CN104277801A - 水基钻井液用抗高温乳液增粘剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水基钻井液用抗高温乳液增粘剂及其制备方法。主要解决了现有增粘剂抗高温性差、粉末状增粘剂在钻井液中溶解性差的问题。其特征在于：包括以下步骤：（1）水相的制备：按摩尔比称取单体，将烯基酸、烯基磺酸、烯基酰胺和烯基烷酮溶于去离子水中充分溶解，在充分搅拌并水浴冷却条件下用NaOH中和至中性；（2）油相的制备：在反应器中加入占水相质量百分比60%的乳化用油及占乳化用油质量百分比10%的乳化剂，搅拌至充分混合；（3）水相缓慢加入油相当中，充分除氧后，使用乳化机将油水两相充分乳化；反应温度50～60℃，加入引发剂，反应6～8h，然后降至室温。该水基钻井液用抗高温乳液增粘剂及其制备方法，能抗温达260℃，合成工艺简单。

Description

水基钻井液用抗高温乳液增粘剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及油田钻井技术领域中一种增粘剂，尤其是一种水基钻井液用抗高温乳液增粘剂及其制备方法。
背景技术
随着我国经济的发展，现有的中浅层油气资源以无法满足需要，严峻的能源形势使深部油气资源的开发显得更为迫切，而随着井深的增加井底温度也随之增高，井底高温会对作为循环介质的钻井液产生破坏影响，主要体现在由于钻井液处理剂发生高温降解、高温解吸附和高温去水化等变化而导致的钻井液流变性失控。因此，提高钻井液主处理剂之一的增粘剂的抗温性能是急需解决的问题之一。
目前水基钻井液常用的增粘剂主要分为天然材料及其改性产品以及高分子聚合物类产品。其中天然材料及其改性产品由于自身结构的问题通常抗温能力低于180℃；国内抗温超过200℃的高分子聚合物类产品也较少，合成时通常采用水溶液聚合法，该方法的主要特点是在去离子水中进行聚合得到液体半成品，进一步干燥并粉碎后得到粉末状成品，该工艺在后期干燥过程中聚合物的官能团会被部分破坏导致产品性能损失，制成的粉末状增粘剂在钻井液中溶解性差导致现场使用不便，而且干燥工艺还会增加能耗及尾气净化成本。
发明内容
本发明在于克服背景技术中的问题，而提供一种水基钻井液用抗高温乳液增粘剂，该水基钻井液用抗高温乳液增粘剂，抗温达260℃，合成工艺简单，采用反相乳液聚合方式合成，产品不需要干燥即可直接使用，减少了干燥设备的投入及相应干燥成本，且在现场应用过程中避免了干粉类产品不易溶解带来的使用不便，而且增粘剂中的油相和乳化剂在钻井液中还可起到一定的润滑作用。
本发明解决其问题可通过如下技术方案来达到：该水基钻井液用抗高温乳液增粘剂，其有效成分是由烯基酰胺、烯基酸、烯基烷酮和烯基磺酸反应生成的共聚物；所述的烯基磺酸：烯基酸：烯基酰胺：烯基烷酮摩尔比为1～3：1～3：1～2：0.5～1。
所述的烯基酰胺选自丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N，N-二乙基丙烯酰胺中的一种；烯基酸选自丙烯酸、甲基丙烯酸中的一种；烯基烷酮是N-乙烯基吡咯烷酮；烯基磺酸选自甲基丙磺酸、2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸中的一种。
一种水基钻井液用抗高温乳液增粘剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)水相的制备：
按摩尔比称取单体，烯基磺酸：烯基酸：烯基酰胺：烯基烷酮摩尔比为1～3：1～3：1～2：0.5～1；将烯基酸、烯基磺酸、烯基酰胺和烯基烷酮溶于去离子水中充分溶解，在充分搅拌并水浴冷却条件下用NaOH中和至中性；
(2)油相的制备：
在反应器中加入占步骤(1)中去离子水质量百分比60％的乳化用油及占乳化用油质量百分比10％的乳化剂，搅拌至充分混合；
(3)将步骤(1)制成的水相缓慢加入步骤(2)的油相当中，通氮气30min充分除氧后，使用乳化机将油水两相充分乳化；将反应温度设为在50～60℃，加入单体总质量分数0.05～0.1％的引发剂，反应6～8h，然后将温度降至室温，即得到钻井液用乳液增粘剂。
所述的乳化用油为白油、煤油、液体石蜡中的一种，乳化剂为司盘-85、OP-10、吐温-60的混合物；所述的引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾。
本发明与上述背景技术相比较可具有如下有益效果：该水基钻井液用抗高温乳液增粘剂，以乳液形式存在，在钻井液体系中溶解速度快，用量少，现场使用方便；采用乳液聚合的方式直接得到产品，避免了后期干燥过程中聚合物的官能团会被部分破坏导致产品性能损失；减少了干燥设备的投入及相应干燥成本，有利于节能环保；与现有增粘剂相比，本发明的增粘剂具有理想的抗高温能力，高温下增粘剂分子被水解、氧化的程度低，高温后粘度保留率高，并兼具降滤失和润滑的效果。且在现场应用过程中避免了干粉类产品不易溶解带来的使用不便。
具体实施方式：
下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明：
实施例1
将2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸24.78g、丙烯酸2.87g、N，N-二乙基丙烯酰胺10.14g、N-乙烯基吡咯烷酮2.21g溶解于100g去离子水中搅拌至完全溶解，用6.4gNaOH将PH值调节至中性，得到所需水相；在60g白油中加入8g司盘-85、1gOP-10、1g吐温-60搅拌至完全溶解，得到所需油相。将所得的水相缓慢加入油相中，并通氮气除氧30min，使用乳化机将油水两相充分乳化；将反应温度设为60℃，加入单体总质量分数0.1％的过硫酸铵，反应6h，然后将温度降至室温，即得到钻井液用乳液增粘剂。
实施例2
将2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸30.31g、丙烯酸3.51g、丙烯酰胺3.47g、N-乙烯基吡咯烷酮2.71g溶解于100g去离子水中搅拌至完全溶解，用5.9gNaOH将PH值调节至中性，得到所需水相；在60g白油中加入8g司盘-85、1gOP-10、1g吐温-60搅拌至完全溶解，得到所需油相；将所得的水相缓慢加入油相中，并通氮气除氧30min，使用乳化机将油水两相充分乳化；将反应温度设为60℃，加入单体总质量分数0.05％的过硫酸铵，反应6h，然后将温度降至室温，即得到钻井液用乳液增粘剂。
将实施例1和实施例2所得产品分别在基浆(4％膨润土浆)中进行性能评价。
基浆的配制：在400ml蒸馏水中加入16g膨润土、2g无水碳酸钠，高速搅拌20min，期间至少停两次，以刮下粘附在容器壁上的粘土，在常温下养护24h既制得基浆。
实验浆配制及测试：于4份基浆中按照重量/体积百分比(即按照表1中的加量，即400ml的基浆中加入1％(4g)的增粘剂)。加入实施例中制备的样品，高搅20min，第1份在常温下测量其流变性和API滤失量，第2份在常温下测量其极压润滑系数；第3、4份装入高温老化罐，在260℃温度条件下热滚老化16h，取出冷却至室温，高搅20min，第3份在常温下测其流变性、API滤失量，第4份在常温下测量极压润滑系数，结果见表1。
表1处理剂高温老化前后性能表
以第1例中润滑剂加量为2％为例，高温老化前其可将基浆的表观粘度增加333.34％，可将滤失量降低59.68％，可将极压润滑系数降低46.35％。260℃高温老化后其可将基浆的表观粘度增加191.67％，可将滤失量降低70％，可将极压润滑系数降低44.19％。说明该润滑剂分子结构稳定，高温后被水解、氧化的程度低，在经过高温破坏后仍具有良好的增粘、降滤失和润滑特性。

