CN102746834A

CN102746834A - 一种聚合物降滤失剂及其制备方法

Info

Publication number: CN102746834A
Application number: CN2012102548365A
Authority: CN
Inventors: 王中华
Original assignee: Drilling Engineering Technology Research Institute Of Zhongyuan Petroleum Exploration Bureau Sinopec; China Petroleum and Chemical Corp
Current assignee: Drilling Engineering Technology Research Institute Of Zhongyuan Petroleum Exploration Bureau Sinopec; China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2032-07-20
Also published as: CN102746834B

Abstract

本发明公开一种聚合物降滤失剂及其制备方法，具体是将酸性单体先用氢氧化钠中和，然后加入非离子性单体丙烯酰胺、N-乙烯基己内酰胺，控制聚合体系的pH值在6.0～11.0，以氧化-还原引发体系作为引发剂，在分子量调节剂存在下进行水溶液聚合而成，反应的起始温度为10～80℃，聚合反应5～60分钟之内完成，得到的多孔弹性体易于烘干、粉碎得到超高温聚合物降滤失剂，其1％水溶液表观粘度在8～15mPa.s。本发明的聚合物降滤失剂生产成本低，生产速度快，生产效率高，质量稳定。超高温聚合物降滤失剂在240℃及饱和盐水条件下具有较好的降滤失作用，且产品水溶性好，现场应用方便。

Description

一种聚合物降滤失剂及其制备方法

技术领域：

本发明涉及一种聚合物降滤失剂及其制备方法，属油田化学钻井液处理剂技术领域。

技术背景：

随着钻遇地层的日趋复杂，深井、超深井越来越多，井底温度可达200℃以上的超高温，超高温条件下对钻井液性能提出了更苛刻的要求，降滤失剂是保证钻井液性能的关键处理剂之一，因此其性能好坏是保证钻井液性能优劣的关键。目前现场应用的聚合物降滤失剂相对分子质量高，为了在盐水钻井液和高温条件下起到降滤失作用，就必须提高加入量，带来的不利影响是使钻井液粘度提高，流变性不易控制。本专利发明人采用丙烯酰氧丁基磺酸、2-丙烯酰氧-2-乙烯基甲基丙磺酸钠和N，N-二甲基丙烯酰胺，与丙烯酰胺、丙烯酸等单体共聚，合成了MP488降滤失剂，LP527解絮凝降滤失剂，两者热稳定性好，在淡水、盐水和饱和盐水钻井液中均具有较好的降滤失作用，抗温大于220℃（石油钻探技术,2009,37(4)1-6）。杨小华等针对需要研制的具有较强的降滤失能力，且其1％水溶液的黏度低于15mPa·s的超高温聚合物降滤失剂PFL-1，在钻井液中的黏度效应小，热稳定性好，抗温抗盐能力强，用该降滤失剂处理的钻井液即使经过240℃高温老化后其滤失量仍然较低，与SMC、SMP等具有较好的配伍性，已在徐闻X3井成功应用（石油钻探技术，2010，38（2）：37-42）。专利发明人采用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、丙烯酰胺（AM）和丙烯酸（AA），在磺化酚醛树脂（SMP）存在下，合成的P(AMPS-AM-AA)/SMP复合聚合物降滤失剂，抗温达240℃，在淡水、盐水钻井液中均具有较好的降滤失作用，与SMP相比，对高密度钻井液黏度影响较小，与SMC等具有良好的配伍性，可以有效控制高密度钻井液的高温高压滤失量和流变性（石油钻探技术,2010,38(3):8-12）。在磺化酚醛树脂的基础上，通过分子修饰得到的抗盐高温高压降滤失剂HTASP，在盐水和饱和盐水钻井液中均具有较好的控制高温高压滤失量的能力，与磺化褐煤（SMC）和降滤失剂LP527、MP488等具有良好的配伍性，与LP527、MP488和SMC等组成的高密度盐水钻井液体系高温稳定性好，流变性易于控制，高温高压滤失量小于16mL（石油钻探技术,2009,37(5):5-9）。US5789349公开了一种含有可控交联聚合物降失水剂的改进型水基钻井液体系，具有较好的热稳定性，其中可控交联聚合物是由丙烯酰胺、含有磺酸基的单体、阴离子型的非磺酸基单体以及一定浓度的交联剂共聚而成，抗温可达到200℃；US7651980公开了一种能够控制高温滤失的、主要由含丙烯酰胺单体的水溶性聚合物组成的水基钻井液体系，该体系由淡水、21～58kg/m³浓度的封堵剂、以及一定量的桥堵剂组成，具有良好的流变特性，其中桥堵剂由水溶性聚合物构成，在钻遇含一价盐浓度不高于10000mg/L的地层时，该钻井液具有良好的降滤失特性，钻井液经260℃静态老化16h后，高温高压（149℃）滤失量不大于25mL。

