CN104357028A - 一种水基钻井液增粘剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水基钻井液增粘剂及其制备方法，增粘剂包括以下组分：聚酰亚胺，二环己胺，聚异丁烯，滑石粉，钛酸酯，聚酯纤维，安息香酸钠，羟丙甲纤维素，磷酸二氢钾，丙烯酸，丙烯酰胺，有机氢聚硅氧烷和水。制备方法为将丙烯酰胺、丙烯酸、聚酰亚胺、有机氢聚硅氧烷和聚酯纤维加到反应釜中，惰性气体保护下混匀，加热恒温反应得混合物一，将安息香酸钠、羟丙甲纤维素、磷酸二氢钾加入到水中，混匀后加入到混合物一中，再加入二环己胺、聚异丁烯和钛酸酯，真空加热条件下反应得混合物二；然后将混合物二真空干燥并粉碎，加入滑石粉，混合均匀即得。本发明提供的水基钻井液增粘剂具有耐高温耐高盐与耐高钙镁离子作用，极大扩展了使用范围。
Description
技术领域
本发明属于油田钻井液助剂制备技术领域，具体涉及一种水基钻井液增粘剂及其制备方法。
背景技术
随着石油及天然气需求量的不断扩大，油气开采已经逐渐进入深井、超深井等复杂地质情况的开发阶段。越来越高的井底施工温度及循环温度对石油工业的相关助剂提出了耐高温的实际需求。钻井液是同油气地藏首先接触的外加流体，其性能的优劣对于保证井壁稳定、提升完井质量具有至关重要的作用，因此，提高钻井液的耐高温性能是目前急需解决的问题。
现有技术中，主要是通过添加助剂提高钻井液的耐高温性能，其中，钻井液增粘剂是钻井助剂中最为重要的一种，主要分为天然植物胶和合成高分子两大类，在保证钻井液安全施工、携砂带屑等方面具有重要作用。然而现有的钻井液增粘剂如80A-51等，都不能很好的满足高温施工需要，大部分增粘剂在高于150℃条件下增粘效果迅速下降，甚至完全消失。
申请号为201310061721.9的中国专利公开了一种钻井液增粘剂及其制备方法，钻井液增粘剂结构上同时带有两性离子基团，可以有效的吸附或桥连粘土粒子，具有良好的增粘效果，其提供的增粘剂在温度能达到260℃，依然具有良好的增粘性能；申请号为201310056585.4的中国专利公开了一种环保型油基钻井液增粘剂及其制备方法，该环保型油基钻井液增粘剂的原料组成包括：水、非离子单体、阴离子单体、水溶性单体、氧化剂、基础油、乳化剂、还原剂。该环保型油基钻井液增粘剂的制备方法采用反相乳液聚合，通过非离子单体、阴离子单体与水溶性单体在油相溶液中反应，在氧化剂和还原剂的引发下进行聚合，再将聚合物乳液经提纯和干燥，得到该环保型油基钻井液增粘剂。其提供的环保型油基钻井液增粘剂，有利于降低油基钻井液的配制成本和提高其环保性能。以上现有技术中虽然公开了性能较好的增粘剂，但是随着深井钻探的不断发展，需要性能越来越好的钻井液及其各种助剂，其中对于耐高温以及耐高盐度和耐高钙镁离子等的性能要求越来月高，目前的现有技术已经很难满足这些要求，因此还需要进一步开发性能更为优越的钻井液及其相关助剂产品。
发明内容
本发明的目的在于为了克服以上现有技术的不足而提供一种水基钻井液增粘剂及其制备方法，使得制备得到的水基钻井液增粘剂具有耐高温、耐高盐、耐高钙镁离子的性能，同时具有很好的增粘效果。
本发明的技术方案如下：
