CN104479070A

CN104479070A - 一种润滑降失水剂的合成方法及使用方法

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Publication number: CN104479070A
Application number: CN201410498471.XA
Authority: CN
Inventors: 柴金鹏; 姜春丽; 张海青; 严波; 刘新河; 李秀灵; 周辉; 张涛; 李琼; 钟春
Original assignee: Sinopec Oilfield Service Corp; Drilling Engineering Technology Co of Sinopec Shengli Petroleum Engineering Corp
Current assignee: Sinopec Oilfield Service Corp; Drilling Engineering Technology Co of Sinopec Shengli Petroleum Engineering Corp
Priority date: 2014-09-25
Filing date: 2014-09-25
Publication date: 2015-04-01

Abstract

本发明涉及油气井工程技术领域，具体涉及一种润滑降失水剂及其合成工艺及使用方法。本发明的技术方案为：一种润滑降失水剂的合成方法，包括如下步骤：1）水相溶液的配置；2）油相溶液的配置；3）将水相溶液以10～20min的时间慢慢滴加到油相溶液中，通氮气，搅拌，滴加完毕后放入40～65℃水浴中聚合15min～1h，即得润滑降失水剂。该技术方案由于油相的引入使得润滑降失水剂水溶性聚合物具有了良好的润滑性能。

Description

一种润滑降失水剂的合成方法及使用方法

技术领域

本发明涉及油气井工程技术领域，具体涉及一种润滑降失水剂的合成方法及使用方法。

背景技术

在石油钻井过程中，由于受地层高温及高价离子的影响，常造成钻井液流变性变差或失效，导致钻井液的滤失量大幅上升，进而引发各种井下复杂情况的发生，给钻井作业带来巨大困难和损失。同时随着定向井、水平井钻井工艺技术在复杂地层的推广应用，对钻井液性能提出了更高的要求，如何降低钻井摩阻，提高钻井液的润滑性能，成为深井、定向井、水平井施工的关键。

现有的合成高分子类降失水剂品种繁多这类产品耐温性好、与其它聚合物配伍性好，但耐盐性较差，且基本不具备润滑性能。传统的钻井液体系为了满足了钻探需要，在钻井液维护的过程中要同时添加两种以上的处理剂来保证钻井液的降滤失性与润滑性能，由于使用药品种类繁多，配伍性差，造成药品用量越用越大，钻井液体系成分非常复杂，而且维护处理成本高，体系的稳定性较差。特别在深井、定向井、水平井的施工过程中钻井液的降滤失性与润滑性是保证井壁稳定，减少井下复杂情况的重要因素，传统方法中大量加入降滤失剂与润滑剂的做法使得井下复杂情况出现的几率增大。因此为了改善降滤失剂与润滑剂配伍性差，钻井液维护处理成本高并且解决钻井工作遇到的高温、高盐和摩阻等问题，亟需研发一种能够改善钻井液润滑性，同时还具有良好抗温抗污染降滤失等多种功能钻井液用润滑降失水剂。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供了一种润滑降失水剂的合成方法及使用方法，该技术方案由于油相的引入使得润滑降失水剂水溶性聚合物具有了良好的润滑性能。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种润滑降失水剂的合成方法，包括如下步骤：

1)水相溶液的配置

将丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)、以及2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)三种聚合物单体配置成质量浓度为20％～40％的单体水溶液，用氢氧化钾调节pH＝7～9，控制温度在0～15℃加入质量浓度1％～5％的引发剂，既得水相溶液备用；

2)油相溶液的配置

在基础油中加入质量百分比8％～15％的乳化剂，搅拌10～30min得油相溶液备用；

3)将水相溶液以10～20min的时间慢慢滴加到油相溶液中，通氮气，搅拌，滴加完毕后放入40～65℃水浴中聚合15min～1h，即得润滑降失水剂。

本发明的合成方法，将丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)、以及2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)三种聚合物单体的配比为丙烯酸(AA)加量为10％～25％；丙烯酰胺(AM)加量为50％～80％；2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)加量为10％～25％。

