CN104449600A - 一种具有天然气水合物抑制作用的钻井液降滤失剂 - Google Patents

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何勇
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Abstract

本发明涉及N-取代丙烯酰胺和N-烯基己内酰胺的共聚物作为具有水合物抑制性能的钻井液降滤失剂使用。本发明乙丙烯酰胺和N-烷基己内酰胺形成共聚物，应用于钻井液中的水合物抑制剂和降滤失剂。共聚物重均分子量为10000～2000000，聚合单元比为0.1～10，使用质量浓度为0.5～3％，使用压力1～30MPa之间。本发明新型处理剂将天然气水合物抑制剂和钻井液处理剂中的降滤失剂结合起来，以一种处理剂实现两种功能，降低了钻井液的成本，在提高水合物抑制性能和降滤失性能的前提下保证钻井液的稳定性。

Description

一种具有天然气水合物抑制作用的钻井液降滤失剂
技术领域
本发明涉及一种具有水合物抑制性能的钻井液降滤失剂，具体的说是N-烯基己内酰胺和N-取代丙烯酰胺的共聚物作为具有水合物抑制性能的钻井液降滤失剂使用。
背景技术
钻井液作为服务钻井工程的重要手段之一。从90年代后期的主要功能已从维护井壁稳定，保证安全钻进，发展到如何利用钻井液这一手段来达到保护油气层、多产油的目的。一口井的成功完井及其成本在某种程度上取决于钻井液的类型及性能。因此，适当地选择钻井液及钻井液处理剂以维护钻井液具有适当的性能是非常必要的。
在钻井过程中，由于压差的作用，钻井液中的水分不可避免地通过井壁滤失到地层中，造成钻井液失水。随着水分进入地层，钻井液中粘土颗粒便附着在井壁上形成“滤饼”，形成一个滤饼井壁。由于滤饼井壁比原来的井壁致密得多，所以它一方面阻止了钻井液的进一步失水，一方面起到了保护井壁的作用。但是在滤饼井壁形成的过程中，滤失的水分过多，滤饼过厚，细粘土颗粒随水分进入地层等都会影响正常钻井，并对地层造成伤害。降滤失剂是一种钻井液处理剂，用于降低钻井液滤失量。
天然气水合物是由天然气和水在低温及高压下形成的似冰状的白色固体物质。深海油气钻探开发中，其作业环境恶劣，操作条件复杂，面临诸多复杂技术难题，其中深水钻井液中容易形成天然气水合物，水合物的形成可堵塞导管、上部环空、防喷器和压井管线等，限制钻柱活动，引起钻井液性能的改变，给油气钻进和生产操作带来严重危害。此外，由于稳定条件的破坏而引起天然气水合物的分解可能导致地质灾害。
钻井液中天然气水合物的抑制对深海钻探来说成为必须要面临的问题。而天然气水合物抑制剂的添加是最为简单易行的方式，但是钻井液中处理剂复杂，新的处理剂的加入，可能会改变其中一种或者多种处理剂的性质或功效。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有天然气水合物抑制作用的钻井液降滤失剂，添加到钻井液中，降低钻井液中天然气水合物形成的风险，也可以减少钻井液的滤失量。
为了达到上述目的，本发明使用一种共聚物作为降滤失剂，该共聚物具有以下结构：
其中，R为H或C1～C6链状烷基；R1为H或C1～C6链状烷基；共聚物的重均分子量为10000～2000000，n:m＝1:0.1～10。重均分子量的优选范围为400000～1500000。
本发明所提供降滤失剂使用浓度低，添加至钻井液中的质量浓度为0.5～3％。优选地，该降滤失剂的使用压力为1～30MPa，进一步优选为8～30MPa。
与现有技术相比，本发明新型降滤失剂将天然气水合物抑制剂和钻井液处理剂中的降滤失剂结合起来，以一种处理剂实现两种功能，降低了钻井液的成本，在提高水合物抑制性能和降滤失性能的前提下保证钻井液的稳定性。
具体实施方式
本发明所用共聚物的制备按照传统化学方法：分别往单体中加入活性炭，利用其吸附作用除去阻聚剂，然后过滤得到纯净的单体。将两种单体、引发剂过硫酸铵和溶剂水加入到四口瓶中密封，通入氮气置换空气，加热到60℃，反应过程中氮气保护，保持3小时。得到具有粘度的产物，真空干燥，粉碎后得到共聚物粉末。