一种水基钻井液增粘剂，以重量组分计包括：聚酰亚胺3-8份，二环己胺3-7份，聚异丁烯6-13份，滑石粉2-8份，钛酸酯1-5份，聚酯纤维2-5份，安息香酸钠5-12份，羟丙甲纤维素2-10份，磷酸二氢钾3-8份，丙烯酸6-15份，丙烯酰胺8-15份，有机氢聚硅氧烷0.5-2份，水40-60份。
所述的水基钻井液增粘剂，可以优选为以重量组分计包括：聚酰亚胺4-7份，二环己胺4-6份，聚异丁烯8-12份，滑石粉3-6份，钛酸酯2-4份，聚酯纤维3-5份，安息香酸钠7-10份，羟丙甲纤维素5-8份，磷酸二氢钾5-7份，丙烯酸8-13份，丙烯酰胺10-13份，有机氢聚硅氧烷1-1.5份，水48-58份。
以上所述的水基钻井液增粘剂，可以进一步优选为以重量组分计包括：聚酰亚胺6份，二环己胺5份，聚异丁烯11份，滑石粉5份，钛酸酯3份，聚酯纤维4份，安息香酸钠9份，羟丙甲纤维素7份，磷酸二氢钾6份，丙烯酸10份，丙烯酰胺12份，有机氢聚硅氧烷1.2份，水55份。
一种以上任意一项所述的水基钻井液增粘剂的制备方法，步骤如下：
步骤一，将丙烯酰胺、丙烯酸、聚酰亚胺、有机氢聚硅氧烷和聚酯纤维加入到反应釜中，在惰性气体保护的氛围下搅拌混合20-30分钟，然后加热至60-70℃，保持恒温反应90-200分钟，得到混合物一；
步骤二，将安息香酸钠、羟丙甲纤维素、磷酸二氢钾加入到水中，加热至50-60℃，搅拌混合均匀，得到混合液；
步骤三，将步骤二得到的混合液加入到步骤一得到的混合物一中，混合均匀，然后加入二环己胺、聚异丁烯和钛酸酯，加热至80-90℃，在真空度为0.03-0.07MPa下，搅拌反应40-60分钟，得到混合物二；
步骤四，将混合物二进行真空干燥并粉碎，得到粉末；
步骤五，在步骤四得到的粉末中加入滑石粉，混合均匀，即得到水基钻井液增粘剂。
所述的水基钻井液增粘剂的制备方法，步骤一中惰性气体为氮气、氩气或氦气中的一种。
进一步地，步骤一中搅拌混合的搅拌速度为150-200转/分钟。
进一步地，步骤三中搅拌反应的速度为80-100转/分钟。
进一步地，步骤四中真空干燥条件为真空度为0.02-0.05MPa，温度为60-80℃。
更进一步地，步骤四中得到粉末粒径为400-600μm。
本发明提供的水基钻井液增粘剂以现有技术相比具有如下优势：
(1)本发明提供的水基钻井液增粘剂具有优良的增粘性能，同时在150-450℃的条件下，在不同搅拌转速下，增粘剂的增粘性能稳定，能够满足很好的增粘性能。
(2)本发明提供的水基钻井液增粘剂耐高盐性能达到了550小时以上无异常，耐高钙离子达到了620小时以上无异常，耐高镁离子达到了630小时以上无异常，因此具有非常优异的耐候性能以及稳定性。
具体实施方式：
实施例1
一种水基钻井液增粘剂，以重量组分计包括：聚酰亚胺3份，二环己胺3份，聚异丁烯6份，滑石粉2份，钛酸酯1份，聚酯纤维2份，安息香酸钠5份，羟丙甲纤维素2份，磷酸二氢钾3份，丙烯酸6份，丙烯酰胺8份，有机氢聚硅氧烷0.5份，水40份。
所述的水基钻井液增粘剂的制备方法，步骤如下：
步骤一，将丙烯酰胺、丙烯酸、聚酰亚胺、有机氢聚硅氧烷和聚酯纤维加入到反应釜中，在氮气、氩气或氦气保护的氛围下搅拌混合20分钟，其中搅拌速度为150转/分钟，然后加热至60℃，保持恒温反应90分钟，得到混合物一；
步骤二，将安息香酸钠、羟丙甲纤维素、磷酸二氢钾加入到水中，加热至50℃，搅拌混合均匀，得到混合液；
