CN102899007A - 一种钻井液用抗高温降粘剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种钻井液用抗高温降粘剂及其制备方法。钻井液用抗高温降粘剂是按以下方法制得：将木质素、丙烯酸、马来酸酐及部分铁粉加入水中，60-75℃反应1～2h；降温到48~52℃加入引发剂，再加入丙烯腈，50-70℃反应1～3h；加碱中和，再加入甲酸盐和余量的铁粉，搅拌30min，即得抗高温降粘剂。本发明工艺简单，成本低廉；所得降粘剂在低密度钻井液和高密度钻井液中都具有良好的降粘效果，抗温能力达180℃，可用于深井及超深井；本发明的降粘剂与钻井液配伍性好，对钻井液性能无不良影响。

Description

一种钻井液用抗高温降粘剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种钻井液用抗高温降粘剂及其制备方法，属于石油钻井过程中的钻井液用降粘剂技术领域。
技术背景
目前随着油气田勘探开发的需要，特别是近几年来，许多油田对老区块调整井的开发力度也在逐年增大，大多数老区块的调整井钻井时要求具有较高的钻井液密度，但同时又要求钻井液具有良好的流变性。目前使用较为普遍的加重材料（铁矿粉、重晶石等）对钻井液体系都具有一定的增稠效应，特别是当钻井液密度达到1.60g/cm3以上时，表现尤为突出，钻井液的流动性特别难以控制，钻井液的触变性也特别差，一般常规的降粘剂如腐植酸钠、XY-27等都不能有效地解决问题，且现有降粘剂的抗温能力普遍不高，一般不超过160℃，在深井高温条件下使用受到一定的限制。
CN102675560A公开了一种抗高温降粘剂的制备方法，包括以下步骤：在反应釜中，将氢氧化钾加入适量的水中，配成氢氧化钾溶液，然后在冷却条件下慢慢加入2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和丙烯酸，然后再加入硫酸铜和栲胶并升温，然后将反应混合液转移到聚合反应釜中，在搅拌下加入过硫酸铵，一段时间后得到多孔的泡沫固体，将其泡沫固体进行干燥，最后经粉碎，包装，即得抗高温降粘剂。该降粘剂易吸潮，可溶于水，用作钻井液降粘剂，具有较强的耐温，抗盐和抗钙镁的能力，特别适用于高温深井。但是，该方法以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸为主要原料，产品成本高；该方法反应最后产品状态为泡沫固体，将泡沫固体从反应釜中移出比较困难，生产工艺比较复杂。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种工艺简单、成本低的钻井液用抗高温降粘剂及其制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种钻井液用抗高温降粘剂，按原料总量1000质量份计，原料的质量配比为：
木质素30-100份，丙烯酸单体70-120份，丙烯腈20-80份，马来酸酐20-80份，碱20-80份，铁粉10-40份，引发剂50-100份，甲酸盐10-400份，其余为水；
按以下方法制得：
将木质素、丙烯酸、马来酸酐及部分铁粉加入水中，60-75℃反应1～2h；降温到48~52℃加入引发剂，再加入丙烯腈，50-70℃反应1～3h；加碱中和，再加入甲酸盐和余量的铁粉，搅拌，即得。
根据本发明优选的，所述的木质素是木质素磺酸钠或木质素磺酸钙。
根据本发明优选的，所述的引发剂是七水硫酸亚铁和双氧水质量比为1:2~3的组合。
根据本发明优选的，所述的甲酸盐是甲酸钠、甲酸钾或甲酸铯。
根据本发明优选的，所述的碱是15~22wt%氢氧化钠溶液、15~22wt%氢氧化钾溶液或25~32wt%氨水。进一步优选，所述的碱是20wt%氢氧化钠溶液、20wt%氢氧化钾溶液或30wt%氨水。
根据本发明，一种钻井液用抗高温降粘剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）将木质素、丙烯酸、马来酸酐及铁粉的1/2~3/5加入水中，升温至60-75℃反应1～2h；
（2）降温到48~52℃，加入引发剂，引发剂为七水硫酸亚铁和双氧水的组合；再加入丙烯腈，在50-70℃反应1～3h；
（3）停止加热，加入碱中和；
（4）加入甲酸盐和余量的铁粉，搅拌30~40分钟，放料。
根据本发明，优选的，步骤（2）中，降温到50℃，加入引发剂。
本发明所述方法制得的钻井液用抗高温降粘剂外观为黑色或淡黄色液体，无异味，在水中具有很好的分散和溶解作用。
本发明由木质素、丙烯酸、丙烯腈和马来酸酐共聚反应制得阴离子共聚物的产品，本发明特选甲酸盐为密度调节剂，且能改善产品的抗温能力和降粘效果。碱为pH调节剂。
与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：（1）以木质素和丙烯酸为主要原料，制备工艺简单，成本低廉；（2）在低密度钻井液和高密度钻井液中都具有良好的降粘效果，使用范围广；（3）抗温能力达180℃，可用于深井及超深井；（4）与钻井液配伍性好，对钻井液性能无不良影响，不起泡。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述，但是不应该认为本发明被下面特定例子所限定。各实施例中原料的用量“份”均为质量份，各浓度（%）均为质量百分比。
本实施例制备的抗高温降粘剂样品的性能测试方法如下：
（1）外观
在室温条件（25℃下）目测。
（2）降粘率的测定
在4个盛有400mL蒸馏水的搅拌杯中，分别加入24g钠膨润土、0.8g无水碳酸钠，用高速搅拌器搅拌5min，取下容器，刮下粘附在容器上的膨润土，继续搅拌15min。在室温条件下将每个悬浮液在密闭容器中养护24h，用重晶石加重至密度为1.65g/cm3做为基浆。取2份基浆，在高速搅拌条件下加8.0mL实施例制备的降粘剂样品，高速搅拌5min，测其φ100；另两份基浆直接高搅5min，然后测定其φ100。然后将试验结束的浆装入老化罐中，在180℃条件下老化16小时，老化结束后，分别测定各浆的φ100，计算老化后降粘率。
X = S 1 - S 2 S 1 × 100
式中：X——降粘率，%；
S1——基浆φ100读值；
S2——基浆加试样后的φ100读值。
实施例1：
将80份木质素、100份丙烯酸、70份马来酸酐及10份铁粉加入510份水中，升温至60-65℃反应2h；降温到50℃，加入引发剂55份；慢慢加入丙烯腈30份，在55-60℃反应2h；停止加热，加入35份浓度30%的氨水、100份甲酸钾和10份铁粉，搅拌30分钟放料，即得钻井液用抗高温降粘剂。所得抗高温降粘剂，考察其性能，结果如表1所示。
表1、实施例1抗高温降粘剂性能
项目 指标
外观 黑色液体
老化前降粘率，% 95.2
老化后降粘率，% 92.5
实施例2：
将90份木质素、120份丙烯酸、50份马来酸酐及20份铁粉加入465份水中，升温至60-75℃反应2h；降温到50℃，加入引发剂60份；慢慢加入丙烯腈40份，在50-70℃反应2h；停止加热，加入20份氢氧化钠、120份甲酸钠和15份铁粉，搅拌30分钟放料；即得钻井液用抗高温降粘剂。所制备的抗高温降粘剂，考察其性能，结果如表2所示。
表2、实施例2抗高温降粘剂性能
项目 指标
外观 黑色或淡黄色液体
老化前降粘率，% 96.5
老化后降粘率，% 91.0
实施例3：
将50份木质素、80份丙烯酸、60份马来酸酐及20份铁粉加入475份水中，升温至60-65℃反应2h；降温到50℃，加入引发剂55份；慢慢加入丙烯腈70份，在55-65℃反应2h；停止加热，加入25份30%氨水、150份甲酸钠和15份铁粉，搅拌30分钟放料即得钻井液用抗高温降粘剂。所制备的抗高温降粘剂，考察其性能，结果如表3所示。
表3、实施例3抗高温降粘剂性能
项目 指标
外观 黑色或淡黄色液体
老化前降粘率，% 94.7
老化后降粘率，% 92.1

