CN104610938A - 一种钻井液用抗高温抗盐包被剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钻井液用抗高温抗盐包被剂及其制备方法，该抗高温抗盐包被剂是由按照重量份数计10-15份的丙烯酸、10-12份的2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸、2-5份的对苯乙烯磺酸钠、0.05-0.1份的硅烷偶联剂、0.2-0.5份的氯化铝在引发剂的作用下共聚而成的一种多元共聚物，本发明的包被剂中含有磺酸基团、苯环等结构，具有很强的抗温、抗盐性能。此外，本发明包被剂中引入三价铝离子，可以实现粘土表面的快速吸附，提高了包被剂的包被作用。本发明的钻井液用抗高温抗盐包被剂可应用于氯化钠钻井液体系、氯化钾钻井液体系及有机盐钻井液体系等。

Description

一种钻井液用抗高温抗盐包被剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及石油天然气钻井领域，特别涉及一种钻井液用抗高温抗盐包被剂及其制备方法。
背景技术
随着油气钻探的不断深入，钻井深度越来越深，地层温度越来越高，当垂深超过5000m时，地层温度就会接近200℃；另一方面，钻遇的地层越来越复杂，特别是强水敏的泥页岩地层、盐岩层、盐膏层越来越多。所以，钻井所遇到的难度越来越大，对钻井液性能，尤其是抗温性、抑制性提出了更高的要求。为了有效解决复杂地层深井钻井过程的井壁稳定问题，常选用抗高温的盐水或饱和盐水钻井液。这就要求钻井液处理剂同时具有耐高温、抗盐的性能。盐水钻井液体系较淡水钻井液体系具有更强的抑制性，能够更好地抑制粘土水化，保护井壁稳定，能够更好地实现钻井安全及油气层保护。包被剂作为盐水体系中重要组成部分，其抗温、抗盐能力、盐水中粘土吸附能力及包被抑制粘土水化能力能够很大程度上决定盐水钻井液的好坏。但目前大多数包被剂抗温性不好，特别是温度到达200℃后，包被剂就会失效。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种钻井液用抗高温抗盐包被剂及其制备方法。
本发明通过如下技术方案实现：
一种钻井液用抗高温抗盐包被剂，由按照重量份数计10-15份的丙烯酸、10-12份的2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸、2-5份的对苯乙烯磺酸钠、0.05-0.1份的硅烷偶联剂、0.2-0.5份的氯化铝在0.2-0.5份引发剂的作用下共聚而成。所述的硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧硅烷和异丁基三乙氧硅烷的一种或其组合。引发剂为过硫酸铵或过硫酸铵和亚硫酸氢钠的混合物。
该钻井液用抗高温抗盐包被剂的制备方法，包括如下步骤(所有物质均按重量份数计)：
1)向反应釜中加入100-120份的水，将10-15份的丙烯酸、10-12份的2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸、2-5份的对苯乙烯磺酸钠、0.05-0.1份的硅烷偶联剂和0.2-0.5份的氯化铝加入到反应釜中，然后搅拌溶解得到混合水溶液；
2)调节步骤1中水溶液pH至8-12，之后通氮气维持10-20min；
3)向反应釜中加入0.2-0.5重量份引发剂，在20-60℃条件下，反应2-7h制得胶液；
4)将制得到的胶液在温度90℃下用烘箱烘12h，烘干后用粉碎机粉碎，制得钻井液用抗高温抗盐包被剂；
所述步骤1)中，硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧硅烷和异丁基三乙氧硅烷的一种或组合；
所述步骤2)中，用氢氧化钠或碳酸氢钠调节pH值；
所述步骤3)中，引发剂为过硫酸铵或过硫酸铵和亚硫酸氢钠的混合物。
本发明的钻井液用抗高温抗盐包被剂通过硅烷偶联剂在包被剂的有机大分子和无机铝离子之间架起“分子桥”，使铝离子很好的接到大分子上。包被剂大分子上引入三价铝离子，可以实现对粘土表面的快速吸附，达到强包被作用。
本发明的钻井液用抗高温抗盐包被剂的工作原理及有益效果是：该包被剂由丙烯酸、2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸、对苯乙烯磺酸钠、硅烷偶联剂和氯化铝在水溶液中共聚而成的一种多元共聚物，共聚物中含有磺酸基团、苯环等结构，这些结构具有很强的抗盐能力；磺酸基团属于抗高温水化基团，能够提高共聚物的热稳定性；刚性基团增加了分子链耐高温剪切的的破坏作用；此外，共聚物中含有三价铝离子，可以实现粘土表面的快速吸附，提高了共聚物的包被作用。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明，本发明中的物质均按重量份数计。
实施例1：
1)向反应釜中加入100份的水，将10份的丙烯酸、10份的2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸、2份的对苯乙烯磺酸钠、0.05份的乙烯基三乙氧硅烷和0.2份的氯化铝加入到反应釜中，然后搅拌溶解得到混合水溶液；
2)调节步骤1中水溶液pH至8，之后通氮气维持10min；
3)向反应釜中加入0.2份过硫酸铵，在60℃条件下，反应7h制得胶液；
4)将制得到的胶液在温度90℃下用烘箱烘12h，烘干后用粉碎机粉碎，制得钻井液用抗高温抗盐包被剂。
实施例2：
1)向反应釜中加入120份的水，将15份的丙烯酸、12份的2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸、5份的对苯乙烯磺酸钠、0.1份的异丁基三乙氧硅烷和0.5份的氯化铝加入到反应釜中，然后搅拌溶解得到混合水溶液；
2)调节步骤1中水溶液pH至12，之后通氮气维持20min；
3)向反应釜中加入0.15重量份过硫酸铵和0.1重量份亚硫酸氢钠，在20℃条件下，反应2h制得胶液；
4)将制得到的胶液在温度90℃下用烘箱烘12h，烘干后用粉碎机粉碎，制得钻井液用抗高温抗盐包被剂。
实施例3：
1)向反应釜中加入110份的水，将12份的丙烯酸、12份的2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸、4份的对苯乙烯磺酸钠、0.03份的乙烯基三乙氧硅烷、0.03份的异丁基三乙氧硅烷和0.3份的氯化铝加入到反应釜中，然后搅拌溶解得到混合水溶液；
2)调节步骤1中水溶液pH至11，之后通氮气维持15min；
3)向反应釜中加入0.2重量份过硫酸铵和0.2重量份亚硫酸氢钠，在50℃条件下，反应4h；
4)将制得到的胶液在温度90℃下用烘箱烘12h，烘干后用粉碎机粉碎，制得钻井液用抗高温抗盐包被剂.
实施例4：
1)向反应釜中加入110份的水，将12份的丙烯酸、12份的2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸、4份的对苯乙烯磺酸钠、0.03份的乙烯基三乙氧硅烷、0.03份的异丁基三乙氧硅烷和0.3份的氯化铝加入到反应釜中，然后搅拌溶解得到混合水溶液；
2)调节步骤1中水溶液pH至11，之后通氮气维持15min；
3)向反应釜中加入0.25份过硫酸铵和0.25份亚硫酸氢钠，在50℃条件下，反应4h；
4)将制得到的胶液在温度90℃下用烘箱烘12h，烘干后用粉碎机粉碎，制得钻井液用抗高温抗盐包被剂.
实施例5：
1)向反应釜中加入120份的水，将10份的丙烯酸、10份的2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸、2份的对苯乙烯磺酸钠、0.08份的乙烯基三乙氧硅烷和0.5份的氯化铝加入到反应釜中，然后搅拌溶解得到混合水溶液；
2)调节步骤1中水溶液pH至12，之后通氮气维持15min；
3)向反应釜中加入0.5重量份过硫酸铵，在60℃条件下，反应5h；
4)将制得到的胶液在温度90℃下用烘箱烘12h，烘干后用粉碎机粉碎，制得钻井液用抗高温抗盐包被剂。
钻井液用抗高温抗盐包被剂效果评价。
①钻井液性能实验
在氯化钠盐水钻井液体系、氯化钾钻井液体系及有机盐钻井液体系中分别加入0.5％抗高温抗盐包被剂和本领域常用包被剂测定流变性能。
表1为钻井液性能对比实验
由表1看出，加入本发明抗高温抗盐包被剂后，钻井液性能优于未加包被剂和加入购买的包被剂的钻井液性能，提粘抗温能力都大大加强，降滤失效果也明显增强，本发明抗高温抗盐包被剂在在氯化钠盐水钻井液体系、氯化钾钻井液体系及有机盐钻井液体系中均可抗200℃高温。
②膨胀性实验
本实验利用膨润土按页岩膨胀实验标准要求压制人造岩心，按照页岩膨胀测试标准在页岩膨胀仪上进行页岩膨胀实验，以此评价包被剂对泥页岩的抑制防膨能力，在氯化钠盐水钻井液体系中测定8h膨胀量，实验结果见表2。
表2为膨胀量对比实验
从表2可以看出本发明的钻井液用抗高温抗盐包被剂具有极强的包被抑制作用，比市场同类包被剂包被抑制作用更强，效果更好。

