CN103351447A - 一种合成基钻井液用流变稳定剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种合成基钻井液用流变稳定剂及其制备方法。该方法包括如下步骤：在惰性气氛下，烯类单体在有机溶剂和引发剂存在的条件下经共聚反应即得所述流变稳定剂；所述烯类单体为含有羧基的不饱和脂肪酸、长碳链丙烯酰胺和苯乙烯类化合物中至少一种。本发明的流变稳定剂适用于配制深水合成基钻井液；加入该稳定剂后，钻井液体系的切力受温度变化影响不大。本发明能够解决深水钻井过程中常规合成基钻井液因其流变性在低温和高温条件下差异大而造成ECD值高、井漏和压力控制难等问题，以更好地适应深水钻井需要。本发明的流变稳定剂与其他钻井液处理剂的配伍性良好。

Description

一种合成基钻井液用流变稳定剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种合成基钻井液用流变稳定剂及其制备方法。

背景技术

深水钻井时温度变化明显，钻井液的流变性受温度的影响很大，特别是动切力和低剪切速率下的黏度难以控制，由此引发的井漏、当量循环密度（ECD）高，压力控制难等一系列问题正在成为深水钻井所面临的挑战。合成基钻井液以其机械钻速高、井壁稳定性好等特点已成为海上油气钻探的常用钻井液体系，但该钻井液的黏度、切力受温度的影响较明显，因而容易发生井漏，特别在钻井液长时间静置的情况下更严重。

综上，需要提供一种合成基钻井液用流变稳定剂，以使合成基钻井液体系的动切力不受温度变化的影响，以解决深水钻井过程中常规合成基钻井液因其流变性在低温和高温条件下差异大而造成ECD值高、井漏和压力控制难等技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种合成基钻井液用流变稳定剂及其制备方法，本发明提供的流变稳定剂加入至合成基钻井液体系中，可使其动切力不受高温和低温的影响，以更好地适应深水钻井需要。

本发明提供的一种合成基钻井液用流变稳定剂的制备方法，包括如下步骤：

在惰性气氛下，烯类单体在有机溶剂和引发剂存在的条件下经共聚反应即得所述流变稳定剂；

所述烯类单体为含有羧基的不饱和脂肪酸、长碳链丙烯酰胺和苯乙烯类化合物中至少一种。

上述的制备方法中，所述共聚反应可分下述3个步骤进行：

1）在50～70℃的条件下反应2～4小时，如在60℃的条件下反应2小时；

2）在100～130℃的条件下反应2～4小时，如在110℃的条件下反应3小时或4小时，或在130℃的条件下反应3小时；和，

3）在低于-0.06MPa的负压条件下蒸除所述有机溶剂。

上述的制备方法中，所述烯类单体可为含有羧基的不饱和脂肪酸、长碳链丙烯酰胺和苯乙烯类化合物；

所述含有羧基的不饱和脂肪酸、所述长碳链丙烯酰胺与所述苯乙烯类化合物的质量比可为50～80：20～50：50～90，具体可为50：30：50、60：50：80或80：50：50。

上述的制备方法中，所述引发剂与所述烯类单体的质量比可为2.4～5.6：120～220，具体可为2.6～4.0：130～190、2.6：130、3.2：180或4.0：190；

所述有机溶剂与所述烯类单体的质量比可为60～100：120～220，具体可为60：130、80：180或100：190。

上述的制备方法中，所述有机溶剂可为甲苯或二甲苯。

上述的制备方法中，所述引发剂可为偶氮二异丁腈或过氧化苯甲酰。

上述的制备方法中，所述含有羧基的不饱和脂肪酸可为丙烯酸、甲基丙烯酸和顺丁烯二酸中至少一种。

上述的制备方法中，所述长碳链丙烯酰胺为碳链长可为12～18的烷基丙烯酰胺；

所述长碳链丙烯酰胺可为N-十二烷基丙烯酰胺、N-十六烷基丙烯酰胺和N-十六烷基甲基丙烯酰胺中至少一种。

上述的制备方法中，所述苯乙烯类化合物可为苯乙烯、乙烯基苯乙烯和4-甲基苯乙烯中至少一种。

本发明还进一步提供了由上述方法制备得到的合成基钻井液用流变稳定剂。

本发明具有如下有益效果：

本发明的流变稳定剂适用于配制深水合成基钻井液；加入该稳定剂后，钻井液体系的切力受温度变化影响不大。本发明能够解决深水钻井过程中常规合成基钻井液因其流变性在低温和高温条件下差异大而造成ECD值高、井漏和压力控制难等问题，以更好地适应深水钻井需要。本发明的流变稳定剂与其他钻井液处理剂的配伍性良好。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1、制备流变稳定剂

