CN104293325A - 钻井液用降粘剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于高密度聚合物钻井液体系的降粘剂，由以下重量份的组分反应制成：丙烯酸6～8份、磺化剂20～25份、阳离子单体10～15份、有机膦酸盐90～120份、引发剂0.1份、蒸馏水55份。本发明还提供了该降粘剂的制备方法。所述降粘剂能有效降低高密度聚合物钻井液粘度，在200℃高温下依然保持良好的降粘性能。

Description

钻井液用降粘剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及石油钻井领域，特别是涉及一种适用于高密度聚合物钻井液体系的降粘剂及其制备方法。

背景技术

在钻井过程中，由于地层中的电解质及钻屑对钻井液的污染，会引起钻井液稠化，表现为粘度增高，切力增大，难流动，工艺上会出现泵压升高或蹩泵，钻具阻力增大，易发生事故。因此降粘剂成为钻井过程中不可缺少的钻井液处理剂，它对调节钻井液流变性起着非常重要的作用。随着勘探领域向深部地层延伸，所钻地层越来越复杂，高温、高压、高含盐地层增多，必须寻求抗温、抗盐、环保的钻井液降粘剂。目前国内外新研制并投入使用的钻井液降粘剂品种繁多，有天然改性降粘剂、聚合物降粘剂、无机降粘剂等，这些降粘剂在抗温、抗粘土污染、抗盐污染、降粘性能中的一个或某几个方面有突出优势，但是大多不能同时解决高固相钻井液和聚合物钻井液的高粘度问题，不能满足复杂深井的要求。因此研制综合性能优良、能同时作用于粘土和聚合物、能有效降低高温、高固相含量情况下高密度聚合物钻井液粘度的高效降粘剂是降粘剂行业的发展趋势。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种适用于高密度聚合物钻井液体系的降粘剂，能够有效降低高温、高固相含量情况下高密度聚合物钻井液粘度。

本发明的另一目的是提供一种高密度聚合物钻井液用降粘剂的制备方法。

为此，本发明的技术方案如下：

所述降粘剂由以下重量份的组分反应制成：

所述降粘剂通过下述制备方法制成：

(1)将丙烯酸、磺化剂以及阳离子单体溶解于水中，加热至60℃后加入引发剂，升温至80～90℃后反应1h；中和产物的PH值至7～8，得到低聚物；

(2)将低聚物与有机膦酸盐混合制得产品。

其中,磺化剂为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，阳离子单体为二甲基二烯丙基氯化铵，引发剂为过硫酸铵，有机膦酸盐为氨基三甲叉膦酸钠。

本发明采用丙烯酸、磺化剂、阳离子单体共聚，合成了抗温抗盐能力强的低聚降粘剂，再通过与抗高温有机膦酸盐降粘剂复配得产品。其中引入磺化剂能增强产品的抗温能力和抗盐能力，引入阳离子能增强产品与粘土的相互作用，形成的低聚物能有效减弱高聚物与高聚物、高聚物与粘土之间的结构，有机膦酸盐能与钙离子络合，抗钙及抗粘土分散作用强。低聚物与有机膦酸盐共同作用能有效解决高温、高固相含量、高矿化度情况下的高密度聚合物体系流型调节问题。

通过本发明技术方案获得的降粘剂产品与现有降粘剂相比具有以下优点：能够有效降低高密度聚合物钻井液粘度，体现在：1)该产品既能有效减弱高聚物与高聚物、高聚物与粘土之间的相互作用，又能作用于固相粒子之间，影响其形成的结构，达到降低高密度聚合物钻井液粘度的目的；2)该产品具有较强的抗高温能力，在200℃下依然保持良好的降粘性能；3)，该产品采用水溶液聚合法生产制备，产物直接以聚合物溶液形式存在，不需要分离干燥、溶剂回收等工序，生产工艺简单易行。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的降粘剂及其制备方法进行详细说明。

实施例1

将0.1份过硫酸铵溶解于5份水中制成引发剂溶液备用；将6份丙烯酸、23份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸以及15份二甲基二烯丙基氯化铵溶解于50份水中，于反应釜中加热至60℃后滴加过硫酸铵溶液，滴加结束后将反应釜升温至90℃后反应1h，之后用NaOH调节PH值至7，得到低聚物；最后，将低聚物与100份氨基三甲叉膦酸钠均匀混合，得到外观为浅黄色的微粘性液体，即为本发明技术方案所述的降粘剂。

实施例2

将8份丙烯酸、20份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸以及13份二甲基二烯丙基氯化铵溶解于50份蒸馏水中，于反应釜加热至60℃后滴加引发剂溶液(由0.1份过硫酸铵溶解于5份水中制成)，之后将反应釜升温至85℃后反应1h，用NaOH调节PH值至7，得到低聚物；最后，将低聚物与90份氨基三甲叉膦酸钠均匀混合，即得到降粘剂。

