CN104311730B - 一种钻井液用增黏剂及其制备方法 - Google Patents

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本发明涉及一种钻井液用增黏剂及其制备方法，属于油田钻井液用处理剂合成技术领域，由丙烯酰胺、含磺酸基单体A、吡咯烷酮类单体B按质量比10：（3~5）：（0.7~1.5）的比例混合后，调节溶液pH值，加入交联剂C、分子量调节剂D、引发剂，经共聚交联得网状聚合物。本发明简便可行，反应时间短。所得增黏剂具有良好的抗盐能力，抗温达135℃，在钻井液中使用具有良好的提黏切、降低滤失量的效果，能显著改善钻井液高温条件下的携岩能力，效果明显优于现场常用的增黏剂。可广泛应用于淡水钻井液和饱和盐水钻井液，具有较好的应用前景。

Description

一种钻井液用增黏剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种钻井液用增黏剂及其制备方法，属于油田钻井液用处理剂合成技术领域。
技术背景
近年来，随着油气勘探开发的不断深入，钻遇地层日趋复杂，如高温、高含盐、盐膏层、易水敏地层等，为了保证钻井作业的安全顺利进行，要求钻井液具有良好的抗盐和抗温、携岩及稳定井壁等性能，这就需要一些抗高温、抗盐性能良好的钻井液用处理剂，来满足配制高性能钻井液的要求，其中，钻井液增黏剂是钻井液用处理剂中重要的一类。在高温高盐条件下，钻井液中的增黏剂会发生降解、失效等变化，从而使钻井液的性能发生改变，携岩能力变差，并且不易调整和控制。这种情况下，易导致压差卡钻、井漏、井壁失稳等井下复杂情况的发生，无法保证钻井作业的安全高效，增加钻井综合成本。因此，需要开发能在高温高盐环境下提高钻井液黏度和切力的处理剂，改善钻井液的流变性和悬浮稳定性，以满足钻井液携岩的需要。
现有技术中，用来改善钻井液流变性和悬浮稳定性的主要是增黏剂，可以明显提高钻井液的黏度，但对切力提高不明显，尤其是在盐水钻井液中；耐温一般为120℃，超过后增黏效果迅速下降，甚至完全失效，比如生物聚合物黄原胶、80A51等。
专利201010593450.8公开了一种钻井液抗高温增黏剂及其制备方法，各组成成分的质量比为：淀粉：瓜儿胶：碱性氢氧化物：环氧化物：醇类溶剂＝1：0.05～5：0.01～2：0.02～6：0～9，在制备过程中需要加入大量有机溶剂，对环境带来不利影响；专利201110184384.3公开了一种钻井液用增黏剂的制备方法，使用原料为丙烯酰胺、水、引发剂、氢氧化钠、甲醛、亚硫酸氢钠、乙醇，但在制备过程中需要用乙醇沉淀分离反应物、真空干燥，生产工艺繁琐；专利201010172382.8公开了一种钻井液用抗高温抗盐增黏剂的制备方法，其主要成分为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺和丙烯酸共聚物，在温度为180℃、30％以上盐水浆中，岩屑滚动回收率超过90％，但没有提及增黏效果及岩屑的清水回收率。专利201310061721.9公开了一种钻井液增黏剂及其制备方法，是由非离子型、阴离子型水溶性单体和阳离子型疏水单体进行聚合而成，在260℃条件下具有良好的增黏性能，但高温老化后钻井液切力较低，没有提及抗盐性能。
发明内容
本发明的目的在于实现高温高盐条件下对钻井液的黏度和切力、以及携岩能力的提高，有效改善复杂地层钻井过程中钻井液的流变性和沉降稳定性，而提供一种钻井液用增黏剂。
本发明的另一个目的在于提供上述钻井液用增黏剂的制备方法。
本发明通过以下技术方案加以实现：
钻井液用增黏剂，结构通式为：
其中，X＝14，Y＝1～3，Z＝0.5～1.4；R1为-CONHC(CH3)2CH2SO3H或-COO(CH2)4SO3H；R2为R3为-NHCH2NH-或-O(CH2)2O。
一种钻井液用增黏剂的制备方法，由丙烯酰胺、含磺酸基单体A、吡咯烷酮类单体B按质量比10：(3～5)：(0.7～1.5)的比例混合后，调节溶液pH值，加入交联剂C、分子量调节剂D、引发剂，经共聚交联得网状聚合物，包括以下步骤：
(1)将10质量份的丙烯酰胺、3～5质量份含磺酸基单体A、0.7～1.5质量份的吡咯烷酮类单体B溶于清水中，用氢氧化钠调节pH值为6～8；
(2)将占步骤(1)所述的丙烯酰胺、含磺酸基单体A和吡咯烷酮类单体B总质量的0.05％～0.1％的交联剂C溶解于清水中；
(3)将占步骤(1)所述的丙烯酰胺、含磺酸基单体A和吡咯烷酮类单体B总质量的0.1％～0.5％的分子量调节剂D溶解于清水中后，与步骤(1)和步骤(2)所得的溶液一起加入反应容器中，升温至25～40℃；
(4)将占步骤(1)所述的丙烯酰胺、含磺酸基单体A和吡咯烷酮类单体B总质量的0.5％～1.0％的过硫酸铵和亚硫酸氢钠分别溶解于清水，得到引发剂溶液；
(5)将步骤(4)所得的引发剂溶液依次加入步骤(3)的反应容器中，聚合反应时间为5～30分钟，得到固相含量为50％～70％的增黏剂产品，将产物烘干、粉碎即得到钻井液用增黏剂。
