CN104312550A - 一种阴离子型微泡钻井液用表面活性剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种阴离子型微泡钻井液用表面活性剂及其制备方法，由长链乙烯基单体A、含羧基单体B和含磺酸基单体C按质量比10：1~10：1~10的比例混合后，加入相对分子质量调节剂，经自由基共聚而得到，其平均相对分子质量在1000~10000之间，本发明简便可行，所得表面活性剂发泡性能好，泡沫稳定性强，能够保证微泡钻井液在井底高压下具有较低的循环密度，有利于减少井下复杂。

Description

一种阴离子型微泡钻井液用表面活性剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种阴离子型微泡钻井液用表面活性剂及其制备方法，具体涉及低压易漏地层钻井过程中使用的微泡钻井液用表面活性剂，属于油田钻井液用处理剂合成技术领域。
技术背景
微泡钻井液是近年来开发出的一种新型低密度钻井液，国外称为Aphron钻井液，它通过物理搅拌产生均匀的泡沫，这些泡沫具有“聚能”作用，表现出一定的刚性，不仅实现了钻井液在井底高压条件下的低密度而且流变性好，不影响泵上水及MWD等井下工具的使用，同时能有效防止低压破碎、高渗透率砂岩及裂缝性漏失地层漏失、保护油气层、降低钻井成本，特别适用于低压枯竭油气层、破碎和裂隙发育地层及高原、沙漠等干早缺水地区。
微泡钻井液的配制主要是通过剧烈搅拌等方式，将空气裹进钻井液中，由于表面活性剂的存在，显著降低了气-液之间的界面张力，最终形成了具有良好稳定性、直径在25～200μm之间的微泡。在ZL200910157353.1中公开了一种微泡钻井液，其表面活性剂采用十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠的混合物；在ZL200710113558.0中公开了一种抗高温可循环微泡沫钻井液或完井液，其表面活性剂采用脂肪醇甘油基醚磺酸盐AGES、聚合醇、椰子油酰胺磺基琥珀酸单酯钠盐F873。这两种微泡钻井液采用的都是普通线性结构的表面活性剂，对微泡内空气密封性差，在井底高压条件下空气容易发生渗漏，很难保证钻井液在井底的低密度，影响钻井施工安全。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有梳状结构的阴离子型微泡钻井液用表面活性剂，发泡性能好，对微泡中空气核密封作用强，能够保证微泡钻井液在井底高压下具有较低的循环密度，有利于减少井下复杂。
本发明通过以下技术方案加以实现：
一种阴离子型微泡钻井液用表面活性剂，含有以下结构通式：
其中R1＝H、CH3或COONa；R2＝COONa或CH2COONa；R3＝CONHC(CH3)2CH2SO3Na、CH2SO3Na或COOCH(CH2CH3)CH2SO3Na；n为7、9、11、13或15；x：y：z物质的量比为(2～5)：(1～20)：(0.5～8)之间的一个比值，其平均相对分子质量在1000～10000之间。
一种阴离子型微泡钻井液用表面活性剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将10质量份长链乙烯基单体A溶解于清水待用；
(2)将1～10质量份含羧基单体B和1～10质量份含磺酸基单体C溶解于清水待用；
(3)将占步骤(1)和步骤(2)所述的长链乙烯基单体A、含羧基单体B和含磺酸基单体C总质量0.5％～5％的过硫酸铵溶解于清水待用；
(4)将占步骤(1)和步骤(2)所述的长链乙烯基单体A、含羧基单体B和含磺酸基单体C总质量0.1％～2％的相对分子质量调节剂溶解于清水后，与步骤(1)所得的溶液一起加入反应容器中，升温至40℃～60℃；
(5)将步骤(2)所得的混合反应单体溶液和步骤(3)所得的过硫酸铵溶液一起加入步骤(4)的反应容器中，将反应体系升温至90℃～100℃反应1h～2h，得到固相含量10％～50％的表面活性剂产品，反应结束后体系pH值中和至8～9，经烘干、粉碎后即得到微泡钻井液用表面活性剂。
所述长链乙烯基单体A是2-丙烯酰胺基癸烷磺酸、2-丙烯酰胺基十二烷磺酸、2-丙烯酰胺基十四烷磺酸、2-丙烯酰胺基十六烷磺酸或2-丙烯酰胺基十八烷磺酸中的一种。
所述含羧基单体B是丙烯酸、甲基丙烯酸或衣康酸中的一种。
所述含磺酸基单体C是2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、烯丙基磺酸钠或2-丙烯酰氧丁基磺酸中的一种。
上述相对分子质量调节剂是对苯二酚、巯基乙酸、异丙醇、硫酸铜、氯化铁、十二烷基硫醇或亚磷酸钠的其中之一。
本发明所得表面活性剂发泡能力强，并且与一般表面活性剂相比，是一种高分子共聚物，形成的泡沫稳定性更好，抗压缩能力更强，能够保证微泡钻井液在井底高压下具有较低的循环密度。
具体实施方式
实施例1：
将5g丙烯酸和25g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶解于100g清水，得到混合反应单体溶液，待用，将0.4g过硫酸铵溶解于70g清水待用，将50g 2-丙烯酰胺基十二烷磺酸和0.8g对苯二酚溶解于150g清水并升温至50℃，然后将混合反应单体溶液和过硫酸铵溶液一起加入反应体系中，然后将体系升温至90℃反应1h，得到固相含量20％的表面活性剂产品，反应结束后用氢氧化钠中和体系至pH值为8，经烘干、粉碎后得到平均分子量为7000的微泡钻井液用表面活性剂，其结构式为：
x：y：z物质的量比为3.1：1.4：2.4。
实施例2：
将10g甲基丙烯酸和50g烯丙基磺酸钠溶解于120g清水，得到混合反应单体溶液，待用，将0.55g过硫酸铵溶解于60g清水待用，将50g 2-丙烯酰胺基癸烷磺酸和0.11g异丙醇溶解于150g清水并升温至40℃，然后将混合反应单体溶液和过硫酸铵溶液一起加入反应体系中，然后将体系升温至100℃反应2h，得到固相含量25％的表面活性剂产品，反应结束后用氢氧化钠中和体系至pH值为8，经烘干、粉碎后得到平均分子量为10000的微泡钻井液用表面活性剂，其结构式为：
x：y：z物质的量比为3.4：2.3：6.9。
实施例3：
将50g衣康酸和30g 2-丙烯酰氧丁基磺酸溶解于60g清水，得到混合反应单体溶液，待用，将1.3g过硫酸铵溶解于10g清水待用，将50g 2-丙烯酰胺基十四烷磺酸和2.6g硫酸铜溶解于60g清水并升温至60℃，然后将混合反应单体溶液和过硫酸铵溶液一起加入反应体系中，然后将体系升温至95℃反应1.5h，得到固相含量50％的表面活性剂产品，反应结束后用氢氧化钠中和体系至pH值为8.5，经烘干、粉碎后得到平均分子量为1000的微泡钻井液用表面活性剂，其结构式为：
x：y：z物质的量比为2.9：7.7：2.9。
实施例4～7步骤与实施例1相同，反应物质及其用量如表1所示：
表1 反应物质及用量表
将实施例1～7中合成的阴离子型表面活性剂进行性能评价。
(1)起泡能力及泡沫稳定性
在100mL水中加入1.0g表面活性剂，然后在高搅机10000r/min转速下，高速搅拌5min，将泡沫浆倒入量筒中，记录泡沫的体积，并记录泡沫体系析出50mL发泡基液所用的时间作为泡沫半衰期。
表2 表面活性剂性能评价
(2)在钻井液中的性能
将实施例4中表面活性剂加入钻井液中配制微泡钻井液，经120℃高温老化16h后，用六速旋转粘度计测定微泡钻井液性能，结果如表3所示。
表3 微泡钻井液性能
钻井液配方：5％膨润土浆+0.4％表面活性剂+0.5％黄原胶+1％羧甲基纤维素钠+0.05％十二醇。
从表3可知，阴离子型聚合物表面活性剂与现有表面活性剂相比泡沫稳定性明显增强，经120℃老化16h后，微泡钻井液老化前后钻井液密度仅相差0.03g/cm3表现出良好的抗温性能。

