CN104910330A - 一种高密度钻井液用降滤失剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高密度钻井液用降滤失剂及其制备方法和应用。该降滤失剂由包括以下组分的原料反应制得：丙烯酸类化合物20-50,2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸10-30，水解聚丙烯腈铵盐10-30，酚类10-30，碱液10-20，催化剂0.1-1,水30-60，所述方法包括:将丙烯酸类化合物、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶于水中，加入碱液混合均匀，于60-100℃下加入水解聚丙烯腈铵盐和酚类，搅拌均匀后继续加入催化剂，反应3-5小时得到产物，将产物经干燥、粉碎即得高密度钻井液用降滤失剂。该降滤失剂在高固相下增粘幅度小，降滤失效果显著，抗温抗盐效果好，可用于深井、超深井中，同时能够满足处理剂具有强吸附和强水化作用，保证体系良好的护胶性能。

Description

一种高密度钻井液用降滤失剂及其制备方法

技术领域

本发明属于油田钻井液助剂技术领域，具体涉及一种高密度钻井液用降滤失剂及其制备方法和应用。

背景技术

 随着石油工业的发展，深井高温、高密度钻井液已成为当前钻井液技术研究的关键。高密度钻井液体系具有固相含量大、固相颗粒分散程度高、自由水量少以及钻屑侵入等特点。高密度钻井液在提高钻井液密度的同时，还要尽量降低滤失量来减少滤液对地层的损害。

高密度钻井液存在流动性差，应用于深井和超深井中时井段温度通常较高，井底压力大等问题，因此高密度钻井液中降滤失剂的选择需兼顾高温高压、分散能力、降滤失能力、不提粘等因素。本发明结合高密度钻井液的实际应用情况，重点解决高密度钻井液中滤失量的问题，发明了一种应用于高密度钻井液中的降滤失剂，该降滤失剂通过引入各种抗高温基团和易水化基团，利用化学合成的方法得到一种多功能型聚合物降滤失剂，通过室内及现场应用表明该聚合物降滤失剂能很好的适用于高密度钻井液中。

发明内容

为了满足钻遇深井、超深井的需要以及对现有技术的改进，本发明的一个目的是提供一种高密度钻井液用降滤失剂（下文可简称为ZK-204），该降滤失剂在高密度钻井液中降滤失效果突出，具有耐温、抗盐等特点，与其它钻井液处理剂配伍性好，能适用于多种体系的钻井液中，兼顾成本适中的特点。

本发明的的另一个目的是提供高密度钻井液用降滤失剂的制备方法，该工艺简单易操作，反应转化率高，无后处理，无三废。

本发明的第三个目的是提供上述高密度钻井液用降滤失剂的应用。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：所述高密度钻井液用降滤失剂由丙烯酸类化合物、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸在一定温度和碱性条件下与水解聚丙烯腈铵盐和酚类经催化共聚得到产物，将产物干燥、粉碎即得高密度钻井液用降滤失剂。所述各反应物的重量份数如下：

丙烯酸类化合物                20-50；

2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸     10-30；

水解聚丙烯腈盐              10-30；

酚类                          10-30；

碱液                          10-20；

催化剂                        0.1-1；

水                            30-60。

优选情况下，参与反应的各反应物的重量份数为：

丙烯酸类化合物                30-40；

2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸     15-25；

水解聚丙烯腈盐              15-25；

酚类                          15-25；

碱液                          14-18；

催化剂                        0.3-0.6；

水                            40-50。

进一步，所述的丙烯酸类化合物是由丙烯酸、丙烯酸钾或丙烯酸钙中的一种或两种以上组成的混合物。

进一步，所述的水解聚丙烯腈盐是由水解聚丙烯腈钾盐或钠盐中的一种或两种的混合物。

进一步，所述的酚类是由苯酚、对甲苯酚、邻甲苯酚中的一种或两种以上组成的混合物。

进一步，所述的碱液是氢氧化钠或氢氧化钾的饱和溶液。

进一步，所述的催化剂是由过硫酸钾或过硫酸铵和亚硫酸钠的组合或过硫酸铵和亚硫酸氢钠的组合。

本发明所述的高密度钻井液用降滤失剂的制备方法包括如下步骤:

步骤一：按上述比例将丙烯酸类化合物和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶于水中，搅拌使其溶解后加入碱液并升温至60-100℃；

