CN102911648A - 一种钻井液用抗高温增粘降滤失剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钻井液用抗高温增粘降滤失剂及其制备方法。该增粘降滤失剂按以下方法制得：将腈纶废丝、碱、乙二胺加入水中，90-95℃反应2-9h；降温到30℃以下，加入丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、引发剂，升温到30-50℃，继续反应1～5h；将产物取出，烘干、粉碎，与辅料混合均匀，即得。本发明制备工艺简单，成本低；所述抗高温增粘降滤失剂具有良好增粘性能的同时，兼具有很好降滤失作用，与钻井液配伍性好，不污染环境，抗温能力达180℃以上。

Description

一种钻井液用抗高温增粘降滤失剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种钻井液用抗高温增粘降滤失剂及其制备方法，属于石油钻井技术领域。

技术背景

钻井过程中钻井液具有一定的粘度、切力和较低的滤失量是保证钻井顺利进行的前提和基础。在深井及超深井日益增多的情况下，由于井底温度高，部分钻井液处理剂在高温条件下降解失效，一方面造成钻井液粘度、切力降低，导致钻井液携带岩屑的能力，不利于维持井眼清洁；另一方面造成滤失量增大，不利于维持井壁稳定。上述问题的出现将影响钻井安全，降低钻井速度，最终影响钻井的经济效益。为了解决上述问题，现场常采用同时加入增粘剂和降滤失剂解决这一问题。现在常用增粘剂有两类，一类是聚丙烯酰胺类，如聚丙烯酰胺及其改性产品等，该类增粘剂通过吸附水分子及形成网状结构而起到增粘作用；另一类是生物聚合物类，如生物聚合物XC，其作用机理与聚丙烯酰胺类类似。降滤失剂主要通过护胶作用使钻井液中保持一定比例细颗粒的含量，使钻井液形成的泥饼渗透率降低，从而降低钻井液中的自由水向地层滤失而起到稳定井壁的作用。

现有增粘剂抗温能力普遍不高，一般不超过120℃，且增粘剂和降滤失剂同时加入既增加了钻井液成本，又增加了工人的劳动强度，同时使钻井液成份复杂，维护处理难度增加。

CN102675799A(CN201210248307.4)公开了一种钻井液用降滤失剂的制备方法，包括以下步骤：步骤一，在反应釜中放入水，加入氢氧化钠，搅拌，配制成氢氧化钠溶液，然后加入石灰，搅拌均匀后慢慢加入丙烯酸，待丙烯酸加完后，加入丙烯酰胺，搅拌至全部溶解，再加入丙烯晴，并搅拌一段时间；步骤二，将反应混合物转移至聚合反应器中，然后加入过硫酸钾，发生聚合反应，生成弹性多孔凝体胶；步骤三，将所得产物经剪切造粒后，于一定温度下烘干、粉碎，即得成品钻井液用降滤失剂。本发明制得的产品具有增粘作用，有较好的胶体稳定性和耐温抗盐性能。但是该发明使用原料全部是烯类单体，成本较高；降滤失剂产品分子结构中只有腈基、酰胺基和羧基，产品的抗温能力有限。

发明内容

针对现有技术的不足,本发明提供一种钻井液用抗高温增粘降滤失剂及其制备方法。本发明的产品在具有良好增粘性能的同时，兼具有很好降滤失作用，与钻井液配伍性好，不污染环境，抗温能力达180℃以上。本发明以腈纶废丝为原料，还可以使石油化工合成纤维产生的废料有变废为宝的资源化效益。

本发明的技术方案如下：

一种钻井液用抗高温增粘降滤失剂，按原料总量100质量份计，原料的质量配比为：

腈纶废丝5-8份，碱1-3份，乙二胺0.2-1份、丙烯酰胺10-20份，丙烯酸0.5-3份，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸0.5-3份，引发剂0.2-0.5份，辅料0.5-2份，其余为水；

按以下方法制得：

将腈纶废丝、碱、乙二胺加入水中，90-95℃反应2-9h；降温到30℃以下，加入丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、引发剂，升温到30-50℃，继续反应1～5h；将产物取出，烘干、粉碎，与辅料混合均匀，即得。

根据本发明优选的，所述的碱是氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙或碳酸钠。

根据本发明优选的，所述的引发剂是过硫酸铵、过硫酸钾之一或组合。

根据本发明优选的，所述的辅料是硫酸铝或氯化铝。

根据本发明，一种钻井液用抗高温增粘降滤失剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）把腈纶废丝剪碎，将其与碱、乙二胺加入水中，在搅拌状态下升温至90-95℃，反应2-9h；

（2）降温到30℃以下，依次加入丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、引发剂，调节pH值5-7；

（3）升温到30-50℃，反应1～5h；

（4）将步骤（3）的反应产物烘干、粉碎，与辅料混合均匀，即得。

本发明所述方法中降温到30℃以下，是指30℃以下的室温即可进入下一步加料，而温度的最低值不需要特别限定。考虑到加料后还需要再次升温到30-50℃，从节能考虑，该方法中“降温到30℃以下”优选为降温到25~30℃。

本发明所述方法中，优选的步骤（1）的反应时间为3～7h。

本发明所述方法制得的钻井液用抗高温增粘降滤失剂外观为白色或淡红色粉末，无异味，在水中具有很好的分散和溶解作用。

本发明所述方法制得的钻井液用抗高温增粘降滤失剂可直接用于各种水基钻井液中，使用量一般为钻井液的0.5%-2%（质量体积比）。

本发明的技术特点：本发明采用腈纶废丝、丙烯酰胺、丙烯酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸为主要原料，制备的产品分子中含有磺酸基和腈基，可增加产品的抗温能力；乙二胺可促进腈纶废丝的水解，加速反应进程；辅料可改善高产品的增粘能力。