Claims (7)

1.一种钻井液用抗高温降粘剂，按原料总量1000质量份计，原料的质量配比为：
木质素30-100份，丙烯酸单体70-120份，丙烯腈20-80份，马来酸酐20-80份，碱20-80份，铁粉10-40份，引发剂50-100份，甲酸盐10-400份，其余为水；
按以下方法制得：
将木质素、丙烯酸、马来酸酐及部分铁粉加入水中，60-75℃反应1～2h；降温到48~52℃加入引发剂，再加入丙烯腈，50-70℃反应1～3h；加碱中和，再加入甲酸盐和余量的铁粉，搅拌，即得。
2.根据权利要求1所述的钻井液用抗高温降粘剂，其特征在于，所述的木质素是木质素磺酸钠或木质素磺酸钙。
3.根据权利要求1所述的钻井液用抗高温降粘剂，其特征在于，所述的引发剂是七水硫酸亚铁和双氧水质量比为1:2~3的组合。
4.根据权利要求1所述的钻井液用抗高温降粘剂，其特征在于，所述的甲酸盐是甲酸钠、甲酸钾或甲酸铯。
5.根据权利要求1所述的钻井液用抗高温降粘剂，其特征在于，所述的碱是15~22wt%氢氧化钠溶液、15~22wt%氢氧化钾溶液或25~32wt%氨水。
6.权利要求1~5任一项所述的钻井液用抗高温降粘剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）将木质素、丙烯酸、马来酸酐及铁粉的1/2~3/5加入水中，升温至60-75℃反应1～2h；
（2）降温到48~52℃，加入引发剂，引发剂为七水硫酸亚铁和双氧水的组合；再加入丙烯腈，在50-70℃反应1～3h；
（3）停止加热，加入碱中和；
（4）加入甲酸盐和余量的铁粉，搅拌30~40分钟，放料。
7.根据权利要求6所述的钻井液用抗高温降粘剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，降温到50℃，加入引发剂。
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