本发明所述引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵。

本发明所述基础油为白油或白油与石蜡的复配基础油，其中白油与石蜡的复配质量比例优选为90:10～50:50。

本发明所述乳化剂优选为SP-80或SP-80与吐温的复配乳化剂，其中SP-80与吐温的复配乳化剂复配质量比例优选为70:30～50:50。

润滑降失水剂的使用方法，润滑降失水剂加入到钻井液中，质量浓度为0.2～1％。

一种润滑降失水剂，所述润滑降失水剂为丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)、以及2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)的三元共聚物。具有式I的结构式：

式I中，x、y、z＞0的自然数。

本发明的润滑降失水剂的机理如下：润滑降失水剂的润滑性能的实现主要是通过超浓乳液聚合的方法将油相引入聚合物中。润滑降失水剂为油包水稳定乳状液，其中油相的润滑性能主要是通过在金属、岩石和粘土表面形成吸附膜，使钻柱与井壁岩石接触(或水膜接触)产生的固·固摩擦，改变为活性剂非极性端之间或油膜之间的摩擦润滑,从而大大降低回转钻柱与岩石之间的摩阻力。降失水剂降低失水的作用主要是通过聚合物分子链上水化基团和吸附基团的共同作用实现。共聚物链中的酞胺基(-CONH₂)是强吸附基，有一定的极性，可以同时吸附多个粘土颗粒，而粘土颗粒又可以同时吸附多个高分子链，这样交错相互吸附的结果，形成了聚合物--粘土颗粒结构网，吸附网的形成不仅阻止了粘粒间运动聚结的可能，且酞胺基团(-CONH₂)吸附大量的水，使得粘土颗粒不会脱水缩合下沉，所以使滤失水量下降。另一方面共聚物分子链中的羧酸根(-COO-)和磺酸根(-SO₃ ^-)作为水化基团吸附在粘土颗粒表面上形成吸附溶剂化水膜，提高了粘土颗粒的ξ电位，增加了颗粒间的静电斥力，提高了粘粒间的聚结稳定性使钻井液中的自由水减少，便于形成薄而韧的泥饼使滤失水量下降。

本发明的有益效果是：润滑降失水剂水溶性聚合物的聚合过程应用超浓反相乳液聚合的方法使得聚合物不仅保留了传统聚合方法生成聚合物的抗温、抗盐等优点，由于油相的引入还使得润滑降失水剂水溶性聚合物具有了良好的润滑性能。采用超浓反相乳液聚合的方法，聚合物形成超浓乳液的乳胶状结构，这就意味着乳液中单体的流动性低，单体的迁移性小，“凝胶效应”这种效应从聚合开始就存在，同本体聚合相比，可以得到较高的聚合反应速率和较大的聚合物分子量。在超浓乳液聚合中的聚合物乳胶粒子大小可以由制备超浓乳液时所用的表面活性剂的种类和浓度、pH值、离子强度、油水相体积比等参数控制，可以更好的控制所需聚合物的乳胶粒子大小。随着乳胶粒子尺寸的增大，聚合物的分子量增加，聚合物链增长，可以更有效的提高粘土的聚结稳定性以降低滤失量。但如果乳胶颗粒过大，使得聚合物分子量过高，对粘土的增粘作用明显，将会影响泥浆体系的流变性能。因此在聚合过程中应将乳胶粒子的尺寸控制在合理的范围内。聚合物制备过程中耗油量很少，这样不但单位体积中的有效成分含量高，且产品成本降低有利于其进行工业化生产。在实验和生产中无废气、废物、废渣的产生，对环境没有污染。钻井过程中产品可以直接使用，无需溶剂溶解，降低了钻井成本。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，但并不限制本发明。除特别说明外，实施例中所有百分比均为质量百分比，所用原料均为本领域常用材料。

实施例1

润滑降失水剂的合成：

在100ml的水溶液中加入30g的丙烯酸(AA)得30％的丙烯酸(AA)水溶液，同样的方法制备30％的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)水溶液混合与30％的丙烯酰胺(AM)水溶液。

将17.5mL30％的丙烯酸(AA)水溶液与17.5mL30％的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)水溶液混合，溶液温度控制在10℃。用KOH中和至pH＝7，加入35mL30％的丙烯酰胺(AM)水溶液，加入0.3g的过硫酸钾。

