CN103483500A

CN103483500A - 一种抗高温强吸水性降滤失剂及其应用

Info

Publication number: CN103483500A
Application number: CN201310465939.0A
Authority: CN
Inventors: 雷忠利; 周晓军; 杨红
Original assignee: Shaanxi Normal University
Current assignee: Shaanxi Normal University
Priority date: 2013-09-29
Filing date: 2013-09-29
Publication date: 2014-01-01
Anticipated expiration: 2033-09-29
Also published as: CN103483500B

Abstract

本发明公开了一种抗高温强吸水性降滤失剂及其应用。该降滤失剂由甘薯淀粉、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸以及有机蒙脱土复合而成，原料来源广泛，成本较低，对环境污染小。本发明降滤失剂克服了现有钻井液用降滤失剂普遍存在的抗温性能不强、使用时加量大、原材料浪费大以及环境污染等问题，其抗温能力可达到240℃，用于钻井液可使钻井液体系在200℃时仍具有较好的降滤失效果。

Description

一种抗高温强吸水性降滤失剂及其应用

技术领域

本发明属于钻井液用化学助剂技术领域，具体涉及一种抗高温强吸水性降滤失剂及其在钻井液中的应用。

背景技术

随着矿产资源勘探技术的快速发展，地质勘探的难度越来越大，不仅井越钻越深，而且井型越来越复杂。为了有效提高钻井速度，提高钻井质量，钻井液处理剂对钻井液性能稳定和维护具有重要意义。钻井液降滤失剂是一类用量最大、发展最快的钻井液添加剂。

在钻井过程中，滤失量太大时，钻井液会引起页岩水化膨胀，导致井壁不稳定和各种复杂情况的发生，钻遇储层还会对油气层损害，同时随着滤失量的增加，钻井液中的液相就会减少，导致钻井液的流变性变坏，从而影响钻井的进度和资源的开发。在钻井液中加入降滤失剂后，不仅可以改善钻井液的流变性，而且在钻井时可以在井壁上形成薄而致密的滤饼，尽可能降低滤失对地层的影响。

目前国内外的钻井液用降滤失剂主要分为天然改性高分子类、合成聚合物类以及合成树脂类。但是这几类降滤失剂普遍存在抗温性能不强，使用时加量大，原材料浪费大以及环境污染等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述降滤失剂存在的缺点，提供一种吸水性强、抗温性能好、降滤失效果明显的抗高温强吸水性降滤失剂及其在钻井液中的应用。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：

1、在氮气保护下，将甘薯淀粉与去离子水按质量比为1:8～12混合，50～60℃搅拌至糊化，冷却至40～45℃。

2、将丙烯酰胺与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、有机蒙脱土、去离子水按质量比为1:1.375～1.625:0.25～0.50:8～12混合均匀，再加入丙烯酰胺和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸总质量0.1%～0.3%的过硫酸铵、0.3%～0.5%的N,N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌均匀。

3、将步骤2的混合体系加入到步骤1的糊状甘薯淀粉中，甘薯淀粉与丙烯酰胺的质量比为1:1.5～2.5，60～70℃恒速搅拌反应2～5小时，冷却至室温，洗涤、过滤、真空干燥、粉碎，制得白色粉末状的抗高温强吸水性降滤失剂。

上述的甘薯淀粉与去离子水的质量比最佳为1:10，丙烯酰胺与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、有机蒙脱土、去离子水的质量比最佳为1:1.5:0.375:10，甘薯淀粉与丙烯酰胺的质量比最佳为1:2。

本发明抗高温强吸水性降滤失剂在钻井液中的用途，其具体使用方法为：向淡水基浆中加入其质量1%～3%的降滤失剂，搅拌均匀，制备成钻井液。

本发明通过甘薯淀粉、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸以及有机蒙脱土复合制备成降滤失剂，所用原料来源广泛、成本较低、对环境污染小。该降滤失剂克服了现有钻井液用降滤失剂普遍存在的抗温性能不强、使用时加量大、原材料浪费大以及环境污染等问题，实验结果表明，其抗温能力可达到240℃，用于钻井液可使钻井液体系在200℃时仍具有较好的降滤失效果。

附图说明

图1是实施例1制备的抗高温强吸水性降滤失剂的热重分析图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。

实施例1

1、在氮气保护下，将2.0g甘薯淀粉和20mL去离子水加入250mL三颈烧瓶中，将三颈烧瓶放入油浴锅中，55℃搅拌糊化30分钟，冷却至40℃。

2、将4.0g丙烯酰胺、6.0g2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和1.5g有机蒙脱土加入到40mL去离子水中，搅拌均匀，然后加入0.02g过硫酸铵、0.04g N,N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌混合均匀。

3、将步骤2得到的混合体系加入到步骤1的糊状甘薯淀粉中，60℃恒速搅拌恒温反应3小时，待完全反应后冷却至室温，产物用去离子水与甲醇的质量比为1:5的混合溶液洗涤，过滤，60℃真空干燥24小时，粉碎，得到白色粉末状的抗高温强吸水性降滤失剂。

采用美国TA公司Q50型热重分析仪对得到的降滤失剂进行热重分析，测试结果见图1。由图1可见，该降滤失剂的抗温能力可达到240℃。

实施例2

在实施例1的步骤2中，将4.0g丙烯酰胺、5.5g2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和1.5g有机蒙脱土加入到40mL去离子水中，搅拌均匀，然后加入0.019g过硫酸铵、0.038g N,N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌混合均匀。其他步骤与实施例1相同，制备成抗高温强吸水性降滤失剂。