与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：（1）以腈纶废丝和丙烯酰胺为主要原料，制备工艺简单，成本较低；腈纶废丝的再利用还可以解决石油产品为原料的合成纤维过程中产生的大量的废丝；（2）产品在有效提高钻井液粘度的同时具有良好的降滤失效果，具有一剂多用的特点；（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。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述，但不限于此。各实施例中组分的含量以重量份表示。本发明涉及的抗高温增粘降滤失剂的性能测试方法如下：

（1）API滤失量降低值及表观粘度增加值的测定

基浆配制：量取400mL蒸馏水，加入16.0g钠膨润土和1.0g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，累计搅拌时间为20min。在24±3℃条件下在密闭容器中养护24h，做为基浆。

取二份基浆，其中一份加入4g制备的降滤失剂样品，然后将加样浆和另一份基浆高速搅拌20min，按GB/T 16783—1997的规定测其在室温条件下的API滤失量和表观粘度；将加样浆和基浆放入老化罐中，将老化罐放在高温烘箱中180℃下放置16h，取出冷却至室温，高速搅拌5min，按GB/T 16783—1997的规定测其高温老化后的API滤失量和表观粘度。

滤失量降低值=基浆的滤失量-加入样品浆的滤失量；

表观粘度增加值=加入样品浆的表观粘度-基浆的表观粘度。

实施例中的原料腈纶废丝是以石油产品为原料的合成纤维过程中产生的大量不适于纺丝的废丝。可市购。

实施例1：

取腈纶废丝8份，剪碎，与3份氢氧化钠和0.5份乙二胺加入71.2份水中，在搅拌状态下升温至94℃，反应3h；降温到25℃，依次加入13份丙烯酰胺、2份丙烯酸、1份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS），调节pH值到6；升温到45℃，加入0.3份过硫酸钾，反应2h；将产物取出，烘干、粉碎，与1份氯化铝混合均匀，即得。

取实施例1方法制备的抗高温增粘降滤失剂，考察其性能，结果如表1所示。

表1

项目	指标
		外观	淡红色粉末
表观粘度增加值(室温)，mPa.s	44.5
		表观粘度增加值(180℃/16h)，mPa.s	41.0
API滤失量降低值(室温)，mL	10.2
		API滤失量降低值(180℃/16h)，mL	8.9

实施例2：

取腈纶废丝5份，剪碎，与2份氢氧化钾和0.6份乙二胺加入71.7份水中，在搅拌状态下升温至93℃，反应4h；降温到28℃，依次加入16份丙烯酰胺、3份丙烯酸、0.5份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，调节pH值到6；升温到40℃，加入0.4份过硫酸铵，反应4h；将产物取出，烘干、粉碎，与0.8份氯化铝混合均匀，即得。

取实施例2方法制备的抗高温增粘降滤失剂，考察其性能，结果如表2所示。

表2

项目	指标
		外观	淡红色粉末

表观粘度增加值(室温)，mPa.s	39.5
		表观粘度增加值(180℃/16h)，mPa.s	38.0
API滤失量降低值(室温)，mL	13.5
		API滤失量降低值(180℃/16h)，mL	10.2

实施例3：

取腈纶废丝6份，剪碎，将其与3.5份氢氧化钠和1份乙二胺一起加入66.5份水中，在搅拌状态下升温至95℃，反应2.5h；降温到26℃，依次加入17份丙烯酰胺、3份丙烯酸、2份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，调节pH值到6；升温到35℃，加入0.2份过硫酸铵与0.2份过硫酸钾，反应3h；将产物取出，烘干、粉碎，与0.6份硫酸铝混合均匀，即得。

取实施例3方法制备的抗高温增粘降滤失剂，考察其性能，结果如表3所示：

表3

项目	指标
		外观	淡红色粉末
表观粘度增加值(室温)，mPa.s	43.5
		表观粘度增加值(180℃/16h)，mPa.s	37.0
API滤失量降低值(室温)，mL	11.4
		API滤失量降低值(180℃/16h)，mL	8.0

Claims (6)

1.一种钻井液用抗高温增粘滤失剂，其特征在于，按原料总量100质量份计，原料的质量配比为：

腈纶废丝5-8份，碱1-3份，乙二胺0.2-1份、丙烯酰胺10-20份，丙烯酸0.5-3份，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸0.5-3份，引发剂0.2-0.5份，辅料0.5-2份，其余为水；

按以下方法制得：

将腈纶废丝、碱、乙二胺加入水中，90-95℃反应2-9h；降温到30℃以下，加入丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、引发剂，升温到30-50℃，继续反应1～5h；将产物取出，烘干、粉碎，与辅料混合均匀，即得。

2.根据权利要求1所述的钻井液用抗高温增粘降滤失剂，其特征在于，所述的碱是氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙或碳酸钠。

3.根据权利要求1所述的钻井液用抗高温增粘降滤失剂，其特征在于，所述的引发剂是过硫酸铵、过硫酸钾之一或组合。

4.根据权利要求1所述的钻井液用抗高温增粘降滤失剂，其特征在于，所述的辅料是硫酸铝或氯化铝。

5.根据权利要求1～4任一项所述的钻井液用抗高温增粘降滤失剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）把腈纶废丝剪碎，将其与碱、乙二胺加入水中，在搅拌状态下升温至90-95℃，反应2～9h；

（2）降温到30℃以下，依次加入丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、引发剂，调节pH值5-7；

（3）升温到30-50℃，反应1～5h；

（4）将步骤（3）的反应产物烘干、粉碎，与辅料混合均匀，即得。

6.根据权利要求5所述的钻井液用抗高温增粘降滤失剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）的反应时间为3～7h。