步骤三，将步骤二得到的混合液加入到步骤一得到的混合物一中，混合均匀，然后加入二环己胺、聚异丁烯和钛酸酯，加热至80℃，在真空度为0.03MPa下，搅拌反应40分钟，搅拌反应速度为80转/分钟得到混合物二；
步骤四，将混合物二进行真空干燥并粉碎，得到粉末，粉末粒径为400μm，真空干燥条件为真空度0.02MPa，温度为60℃；
步骤五，在步骤四得到的粉末中加入滑石粉，混合均匀，即得到水基钻井液增粘剂。
实施例2
一种水基钻井液增粘剂，以重量组分计包括：聚酰亚胺4份，二环己胺4份，聚异丁烯8份，滑石粉3份，钛酸酯2份，聚酯纤维3份，安息香酸钠7份，羟丙甲纤维素5份，磷酸二氢钾5份，丙烯酸8份，丙烯酰胺10份，有机氢聚硅氧烷1份，水48份。
所述的水基钻井液增粘剂的制备方法，步骤如下：
步骤一，将丙烯酰胺、丙烯酸、聚酰亚胺、有机氢聚硅氧烷和聚酯纤维加入到反应釜中，在氮气、氩气或氦气保护的氛围下搅拌混合22分钟，其中搅拌速度为160转/分钟，然后加热至63℃，保持恒温反应100分钟，得到混合物一；
步骤二，将安息香酸钠、羟丙甲纤维素、磷酸二氢钾加入到水中，加热至55℃，搅拌混合均匀，得到混合液；
步骤三，将步骤二得到的混合液加入到步骤一得到的混合物一中，混合均匀，然后加入二环己胺、聚异丁烯和钛酸酯，加热至85℃，在真空度为0.04MPa下，搅拌反应45分钟，搅拌反应速度为86转/分钟得到混合物二；
步骤四，将混合物二进行真空干燥并粉碎，得到粉末，粉末粒径为420μm，真空干燥条件为真空度0.02MPa，温度为65℃；
步骤五，在步骤四得到的粉末中加入滑石粉，混合均匀，即得到水基钻井液增粘剂。
实施例3
一种水基钻井液增粘剂，以重量组分计包括：聚酰亚胺6份，二环己胺5份，聚异丁烯11份，滑石粉5份，钛酸酯3份，聚酯纤维4份，安息香酸钠9份，羟丙甲纤维素7份，磷酸二氢钾6份，丙烯酸10份，丙烯酰胺12份，有机氢聚硅氧烷1.2份，水55份。
所述的水基钻井液增粘剂的制备方法，步骤如下：
步骤一，将丙烯酰胺、丙烯酸、聚酰亚胺、有机氢聚硅氧烷和聚酯纤维加入到反应釜中，在氮气、氩气或氦气保护的氛围下搅拌混合25分钟，其中搅拌速度为180转/分钟，然后加热至68℃，保持恒温反应130分钟，得到混合物一；
步骤二，将安息香酸钠、羟丙甲纤维素、磷酸二氢钾加入到水中，加热至55℃，搅拌混合均匀，得到混合液；
步骤三，将步骤二得到的混合液加入到步骤一得到的混合物一中，混合均匀，然后加入二环己胺、聚异丁烯和钛酸酯，加热至86℃，在真空度为0.05MPa下，搅拌反应50分钟，搅拌反应速度为90转/分钟得到混合物二；
步骤四，将混合物二进行真空干燥并粉碎，得到粉末，粉末粒径为480μm，真空干燥条件为真空度0.04MPa，温度为70℃；
步骤五，在步骤四得到的粉末中加入滑石粉，混合均匀，即得到水基钻井液增粘剂。
实施例4
一种水基钻井液增粘剂，以重量组分计包括：聚酰亚胺7份，二环己胺6份，聚异丁烯12份，滑石粉6份，钛酸酯4份，聚酯纤维5份，安息香酸钠10份，羟丙甲纤维素8份，磷酸二氢钾7份，丙烯酸13份，丙烯酰胺13份，有机氢聚硅氧烷1.5份，水58份。
所述的水基钻井液增粘剂的制备方法，步骤如下：