现有的聚合物降滤失剂基本可以满足200℃以内钻井的需求，但是不能满足超高温条件下，特别是盐水和饱和盐水钻井液高温高压滤失量及流变性控制的需要。

发明内容：

本发明的目的为了克服现有的聚合物降滤失剂不能满足超高温和/或高盐（饱和盐）环境下的安全钻井施工的需要，提供一种相对分子质量较低、具有降滤失和解絮凝双重作用的聚合物降滤失剂。

同时本发明的目的还在于提供一种聚合物降滤失剂的制备方法。

为了实现上述目的,本发明通过以下技术方案加以实现：

一种聚合物降滤失剂，由丙烯酰胺(AM)、酸性单体2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰氧丁磺酸(AOBS)以及耐水解单体N-乙烯基己内酰胺（NVCL）在相对分子质量调节剂和引发剂存在的条件下，在水溶液中进行共聚而成。

一种聚合物降滤失剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）将溶解后氢氧化钠15～25份加入反应釜，然后在搅拌和冷却下加入酸性单体即20～104份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、31～62份丙烯酰氧丁基磺酸(AOBS)，搅拌至全部溶解后，将体系的pH值调节到6.0～11.0，然后加入10～40份丙烯酰胺（AM）和7～49份N-乙烯基己内酰胺（NVCL），搅拌使其溶解；

（2）将上述单体的反应混合物转至聚合物反应器中，在搅拌下依次加入0.01～7份相对分子质量调节剂、0.1～1.5份氧化-还原引发剂，聚合反应的起始温度为10～80℃，维持聚合反应时间为5～60分钟，最后得到多孔弹性体；

（3）将得到的多孔弹性体经破碎、烘干、粉碎即得超高温聚合物降滤失剂。

所述的氧化-还原引发剂包括：氧化剂是过硫酸钾、过硫酸铵、过氧化氢中的一种；还原剂是亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠、亚硫酸钠、硫代硫酸钠、氯化亚铁、硫酸亚铁中的一种；

所述的相对分子质量调节剂为异丙醇或巯基醋酸。

本发明的有益效果是：

（1）本发明的超高温聚合物降滤失剂产品水溶性好，采用水溶液快速聚合方法制备，反应过程容易控制、操作简单，产品质量稳定，对环境无污染；

（2）本发明的超高温聚合物降滤失剂既具有较强的降滤失作用，同时具有很强的抗盐、抗钙污染能力，可满足井底温度高于200℃、和/或高盐（饱和盐）环境下的安全钻井施工的需要。

具体实施方式如下：

实施例1：

在带搅拌器的反应瓶中加入需要量水，然后加入氢氧化钠25g，待其溶解后在搅拌下将酸性单体即2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸90g、丙烯酰氧丁磺酸40g，搅拌至全部溶解；然后加入35g丙烯酰胺和25g N-乙烯基己内酰胺，搅拌使其溶解，用质量分数20％～45％氢氧化钠水溶液，将体系的pH值调节到7.5；将上述单体的反应混合物转至聚丙烯塑料容器中，在搅拌下依此加入相对分子质量调节剂异丙醇5g、氧化-还原引发剂过硫酸钾0.5g、亚硫酸钠0.25g，搅拌均匀后静置反应20分钟，聚合反应的起始温度为10℃，最后得到多孔弹性体，将得到的多孔弹性体经破碎、烘干、粉碎即得超高温聚合物降滤失剂。其1％水溶液表观粘度12mPa.s。

