CN103184036A - 一种含有交联结构的油基钻井液降滤失剂及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种含有交联结构的油基钻井液降滤失剂及制备方法，该方法按如下步骤进行：（1）将0.1-30质量份的长链烷基脂肪酸和1质量份的多烯多胺加入反应容器中，搅拌均匀，用氮气驱氧20～30min后加温至80～160^oC，反应15min～8h；（2）将体系温度降至75-85^oC，加入0.5-25质量份的腐植酸，搅拌均匀，用氮气驱氧20～30min后加温至90～180^oC，反应15min～10h；（3）在体系中加入0.005-5质量份的二元或者多元有机酸，搅拌均匀，然后在100～200^oC下，反应15min～6h；（4）将步骤（3）的产物冷却到室温，粉碎，过50-100目筛，得产品。

Description

一种含有交联结构的油基钻井液降滤失剂及制备方法

技术领域

本发明涉及一种油基钻井液降滤失剂的制备方法，属于天然高分子化学改性技术领域。

背景技术

油基钻井液具有抑制性强，抗腐蚀，抗污染，润滑性好，井壁稳定性好，抗温性能好及保护油层等优点，已经得到广泛应用。油基钻井液的一个重要性能是降滤失性能，滤失性控制好，可稳定井壁、防止压差卡钻、避免地层伤害等等，对钻井作业顺利完成和保持油井产能至关重要。目前，用于油基钻井液的降滤失剂主要为沥青类产品，沥青类降滤失剂具有影响机械钻速并对环境造成污染等不足，因此，其应用受到越来越多的限制。

腐植酸是一种从褐煤中提取的水溶性高分子，具有来来源广泛，品种多样，提取简单，价格便宜，抗高温等优点。在水基钻井液中，腐植酸类产品主要作为页岩抑制剂、降滤失剂和降粘剂使用。近年来，国内外报道了采用腐植酸改性合成抗高温油基钻井液降滤失剂，如用腐植酸与多乙烯多胺反应，或腐植酸与长链烷基脂肪酸、有机胺反应等方法，这些方法制备的降滤失剂产品具有一定的降滤失性能，但是与沥青类产品相比，滤失性能还有一定的差距。

发明内容

本发明的目的之一旨在克服现有技术的不足，提供一种没有环境污染, 抗高温性能好，具有良好的降滤失效果的含有交联结构的油基钻井液降滤失剂；目的之二是提供一种原料易得、工艺简单的该含有交联结构的油基钻井液降滤失剂的制备方法。

本发明的目的之一可通过如下技术措施来实现：

本发明通过在降滤失剂中引入适当的交联结构，增强了钻井液体系的封堵和造壁性能，从而有效地提高了腐植酸类产品的降滤失效果。

它包括如下质量份的原料：

多烯多胺（PEPA）                                  1

腐植酸（HA）                                   0.5～25           

长链烷基脂肪酸（FA）                           0.1～30

二元或者多元有机酸（POA）                     0.005～5 。

本发明的目的之一还可通过如下技术措施来实现：

所述的多烯多胺包括以下结构：

R₁-NH-[(CH₂)_n-NR₂]_m-NH-R₁

式中，R₁为H或者C₁～C₂₀，R₂为H或者C₁～C₁₀，n为2～6，m为1～8。

所述的长链烷基脂肪酸包括以下结构：

R₃-COOH

式中，R₃为C₄～C₃₀，R₄、R₅为C₀～C₂₄。

所述的二元或者多元有机酸包括以下结构：

HOOC-R₆-COOH

式中，R₆为C₄～C₃₀，R₇、R₈、R₉为C₀～C₂₄。

所述的原料配比的优选方案是：多烯多胺：腐植酸：长链烷基脂肪酸：二元或者多元有机酸＝1：5-10：5～15：0.5～1质量份；所述的多烯多胺是二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺、六乙烯七胺、七乙烯八胺、八乙烯九胺等；所述的长链烷基脂肪酸是己酸、辛酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、软脂酸、硬脂酸、油酸、花生酸、木质素酸、蜡酸、褐煤酸等；所述的二元或者多元有机酸是己二酸、辛二酸、月桂二酸、苯基己二酸、苯基辛二酸、邻苯二甲酸、对苯二甲酸、邻苯二丁酸、对苯二丁酸、二聚酸等。