在实验室高压釜中加入80克甲基丙烯酸、50克N-十二烷基丙烯酰胺、50克苯乙烯和80克甲苯，通氮气保护，开动搅拌并升温至60℃，加入3.2g偶氮二异丁腈，在此温度下反应2h，然后升温至110℃，继续反应3h，抽真空，-0.06MPa负压条件下除掉溶剂，冷却至40℃出料即得流变稳定剂。

实施例2、制备流变稳定剂

在实验室高压釜中加入50克顺丁烯二酸、30克N-十八烷基丙烯酰胺、50克苯乙烯和60克甲苯，通氮气保护，开动搅拌并升温至60℃，加入2.6g过氧化苯甲酰，在此温度下反应2h，然后升温至110℃，继续反应4h，抽真空，-0.06MPa负压条件下除掉溶剂，冷却至40℃出料即得流变稳定剂。

实施例3、制备流变稳定剂

在实验室高压釜中加入60克丙烯酸、50克N-十二烷基丙烯酰胺、80克苯乙烯和100克二甲苯，通氮气保护，开动搅拌并升温至60℃，加入4.0g偶氮二异丁腈，在此温度下反应2h，然后升温至130℃，继续反应3h，抽真空，-0.07MPa负压条件下除掉溶剂，冷却至40℃出料即得流变稳定剂。

实施例4、性能评价

在合成基钻井液体系中加入本发明制备的恒流变稳定剂与未加该样品在不同温度条件下的流变性变化进行评价（配方中的处理剂主乳化剂MOEMUL、辅乳化剂MOCOAT、润湿剂MOWET均为湖北汉科新技术股份有限公司生产产品）：

合成基钻井液的配制，使用GJSS-B12K型高速搅拌机(带高搅杯)或其它同类型仪器，在转速为10000rpm高速搅拌条件下，往320mL气制油中依次加入12g主乳化剂MOEMUL、4g辅乳化剂MOCOAT、4g润湿剂MOWET、80mL20%浓度的氯化钙水溶液、10g有机膨润土、8g降滤失剂MOFLB，每加完一种处理剂需高速搅拌10min，最后加入300g重晶石，高速搅拌20min。同时在另一配方中加入4g流变稳定剂。

将配制好的钻井液装入老化罐中，在XGRL-2型数显式滚子加热炉中120℃条件下热滚老化16h，待钻井液冷却至室温后，按照SY/T5621规定，采用ZNN-D6型六速旋转粘度计或其他同类型仪器，测定合成基钻井液在4℃、20℃、50℃和80℃条件下的600转、300转、200转、100转、6转、3转时的刻度读数Φ600、Φ300、Φ200、Φ100、Φ6和Φ3。

根据以下公式计算钻井液流变参数。

表观粘度 ${\mathrm{\μ}}_a=\frac{1}{2}\×\mathrm{\φ}600$

塑性粘度μ_p=φ600-φ300

动切力τ_d=0.511×（φ300-μ_p）

评价结果如表1中数据：

表1 合成基钻井液在不同温度条件下的流变性

由表1中的数据可以看出：合成基钻井液中加入本发明的恒流变稳定剂后，切力受温度变化影响不大，具有很好的恒流变效果。

Claims (10)

1.一种合成基钻井液用流变稳定剂的制备方法，包括如下步骤：

在惰性气氛下，烯类单体在有机溶剂和引发剂存在的条件下经共聚反应即得所述流变稳定剂；

所述烯类单体为含有羧基的不饱和脂肪酸、长碳链丙烯酰胺和苯乙烯类化合物中至少一种。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述共聚反应分下述3个步骤进行：

1）在50～70℃的条件下反应2～4小时；

2）在100～130℃的条件下反应2～4小时；和，

3）在低于-0.06MPa的负压条件下蒸除所述有机溶剂。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述烯类单体为含有羧基的不饱和脂肪酸、长碳链丙烯酰胺和苯乙烯类化合物；

所述含有羧基的不饱和脂肪酸、所述长碳链丙烯酰胺与所述苯乙烯类化合物的质量比为50～80：20～50：50～90。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：所述引发剂与所述烯类单体的质量比为2.4～5.6：120～220；

所述有机溶剂与所述烯类单体的质量比为60～100：120～220。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于：所述有机溶剂为甲苯或二甲苯。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于：所述引发剂为偶氮二异丁腈或过氧化苯甲酰。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于：所述含羧基的不饱和脂肪酸为丙烯酸、甲基丙烯酸和顺丁烯二酸中至少一种。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于：所述长碳链丙烯酰胺为碳链长为12～18的烷基丙烯酰胺；

所述长碳链丙烯酰胺为N-十二烷基丙烯酰胺、N-十六烷基丙烯酰胺和N-十六烷基甲基丙烯酰胺中至少一种。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于：所述苯乙烯类化合物为苯乙烯、乙烯基苯乙烯和4-甲基苯乙烯中至少一种。

10.权利要求1-9中任一项所述方法制备的合成基钻井液用流变稳定剂。