CN104119845B - 抗高温油田钻井液用降滤失剂及制备方法 - Google Patents

抗高温油田钻井液用降滤失剂及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种油田钻井液用降滤失剂及其制备方法，以及该处理剂的应用。它由木质素、丙烯酰胺、2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸作为合成单体，在过硫酸钾和六水合硫酸亚铁铵、过氧化氢的分别引发下使其接枝共聚，并加入交联剂N,N‑亚甲基双丙烯酰胺增强了其高温条件下的稳定力，合成一种新型的抗高温降滤失剂。利用了造纸厂的废料，来源广泛，成本低廉，吸取了木质素优秀的降粘能力，丙烯酰胺与2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸的引入提高了高温下的降水能力，加入N,N‑亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，使其形成网状结构提高其耐高温能力，保护油气层防塌，提高油井寿命。本发明产品用于油田钻井液。

Description

抗高温油田钻井液用降滤失剂及制备方法
技术领域
本发明涉及一种油田所用的助剂，更具体的说，是涉及一种抗高温油田钻井液用降滤失剂。
技术背景
在石油钻井液作业中，钻井液在压力下会在渗透地层发生渗滤，导致钻井液渗入地层。为了减少这一失水现象，保证井眼的稳定性和油气层的安全开采，我们需要在钻井液中加入降滤失剂，以形成无固相钻井泥浆体系，降低失水，保护油层不受泥浆污染，提高钻速，降低钻井成本等。
目前用于油田钻井液用的合成降滤失剂，根据选取的单体不同，主要可以分为以下三种类型：
(1)非离子单体，常用的非离子单体有丙烯酰胺、苯乙烯、N,N-二甲基丙烯酰胺、1,3-丁二烯、丙烯腈等。这些非离子单体带有酰胺基、内酰胺基、亚氨基、羰基、腈基、羟基等非离子强吸附基团，并具有一定的极性，易于吸附黏土粒子，从而稳定钻井液的综合性能。
(2)阴离子单体，常用的阴离子单体有丙烯酸、马来酸、对苯乙烯磺酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸等。这些阴离子基团主要包括羧基和磺酸基两种主要基团，它们水溶性良好，可以形成较强的溶剂化层，从而起到抗盐、抗高温作用。
(3)阳离子单体，二甲基二烯丙基氯化铵、三甲基烯丙基氯化铵、3-丙烯酰胺基正丙基氯化铵等。季铵基团是一种吸附能力很强的吸附基团，同时也具有优良的水化作用，但季铵基团的热稳定性较差，不利于合成抗高温的降滤失剂。
现有技术采用的降滤失剂有羧甲基淀粉、聚阴离子纤维素、活化重晶石粉、丙烯酸盐的共聚物等，这些降滤失剂不是价格昂贵，就是产生污染环境的重金属离子。在高温条件下，钻井液中的各组分均会发生降解、发酵、增稠及失效等变化，从而影响油井的开采，因此，寻找一种抗高温能力优秀的降滤失剂一直是油田化学界的研究热点。
发明内容
本发明的目的就在于针对上述现有技术中存在的不足，提供了一种改良现有产品的合成方法的抗高温油田钻井液用降滤失剂。
本发明的另一目的是提供一种油田钻井液用抗高温降滤失剂的制备方法
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种油田钻井液用抗高温降滤失剂，它的组分是由下列原料制成：按质量份数：
木质素或木质素磺酸盐及其衍生物24～60；
烯类单体及其衍生物48～75；
引发剂0.0008～0.14；
pH调节剂0.025～0.108；
以N,N-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂0.0024～0.0119；
反应体系为水相，水的加入量使固体原料溶解。
所述的木质素为：S-木质素、G-木质素或H-木质素中的一种或几种。
所述的烯类单体及其衍生物为：丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸。
所述的木质素、丙烯酰胺和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，三者投料的质量比为3:3:1～3:3:12。
所述的引发剂为氧化还原引发剂和过硫酸盐。
所述的氧化还原引发剂为六水合硫酸亚铁铵、过氧化氢，过硫酸盐选用过硫酸钾；按重量份数六水合硫酸亚铁铵0.0090～0.043、过氧化氢0.0008～0.004，过硫酸钾0.0029～0.14。
所述的pH调节剂为氢氧化钠或氢氧化钾。
所述的组分在温度60～90℃进行反应。
一种油田钻井液用抗高温降滤失剂的制备方法，包括如下步骤：
①将木质素或木质素磺酸盐及其衍生物组分与氧化还原引发剂按质量比40:3混合；
②将烯类单体及其衍生物组分与过硫酸盐按质量比200:3混合；
③将上述两者分别溶于水中，搅拌均匀，分别在50～60℃条件下氮气保护活化引发10～30min；
④将引发后的溶液混合倒入反应器中，加入交联剂并打开搅拌，通入氮气进行隔氧保护，在60～90℃下反应3～7小时，压力为常压，反应结束所得物为黑褐色液体，喷雾干燥成粉。
10.按照权利要求1所述的油田钻井液用抗高温降滤失剂在钻井液中的应用，其特征在于在钻井液中的加入的体积百分含量为1～5％。
有益效果：本发明中采用的木质素为造纸行业中的废料，原料来源广泛，成本低，符合可持续性发展方针；产品具有优良的抗高温能力，耐高温能力可达到238℃；优良的降失水性能，降低钻井液滤失量，保护油层不受泥浆污染；能够提高井下施工安全性，延长油井使用寿命。
附图说明：
图1木质素投入量对滤失量的影响
图2单体比投入量对滤失量的影响
图3交联剂投入量对滤失量的影响
图4反应温度对滤失量的影响
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步的详细说明：
所述降滤失剂包含以下组分的反应产物：
(1)至少一种木质素或木质素磺酸盐及其衍生物，重量份数24-60，优选木质素；
(2)至少一种烯类单体及其衍生物，重量份数48-75；
(3)选用两种引发剂，其选自过硫酸盐、氧化还原引发剂，重量份数为0.0127-0.19，优选过硫酸钾，六水合硫酸亚铁铵为主的氧化还原引发体系；