步骤二：加入水解聚丙烯腈盐和酚类，搅拌混合均匀后加入催化剂，继续搅拌反应3-5小时得到产物；

步骤三：将反应所得产物干燥、粉碎即得高密度钻井液用降滤失剂。

本发明提供高密度钻井液用降滤失剂应用在钻井液中时，该高密度钻井液用降滤失剂以体积百分含量为1.5%～8%的用量加入到钻井液中。

本发明提供的高密度钻井液用降滤失剂由经催化共聚反应后生成含有酚羟基、羧基、刚性环等基团结构，分子结构中所含的亲水基团及抗温基团使其在深井及超深井应用中能抗盐、抗钙、抗海水、抗饱和盐水、耐高温；该降滤失剂降滤失效果突出，具有一定的悬浮能力，高固相下增粘幅度小，同时能够满足处理剂具有强吸附和强水化作用。该处理剂现场应用简单，维护处理方便等特点，能保证体系良好的护胶性能。

本发明提供的方法简单易操作，反应条件温和，反应物转化效率高，成本低，反应结束后无后处理。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步描述。

以下以实施例详细说明。实施例中所使用的药品和试剂均可自市场购得。本文中， v/v%表示体积百分含量。

实施例1

于反应釜中将20kg丙烯酸和30kg2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶于30kg水中，搅拌使其溶解后加入10kg氢氧化钠碱液并升温至60℃；加入10kg水解聚丙烯腈钾盐和20kg对甲苯酚，搅拌混合均匀后将0.1kg过硫酸钾加入到反应釜中，继续搅拌反应3小时得到产物；将反应所得产物干燥、粉碎即得高密度钻井液用降滤失剂。

实施例2

于反应釜中将35kg丙烯酸钾和20kg2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶于45kg水中，搅拌使其溶解后加入20kg氢氧化钠碱液并升温至80℃；加入20kg水解聚丙烯腈钾盐和20kg苯酚，搅拌混合均匀后将0.25kg过硫酸铵和0.25kg亚硫酸钠到反应釜中，继续搅拌反应4小时后得到产物；将反应所得产物干燥、粉碎即得高密度钻井液用降滤失剂。

实施例3

于反应釜中将50kg丙烯酸钾和30kg2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶于45kg水中，搅拌使其溶解后加入20kg氢氧化钾碱液并升温至80℃；加入20kg水解聚丙烯腈钠盐和20kg邻甲苯酚，搅拌混合均匀后将0.25kg过硫酸铵和0.25kg亚硫酸氢钠加入到反应釜中，继续搅拌反应4小时后得到产物；将反应所得产物干燥、粉碎即得高密度钻井液用降滤失剂。

实施例4

于反应釜中将50kg丙烯酸钾和30kg2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶于60kg水中，搅拌使其溶解后加入20kg氢氧化钾碱液并升温至100℃；加入30kg水解聚丙烯腈钠盐和30kg邻甲苯酚，搅拌混合均匀后加入0.5kg过硫酸铵和0.5kg亚硫酸氢钠加入到反应釜中，继续搅拌反应5小时后得到产物；将反应所得产物干燥、粉碎即得高密度钻井液用降滤失剂。

以下以实施例2为为例，对所制得的高密度钻井液用降滤失剂ZK-204的有效成分、在水溶液中的表观粘度和对钻井液滤失量的影响以及抗温性能进行评价。

（1）有效物的测定

称取试样1.0 g（称准至0.0001 g），置于盛有100 mL混合溶液（75 mL无水乙醇＋25 mL质量分数1.5%的盐酸）的烧杯中，用玻璃棒慢慢搅动，使聚合物聚沉2 h～3 h。用已于105 ℃±3 ℃下烘干恒质的定量滤纸过滤，然后用60 mL质量分数 85%的乙醇溶液分三次洗涤滤纸表面，折叠包有样品的滤纸放于烘干恒质的称量瓶中，于105 ℃±3 ℃下烘2 h后取出，立即放入干燥器内冷却30 min后称量。有效物含量按式（1）计算。结果取三次测量的算术平均值，结果见表1

式中：

X ──有效物含量，%；

m3──干燥后样品、滤纸及称量瓶的质量，单位为克(g)；

m1──滤纸和称量瓶的质量，单位为克(g)；

m2──试样质量，单位为克(g)。

      有效物取三次测量的算术平均值为92.8%，有效物含量达到90%以上。

（2）水溶液中表观黏度的测定

称取4.0 g试样（称准至0.01 g）,在玻璃棒搅拌下慢慢加入到400 mL蒸馏水中,搅拌至全部溶解，室温下密闭养护24 h，于25 ℃±3 ℃下恒温10 min ～20 min，同时用玻璃棒搅拌，用六速旋转黏度计测定600 r/min的读数。表观黏度按式(2)计算。结果取三次测量的算术平均值，结果见表2。

式中：

AV — 表观黏度，单位为毫帕·秒(mPas)；

Φ600—旋转黏度计600  r/min下的读数。

 取三次测量的算术平均值，得到表观粘度为9.6 mPas，表观粘度较低，符合设计要求。

（3）在淡水泥浆中降滤失效果评价

淡水基浆的配制

量取350 mL蒸馏水置于高速搅拌杯中，加入0.42 g无水碳酸钠，搅拌下加入7.0 g钻井液实验用钠膨润土，高速搅拌20 min，其间至少停两次，以刮下粘附在容器壁上的粘土，在25 ℃±3 ℃下密闭养护24 h作为淡水基浆。