实施例2～6步骤与实施例1相同，具体反应物质和反应条件如表1：

表1反应物质用量及反应条件

上述实施例1所制备的超高温钻井液降滤失剂的降滤失性能见表2。钻井液组成为1％膨润土浆+6％SMC+10％HTASP+0.5％XJ降粘剂+2％NaOH+0.1％表面活性剂+NaCl至饱和，用重晶石加重至密度2.25g/cm³。钻井液于240℃下老化16h，加入1％的纯碱，高速搅拌20分钟，于60℃下测定钻井液性能，高温高压滤失量（FL_HTHP）于180℃，压差3.5MPa下测定。

表2本发明实施例1所制备的产品在高密度饱和盐水钻井液中的应用效果对比表

由表2中可知，在钻井液中加入本发明实施例1所制备的超高温钻井液降滤失剂后，钻井液的流变性能得到较好控制，中压滤失量及高温高压滤失量均随聚合物加量增加而显著减小，当聚合物加量为4％时，中压滤失量为1.5mL，高温高压滤失量为10.5mL，远远小于未加共聚物时的12.5mL和150mL，所制备的超高温钻井液降滤失剂能够较好的控制钻井液的高温稠化，有效的降低钻井液的高温高压滤失量，保证钻井液在高温高压条件下性能稳定。

Claims

1.一种聚合物降滤失剂，其特征是：由丙烯酰胺AM、酸性单体以及耐水解单体N-乙烯基己内酰胺NVCL在相对分子质量调节剂和引发剂存在的条件下，在水溶液中进行共聚而成。

2.根据权利要求1所述的一种聚合物降滤失剂，其特征是：所述的酸性单体为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸AMPS和/或丙烯酰氧丁磺酸AOBS。

3.根据权利要求1所述的一种聚合物降滤失剂，其特征是：所述的引发剂是氧化-还原引发体系，氧化剂是过硫酸钾、过硫酸铵、双氧水中的一种，还原剂是亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠、亚硫酸钠、硫代硫酸钠、氯化亚铁、硫酸亚铁中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种聚合物降滤失剂，其特征是：所述的分子量调节剂为异丙醇或巯基醋酸。

5.一种聚合物降滤失剂的制备方法，其特征是包括以下步骤：

（1）按重量份：将100～200份水、15～25份氢氧化钠加入反应釜使其溶解，然后在搅拌和冷却下加入酸性单体即20～104份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸AMPS和31～62份丙烯酰氧丁基磺酸AOBS，搅拌至全部溶解后，将体系的pH值调节到6.0～11.0；然后加入10～40份丙烯酰胺AM和7～49份N-乙烯基己内酰胺NVCL，搅拌使其溶解；

（2）将上述单体的反应混合物转至聚合物反应器中，在搅拌下依此加入0.01～7份相对分子质量调节剂、0.1～1.5份氧化-还原引发剂，聚合反应的起始温度为10～80℃，维持聚合反应时间为5～60分钟，最后得到多孔弹性体；

（3）多孔弹性体经破碎、烘干、粉碎即得超高温聚合物降滤失剂。

6.根据权利要求5所述的一种聚合物降滤失剂的制备方法，其特征是：所述的引发剂是氧化-还原引发体系，氧化剂是过硫酸钾、过硫酸铵、双氧水中的一种，还原剂是亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠、亚硫酸钠、硫代硫酸钠、氯化亚铁、硫酸亚铁中的一种。

7.根据权利要求5所述的一种聚合物降滤失剂的制备方法，其特征是：所述的分子量调节剂为异丙醇或巯基醋酸。