(4)至少一种pH调节剂，重量份数为0.025-0.108；
(5)以N,N-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，重量份数为0.0024-0.0119；
(6)溶剂为水，水的加入量使固体原料完全溶解。
本发明中使用的木质素是一种广泛存在于植物中的无定形的、分子结构中含有氧代苯丙醇或其衍生物结构单元的芳香性高聚物，可分为紫丁香基木质素、愈创木基木质素、对-羟基苯基木质素三种结构，具有来源丰富、成本低廉等特点。利用木质素苯环上的活性羟基，可以进行接枝共聚反应，从而引入亲水性基团和具有吸附黏土颗粒性能的化学基团。本品中采用的木质素是有工业造纸黑液中经过酸化处理提取而成。
本发明中使用的烯类单体及其衍生物，可采用含有烷基、氨基、羧基、酰胺基、磺酸基等官能团的单体，也可选择这类烯类单体的盐类化合物。优选水溶性良好的烯类单体。具体化合物可包括：丙烯酰胺，对乙烯基苯磺酸钠，丙烯酸，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯酰胺等。
上述的引发剂具体选用过硫酸钾,六水合硫酸亚铁铵和过氧化氢，分别对反应体系中的烯类单体和木质素进行单独引发。
一种油田钻井液用抗高温降滤失剂的制备方法，包括如下步骤：
①将木质素或木质素磺酸盐及其衍生物组分与氧化还原引发剂按质量比40:3混合；
②将烯类单体及其衍生物组分与过硫酸盐按质量比200:3混合；
③将上述两者分别溶于水中，搅拌均匀，分别在50～60℃条件下氮气保护活化引发10～30min；
④将引发后的溶液混合倒入反应器中，加入交联剂并打开搅拌，通入氮气进行隔氧保护，在60～90℃下反应3～7小时，压力为常压，反应结束所得物为黑褐色液体，喷雾干燥成粉。
测试条件：
常温常压：室温，标准大气压，转速150rpm，收集滤液30min。
高温高压：180℃，4Mpa，转速150rpm，收集滤液30min。
实施例1：
取8g S-木质素溶于水中，加入0.6g六水合硫酸亚铁铵和0.05g过氧化氢，充入氮气密封并在50℃水浴条件下活化20min；将丙烯酰胺(AM)13.72g和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)10g(按照摩尔比为4:1)两种烯类单体中加入0.36g过硫酸钾，充入氮气密封并在50℃水浴条件下活化20min；将前两者加入到500mL三颈瓶中，加入0.36g N,N-亚甲基双丙烯酰胺，打开搅拌及回流装置，在氮气保护常压条件下升温至70℃，反应4小时。反应结束得黑棕色液体，喷雾干燥后得到水溶性良好的粉末状抗高温油田钻井液用降滤失剂。
不同木质素投入量，对产品降滤失性能的影响，见表1。由此可知，在其它因素确定条件下，木质素的投入量超过质量分数60％变大，会直接导致滤失量的提高，降低产品的降滤失性能。
实施例2：
取16g木质素磺酸盐溶于水中，加入1.2g的六水合硫酸亚铁铵和0.1g的过氧化氢，充入氮气密封并在50℃水浴条件下活化20min；将丙烯酰胺(AM)13.72g，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)10g，(按照摩尔比为4:1)两种烯类单体中加入0.28g过硫酸钾，充入氮气密封并在50℃水浴条件下活化20min；将前两者加入到500mL三颈瓶中，加入0.81g N,N-亚甲基双丙烯酰胺，打开搅拌及回流装置，在氮气保护常压条件下升温至60℃，反应7小时。反应结束所得液体为黑棕色，喷雾干燥后得到水溶性良好的粉末状抗高温油田钻井液用降滤失剂。
不同单体配比条件，对产品降滤失性能的影响，见表2。由表2数据比较可知，烯类单体2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的投入量增加，可以有效的降低滤失量，这是由于磺酸基的引入提高了产品与黏土的吸附力，从而提高了产品的降滤失性能。
实施例3：
取24g的H-木质素溶于水中，加入1.8g的六水合硫酸亚铁铵和0.16g的过氧化氢，充入氮气密封并在50℃水浴条件下活化20min；将丙烯酰胺(AM)13.72g和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)为10g(按照摩尔比为4:1)两种烯类单体中加入0.36g过硫酸钾，充入氮气密封并在50℃水浴条件下活化20min；将前两者加入到500mL三颈瓶中，加入0.36g的交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，打开搅拌及回流装置，在氮气保护常压条件下升温至80℃，反应3小时。反应结束所得液体为黑棕色，喷雾干燥后得到水溶性良好的粉末状抗高温油田钻井液用降滤失剂。
不同交联剂加入量，对产品降滤失性能的影响，见表3。由表3数据比较可知，交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺的加入，使产品中出现了耐高温的网状结构，可以有效的降低滤失量，同时也可以提高了产品在高温环境下的性能。
实施例4：
取16gG-木质素溶于水中，加入1.2g的六水合硫酸亚铁铵和0.1g的过氧化氢，充入氮气密封并在50℃水浴条件下活化20min；将丙烯酰胺(AM)13.72g和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)为10g(按照摩尔比为4:1)两种烯类单体中加入0.6g过硫酸钾，充入氮气密封并在50℃水浴条件下活化20min；将前两者加入到500mL三颈瓶中，加入0.56g的交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，打开搅拌及回流装置，在氮气保护常压条件下升温至75℃，反应5小时。反应结束所得液体为黑棕色，喷雾干燥后得到水溶性良好的粉末状抗高温油田钻井液用降滤失剂。
不同反应温度条件下，对产品降滤失性能的影响，见表4。由表4数据比较可知，随着反应温度的提高，滤失量会不断提高，超过70℃后，对滤失量的影响逐渐减小。