步骤一，将丙烯酰胺、丙烯酸、聚酰亚胺、有机氢聚硅氧烷和聚酯纤维加入到反应釜中，在氮气、氩气或氦气保护的氛围下搅拌混合30分钟，其中搅拌速度为190转/分钟，然后加热至70℃，保持恒温反应180分钟，得到混合物一；
步骤二，将安息香酸钠、羟丙甲纤维素、磷酸二氢钾加入到水中，加热至58℃，搅拌混合均匀，得到混合液；
步骤三，将步骤二得到的混合液加入到步骤一得到的混合物一中，混合均匀，然后加入二环己胺、聚异丁烯和钛酸酯，加热至87℃，在真空度为0.06MPa下，搅拌反应60分钟，搅拌反应速度为95转/分钟得到混合物二；
步骤四，将混合物二进行真空干燥并粉碎，得到粉末，粉末粒径为520μm，真空干燥条件为真空度0.04MPa，温度为80℃；
步骤五，在步骤四得到的粉末中加入滑石粉，混合均匀，即得到水基钻井液增粘剂。
实施例5
一种水基钻井液增粘剂，以重量组分计包括：聚酰亚胺8份，二环己胺7份，聚异丁烯13份，滑石粉8份，钛酸酯5份，聚酯纤维5份，安息香酸钠12份，羟丙甲纤维素10份，磷酸二氢钾8份，丙烯酸15份，丙烯酰胺15份，有机氢聚硅氧烷2份，水60份。
所述的水基钻井液增粘剂的制备方法，步骤如下：
步骤一，将丙烯酰胺、丙烯酸、聚酰亚胺、有机氢聚硅氧烷和聚酯纤维加入到反应釜中，在氮气、氩气或氦气保护的氛围下搅拌混合30分钟，其中搅拌速度为200转/分钟，然后加热至70℃，保持恒温反应200分钟，得到混合物一；
步骤二，将安息香酸钠、羟丙甲纤维素、磷酸二氢钾加入到水中，加热至60℃，搅拌混合均匀，得到混合液；
步骤三，将步骤二得到的混合液加入到步骤一得到的混合物一中，混合均匀，然后加入二环己胺、聚异丁烯和钛酸酯，加热至90℃，在真空度为0.07MPa下，搅拌反应60分钟，搅拌反应速度为100转/分钟得到混合物二；
步骤四，将混合物二进行真空干燥并粉碎，得到粉末，粉末粒径为600μm，真空干燥条件为真空度0.05MPa，温度为80℃；
步骤五，在步骤四得到的粉末中加入滑石粉，混合均匀，即得到水基钻井液增粘剂。
对以上实施例制备得到的水基钻井液增粘剂进行粘度测试，测试不同温度条件下老化前后钻井液粘度变化，其中高温老化的老化时间为48小时，使用粘度计测定不同转速下的粘度，采用粘土基浆与本发明水基钻井液增粘剂质量比为5:2混合，进行测定，具体结果见下表1：
表1实施例1-5制备得到的水基钻井液增粘剂粘度测试
从以上实施例制备得到的水基钻井液增粘剂的测试结果可以看出，本发明提供的水基钻井液增粘剂具有优良的增粘性能，同时在150-400℃的条件下，在不同搅拌转速下，增粘剂的增粘性能稳定；而在450℃条件下，粘度有较为明显的下降，但是仍然能够满足很好的增粘性能。从以上结果可以看出，实施例3制备得到的增粘剂性能最好，因此可以作为最优选实施例。
对以上实施例制备得到的增粘剂进行耐高盐与耐高钙镁离子性能测试，具体结果如下表2：
表2实施例1-5制备得到的水基钻井液增粘剂耐高盐、耐高钙镁离子性能测试
| 项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 |
| 耐高盐性(30％氯化钠溶液) | 550h无异常 | 580h无异常 | 630h无异常 | 590h无异常 | 570h无异常 |
| 耐高钙离子(20％氯化钙溶液) | 620h无异常 | 660h无异常 | 800h无异常 | 680h无异常 | 640h无异常 |
