CN101775272A

CN101775272A - 一种用于水基钻井液的阳离子聚合物包被剂及其制备方法

Info

Publication number: CN101775272A
Application number: CN200910244118A
Authority: CN
Inventors: 冯玉军; 蔡久能; 刘雪婧; 罗建生; 王碧清; 李伟; 赵静
Original assignee: China Oilfield Services Ltd; China National Offshore Oil Corp CNOOC; COSL Chemicals Tianjin Co Ltd
Current assignee: China Oilfield Services Ltd; China National Offshore Oil Corp CNOOC; COSL Chemicals Tianjin Co Ltd
Priority date: 2009-12-29
Filing date: 2009-12-29
Publication date: 2010-07-14

Abstract

本发明涉及一种具有如下结构式的用于水基钻井液的阳离子聚合物包被剂：

Description

一种用于水基钻井液的阳离子聚合物包被剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于水基钻井液的包被剂及其制备方法，尤其涉及一种用于水基钻井液的阳离子聚合物包被剂及其制备方法。

背景技术

目前，一种新型的水基钻井液(HPWBM，又称胺基钻井液)在国外广泛应用。该水基钻井液主要由页岩抑制剂、包被剂、分散剂和降滤失剂组成。该水基钻井液被认为是可以替代油基钻井液且又能安全钻井的新型钻井液体系。

在此水基钻井液体系中，包被剂是一种重要的组分，它既可辅助页岩抑制剂，起包被抑制粘土水化分散的作用，又能在页岩和钻屑表面形成保护膜，避免钻屑粘糊振动筛和钻屑的相互粘结。

目前，水基钻井液体系使用一种高分子量(＞300万)的阴离子聚合物包被剂来包被钻井过程中产生的钻屑，防止钻屑在环空中循环时发生破裂，但此高分子量的包被剂有时会出现絮凝现象，造成泥浆滤失量增大，泥浆性能不稳。水基钻井液体系也使用过低分子量的包被剂(例如麦克巴公司生产的ULTRACAP)，但钻井时用量较大，并且多依靠国外进口，造成钻井液成本较高。

因此，为减少钻井时包被剂的用量，降低钻井液成本，稳定水基泥浆钻井液体系，需要一种分子量适中、适用于水基泥浆钻井液的性能优异的包被剂。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于水基钻井液的阳离子聚合物包被剂。

本发明的另一个目的是提供一种用于水基钻井液的阳离子聚合物包被剂的制备方法。

本发明的用于水基钻井液的阳离子聚合物包被剂具有如下的结构式：

其中A为第一单体，所述第一单体选自N，N-二甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺或N，N-二乙基丙烯酰胺中的一种；B为第二单体，所述第二单体选自甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵或丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵中的一种；C为第三单体，所述第三单体选自2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、乙烯基磺酸或甲基丙烯酸中的一种；其中x为40-120，y为1-20，z为1-10。

本发明的阳离子聚合物包被剂具有40万-300万的粘均分子量。

本发明的阳离子聚合物包被剂的制备方法包括下述步骤：

将第一单体、第二单体和第三单体配制成单体水溶液，使得所述第一单体、所述第二单体和所述第三单体的总重量占所述单体水溶液重量的10wt％-40wt％；

在10℃-30℃的温度下，在pH值为6-8的范围内，在引发剂和反应速度调节剂的存在下，使所述单体水溶液进行溶液聚合即得所述阳离子聚合物包被剂；

其中按重量份数计，所述第一单体∶所述第二单体∶所述第三单体为50-90∶1-35∶0.5-15；

所述引发剂占所述单体总重量的0.002wt％-0.02wt％；

所述反应速度调节剂占所述单体总重量的1wt％-10wt％。

聚合时间可以为2-6小时不等。

优选地，所述第一单体、所述第二单体和所述第三单体的总重量占所述单体水溶液重量的20wt％-35wt％。

优选地，按重量份数计，所述第一单体∶所述第二单体∶所述第三单体为60-85∶1-15∶0.5-10。

优选地，所述引发剂是自由基引发剂。

所述自由基引发剂可以采用本领域常用的引发剂，且优选过硫酸铵、过硫酸钾、亚硫酸氢钠及其组合。

所述反应速度调节剂可以采用本领域常用的反应速度调节剂，且优选甲酸钠、尿素及其组合。

优选地，所述溶液的pH是通过pH调节剂进行调节的。

所述pH调节剂可以选择本领域常用的pH调节剂，优选氢氧化钠、氢氧化钾、盐酸、甲酸、乙酸及其组合。所述pH调节剂的添加量通常占所述单体总重量的1wt％-10wt％。

