CN104312549B - 一种水基钻井液用抗高浓度CaCl2增粘剂及其制备方法 - Google Patents

一种水基钻井液用抗高浓度CaCl2增粘剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种水基钻井液用抗高浓度CaCl2增粘剂及其制备方法，属油田化学技术领域。其结构通式为：式中：M为可聚合高分子；N为可聚合单体。本发明增粘剂可以在120℃、CaCl2浓度为25％的水溶液中保持良好的增粘性能，能够解决CaCl2水基钻井液粘度控制能力差的问题。同时本发明原料、溶剂安全环保、制备工艺经济简单，易于工业化。

Description

一种水基钻井液用抗高浓度CaCl2增粘剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种水基钻井液用抗高浓度CaCl2增粘剂及其制备方法，属油田化学技术领域。
背景技术
高浓度CaCl2水基钻井液(CaCl2浓度可达到15％)既有利于对油气层保护，又可以提供良好的井壁稳定性，该体系在胜利油田、中原油田、长城公司钻井液分公司得到广泛应用；国外Baroid钻井液公司和雪佛龙特殊化学品公司应用CaCl2/聚合物钻井体系很好的解决了井壁稳定的问题。
高浓度CaCl2条件下，膨润土因水化率低而失去提粘切作用，同时广泛使用的钻井液增粘剂如羧甲基纤维素、聚丙烯酸钾、80A51、PAC-141及FA-367等，由于Ca2+离子对其发生强烈的去水化作用而失效。CN1240795A、CN102372818A及CN102464761A 公开的抗温抗盐聚合物增粘剂，主要是通过丙烯酰胺类聚合物中引入磺化基团或疏水基团而得，抗Ca2+离子不超过1％，抗温也低于100℃。专利申请20132051785.0一种油田用水溶性聚合物增粘剂是在120℃、浓度为15％的CaCl2水溶液中保持良好增粘效果，但难以在更高CaCl2浓度条件下实现对水基钻井液的增粘作用。
发明内容
本发明的目的是针对高浓度CaCl2条件下水基钻井液粘度控制能力不足的问题，提供一种水基钻井液用抗高浓度CaCl2增粘剂，同时提供了该水基钻井液用抗高浓度CaCl2增粘剂的制备方法。
一种水基钻井液用抗高浓度CaCl2增粘剂，其结构通式为：
式中：x+y+z的取值范围为2000～2600；a+b+c的取值范围为2000～2600； M为可聚合高分子；N为可聚合单体。
水基钻井液用抗高浓度CaCl2增粘剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将质量比为1：20～25的聚乙烯醇：去离子水的原料投入到反应器中，在温度为70～90℃条件下搅拌溶解1～3h，得到无色透明的聚乙烯醇水溶液；
(2)向步骤(1)所得的聚乙烯醇水溶液中通氮气除氧15～35min，于70～90℃温度下加入引发剂，引发剂用量为聚乙烯醇水溶液质量的0.05～0.2％，保温搅拌5～15min，得到无色或淡黄色水溶液；
(3)配制可聚合高分子M与可聚合单体N的混合物A，其中可聚合高分子M与可聚合单体N质量比为1：2～3；聚乙烯醇与混合物A的质量比为1：2～3；
(4)保温70～90℃，向步骤(2)所得溶液中加入混合物A，继续搅拌均匀后，静止反应2～5h后得到胶状物B；
(5)将步骤(4)所得胶状物经50～70℃下鼓风干燥、粉碎后，即得水基钻井液用抗高浓度CaCl2增粘剂。
所述的聚乙烯醇，其牌号为2099、2399、2488、2499或2699中的一种。
所述的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾或硝酸铈铵，
所述的引发剂也可以是过硫酸钾-亚硫酸氢钾或过硫酸铵-亚硫酸氢钠。
所述的可聚合高分子M为黄原胶、瓜尔胶、羟乙基纤维素或羟丙基纤维素中的一种或混合物。
所述的可聚合单体N为丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N，N-二乙基丙烯酰胺、异丙基丙烯酰胺或异丁基丙烯酰胺中的一种或混合物。
本发明的有益效果是：以水为反应溶剂，原料安全环保、工艺条件温和，所得本发明产品在120℃、25％CaCl2水溶液中热滚老化16h后保持良好的增粘性能，可有效改善高浓度CaCl2水基钻井液的流型。
具体实施方式
实施例1
在装有温度计、搅拌器的反应釜中加入5.0g聚乙烯醇2099和100ml去离子水， 70℃下搅拌溶解3h，得到无色透明的聚乙烯醇水溶液；保持反应釜内温度，氮气置换及搅拌条件下将0.08g过硫酸铵加入到聚乙烯醇水溶液中保温反应5min；将8.0g黄原胶和16.0g丙烯酰胺混合物缓慢加入到溶液中，继续保温反应2h，得到淡黄色胶状物。经真空干燥、粉碎后即得本发明的增粘剂。在浓度为25％的氯化钙水溶液中添加2％的增粘剂，经120℃老化16h后，采用ZNN-D6型六速旋转黏度计在室温条件下其测试表观粘度为38mPa﹒s。
实施例2～7的实验和测试步骤与实施例1相同，具体实验条件及测试结果如下表1所示。
市售增粘剂产品的测试步骤与实施例1相同，具体测试结果如下表2所示。
表1 实施例2～7的实验条件及测试结果
表2 市售产品增粘性能测试结果
实验编号 增粘剂样品 分子量/(万)* 表观粘度/mPa.s
1 市售HPAM 》2500 10.5
2 市售聚丙烯酸钾 》500 10.0
3 市售80A51 》300 8.5
4 市售FA367 》200 7.0
注：*所示是按照GBT12005.10-92聚丙烯酰胺分子量测得(粘度法)测定特性粘数，并按照 [η]＝3.73×10-4Mw0.66计算分子量。
CaCl2无土相钻井液的配制：高速搅拌条件下，在400ml清水中加入1.6g黄原胶，4g按实施例1合成增粘剂，6g淀粉CMS，8g超细钙，0.8g烧碱，6gPAC-LV，100gCaCl2。经120℃滚动老化16h后，室温条件下采用ZNND6型旋转黏度计测定钻井液的流变性，用ZNS型中压失水仪分别测定钻井液的流变性能和API滤失量。结果见表3：
表3 增粘剂在CaCl2无土相钻井液性能
注：AV：表观粘度，PV：塑性粘度，YP：动切力，YP/PV：动塑比，Gel：静切力，FLAPI：低温低压滤失量。
综上所述，本发明工艺流程简单、反应条件温和，在浓度为25％的CaCl2水溶液中表现出良好增粘性能，本发明用于钻井液技术领域，可有效改善高浓度CaCl2水基钻井液的流型。