Claims (4)

1.一种油田钻井液用抗高温降滤失剂，其特征在于，按如下制备方法得到：
取8重量份S-木质素溶于水中，加入0.6重量份六水合硫酸亚铁铵和0.05重量份过氧化氢，在50～60℃条件下氮气保护活化引发10～30min；丙烯酰胺(AM)13.72重量份和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)10重量份，两种烯类单体中加入0.36重量份过硫酸钾，在50～60℃条件下氮气保护活化引发10～30min；将前两者加入到三颈瓶中，加入0.36重量份N,N-亚甲基双丙烯酰胺，打开搅拌及回流装置，通入氮气进行隔氧保护，在60～90℃下反应3～7小时，压力为常压，反应结束得黑棕色液体，喷雾干燥后得到水溶性良好的粉末状抗高温油田钻井液用降滤失剂。
2.一种油田钻井液用抗高温降滤失剂，其特征在于，按如下制备方法得到：
取16重量份木质素磺酸盐溶于水中，加入1.2重量份的六水合硫酸亚铁铵和0.1重量份的过氧化氢，充入氮气密封并在50℃水浴条件下活化20min；将丙烯酰胺(AM)13.72重量份，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)10重量份，两种烯类单体中加入0.28重量份过硫酸钾，充入氮气密封并在50℃水浴条件下活化20min；将前两者加入到500mL三颈瓶中，加入0.81重量份N,N-亚甲基双丙烯酰胺，打开搅拌及回流装置，在氮气保护常压条件下升温至60℃，反应7小时，反应结束所得液体为黑棕色，喷雾干燥后得到水溶性良好的粉末状抗高温油田钻井液用降滤失剂。
3.一种油田钻井液用抗高温降滤失剂，其特征在于，按如下制备方法得到：
取24重量份的H-木质素溶于水中，加入1.8重量份的六水合硫酸亚铁铵和0.16重量份的过氧化氢，充入氮气密封并在50℃水浴条件下活化20min；将丙烯酰胺(AM)13.72重量份和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)为10重量份，两种烯类单体中加入0.36重量份过硫酸钾，充入氮气密封并在50℃水浴条件下活化20min；将前两者加入到500mL三颈瓶中，加入0.36重量份的交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，打开搅拌及回流装置，在氮气保护常压条件下升温至80℃，反应3小时，反应结束所得液体为黑棕色，喷雾干燥后得到水溶性良好的粉末状抗高温油田钻井液用降滤失剂。
4.一种油田钻井液用抗高温降滤失剂，其特征在于，按如下制备方法得到：
取16重量份G-木质素溶于水中，加入1.2重量份的六水合硫酸亚铁铵和0.1重量份的过氧化氢，充入氮气密封并在50℃水浴条件下活化20min；将丙烯酰胺(AM)13.72重量份和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)为10重量份，两种烯类单体中加入0.6重量份过硫酸钾，充入氮气密封并在50℃水浴条件下活化20min；将前两者加入到500mL三颈瓶中，加入0.56重量份的交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，打开搅拌及回流装置，在氮气保护常压条件下升温至75℃，反应5小时，反应结束所得液体为黑棕色，喷雾干燥后得到水溶性良好的粉末状抗高温油田钻井液用降滤失剂。
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