Claims (5)

1.一种水基钻井液用抗高温乳液增粘剂，其特征在于：其有效成分是由烯基酰胺、烯基酸、烯基烷酮和烯基磺酸反应生成的共聚物；所述的烯基磺酸：烯基酸：烯基酰胺：烯基烷酮摩尔比为1～3：1～3： 1～2： 0.5～1。
2.根据权利要求1所述的一种水基钻井液用抗高温乳液增粘剂，其特征在于：所述的烯基酰胺选自丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N，N-二乙基丙烯酰胺中的一种；烯基酸选自丙烯酸、甲基丙烯酸中的一种；烯基烷酮是N-乙烯基吡咯烷酮；烯基磺酸选自甲基丙磺酸、2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸中的一种。
3.一种权利要求1所述的一种水基钻井液用抗高温乳液增粘剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）水相的制备：
按摩尔比称取单体，烯基磺酸：烯基酸：烯基酰胺：烯基烷酮摩尔比为1～3：1～3： 1～2： 0.5～1；将烯基酸、烯基磺酸、烯基酰胺和烯基烷酮溶于去离子水中充分溶解，在充分搅拌并水浴冷却条件下用NaOH中和至中性；
（2）油相的制备：
在反应器中加入占步骤（1）中去离子水质量百分比60%的乳化用油及占乳化用油质量百分比10%的乳化剂，搅拌至充分混合；
（3）将步骤（1）制成的水相缓慢加入步骤（2）的油相当中，通氮气30min充分除氧后，使用乳化机将油水两相充分乳化；将反应温度设为在50～60℃，加入单体总质量分数0.05～0.1%的引发剂，反应6～8h，然后将温度降至室温，即得到钻井液用乳液增粘剂。
4.根据权利要求3所述的一种水基钻井液用抗高温乳液增粘剂的制备方法，其特征在于：所述的乳化用油为白油、煤油、液体石蜡中的一种，乳化剂为司盘-85、OP-10、吐温-60的混合物。
5.根据权利要求3所述的一种水基钻井液用抗高温乳液增粘剂的制备方法，其特征在于：所述的引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾。
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