CN102391436B - 一种钻井液用抗高温抗复合盐降粘剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钻井液用抗高温抗复合盐降粘剂及其制备方法，本产品是由改性木质素与丙烯类单体经过共聚、磺化、氧化、络合反应制成。在高温深井钻井过程中，能显著提高高密度、高固相钻井液的胶体稳定性，改善钻井液的流变性，使用量少，成本低，对钻井液维持时间长，维护工作量少，且无毒、无污染，在自然环境中可无毒分解。
Description
技术领域
本发明涉及一种钻井液用抗高温抗复合盐降粘剂及其制备方法。
背景技术
深井高密度水基钻井液在井筒高温条件下往往会发生增稠或胶凝、甚至固化，导致钻井液流变性失控，严重制约深井安全、优质、高效钻井的进行。水基钻井液高温增稠的主要原因在于，钻井液处理剂高温降解、粘土颗粒高温去水化，从而使得粘土颗粒胶体稳定性下降，导致粘土颗粒絮凝或聚结；另外，当钻井液钻遇盐水层、盐岩层、盐膏层时，盐和钙等无机电解质侵入钻井液中，压缩粘土颗粒表面的双电层，加剧粘土颗粒的絮凝或聚结作用。因此，向钻井液中加入抗高温、抗复合盐的高效降粘剂，有效拆散粘土颗粒以及与聚合物的网架结构，释放出被包裹的自由水，使粘土颗粒处于适度的絮凝和分散状态，是高密度钻井液高温流变性调控的关键。
目前，常用的抗高温降粘剂有：
天然降粘剂及其改性产品：以木质素、栲胶、丹宁等天然原料为基础的降粘剂；木质素磺酸盐与丙烯酸的接枝产品，具有良好的降粘效果，但抗温最高达150℃；将天然大分子提取物经过化学改性后，控制一定的温度和酸碱度，加入一种含磷化合物和乙烯类单体，再加入引发剂和链转移剂，经过中和、干燥、粉碎制得。虽然具有较好的抗高温、抗钙、降滤失降粘性能，但只适用于淡水低矿化度钻井液。
人工合成聚合物降粘剂：主要是马来酸(酐)类的降粘剂
①丙烯酸(AA)-马来酸酐(MA)共聚物降粘剂AMA。在固相含量高达12％的海水钻井液中仍有明显的降粘效果。
②聚合物钻井液降粘剂PT-1。具有良好的高温降粘效能，而且还有较强的耐盐钙污染的能力，无毒，对环境污染小。
③磺化苯乙烯-马来酸酐共聚物SSMA，一种优良的抗高温降粘剂。
④特种降粘剂TX。该降粘剂能明显降低水基钻井液的粘度和切力，具有较强的抗盐膏污染能力，适用于高温、高矿化度、高固相含量及各种复杂地质条件。
含磺酸基团的降粘剂：
①钻井液降粘剂DSAA，加量为0.1％时降粘率达到84％(淡水钻井液)和64％(4％盐水钻井液)，抗钙污染性能良好。
②AMPS/AA共聚物，该共聚物在钻井液中具有很好的降粘作用，抗高温抗盐及抗高价离子污染能力强。
③AMPS/AA/MA三元共聚物，MA用量为30％时的三元共聚物，抗高温抗盐性与AMPS/AA二元共聚物相当。
含阳离子基团的两性离子降粘剂
①AODAC/AA/AS两性离子型聚合物降粘剂，抗高温、抗复合盐污染能力强，并具有一定的抑制页岩水化分散的能力。
②复合离子聚合物降粘剂PX，是调整聚合物钻井液流变性极为有效的处理剂之一，加量少，一般为0.1％左右，水溶性好，使用方便，对环境无污染，现场使用该降粘剂维护费用低。
③阳离子降粘降滤失剂PX-1，抗高温180℃，抗盐抗污染性能良好，页岩回收率明显高于水解丙烯腈盐类。
根据现有降粘剂的特点及使用效果来看，天然类降粘剂的降粘能力突出，但抗高温能力或抗盐、抗钙能力有限；人工合成的降粘剂的分子结构可以设计并调节，通过单体的选择、合成工艺的优选，可以制备满足抗高温、抗盐、环境安全的降粘剂，但价格较高，抗高温性能也不是很突出。针对目前降粘剂存在的问题，将天然类降粘剂和聚合物降粘剂的优势结合起来，研制了新型抗高温抗复合盐聚合物降粘剂。