用白油作为油相，取30mL白油放入三口烧瓶中，加入3.5mL的SP-80，搅拌20min。缓慢将上述水溶液滴加至三口烧瓶中，10min滴加完毕。滴加过程中持续搅拌通氮气，并保持三口烧瓶内乳状液温度不超过10℃。滴加完毕后继续通氮气10min。密封后放入50℃水浴中反应1h。

钻井液中润滑降失水剂用量为0.3％,API滤失量12.6mL，润滑系数0.25。

实施例2

如实施例1所述，所不同的是：

将10mL30％的丙烯酸(AA)水溶液与10mL30％的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)水溶液混合，溶液温度控制在10℃。用KOH中和至pH＝7，加入50mL30％的丙烯酰胺(AM)水溶液，加入0.3g的过硫酸钾。

润滑降失水剂用量为0.3％,API滤失量13.6mL，润滑系数0.35。

实施例3

如实施例1所述，所不同的是：

将15mL30％的丙烯酸(AA)水溶液与15mL30％的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)水溶液混合，溶液温度控制在10℃。用KOH中和至pH＝7，加入40mL30％的丙烯酰胺(AM)水溶液，加入0.3g的过硫酸钾。

润滑降失水剂用量为0.3％,API滤失量13.2mL，润滑系数0.29。

实施例4

如实施例1所述，所不同的是：

取70mL白油放入三口烧瓶中。

润滑降失水剂用量为0.3％,API滤失量13.6mL，润滑系数0.14。

实施例5

如实施例1所述，所不同的是：

取35mL白油+35mL石蜡放入三口烧瓶中。

钻井液中润滑降失水剂用量为0.3％,API滤失量14.4mL，润滑系数0.09。

实施例6

如实施例1所述，所不同的是：

取38mL白油+8mL石蜡放入三口烧瓶中，水浴中反应15min。

钻井液中润滑降失水剂用量为0.3％,API滤失量8.4mL，润滑系数0.11。

实施例7

如实施例1所述，所不同的是：

取38mL白油+8mL石蜡放入三口烧瓶中，水浴中反应30min。

钻井液中润滑降失水剂用量为0.3％,API滤失量9.4mL，润滑系数0.13。

实施例8

如实施例1所述，所不同的是：

取70mL白油放入三口烧瓶中，加入3.5mL的SP-80+3.5mL的吐温。

钻井液中润滑降失水剂用量为0.3％,API滤失量9.0mL，润滑系数0.10。

实施例9

如实施例6所述，所不同的是：

调节体系pH＝9

钻井液中润滑降失水剂用量为0.3％,API滤失量10.0mL，润滑系数0.11。

Claims

1.一种润滑降失水剂的合成方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)水相溶液的配置

将丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)、以及2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)三种聚合物单体配置成质量浓度为20％～40％的单体水溶液，用氢氧化钾调节pH＝7～9，控制温度在0～15℃加入引发剂，引发剂加量为占水相溶液质量百分比的1％～5％，既得水相溶液备用；

2)油相溶液的配置

在基础油中加入乳化剂，乳化剂的加量为油相质量百分比的8％～15％，搅拌10～30min得油相溶液备用；

2.根据权利要求1所述的一种润滑降失水剂的合成方法，其特征在于：将丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)、以及2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)三种聚合物单体的配比为丙烯酸(AA)加量占三种单体总质量质量百分比的10％～25％；丙烯酰胺(AM)加量占三种单体总质量质量百分比的50％～80％；2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)加量占三种单体总质量质量百分比的10％～25％。

3.根据权利要求1所述的一种润滑降失水剂的合成方法，其特征在于：所述引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵。

4.根据权利要求2所述的一种润滑降失水剂的合成方法，其特征在于：所述基础油为白油或白油与石蜡的复配基础油，其中白油与石蜡的复配质量比例优选为90:10～50:50。

5.根据权利要求1所述的一种润滑降失水剂的合成方法，其特征在于：所述乳化剂优选为SP-80或SP-80与吐温的复配乳化剂，其中SP-80与吐温的复配乳化剂复配质量比例优选为70:30～50:50。

6.润滑降失水剂的使用方法，润滑降失水剂加入到钻井液中，质量浓度为0.2～1％。