本发明的腐植酸是通过碱提酸析的方法从褐煤中提取，制备腐植酸的碱为氢氧化钠或者氢氧化钾中的一种，酸为盐酸、硫酸、硝酸或者磷酸中的一种。腐植酸的制备过程为：在1000份水中，加入400～600份褐煤，加入碱将体系pH调至10以上，离心分离不溶物，然后，将上清液pH调至1～2，离心收集沉淀，以清水洗涤沉淀数次，将产物烘干、粉碎，得到腐植酸产品。

本发明的目的之二可通过如下技术措施来实现：

该方法按如下步骤进行：

（1）.将0.1-30质量份的长链烷基脂肪酸和1质量份的多烯多胺加入反应容器中，搅拌均匀，用氮气驱氧20～30min后加温至80～160^oC，反应15 min～8 h；

（2）.将体系温度降至75-85^oC，加入0.5-25质量份的腐植酸，搅拌均匀，用氮气驱氧20～30min后加温至90～180^oC，反应15 min～10 h；

（3）.在体系中加入0.005-5质量份的二元或者多元有机酸，搅拌均匀，然后在100～200^oC下，反应15 min～6 h；

（4）.将步骤（3）的产物冷却到室温，粉碎，过50-100目筛，得产品。

本发明的目的之二还可通过如下技术措施来实现：

上述步骤（1）中所述的温度为100～120^oC，反应时间为1～3 h；步骤（2）中所述的温度为130～160^oC，反应时间为1～3 h；步骤（3）中所述的温度为100～120^oC，反应时间为1～3 h。

本发明的优点和积极效果如下：

原料易得，制备工艺简单易行；

降滤失剂具有部分交联的结构，可以形成溶胀的微区，具有一定的封堵效果；

降滤失剂抗高温性能良好，在200^oC使用时具有良好的降滤失效果；

降滤失剂为腐植酸衍生物，环境友好；

降滤失剂与其他钻井液处理剂配伍性良好。

上述诸多优点和积极效果表明，本发明适合工业化生产，并且具有广泛的应用前景。

具体实施方式：

实施例1：

称取0.1公斤月桂酸和1公斤三乙烯四胺，加入反应容器中，加热溶解搅拌均匀后，通氮气30min，将体系的温度升至80^oC，反应8 h。将体系温度降至75^oC左右，加入25 公斤腐植酸，搅拌均匀，通氮气20min后，将体系的温度升至90^oC，反应10 h。在体系中加入0.005公斤 辛二酸，搅拌均匀，体系在100^oC下，反应6 h。将产物冷却到室温，用粉碎机粉碎，过50目筛，即得产品。

实施例2：

称取30公斤月桂酸和1公斤三乙烯四胺，加入反应容器中，加热溶解搅拌均匀后，通氮气20min，将体系的温度升至160^oC，反应15min。将体系温度降至85^oC左右，加入0.5公斤腐植酸，搅拌均匀，通氮气30min，将体系的温度升至180^oC，反应15min。在体系中加入5 公斤 辛二酸，搅拌均匀，体系在200^oC下，反应15min。将产物冷却到室温，用粉碎机粉碎，过100目筛，即得产品。

实施例3：

称取15 公斤软脂酸和1公斤四乙烯五胺，加入反应容器中，加热溶解搅拌均匀后，通氮气20min，将体系的温度升至120^oC，反应3 h。将体系温度降至80^oC左右，加入5公斤腐植酸，搅拌均匀，通氮气28min，将体系的温度升至120^oC，反应3 h。在体系中加入0.5公斤月桂二酸，搅拌均匀，体系在130^oC下，反应3h。将产物冷却到室温，用粉碎机粉碎，过70目筛，即得产品。

实施例4：

称取5公斤软脂酸和1公斤四乙烯五胺，加入反应容器中，加热溶解搅拌均匀后，通氮气30min，将体系的温度升至100^oC，反应1 h。将体系温度降至80^oC左右，加入10公斤腐植酸，搅拌均匀，通氮气24min，将体系的温度升至100^oC，反应1h。在体系中加入1公斤对苯丁二酸，搅拌均匀，体系在160^oC下，反应1h。将产物冷却到室温，用粉碎机粉碎，过60目筛，即得产品。