发明内容
本发明针对现有技术的不足提供一种钻井液用抗高温抗复合盐降粘剂及其制备方法。采用如下技术方案：
一种钻井液用抗高温抗复合盐降粘剂的制备方法，包括以下步骤：a.接枝聚合反应：按照以下重量份备料，去离子水∶丙烯酸∶丙烯腈∶顺丁烯二酸酐∶木质素磺酸钙∶双氧水＝100∶30-40∶10-20∶15-20∶20-30∶10-25，将去离子水加入反应釜中，开动搅拌，缓慢加入丙烯酸、顺丁烯二酸酐、丙烯腈和木质素磺酸钙，升温至50-70℃，用滴加罐缓慢加入双氧水，控制加入速度，保持微微沸腾，搅拌反应1h左右；
b.络合反应
将反应液降温至50℃左右，在搅拌状态下向反应釜中加入9-19重量份的硫酸亚铁、5-15重量份的二氯氧锆；
c.氧化、铵化及二次聚合反应
停止加热，向釜中加入20-54重量份的氨水，氨水的质量百分比浓度为20％，搅拌反应1.0h后，温度自然升至75℃，再加入22-48重量份的丙烯磺酸钾和4.8-18.5重量份的过硫酸铵，反应1h，加入24.6-38.8重量份的还原铁粉，充分搅拌反应2h；
d.出料装入塑料桶，即为液体产品；液体产品经过喷雾干燥，即为固体粉末产品。
本发明研制的水基钻井液用抗高温抗复合盐聚合物降粘剂由聚合物单体与改性木质素进行接枝共聚合反应，然后进行氧化、络合反应制成。改性木质素类降粘剂在粘土颗粒边缘上吸附，增加粘土颗粒水化性能，拆散粘土颗粒边-边、边-面联结，结合磺化聚合物分子，拆散高相对分子质量的聚合物分子与粘土颗粒之间、以及高相对分子质量的聚合物分子之间的网架结构，完全消除高相对分子质量的聚合物的提粘作用。该抗高温、抗复合盐降粘剂适用于各种水基钻井液体系，降粘效果好，改善钻井液流变性效率高，不仅具有优异的抗高温、抗盐性能，而且抗钙性能突出，并具有较强的抑制粘土水化膨胀性能，防止井壁坍塌，稳定井壁性能显著。在高温深井钻井过程中，能显著提高高固相、高密度钻井液的胶体稳定性，使用量少，成本低，对钻井液维持时间长，维护工作量少，且无毒、无污染，在自然环境中可无毒分解。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
实施例1
按照去离子水∶丙烯酸∶丙烯腈∶顺丁烯二酸酐∶木质素磺酸钙∶双氧水＝100∶30∶10∶15∶20∶10的比例(质量比)备料。
a.接枝聚合反应
例如，将1000kg去离子水加入3000L搪瓷反应釜中，开动搅拌，缓慢加入300kg丙烯酸、150kg顺丁烯二酸酐、100kg丙烯腈和200kg木质素磺酸钙，升温至55℃，用滴加罐缓慢加入双氧水100kg，控制加入速度，保持微微沸腾，搅拌反应1h左右，生成黄色液体。
注意：该步反应控制反应温度是关键，如果反应过于剧烈，应将双氧水的滴加速度减缓。
b.络合反应
将反应液降温至50℃左右，在搅拌状态下向反应釜中加入92.5kg硫酸亚铁、55.5kg二氯氧锆，用亚铁离子和锆离子络合羧酸基团、酚羟基团、从而提高合成产品的抗高温稳定性和抗复合盐性能。
c.氧化、铵化及二次聚合反应
停止加热，向釜中加入200kg质量百分比浓度为20％的氨水，搅拌反应0.5h后，温度自然升至70℃，再加入220kg的丙烯磺酸钾和48kg的过硫酸铵，反应0.5h，加入246kg的还原铁粉，充分搅拌反应1h。
d.出料装入塑料桶，可得到2500kg液体产品；液体产品经过喷雾干燥，可得到875kg固体粉末产品。
实施例2
按照去离子水∶丙烯酸∶丙烯腈∶顺丁烯二酸酐∶木质素磺酸钙∶双氧水＝100∶40∶20∶20∶30∶25的比例(质量比)备料。
a.接枝聚合反应