使用本发明的阳离子聚合物包被剂时，可以将其与诸如页岩抑制剂、分散剂和降滤失剂等其它组分复配成水基钻井液来进行使用，其中包被剂的用量占水基钻井液总重量的0.4wt％-1.2wt％。

本发明与现有技术相比，所需原料价廉易得，反应条件温和，操作更加简便，极易实现工业化，从而降低了成本，具有极高的市场化前景。本发明的目标物分子量适中，且应用方便，复配水基泥浆时，在同等温度条件下，包被效果等性能与国内外同类产品相当，甚至更优。

具体实施方式

以下反应物均为市购。

实施例1：

合成反应在带有蒸汽加热、电动搅拌的双层夹套式搪瓷反应釜中进行。将180kg N，N二甲基丙烯酰胺、60kg丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵及490kg蒸馏水混合到一起，将配好的溶液泵送入反应釜，溶解均匀后，加入10kg乙烯基磺酸、0.7kg甲酸钠、5.2kg尿素，溶解均匀后，加入5.5kg NaOH调节体系pH至6-7，至此原料水溶液配制完成，室温下通N₂ 15分钟-30分钟，然后将配好的原料水溶液均匀地放入反应槽中，边放液边加入0.09kg过硫酸铵和0.18kg亚硫酸氢钠的引发剂，在10℃-30℃的温度下溶液聚合4小时，出料，捏合机中捏合干燥，干燥的产品进一步粉碎过筛即得到阳离子聚合物包被剂，其具有以下结构式：

其中x为40-120，y为1-20，z为1-10。

对合成的阳离子聚合物包被剂，在室内对其进行基本性能评价。选取按上述方法合成的阳离子聚合物包被剂样品，编号为CAP-1；选取现有的国外包被剂样品ULTRACAP。在已有的两份水基泥浆体系中分别加入0.6wt％的CAP-1与0.6wt％的ULTRACAP并测定其于125℃热滚前后的泥浆性能：热滚前后泥浆流变性能及失水性能(表1)，包被抑制性能(表2)。

其中：

AV：表观粘度，

PV：塑性粘度，

YP：屈服值，

API：常温失水，

HTHP：高温高压失水。

表1热滚前后流变性能及失水性能

表2包被抑制性能

从测试结果可以看出，本发明的CAP-1复配泥浆后，泥浆具有较好的流变性，CAP-1与ULTRACAP相比，125℃热滚16小时后，API及HTHP失水小、岩屑滚动回收率高、具有较好的包被性能。

实施例2：

合成反应在带有蒸汽加热、电动搅拌的双层夹套式搪瓷反应釜中进行。将451kg 40wt％的丙烯酰胺、34.6kg甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵及220kg蒸馏水混合到一起，将配好的溶液泵入反应釜，溶解均匀后，加入14kg2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸、0.89kg甲酸钠、4.8kg尿素，溶解均匀后，以4.5kg KOH调节体系pH至6-8，至此原料水溶液配制完成，室温下通N₂15分钟-30分钟，然后将配好的原料水溶液均匀地放入反应槽中，边放液边加入0.07kg过硫酸铵和0.12kg亚硫酸氢钠的引发剂，在10℃-30℃的温度下溶液聚合4小时，出料，捏合机中捏合干燥，干燥的产品进一步粉碎过筛即得到阳离子聚合物包被剂，其具有以下结构式：

其中x为40-120，y为1-20，z为1-10。

对合成的阳离子聚合物包被剂，在室内对其进行基本性能评价。选取按上述方法合成的阳离子聚合物包被剂样品，编号为CAP-2；选取现有的国外包被剂样品ULTRACAP。在已有的两份水基泥浆体系中分别加入0.6wt％的CAP-2与0.6wt％的ULTRACAP并测定其于125℃热滚前后的泥浆性能：热滚前后泥浆流变性能及失水性能(表3)，包被抑制性能(表4)。