实施例的产品评价：

钻井液配方：240 mL 5#白油 + 60mL 20% CaCl₂溶液 + 8 公斤主乳化剂 + 4 公斤助乳化剂 + 8 公斤 CaO + 8 公斤 润湿剂 + 4 公斤 有机土 + 125 公斤 重晶石 + 12 公斤 降滤失剂。分别在150^oC、180 ^oC、200下热滚16 h，然后在150 ^oC、3.5 MPa测试高温高压滤失量，测试结果列于表1中。

表1 样品高温高压滤失测试结果（单位：mL）

样品	150oC老化	180oC老化	200oC老化
				空白	36.0	49.6	65.6
对比样品	9.2	12.6	17.8
				实施例1	6.4	7.2	9.8
实施例2	4.6	6.0	9.2
				实施例3	2.6	4.8	7.0
实施例4	3.4	3.8	5.2
				沥青降滤失剂	5.2	5.8	7.6

表中，空白样品为没有加入降滤失剂的体系，对比样品为反应过程中没有加入交联剂的降滤失剂体系，其余合成条件与实例三相同。从表中可以看出，交联型产品抗温性能优良，在200^oC下仍可以发挥优良的降滤失性能，降滤失效果在三个测试温度下，均优于或者接近于沥青类降滤失剂产品，同时，与对比样品相比，实例三体系在三个温度下的滤失量都有明显的下降，这说明交联结构的引入能够明显地提高产品的降滤失性能。

以上所述，仅为本发明其中的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围：即凡根据本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆为本发明权利要求的范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种含有交联结构的油基钻井液降滤失剂，其特征在于它包括如下质量份的原料：

多烯多胺                                  1

腐植酸                                 0.5～25           

长链烷基脂肪酸                         0.1～30

二元或者多元有机酸                   0.005～5。

2.根据权利要求1所述的一种含有交联结构的油基钻井液降滤失剂，其特征在于所述的多烯多胺包括以下结构：

R₁-NH-[(CH₂)_n-NR₂]_m-NH-R₁

式中，R₁为H或者C₁～C₂₀，R₂为H或者C₁～C₁₀，n为2～6，m为1～8。

3.根据权利要求1所述的一种含有交联结构的油基钻井液降滤失剂，其特征在于所述的长链烷基脂肪酸包括以下结构：

R₃-COOH

式中，R₃为C₄～C₃₀，R₄、R₅为C₀～C₂₄。

4.根据权利要求1所述的一种含有交联结构的油基钻井液降滤失剂，其特征在于所述的二元或者多元有机酸包括以下结构：

HOOC-R₆-COOH

式中，R₆为C₄～C₃₀，R₇、R₈、R₉为C₀～C₂₄。

5.根据权利要求1所述的一种含有交联结构的油基钻井液降滤失剂，其特征在于所述的原料配比为多烯多胺：腐植酸：长链烷基脂肪酸：二元或者多元有机酸＝1：5-10：5～15：0.5～1质量份。

6.根据权利要求1或2所述的一种含有交联结构的油基钻井液降滤失剂，其特征在于所述的多烯多胺是二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺、六乙烯七胺、七乙烯八胺、八乙烯九胺。

7.根据权利要求1或3所述的一种含有交联结构的油基钻井液降滤失剂，其特征在于所述的长链烷基脂肪酸是己酸、辛酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、软脂酸、硬脂酸、油酸、花生酸、木质素酸、蜡酸、褐煤酸。

8.根据权利要求1或4所述的一种含有交联结构的油基钻井液降滤失剂，其特征在于所述的二元或者多元有机酸是己二酸、辛二酸、月桂二酸、苯基己二酸、苯基辛二酸、邻苯二甲酸、对苯二甲酸、邻苯二丁酸、对苯二丁酸、二聚酸。

9.一种用权利要求1的原料制备含有交联结构的油基钻井液降滤失剂的方法，其特征在于该方法按如下步骤进行：

（1）.将长链烷基脂肪酸和多烯多胺加入反应容器中，搅拌均匀，用氮气驱氧20～30min后加温至80～160^oC，反应15 min～8 h；

（2）.将体系温度降至75-85^oC，加入腐植酸，搅拌均匀，用氮气驱氧20～30min后加温至90～180^oC，反应15 min～10 h；

（3）.在体系中加入二元或者多元有机酸，搅拌均匀，然后在100～200^oC下，反应15 min～6 h；

（4）.将步骤（3）的产物冷却到室温，粉碎，过50-100目筛，得产品。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于步骤（1）中所述的温度为100～120^oC，反应时间为1～3 h。