例如，将1000kg去离子水加入5000L搪瓷反应釜中，开动搅拌，缓慢加入400kg丙烯酸、200kg顺丁烯二酸酐、200kg丙烯腈和300kg木质素磺酸钙，升温至60℃，用滴加罐缓慢加入双氧水250kg，控制加入速度，保持微微沸腾，搅拌反应1h左右，生成黄色液体。
注意：该步反应控制反应温度是关键，如果反应过于剧烈，应将双氧水的滴加速度减缓。
b.络合反应
将反应液降温至50℃左右，向反应釜中分别加入硫酸亚铁188kg、二氯氧锆141kg，用亚铁离子和锆离子络合羧酸基团、酚羟基团、从而提高合成产品的抗高温稳定性和抗复合盐性能。
c.氧化、铵化及二次聚合反应
停止加热，向釜中加入536kg质量百分比浓度为20％的氨水，搅拌反应1.0h后，温度自然升至80℃，再加入482kg的丙烯磺酸钾和185kg过硫酸铵，反应1h，加入388kg的还原铁粉，充分搅拌反应2h。
d.出料装入塑料桶，可得到4000kg液体产品；液体产品经过喷雾干燥，可得到1600kg固体粉末产品。
实施例3
按照去离子水∶丙烯酸∶丙烯腈∶顺丁烯二酸酐∶木质素磺酸钙∶双氧水＝100∶35∶15∶18∶25∶20的比例(质量比)备料。
a.接枝聚合反应
例如，将1000kg去离子水加入3000L搪瓷反应釜中，开动搅拌，缓慢加入350kg丙烯酸、180kg顺丁烯二酸酐、150kg丙烯腈和250kg木质素磺酸钙，升温至60℃，用滴加罐缓慢加入双氧水200kg，控制加入速度，保持微微沸腾，搅拌反应1h左右，生成黄色液体。
注意：该步反应控制反应温度是关键，如果反应过于剧烈，应将双氧水的滴加速度减缓。
b.络合反应
将反应液降温至50℃左右，向反应釜中分别加入硫酸亚铁150kg、二氯氧锆115kg，用亚铁离子和锆离子络合羧酸基团、酚羟基团、从而提高合成产品的抗高温稳定性和抗复合盐性能。
c.氧化、铵化及二次聚合反应
停止加热，向釜中加入287kg质量百分比浓度为20％的氨水，搅拌反应1.0h后，温度自然升至75℃，再加入322kg的丙烯磺酸钾和90kg过硫酸铵，反应1h，加入310kg的还原铁粉，充分搅拌反应2h。
d.出料装入塑料桶，可得到3200kg液体产品；液体产品经过喷雾干燥，可得到1100kg固体粉末产品。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (2)
1.一种钻井液用抗高温抗复合盐降粘剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a.接枝聚合反应：按照以下重量份备料，去离子水∶丙烯酸∶丙烯腈∶顺丁烯二酸酐∶木质素磺酸钙∶双氧水＝100∶30-40∶10-20∶15-20∶20-30∶10-25，将去离子水加入反应釜中，开动搅拌，缓慢加入丙烯酸、顺丁烯二酸酐、丙烯腈和木质素磺酸钙，升温至50-70℃，用滴加罐缓慢加入双氧水，控制加入速度，保持微微沸腾，搅拌反应1h左右；
b.络合反应
将反应液降温至50℃左右，在搅拌状态下向反应釜中加入9-19重量份的硫酸亚铁和5-15重量份的二氯氧锆；
c.氧化、铵化及二次聚合反应
停止加热，向釜中加入20-54重量份的氨水，氨水的质量百分比浓度为20％，搅拌反应1.0h后，温度自然升至75℃，再加入22-48重量份的丙烯磺酸钾和4.8-18.5重量份的过硫酸铵，反应1h，加入24.6-38.8重量份的还原铁粉，充分搅拌反应2h；
d.出料装入塑料桶，即为液体产品；液体产品经过喷雾干燥，即为固体粉末产品。
2.根据权利要求1所述的方法制得的钻井液用抗高温抗复合盐降粘剂。
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