Claims (6)

1.一种阴离子型微泡钻井液用表面活性剂，其特征在于：含有以下结构通式：
其中R1＝H、CH3或COONa；R2＝COONa或CH2COONa；R3＝CONHC(CH3)2CH2SO3Na、CH2SO3Na或COOCH(CH2CH3)CH2SO3Na；n为7、9、11、13或15；x：y：z物质的量比为(2～5)：(1～20)：(0.5～8)之间的一个比值，其平均相对分子质量在1000～10000之间。
2.一种阴离子型微泡钻井液用表面活性剂的制备方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)将10质量份长链乙烯基单体A溶解于清水待用；
(2)将1～10质量份含羧基单体B和1～10质量份含磺酸基单体C溶解于清水待用；
(3)将占步骤(1)和步骤(2)所述的长链乙烯基单体A、含羧基单体B和含磺酸基单体C总质量0.5％～5％的过硫酸铵溶解于清水待用；
(4)将占步骤(1)和步骤(2)所述的长链乙烯基单体A、含羧基单体B和含磺酸基单体C总质量0.1％～2％的相对分子质量调节剂溶解于清水后，与步骤(1)所得的溶液一起加入反应容器中，升温至40℃～60℃；
(5)将步骤(2)所得的混合反应单体溶液和步骤(3)所得的过硫酸铵溶液一起加入步骤(4)的反应容器中，将反应体系升温至90℃～100℃反应1h～2h，得到固相含量10％～50％的表面活性剂产品，反应结束后体系pH值中和至8～9，经烘干、粉碎后即得到微泡钻井液用表面活性剂。
3.根据权利要求2所述的阴离子型微泡钻井液用表面活性剂的制备方法，其特征是：所述长链乙烯基单体A是2-丙烯酰胺基癸烷磺酸、2-丙烯酰胺基十二烷磺酸、2-丙烯酰胺基十四烷磺酸、2-丙烯酰胺基十六烷磺酸或2-丙烯酰胺基十八烷磺酸中的一种。
4.根据权利要求2所述的阴离子型微泡钻井液用表面活性剂的制备方法，其特征是：所述含羧基单体B是丙烯酸、甲基丙烯酸或衣康酸中的一种。
5.根据权利要求2所述的阴离子型微泡钻井液用表面活性剂的制备方法，其特征是：所述含磺酸基单体C是2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、烯丙基磺酸钠或2-丙烯酰氧丁基磺酸中的一种。
6.根据权利要求2所述的阴离子型微泡钻井液用表面活性剂的制备方法，其特征是：所述相对分子质量调节剂是对苯二酚、巯基乙酸、异丙醇、硫酸铜、氯化铁、十二烷基硫醇或亚磷酸钠的其中之一。
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