实施例3

将7份丙烯酸、25份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸以及10份二甲基二烯丙基氯化铵溶解于50份蒸馏水中，于反应釜加热至60℃后滴加引发剂溶液(由0.1份过硫酸铵溶解于5份水中制成)，之后将反应釜升温至80℃后反应1h，用NaOH调节PH值至8，得到低聚物；最后，将低聚物与120份氨基三甲叉膦酸钠均匀混合，即得到降粘剂。

性能测试

(1)降粘能力及抗温能力评价：

在1L水中加入3.5g碳酸钠和70g膨润土，高速搅拌20min，室温下放置养护24h，加入0.1％两性离子聚合物FA367，高速搅拌20min，加入重晶石至密度为1.8g/cm³，搅拌10min，放置养护24h，即得高密度聚合物钻井液基浆。在基浆中加入0.5％降粘剂产品，测试降粘率D₁。将加入降粘剂产品的浆在200℃高温的滚子炉中滚动16小时后，冷却至室温，高速搅拌20min后，测试降粘率D₂。

降粘率D的计算方法如下：

$D_1=\frac{{\left(\mathrm{\φ}100\right)}_0-{\left(\mathrm{\φ}100\right)}_1}{{\left(\mathrm{\φ}100\right)}_0}\×100\%$

$D_2=\frac{{\left(\mathrm{\φ}100\right)}_0-{\left(\mathrm{\φ}100\right)}_2}{{\left(\mathrm{\φ}100\right)}_0}\×100\%$

式中：(φ100)₀为基浆在100转/分钟搅拌下，用六速旋转粘度计测得的读数，同样地，(φ100)₁为基浆中加入降粘剂后在100转/分钟搅拌下的粘度计读数，(φ100)₂为基浆加入降粘剂高温滚动后在100转/分钟搅拌下的粘度计读数。该降粘率的计算方法参考《中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T 5243-91水基钻井液用降粘剂评价程序》。

测试结果如表1。

表1降粘剂加入高密度聚合物钻井液基浆前后的粘度测试结果

注：φ600、φ300、φ200、φ100、φ6、φ3分别为六速旋转粘度计600转/分钟、300转/分钟、200转/分钟、100转/分钟、6转/分钟、3转/分钟下的读数；初/终为600转/分钟下旋转10秒再静止10秒后3转/分钟下的读数与600转/分钟下旋转10秒再静止10分钟后3转/分钟下的读数之比

由测试结果可得：高温前及高温后降粘率均超过85％，证明该降粘剂产品对高密度聚合物钻井液有很强的降粘作用，尤其是经200℃高温热滚16小时处理后依然具有优异的降粘性能。

(2)抗钙能力评价：

在含0.5％降粘剂的高密度聚合物钻井液中依次加入不同量的CaCl₂，测试钻井液流变性。测试结果如表2。

表2降粘剂抗钙能力测试结果

CaCl2加量g/L	φ600	φ300	φ200	φ100	φ6	φ3	初/终
								0	43	26	17	9	1	0	0/0.5
0.1	48	30	21	12	4.5	4	2/3.5
								0.3	48	30	21	12	4	3.5	2/4
0.5	51	32	23	13	4	4	2/3.5
								0.7	51	32	23	14	4	4	2/3.5
0.9	54	34	25	14	4	4	2/4.5

1.1	58	39	30	18	12	12	6/7.5
								1.3	115	89	70	52	34	34	--

如表2所示，当CaCl₂加量达到1.1g/L时，钻井液流变性依然较好；当CaCl₂加量达到1.3g/L时，钻井液流动性显著降低，外观呈浆糊状。因此该产品的钙容纳量为1.1g/L，体现出良好的抗钙能力。

Claims (10)

1.一种钻井液用降粘剂，其特征在于：由以下重量份的组分制成：

2.根据权利要求1所述的降粘剂，其特征在于：所述磺化剂为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸。

3.根据权利要求1所述的降粘剂，其特征在于：所述阳离子单体为二甲基二烯丙基氯化铵。

4.根据权利要求1所述的降粘剂，其特征在于：所述有机膦酸盐为氨基三甲叉膦酸钠。

5.根据权利要求1所述的降粘剂，其特征在于：所述引发剂为过硫酸铵。

6.一种权利要求1所述钻井液用降粘剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将所述丙烯酸、磺化剂以及阳离子单体溶解于水中，加热至60℃后加入所述引发剂；升温至80～90℃后继续反应1小时；调节反应溶液的PH值至7～8，得到低聚物；

(2)将上一步骤获得的低聚物与所述有机膦酸盐混合，制得所述钻井液用降粘剂。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述磺化剂为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述阳离子单体为二甲基二烯丙基氯化铵。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述有机膦酸盐为氨基三甲叉膦酸钠。

10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述引发剂为过硫酸铵。