所述的含磺酸基单体A是A12-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸或A22-丙烯酰氧丁基磺酸中的一种。
所述的吡咯烷酮类单体B为B1N-乙烯基吡咯烷酮或B2N-乙烯基己内酰胺中的一种。
所述的交联剂C为C1N、N-亚甲基双丙烯酰胺或C2二甲基丙烯酸乙二醇酯中的一种。
所述的分子量调节剂D是D1异丙醇、D2硫酸铜、D3氯化铁、D4十二烷基硫醇或D5亚磷酸钠中的一种。
所述的引发剂为过硫酸铵和亚硫酸氢钠，比例为2：1。
本发明的有益效果：
本发明制备方法简便可行，反应时间短，所得钻井液用增黏剂抗温达135℃，具有良好的提黏切、降低滤失效果，能显著改善钻井液高温老化后的携岩能力，效果明显优于现场常用的增黏剂。可广泛应用于淡水钻井液和饱和盐水钻井液，具有较好的应用前景。
附图说明
图1为实施例1的增黏剂红外光谱图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步的描述：
实施例1：
(1)将100g丙烯酰胺、30gA12-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和10g B1N-乙烯基吡咯烷酮溶于120g清水中，用氢氧化钠调节pH值为7；
(2)将0.14g C1N、N-亚甲基双丙烯酰胺溶于5g清水中；
(3)将0.14g D1异丙醇溶于5g清水中，与步骤(1)和步骤(2)所得的溶液一起加入反应容器中，升温至30℃；
(4)将0.93g过硫酸铵和0.47g亚硫酸氢钠分别溶于5g清水；
(5)将步骤(4)所得的引发剂溶液依次加入步骤(3)的反应容器中，聚合反应30分钟，得到固相含量为50％的增黏剂产品，将产物烘干、粉碎即得到钻井液用增黏剂APN-1，其结构式为：
将实施例1反应得到的增黏剂产品纯化，用红外光谱仪进行检测，见附图1，图中3436cm-1是胺基(-NH2)伸缩振动吸收峰，1666cm-1是羰基(-C＝O)伸缩振动吸收峰，1184cm-1和1039cm-1为磺酸基(-SO3)伸缩振动吸收峰。
实施例2～6制备步骤与实施例1相同，得增黏剂APN-2～增黏剂APN-6，丙烯酰胺质量均为100g，反应物质及反应条件如表1所示：
表1增黏剂APN-2～增黏剂APN-6反应物质及条件表
对实施例2制得的增黏剂APN-2进行性能评价：
1、增黏剂APN-2在淡水钻井液中的效果
淡水钻井液配制方法：取400mL清水，在高速搅拌条件下加入16g钠膨润土、0.8g碳酸钠，搅拌20分钟，室温养护24小时。将增黏剂APN-2按质量百分比加入淡水钻井液中，135℃高温老化16小时后，用六速旋转黏度计测定钻井液流变性，用中压失水仪测定钻井液的中压滤失量，结果如表2所示：
表2增黏剂APN-2在淡水钻井液中的性能
由表2可知，在淡水钻井液中加入增黏剂APN-2，钻井液经高温老化后的黏度和切力得到明显提高，中压滤失量降低。0.4％加量时动切力由未添加增黏剂APN-2时的2.0Pa提高至8.0Pa，初切力和终切力由1.0/1.5(Pa/Pa)提高至1.5/7.0(Pa/Pa)；中压滤失量降低率为60.9％。
2、增黏剂APN-2在饱和盐水钻井液中的效果
饱和盐水钻井液配制方法：取400mL清水，在高速搅拌条件下加入16g钠膨润土、0.8g碳酸钠，搅拌20分钟，室温养护24小时；在搅拌条件下加入140g氯化钠，2g NaOH，充分溶解。将增黏剂APN-2按质量百分比加入饱和盐水钻井液中，135℃高温老化16小时后，测定钻井液流变性和中压滤失量，结果如表3所示。
表3增黏剂APN-2在饱和盐水钻井液中的性能
由表3可知，在饱和盐水钻井液中加入增黏剂APN-2，钻井液经高温老化后的黏度和切力得到明显提高，中压滤失量降低。1.0％加量时动切力由未添加增黏剂APN-2时的2.0Pa提高至17.0Pa，初切力和终切力由1.5/2.0(Pa/Pa)提至2.5/4.5(Pa/Pa)；中压滤失量降低率为96.3％。
3、与现场常用增黏剂效果对比
取现场常用的增黏剂和增黏剂APN-2，按质量百分比0.3％加入淡水钻井液中，120℃高温老化16小时后，测定钻井液流变性和中压滤失量，结果如表4所示。
表4不同增黏剂效果对比
注：表4中XC为黄原胶、HV-PAC为高黏聚阴离子纤维素、HEC为羟乙基纤维素、HV-CMC为高黏羧甲基纤维素、80A51为丙烯酰胺与丙烯酸共聚物；表1～4中AV为表观黏度、PV为塑性黏度、YP为动切力，G为钻井液10秒及10分钟的静切力，FL为中压滤失量。
由表4可知，在现场常用的增黏剂中，黄原胶XC具有良好的提黏切及降低滤失量的能力，当加量为0.3％时，动塑比可达0.42，中压滤失量为11.2mL；增黏剂APN-2加量为0.3％时，钻井液的动塑比为0.47，中压滤失量为7.6mL，中压滤失量降低率达62.0％。与现场常用的增黏剂相比，增黏剂APN-2显著提高了钻井液的切力、降低了中压滤失量。