| 耐高镁离子(20％氯化镁溶液) | 630h无异常 | 650h无异常 | 700h无异常 | 660h无异常 | 650h无异常 |
从以上结果可以看出，本发明提供的水基钻井液增粘剂耐高盐性能达到了550小时以上无异常，耐高钙离子达到了620小时以上无异常，耐高镁离子达到了630小时以上无异常，因此具有非常优异的耐候性能以及稳定性。
Claims (9)
1. 一种水基钻井液增粘剂，其特征在于，以重量组分计包括：聚酰亚胺3-8份，二环己胺3-7份，聚异丁烯6-13份，滑石粉2-8份，钛酸酯1-5份，聚酯纤维2-5份，安息香酸钠5-12份，羟丙甲纤维素2-10份，磷酸二氢钾3-8份，丙烯酸6-15份，丙烯酰胺8-15份，有机氢聚硅氧烷0.5-2份，水40-60份。
2. 根据权利要求1所述的水基钻井液增粘剂，其特征在于，以重量组分计包括：聚酰亚胺4-7份，二环己胺4-6份，聚异丁烯8-12份，滑石粉3-6份，钛酸酯2-4份，聚酯纤维3-5份，安息香酸钠7-10份，羟丙甲纤维素5-8份，磷酸二氢钾5-7份，丙烯酸8-13份，丙烯酰胺10-13份，有机氢聚硅氧烷1-1.5份，水48-58份。
3. 根据权利要求1所述的水基钻井液增粘剂，其特征在于，以重量组分计包括：聚酰亚胺6份，二环己胺5份，聚异丁烯11份，滑石粉5份，钛酸酯3份，聚酯纤维4份，安息香酸钠9份，羟丙甲纤维素7份，磷酸二氢钾6份，丙烯酸10份，丙烯酰胺12份，有机氢聚硅氧烷1.2份，水55份。
4. 一种权利要求1-3任意一项所述的水基钻井液增粘剂的制备方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一，将丙烯酰胺、丙烯酸、聚酰亚胺、有机氢聚硅氧烷和聚酯纤维加入到反应釜中，在惰性气体保护的氛围下搅拌混合20-30分钟，然后加热至60-70℃，保持恒温反应90-200分钟，得到混合物一；
步骤二，将安息香酸钠、羟丙甲纤维素、磷酸二氢钾加入到水中，加热至50-60℃，搅拌混合均匀，得到混合液；
步骤三，将步骤二得到的混合液加入到步骤一得到的混合物一中，混合均匀，然后加入二环己胺、聚异丁烯和钛酸酯，加热至80-90℃，在真空度为0.03-0.07MPa下，搅拌反应40-60分钟，得到混合物二；
步骤四，将混合物二进行真空干燥并粉碎，得到粉末；
步骤五，在步骤四得到的粉末中加入滑石粉，混合均匀，即得到水基钻井液增粘剂。
5. 根据权利要求4所述的水基钻井液增粘剂的制备方法，其特征在于，步骤一中惰性气体为氮气、氩气或氦气中的一种。
6. 根据权利要求4所述的水基钻井液增粘剂的制备方法，其特征在于，步骤一中搅拌混合的搅拌速度为150-200转/分钟。
7. 根据权利要求4所述的水基钻井液增粘剂的制备方法，其特征在于，步骤三中搅拌反应的速度为80-100转/分钟。
8. 根据权利要求4所述的水基钻井液增粘剂的制备方法，其特征在于，步骤四中真空干燥条件为真空度为0.02-0.05MPa，温度为60-80℃。
9. 根据权利要求4所述的水基钻井液增粘剂的制备方法，其特征在于，步骤四中得到粉末粒径为400-600μm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150218 |