Claims (6)

1.一种钻井液用抗高温抗盐包被剂，其特征在于，由按照重量份数计10-15份的丙烯酸、10-12份的2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸、2-5份的对苯乙烯磺酸钠、0.05-0.1份的硅烷偶联剂、0.2-0.5份的氯化铝在0.2-0.5份引发剂的作用下共聚而成，所述的硅烷偶联剂优选为乙烯基三乙氧硅烷和异丁基三乙氧硅烷的一种或其组合。
2.如权利要求1所述的钻井液用抗高温抗盐包被剂，所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸铵和亚硫酸氢钠的混合物。
3.权利要求1所述的钻井液用抗高温抗盐包被剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，所有物质均按重量份数计：
1)向反应釜中加入100-120份的水，将10-15份的丙烯酸、10-12份的2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸、2-5份的对苯乙烯磺酸钠、0.05-0.1份的硅烷偶联剂和0.2-0.5份的氯化铝加入到反应釜中，然后搅拌溶解得到混合水溶液；
2)调节步骤1中水溶液pH至8-12，之后通氮气维持10-20min；
3)向反应釜中加入0.2-0.5份引发剂，在20-60℃条件下，反应2-7h而制得胶液；
4)将制得到的胶液在温度90℃下用烘箱烘12h，烘干后用粉碎机粉碎，制得钻井液用抗高温抗盐包被剂。
4.如权利要求3所述的制备方法，步骤1)所述的硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧硅烷和异丁基三乙氧硅烷的一种或其组合。
5.如权利要求3所述的制备方法，所述步骤2)中，用氢氧化钠或碳酸氢钠调节pH值。
6.如权利要求3所述的制备方法，所述步骤3)中，引发剂为过硫酸铵或过硫酸铵和亚硫酸氢钠的混合物。
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