Claims (4)

1.一种水基钻井液用抗高浓度CaCl2增粘剂的制备方法，其特征在于：
包括以下步骤：
（1）将质量比为1：20～25的聚乙烯醇：去离子水的原料投入到反应器中，在温度为70～90℃条件下搅拌溶解1～3 h，得到无色透明的聚乙烯醇水溶液；
（2）向步骤（1）所得的聚乙烯醇水溶液中通氮气除氧15~35 min，于70～90 ℃温度下加入引发剂，引发剂用量为聚乙烯醇水溶液质量的0.05~0.2%，保温搅拌5~15 min，得到无色或淡黄色水溶液；
（3）配制可聚合高分子M与可聚合单体N的混合物A，其中可聚合高分子M与可聚合单体N质量比为1：2~3；聚乙烯醇与混合物A的质量比为1：2~3；
（4）保温70～90 ℃，向步骤（2）所得溶液中加入混合物A，继续搅拌均匀后，静止反应2～5 h后得到胶状物B；
（5）将步骤（4）所得胶状物经50~70 ℃下鼓风干燥、粉碎后，即得水基钻井液用抗高浓度CaCl2增粘剂；
所述的可聚合高分子M为黄原胶、瓜尔胶、羟乙基纤维素或羟丙基纤维素中的一种或混合物；所述的可聚合单体N为丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N，N-二乙基丙烯酰胺、异丙基丙烯酰胺或异丁基丙烯酰胺中的一种或混合物。
2.如权利要求1所述的一种水基钻井液用抗高浓度CaCl2增粘剂的制备方法，其特征在于：所述的聚乙烯醇牌号为2099、2399、2488、2499或2699中的一种。
3.如权利要求1所述的一种水基钻井液用抗高浓度CaCl2增粘剂的制备方法，其特征在于：所述的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾或硝酸铈铵。
4.如权利要求1所述的一种水基钻井液用抗高浓度CaCl2增粘剂的制备方法，其特征在于：所述的引发剂也可以是过硫酸钾-亚硫酸氢钾或过硫酸铵-亚硫酸氢钠。
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