质，所得沉淀物在干燥箱中恒定温度110℃干燥1小时。粉碎、过60目筛，得到白色粉末状得产物，即为钻井液高温保护剂。
重复实施例1的实验，得出该钻井液高温保护剂在原有聚磺钻井液体系的基础加入适量的上述钻井液高温保护剂，可以有效地提高磺化钻井液体系的整体抗温性能，达到降低成本和拓宽应用范围的目的。
实施例4：一种钻井液高温保护剂，该钻井液高温保护剂的原料包括质量份数50份的丙烯酰胺、质量份数40份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、质量份数30份的苯乙烯磺酸钠、质量份数2份的分子量调节剂硫代乙醇酸、质量份数为1份的浓度为10％溶液的引发剂过硫酸铵、质量份数为1份的无水亚硫酸钠以及ph值调节剂氢氧化钠、沉淀剂丙酮和水。
该钻井液高温保护剂的制造工艺为：
1)称取质量份数50份的丙烯酰胺、质量份数40份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、质量份数30份的苯乙烯磺酸钠，放入装有搅拌器、温度计和球形冷凝管的容器中；
2)放入以上物质总质量10倍的清水，搅拌、水浴加热至丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和苯乙烯磺酸钠溶解，使溶液的浓度在10％；
3)用ph值调节剂氢氧化钠调节以上溶液的ph值为8；
4)通氮气驱氧35分钟；
5)将以上溶液加热到55℃，加入质量份数2份的分子量调节剂硫代乙醇酸、质量份数为1份的浓度为10％溶液的引发剂过硫酸铵、质量份数为1份的无水亚硫酸钠，恒温4.5小时，得到胶状产物；
6)将得到的产物用丙酮沉淀、洗涤，除去未反应的物质，所得沉淀物在干燥箱中恒定温度105℃干燥2小时。粉碎、过60目筛，得到白色粉末状得产物，即为钻井液高温保护剂。
重复实施例1的实验，得出该钻井液高温保护剂在原有聚磺钻井液体系的基础加入适量的上述钻井液高温保护剂，可以有效地提高磺化钻井液体系的整体抗温性能，达到降低成本和拓宽应用范围的目的。
综上所述，本发明提供的提供-种钻井液高温保护剂及其制造工艺，该处理剂是由苯乙烯磺酸钠(SSS，工业聚合级)、丙烯酰胺(AM，分析纯)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS，工业聚合级)，在水溶液中共聚而成一种多元共聚物，分子链上含有-CONH2(在高温下水解为-COO-)、-SO3-、-(C6H4)SO3-等官能团，这些基团均具有较强的亲水性，具有高的抗盐能力和良好的吸附性；-(C6H4)SO3-属于刚性的环状结构，能提高共聚物的热稳定性；-CO与磺化钻井液处理剂分子链上的羟基、羧基等形成氢键，提高了脱附物理吸附水的难度，从而提高磺化钻井液处理剂抗温能力；该钻井液高温保护剂在原有聚磺钻井液体系的基础加入适量的上述钻井液高温保护剂，可以有效地提高磺化钻井液体系的整体抗温性能，达到降低成本和拓宽应用范围的目的。
虽然本发明利用上述实施例进行了详细地阐述，但并不是限定本发明，任何本领域的技术人员，应当可作各种的更动与修改，在不脱离本发明的精神和范围内，应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种钻井液高温保护剂，其特征在于：该钻井液高温保护剂的原料包括质量份数50-70份的丙烯酰胺、质量份数30-50份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、质量份数20-30份的苯乙烯磺酸钠、质量份数1-3份的分子量调节剂硫代乙醇酸、质量份数为0.5-1.5份的浓度为8-15％的引发剂过硫酸铵、质量份数为0.5-1.5份的无水亚硫酸钠以及ph值调节剂氢氧化钠、沉淀剂丙酮和水。
2.一种合成如权利要求1所述的钻井液高温保护剂的制造工艺，其特征在于：
1)称取质量份数50-70份的丙烯酰胺、质量份数30-50份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、质量份数20-30份的苯乙烯磺酸钠，放入装有搅拌器、温度计和球形冷凝管的容器中；
2)放入以上物质总质量10-20倍的清水，搅拌、水浴加热至丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和苯乙烯磺酸钠溶解；
3)用ph值调节剂氢氧化钠调节以上溶液的ph值为8-9之间；
4)通氮气驱氧30分钟以上；
5)将以上溶液加热到50-60℃，加入质量份数1-3份的分子量调节剂硫代乙醇酸、质量份数为0.5-1.5份的浓度为8-15％溶液的引发剂过硫酸铵、质量份数为0.5-1.5份的无水亚硫酸钠，恒温1-8小时，得到胶状产物；
6)将得到的产物用丙酮沉淀、洗涤，除去未反应的物质，所得沉淀物在干燥箱中恒定温度100-110℃干燥1-3小时；粉碎、过60目筛，得到白色粉末状得产物，即为钻井液高温保护剂。
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