CN102816276A

CN102816276A - 一种有机硅钻井液降失水剂的合成方法

Info

Publication number: CN102816276A
Application number: CN2012103107919A
Authority: CN
Inventors: 马贵平; 张亚兰; 聂俊; 路健
Original assignee: Changzhou Institute for Advanced Materials Beijing University of Chemical Technology
Current assignee: Changzhou Institute for Advanced Materials Beijing University of Chemical Technology
Priority date: 2012-08-28
Filing date: 2012-08-28
Publication date: 2012-12-12

Abstract

本发明涉及一种含硅钻井液降失水剂的合成方法，该方法是将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺加入到有机溶剂中，再加入有机硅单体和光引发剂，超声至固体物质全部溶解之后，在紫外光下照射一定时间后，得到凝胶状产品，将该凝胶状物质浸泡于无水乙醇中数小时，取出真空干燥、研磨，得到白色粉末状产物。本发明方法制得的降滤失剂其降失水性能好，且具有较好的耐温抗盐性能，另外该发明方法聚合速率快，得到产物的分子量高，产物稳定性高，制备方法简单；用作降失水剂时，在淡水钻井液和在盐水钻井液中均具有较好的降滤失效果。

Description

一种有机硅钻井液降失水剂的合成方法

技术领域

本发明涉及一种有机硅钻井液降失水剂的合成方法。

背景技术

钻井液作为钻井工程的重要组成分，其性能直接关系到深井、超深井的钻井质量和钻井成本。随着地层深度的增加，深井、超深井的温度也会越来越高，因此，对于钻井液的抗高温的能力提出了很高的要求。而降滤失剂作为钻井液不可或缺的一个组成部分，降滤失剂性能的好坏会直接影响钻井液的性能，加入降失水剂的目的，就是要通过在井壁上形成低渗透率、柔韧、薄而致密的滤饼，尽可能降低钻井液的滤失水量，从而保持水泥浆有适当水灰比。它对于安全高效钻井有着重要的作用。

常用的油田降失水剂主要有两大类，即微粒材料降失水剂和水溶性高分子降失水剂，水溶性高分子降失水剂又包括天然高分子及其改性降失水剂和合成聚合物降失水剂。

目前，合成聚合物在降滤失剂中的用量最大。通常是将丙烯酸、丙烯酰胺及一些别的单体共聚，可以改善共聚物耐温抗盐的性能。如引入磺酸基，可使抗高温性能大大的提高。有机硅产品具有良好的耐温特性，不但耐高温，而且耐低温，可在很宽的温度范围内使用。最可贵的是无论是化学性能，还是物理力学性能，随着温度的变化都很小。所以将有机硅引入到合成共聚物降滤失剂中，可以提高降失水剂的抗高温性能。

发明内容

目前大部分都是使用溶液聚合的方法制备钻井液降失水剂。溶液聚合的缺点：单体浓度较低，聚合速率较慢，设备生产能力较低；单体浓度低和向溶剂链转移的双重结果，使聚合物分子量降低；溶剂分离回收费用高，难以除尽聚合物中的残留溶剂。工业上溶液聚合多用于聚合物溶液直接使用的场所，如涂料，胶黏剂、合成纤维方式液、继续化学反应等。本发明的目的在于提供一种紫外光聚合制备含硅钻井液降失水剂的方法。该方法操作简单，聚合速率快，产物分子量高，分布均匀。

本发明提供一种含硅钻井液降失水剂的合成方法，包含以下步骤：

将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠和丙烯酰胺摩尔比为5～12:2～6加入到溶剂中，再加入一定量得有机硅单体，再加入适量的光引发剂，避光超声一段时间至混合物完全溶解。

取适量的溶液在紫外灯光照射5min-1h（优选10-30min），得到凝胶状物质，用无水乙醇浸泡数小时，烘干，研磨，得到白色粉末状的共聚物产品。

本发明方法中的有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、乙醚、乙酸乙酯、甲苯等有机溶剂的一种。

本发明方法中有机硅单体的物质的量为丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠的总物质的量的0.5～20%。