实施例3

在实施例1的步骤2中，将4.0g丙烯酰胺、6.0g2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和2.0g有机蒙脱土加入到40mL去离子水中，搅拌均匀，然后加入0.02g过硫酸铵、0.04g N,N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌混合均匀。其他步骤与实施例1相同，制备成抗高温强吸水性降滤失剂。

实施例4

在实施例1的步骤2中，将4.0g丙烯酰胺、6.5g2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和1.0g有机蒙脱土加入到32mL去离子水中，搅拌均匀，然后加入0.0105g过硫酸铵、0.0315g N,N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌混合均匀。其他步骤与实施例1相同，制备成抗高温强吸水性降滤失剂。

实施例5

在实施例1～4的步骤1中，在氮气保护下，将2.7g甘薯淀粉和21.6mL去离子水加入250mL三颈烧瓶中，将三颈烧瓶放入油浴锅中，60℃搅拌糊化30分钟，冷却至40℃。其他步骤与相应实施例相同，制备成抗高温强吸水性降滤失剂。

实施例6

在实施例1～4的步骤1中，在氮气保护下，将1.6g甘薯淀粉和19.2mL去离子水加入250mL三颈烧瓶中，将三颈烧瓶放入油浴锅中，50℃搅拌糊化30分钟，冷却至45℃。其他步骤与相应实施例相同，制备成抗高温强吸水性降滤失剂。

实施例7

实施例1制备的抗高温强吸水性降滤失剂在钻井液中的用途。其具体使用方法如下：

向1000mL去离子水中加入30g膨润土和2g无水碳酸钠，搅拌均匀，室温预水化24小时，得到淡水基浆；向淡水基浆中加入10.32g降滤失剂，搅拌均匀，制备成钻井液。

为了证明本发明的有益效果，发明人对实施例1～3制备的抗高温强吸水性降滤失剂进行了大量的实验室研究试验，具体试验情况如下：

1、降滤失剂在不同pH溶液中吸水倍率的测定

将pH值为13.0的氢氧化钠水溶液和pH值为2.0的浓盐酸分别用去离子水稀释不同倍数，并用pH计测定稀释后溶液的pH值，然后向各个不同pH值的溶液中加入实施例1制备的抗高温强吸水性降滤失剂，常温静置10小时，将达到平衡溶胀的降滤失剂分别用100目的筛子过滤20分钟，直到没有自由水流下，然后分别称量质量，根据公式（1）计算降滤失剂的吸水倍率。

Q_eq=(w₂-w₁)/w₁ (1)

式中Q_eq为每克降滤失剂的吸水倍率，w₁和w₂分别表示降滤失剂吸水前和吸水后的质量。试验结果见表1。

表1 不同pH值溶液中降滤失剂的吸水倍率

由表1可知，随着溶液pH值的增大，该降滤失剂的吸水倍率呈现出先增大后减小的趋势。当6<pH值<10时，该降滤失剂有较大的吸水倍率。

2、降滤失剂在钻井液中的应用

向1000mL去离子水中加入30g膨润土和2g无水碳酸钠，搅拌均匀，室温预水化24小时，得到淡水基浆；向淡水基浆中加入其质量1%的降滤失剂，搅拌均匀，制备成钻井液。

用GRL-9型变频式高温磙子炉在200℃下对制备的钻井液进行热老化实验16小时，再分别用ZNN-D6A型六速粘度仪和ZNS-5A型API中压失水仪测试老化前后钻井液的流变性和API滤失量。测试结果见表2。

表2 本发明降滤失剂对钻井液性能的影响

由表2可以看出，在淡水基浆中加入1%本发明实施例1～3的降滤失剂后，老化前后钻井液的API滤失量均明显降低。在老化前，钻井液的API滤失量最大可由75.5mL减少至18.0mL；在老化温度为200℃时，钻井液的API滤失量最大可由90.0mL减少为25.0mL。通过对比可以看出，老化后钻井液的API滤失量仍然能保持在较低的范围内，说明本发明降滤失剂不仅具有较好的降滤失性能，而且具有良好的抗高温能力。

Claims

1.一种抗高温强吸水性降滤失剂，其特征在于它由下述方法制备而成：

（1）在氮气保护下，将甘薯淀粉与去离子水按质量比为1:8～12混合，50～60℃搅拌至糊化，冷却至40～45℃；

（2）将丙烯酰胺与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、有机蒙脱土、去离子水按质量比为1:1.375～1.625:0.25～0.50:8～12混合均匀，再加入丙烯酰胺和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸总质量0.1%～0.3%的过硫酸铵、0.3%～0.5%的N,N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌均匀；

（3）将步骤（2）的混合体系加入到步骤（1）的糊状甘薯淀粉中，甘薯淀粉与丙烯酰胺的质量比为1:1.5～2.5，60～70℃搅拌反应2～5小时，冷却至室温，洗涤、过滤、真空干燥、粉碎，制得白色粉末状的抗高温强吸水性降滤失剂。

2.根据权利要求1所述的抗高温强吸水性降滤失剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述的甘薯淀粉与去离子水的质量比为1:10。

3.根据权利要求1或2所述的抗高温强吸水性降滤失剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述的丙烯酰胺与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、有机蒙脱土、去离子水的质量比为1:1.5:0.375:10。

4.根据权利要求3所述的抗高温强吸水性降滤失剂的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述的甘薯淀粉与丙烯酰胺的质量比为1:2。

5.权利要求1的抗高温强吸水性降滤失剂在钻井液中的用途。