Claims (7)

1.钻井液用增黏剂，其特征在于：钻井液用增黏剂是由丙烯酰胺、含磺酸基单体A、吡咯烷酮类单体B或N-乙烯基己内酰胺按质量比10：(3～5)：(0.7～1.5)的比例混合后，调节溶液pH值，加入交联剂C、分子量调节剂D、引发剂，经共聚交联得网状聚合物，结构通式为：
其中，X＝14，Y＝1～3，Z＝0.5～1.4；R1为-CONHC(CH3)2CH2SO3H或-COO(CH2)4SO3H；R2为R3为-NHCH2NH-或-O(CH2)2O-。
2.根据权利要求1所述的钻井液用增黏剂，其特征是：所述含磺酸基单体A是A1为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸或A2为2-丙烯酰氧丁基磺酸中的一种。
3.根据权利要求1所述的钻井液用增黏剂，其特征是：所述吡咯烷酮类单体B为B1N-乙烯基吡咯烷酮。
4.根据权利要求1所述的钻井液用增黏剂，其特征是：所述交联剂C为C1N、N-亚甲基双丙烯酰胺或C2二甲基丙烯酸乙二醇酯中的一种。
5.根据权利要求1所述的钻井液用增黏剂，其特征是：所述分子量调节剂D是D1异丙醇、D2硫酸铜、D3氯化铁、D4十二烷基硫醇或D5亚磷酸钠中的一种。
6.根据权利要求1所述的钻井液用增黏剂，其特征是：所述引发剂为过硫酸铵和亚硫酸氢钠，比例为2：1。
7.一种如权利要求1所述的钻井液用增黏剂的制备方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)将10质量份的丙烯酰胺、3～5质量份含磺酸基单体A、0.7～1.5质量份的吡咯烷酮类单体B或N-乙烯基己内酰胺溶于清水中，用氢氧化钠调节pH值为6～8；
(2)将占步骤(1)所述的丙烯酰胺、含磺酸基单体A和吡咯烷酮类单体B或N-乙烯基己内酰胺总质量的0.05％～0.1％的交联剂C溶解于清水中；
(3)将占步骤(1)所述的丙烯酰胺、含磺酸基单体A和吡咯烷酮类单体B或N-乙烯基己内酰胺总质量的0.1％～0.5％的分子量调节剂D溶解于清水中后，与步骤(1)和步骤(2)所得的溶液一起加入反应容器中，升温至25～40℃；
(4)将占步骤(1)所述的丙烯酰胺、含磺酸基单体A和吡咯烷酮类单体B或N-乙烯基己内酰胺总质量的0.5％～1.0％的过硫酸铵和亚硫酸氢钠分别溶解于清水，得到引发剂溶液；
(5)将步骤(4)所得的引发剂溶液依次加入步骤(3)的反应容器中，聚合反应时间为5～30分钟，得到固相含量为50％～70％的增黏剂产品，将产物烘干、粉碎即得到钻井液用增黏剂。
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