本发明方法中的有机硅单体为乙烯基三甲氧硅烷、2,4,6,8-四甲基-2,4,6,8-四乙烯基环四硅氧烷、甲基乙烯基二甲氧基硅烷中的一种。

本发明方法中的引发剂为（2,4,6-三甲基苯甲酰基）二苯基氧化磷、1-羟基环己基苯基甲酮、2-羟基-4'-（2-羟乙氧基）-2-甲基苯丙酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、苯偶酰双甲醚、二苯甲酮、2-苄基-2-二甲基氨基-1-（4-吗啉苯基）丁酮、2-甲基-1-（4-甲硫基苯基）-2-吗啉基-1-丙酮、或2-异丙基硫杂蒽酮中的一种。

本发明方法中引发剂加入的物质的量为所述三种单体质量总和的0.1~5%。

聚合物降失水剂主要是靠吸附作用降低失水量。丙烯酰胺吸附能力强，水溶性好，用于聚合物降失水剂可以保证聚合物较强的吸附功能，以降低失水量。磺酸基的高活性单体和有机硅单体均可提高聚合物的抗高温的能力。

与现有技术相比，本发明方法具有以下优点：

1）聚合速率快，分子量高，分布均匀。

2）本发明的操作步骤简单，后处理简单、环保。

3）本发明产品具有较强的耐温抗盐和降失水性能。在淡水、盐水钻井液中均具有较强的降失水性能，适用于多种复杂泥浆体系。

为说明本产品的性能，将合成的产品分别加入淡水基浆和盐水基浆中进行降失水性能测试。

淡水基浆的配制：在200mL水中加入8.4g钠膨润土，高速搅拌0.56小时；然后室温下养护24小时，即得含膨润土量为4%的淡水基浆。

盐水基浆：在200mL水中加入12.8g钠膨润土，12.8g氯化钠，低速搅拌1.2小时，于室温下养护24小时，即配成盐水基浆。

钻井液降失水性能测试：将所合成的含硅共聚物加入基浆中，高速搅拌5min，于室温下养护24小时，用ZNS-2型中压滤失仪测定钻井液的降失水性能，以失水量的大小来评价共聚物的降失水能力，失水量越小则说明降失水性越好。具体实施方式：

实施例1

（1）将0.711g丙烯酰胺和1.0362g的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠、0.148g乙烯基三甲氧硅烷加入到溶剂2.12g的N,N-二甲基甲酰胺中，再加入0.058g引发剂（2,4,6-三甲基苯甲酰基）二苯基氧化磷，避光超声一段时间至混合物完全溶解。

（2）取适量的溶液在紫外灯下光固化20min，得到凝胶状物质，用无水乙醇浸泡数小时，取出真空干燥，研磨，得到白色粉末状的共聚物产品。

实施例2

（1）将0.711g丙烯酰胺和1.0362g的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠、0.739g乙烯基三甲氧硅烷加入到溶剂2.858g的N,N-二甲基甲酰胺中，再加入0.058g引发剂（2,4,6-三甲基苯甲酰基）二苯基氧化磷，避光超声一段时间至混合物完全溶解。

实施例3

（1）将0.711g丙烯酰胺和1.6499g的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠、0.7413g乙烯基三甲氧硅烷加入到3.3512g的丙酮中，再加入0.1548g的引发剂1-羟基环己基苯基甲酮，避光超声一段时间至混合物完全溶解。

（2）取适量的溶液在紫外灯下光固化25min，得到凝胶状物质，用无水乙醇浸泡数小时，取出真空干燥，研磨，得到白色粉末状的共聚物产品。

实施例4

（1）将0.711g丙烯酰胺和1.6499g的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠、0.6612g甲基乙烯基二甲氧基硅烷加入到3.3662g的乙醚中，再加入0.0929g的引发剂1-羟基环己基苯基甲酮，避光超声一段时间至混合物完全溶解。

实施例5

（1）将0.711g丙烯酰胺和1.6499g的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠、0.6611g甲基乙烯基二甲氧硅烷加入到3.4565g的乙醚中，再加入0.0929g的引发剂1-羟基环己基苯基甲酮，避光超声一段时间至混合物完全溶解。

实施例6

（1）将0.711g丙烯酰胺和1.6499g的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠、0.6611g甲基乙烯基二甲氧硅烷加入到3.3568g的N,N-二甲基甲酰胺中，再加入0.0929g的1-羟基环己基苯基甲酮，避光超声一段时间至混合物完全溶解。