降滤失剂的水合物抑制性能的测试，装置主要包括反应釜、恒温空气浴、磁力耦合搅拌与压力和温度测量系统、真空泵、数据采集系统等。反应釜是一个容积为1.02升的不锈钢釜，最高工作压力可达35MPa，反应釜内的温度由循环水浴来控制，循环水浴的工作温度范围为-30～90℃。反应釜中物质可通过搅拌器进行混合。反应釜中的温度由铂电阻测量，压力精度为0.06％(即24kPa)的压力传感器测定。反应釜内的压力、温度、搅拌速率等参数可由计算机数据采集系统自动采集和储存。
共聚物的降滤失性能采用室温滤失仪，基浆采用的为1000g水中加入20g钠土，常温常规条件，基浆滤失量为20ml。降滤失剂加入基浆以后搅拌、老化24小时。
实施例1：
R和R1均为H，按照n:m＝1合成共聚物，重均分子量控制在1000000，将共聚物按照质量浓度0.5％配置成200g的水溶液，装入带有搅拌的反应釜，实验起始压力为8.5MPa，实验气体为佛山气体厂提供的混合气(甲烷91.86％、乙烷5.04％和丙烷3.1％)，反应温度维持在4.0℃，4000分钟内无水合物生成。含此浓度共聚物钻井液，测试滤失量为8ml。
实施例2：
R为甲基，R1为甲基，按照n:m＝0.5合成共聚物，重均分子量控制在400000，将共聚物按照质量浓度1％配置成200g的水溶液，装入带有搅拌的反应釜，实验起始压力为10MPa，实验气体为佛山气体厂提供的混合气(甲烷91.86％、乙烷5.04％和丙烷3.1％)，反应温度维持在4.0℃，5000分钟内无水合物生成。含此浓度共聚物钻井液测试滤失量为5ml。
实施例3：
R为乙基，R1为甲基，按照n:m＝3合成共聚物，重均分子量控制在600000，将共聚物按照质量浓度2％配置成200g的水溶液，装入带有搅拌的反应釜，实验压力为18MPa，实验气体为佛山气体厂提供的混合气(甲烷91.90％、乙烷5.05％和丙烷3.05％)，反应温度维持在4.0℃，2000分钟内无水合物生成。含此浓度共聚物钻井液测试滤失量为3ml。
实施例4：
R为正己基，R1为H，按照n:m＝0.1合成共聚物，重均分子量控制在600000，将共聚物按照0.5％质量配置成200g的水溶液，装入带有搅拌的反应釜，实验压力为30MPa，实验气体为佛山气体厂提供的混合气(甲烷91.90％、乙烷5.05％和丙烷3.05％)，反应温度维持在10.0℃，600分钟内无水合物生成。含此浓度共聚物钻井液测试滤失量为6ml。
实施例5：
R为H，R1为异己基，按照n:m＝10合成共聚物，重均分子量控制在1000000，将共聚物按照3％质量配置成200g的水溶液，装入带有搅拌的反应釜，实验压力为8MPa，实验气体为佛山气体厂提供的混合气(甲烷91.90％、乙烷5.05％和丙烷3.05％)，反应温度维持在4.0℃，1500分钟内无水合物生成。含此浓度共聚物钻井液测试滤失量为5ml。
实施例6：
R为异丁基，R1为正丙基，按照n:m＝1合成共聚物，重均分子量控制在1500000，将共聚物按照2.5％质量配置成200g的水溶液，装入带有搅拌的反应釜，实验压力为8MPa，实验气体为佛山气体厂提供的混合气(甲烷91.90％、乙烷5.05％和丙烷3.05％)，反应温度维持在1.0℃，1500分钟内无水合物生成。含此浓度共聚物钻井液测试滤失量为4ml。

Claims (3)

1.一种具有天然气水合物抑制作用的钻井液降滤失剂，其特征在于，所述降滤失剂为具有以下结构的共聚物：
其中，R为H或C1～C6链状烷基；R1为H或C1～C6链状烷基；共聚物的重均分子量为10000～2000000，n:m＝0.1～10。
2.一种如权利要求1所述的降滤失剂的使用方法，其特征在于，所述降滤失剂添加至钻井液中，降滤失剂的质量浓度为0.5～3％。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述降滤失剂的使用压力为1～30MPa。
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