表3热滚前后流变性能及失水性能

表4包被抑制性能

从测试结果可以看出，本发明的CAP-2复配泥浆后，泥浆具有较好的流变性，CAP-2与ULTRACAP相比，125℃热滚16小时后，API及HTHP失水小、岩屑滚动回收率高、具有较好的包被性能。

实施例3：

合成反应在带有蒸汽加热、电动搅拌的双层夹套式搪瓷反应釜中进行。将310kg N，N-二乙基丙烯酰胺、20kg二甲基二烯丙基氯化铵及400kg蒸馏水混合到一起，将配好的溶液泵入反应釜，溶解均匀后，加入8kg甲基丙烯酸、0.73kg甲酸钠、4.6kg尿素，溶解均匀后，以2kg NaOH调节体系pH至6-7，至此原料水溶液配制完成，室温下通N₂15分钟-30分钟，然后将配好的原料水溶液均匀地放入反应槽中，边放液边加入0.05kg过硫酸钾和0.08kg亚硫酸氢钠的引发剂，在10℃-30℃的温度下溶液聚合4小时，出料，捏合机中捏合干燥，干燥的产品进一步粉碎过筛即得到阳离子聚合物包被剂，其具有下式结构：

其中x为40-120，y为1-20，z为1-10。

对合成的阳离子聚合物包被剂，在室内对其进行基本性能评价。选取按上述方法合成的阳离子聚合物包被剂样品，编号为CAP-3；选取现有的国外包被剂样品ULTRACAP。在已有的两份水基泥浆体系中分别加入0.6wt％的CAP-3与0.6wt％的ULTRACAP并测定其于125℃热滚前后的泥浆性能：热滚前后泥浆流变性能及失水性能(表5)，包被抑制性能(表6)。

表5热滚前后流变性能及失水性能

表6包被抑制性能

从测试结果可以看出，本发明的CAP-3复配泥浆后，泥浆具有较好的流变性，与ULTRACAP相比，125℃热滚16小时后，API及HTHP失水小、岩屑滚动回收率高、具有较好的包被性能。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于水基钻井液的阳离子聚合物包被剂，其特征在于具有如下的结构式：

其中A为第一单体，所述第一单体选自N，N-二甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺或N，N-二乙基丙烯酰胺中的一种；

B为第二单体，所述第二单体选自甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵或丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵中的一种；

C为第三单体，所述第三单体选自2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、乙烯基磺酸或甲基丙烯酸中的一种；

其中x为40-120，y为1-20，z为1-10。

2.如权利要求书1所述的阳离子聚合物包被剂，其中所述阳离子聚合物包被剂具有40万-300万的粘均分子量。

3.一种制备如权利要求1所述的阳离子聚合物包被剂的方法，所述方法包括下述步骤：

将所述第一单体、所述第二单体和所述第三单体配制成单体水溶液，使得所述第一单体、所述第二单体和所述第三单体的总重量占所述单体水溶液重量的10wt％-40wt％；

在10℃-30℃的温度下，在pH为6-8的范围内，在引发剂和反应速度调节剂的存在下，使所述单体水溶液进行溶液聚合即得所述阳离子聚合物包被剂；

其中按重量份数计，所述第一单体：所述第二单体：所述第三单体为50-90∶1-35∶0.5-15；

所述引发剂占所述单体总重量的0.002wt％-0.02wt％；

所述反应速度调节剂占所述单体总重量的1wt％-10wt％。

4.如权利要求书3所述的方法，其中所述第一单体、所述第二单体和所述第三单体的总重量占所述单体水溶液重量的20wt％-35wt％。

5.如权利要求书3所述的方法，其中按重量份数计，所述第一单体：所述第二单体：所述第三单体为60-85∶1-15∶0.5-10。

6.如权利要求书3所述的方法，其中所述引发剂是自由基引发剂。

7.如权利要求书6所述的方法，其中所述自由基引发剂选自过硫酸铵、过硫酸钾、亚硫酸氢钠及其组合。

8.如权利要求书3所述的方法，其中所述反应速度调节剂选自甲酸钠、尿素及其组合。

9.如权利要求书3所述的方法，其中所述溶液的pH是通过pH调节剂进行调节的，所述pH调节剂选自氢氧化钠、氢氧化钾、盐酸、甲酸、乙酸及其组合。