（2）取适量的溶液在紫外灯下光固化30min，得到凝胶状物质，用无水乙醇浸泡数小时，取出真空干燥，研磨，得到白色粉末状的共聚物产品。

实施例7

（1）将0.711g丙烯酰胺和1.6499g的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠、0.6611g甲基乙烯基二甲氧硅烷加入到3.2526g的N,N-甲基甲酰胺中，再加入0.0929g的引发剂2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮，避光超声一段时间至混合物完全溶解。

实施例8

（1）将0.711g丙烯酰胺和1.6499g的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠、0.6611g甲基乙烯基二甲氧基硅烷加入到溶剂3.3526g的N,N-二甲基甲酰胺中，再加入0.0929g的2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮，避光超声一段时间至混合物完全溶解。

实施例9

在336mL水中加入14g钠膨润土，高速搅拌0.5h；然后室温养护24h,即得含膨润土量为4%的淡水基浆。取240mL该淡水泥浆溶液放入ZNS-2型中压滤失仪中，分别测量0.69Mpa压力下30min时间内的失水量。即为淡水基浆的降失水量。

在240mL含膨润土量为4%的淡水基浆溶液中加入占泥浆质量分数为3%的实施例1得到的1#产物，放入ZNS-2型中压滤失仪中，测量0.69Mpa压力下30min时间内的失水量，即得到1#产物加入淡水基浆中的降失水量。按照此方法分别测的实施例2得到的2#产物、实施例3得到的3#产物、实施例4得到的4#产物、实施例5得到的5#产物、实施例6得到的6#产物、实施例7得到的7#产物、实施例8得到的8#产物、实施例9得到的9#产物、实施例10得到的10#产物、实施例11得到的11#产物、实施例12得到的12#产物加入淡水基浆中的降失水量。降失水实验结果如下：

表1淡水泥浆中产品降失水性能

实施例10

在400mL水中加入16g钠膨润土，16gNaCl和48gCaCl₂，低速搅拌1小时，于室温下养护24小时，即配成复合盐水基浆。取240mL该复合盐水泥浆溶液放入ZNS-2型中压滤失仪中，测量0.69Mpa压力下30min内的失水量。即得到复合盐水基浆的失水量。

取240mL复合盐水泥浆溶液加入占泥浆质量分数6%的实施例1得到的1#产物，放入ZNS-2型中压滤失仪中，测量0.69Mpa压力下30min时间内的失水量，即得到1#产物加入复合盐水基浆中的失水量。按照此方法分别测的实施例2得到的2#产物、实施例3得到的3#产物、实施例4得到的4#产物、实施例5得到的5#产物、实施例6得到的6#产物、实施例7得到的7#产物、实施例8得到的8#产物加入复合盐水基浆中的失水量。

表2复合盐水泥浆中产品降失水性能

其中，FL为失水量。

Claims

1.一种含硅钻井液降失水剂的合成方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将单体2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠、丙烯酰胺和有机硅单体以一定的摩尔比加入到溶剂中，再加入适量的光引发剂，避光超声一段时间至混合物完全溶解；

（2）取适量（1）中配制的溶液在紫外灯下光照一段时间，得到凝胶状物质，用无水乙醇浸泡数小时，取出真空干燥，研磨，得到白色粉末状的共聚物产品。

2.根据权利要求1的制备方法，其特征在于步骤（1）中所述的单体2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠、丙烯酰胺单体的物质的量之比为5～12:2～6;有机硅单体的物质的量为丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠的总物质的量的0.5～20%。

3.根据权利要求1的制备方法，其特征在于步骤（1）中所述的有机硅单体为乙烯基三甲氧硅烷、2,4,6,8-四甲基-2,4,6,8-四乙烯基环四硅氧烷、甲基乙烯基二甲氧基硅烷中的一种。

4.根据权利要求1的制备方法，其特征在于步骤（1）中所述的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、丙酮、乙酸乙酯或甲苯等有机溶剂中的一种。

5.根据权利要求1的制备方法，其特征在于步骤（1）中所述的光引发剂为(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化磷、1-羟基环己基苯基甲酮、2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、苯偶酰双甲醚、二苯甲酮、2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮、或2-异丙基硫杂蒽酮中的一种。

6.根据权利要求1的制备方法，其特征在于步骤（1）中所述的引发剂加入的物质的量为所述三种单体质量总和的0.1~5%。

7.根据权利要求1的制备方法，其特征在于步骤（1）中所述的光照时间为5min-1h，优选10-30min。