淡水钻井液

量取350 mL淡水基浆，搅拌下加入降滤失剂样品17.5 g，高速搅拌20 min，在磨口瓶中养护2 h～4 h，然后在200 ℃下滚动16 h后降温至室温。如老化罐壁上有粘附物，用玻璃棒刮入高速搅拌机浆杯，加入7.0 g无水碳酸钠，高速搅拌5 min，如起泡可加入消泡剂，按GB/T 16783.1 中7.2的规定测定中压滤失量（室温，690 kPa）。结果见表3。

 从上述表3数据可以看出，实施例2所得高密度钻井液用降滤失剂在200℃老化后，仍然具有显著的降滤失效果，符合本发明设计要求，适合用于深井、高温井中。

（4）在饱和盐水钻井液中降滤失效果评价

饱和盐水基浆的配制

量取350 mL蒸馏水置于高速搅拌杯中，加入0.42 g无水碳酸钠，搅拌下加入7.0 g钻井液实验用钠膨润土，高速搅拌20 min，其间至少停两次，以刮下粘附在容器壁上的粘土，在25 ℃±3 ℃下密闭养护24 h。搅拌下加入10.5 g磺化褐煤，高速搅拌5 min，搅拌下加入105.0 g的氯化钠，高速搅拌20 min，其间至少停两次，以刮下粘附在容器壁上的粘土，在25 ℃±3 ℃下密闭养护2 h～4 h作为饱和盐水基浆。

将饱和盐水基浆于200 ℃下滚动16 h后降温至室温，加入7.0 g无水碳酸钠，高速搅拌5 min，如起泡可加入消泡剂，按GB/T 16783.1 中7.2的规定测定中压滤失量（室温，690 kPa），按GB/T 16783.1 中7.3的规定测定高温高压滤失量（150 ℃，3450 kPa）。如其中压滤失量在90 mL以上或者高温高压滤失量在160 mL～230 mL范围内，可作为饱和盐水基浆，如不在此范围内可调整膨润土加量。

量取350 mL饱和盐水基浆，搅拌下加入降滤失剂样品17.5 g，高速搅拌20 min。然后在200 ℃下滚动16 h后降温至室温。如老化罐壁上有粘附物，用玻璃棒刮入高速搅拌杯，加入7.0 g无水碳酸钠，高速搅拌5 min，如起泡可加入消泡剂，按GB/T 16783.1 中7.2的规定测定中压滤失量（室温，690 kPa），按GB/T 16783.1 中7.3的规定测定高温高压滤失量（150℃，3450 kPa）。

 从上述表4数据中可以得出，实施例2所得高密度钻井液用降滤失剂在饱和盐水中降滤失效果同样显著，且完全能抵抗200℃的高温。其高温高压数据也表明其能应用于高温深井中。

本发明实施例1-4所得高密度钻井液用降滤失剂各项性能指标见表5。

 上述实施例只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。

Claims (7)

1.一种高密度钻井液用降滤失剂，其特征在于，所述的高密度钻井液用降滤失剂是由丙烯酸类化合物、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸在一定温度和碱性条件下与水解聚丙烯腈盐和酚类经催化共聚得到产物，将产物干燥、粉碎即得高密度钻井液用降滤失剂,所述各反应物的重量份数如下：

丙烯酸类化合物                  20-50；

2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸       10-30；

水解聚丙烯腈盐                10-30；

酚类                            10-30；

碱液                            10-20；

催化剂                          0.1-1；

水                              30-60。

2.根据权利要求1所述的高密度钻井液用降滤失剂，其特征在于所述的丙烯酸类化合物是由丙烯酸、丙烯酸钾或丙烯酸钙中的一种或两种以上组成的混合物。

3.根据权利要求1所述的高密度钻井液用降滤失剂，其特征在于所述的水解聚丙烯腈盐是由水解聚丙烯腈钾盐或钠盐中的一种或两种的混合物。

4.根据权利要求1所述的高密度钻井液用降滤失剂，其特征在于所述的酚类是由苯酚、对甲苯酚、邻甲苯酚中的一种或两种以上组成的混合物。

5.根据权利要求1所述的高密度钻井液用降滤失剂，其特征在于所述的碱液是氢氧化钠或氢氧化钾的饱和溶液。

6.根据权利要求1所述的高密度钻井液用降滤失剂，其特征在于所述的催化剂是由过硫酸钾或过硫酸铵和亚硫酸钠的组合或过硫酸铵和亚硫酸氢钠的组合。

7.根据权利要求1所述的高密度钻井液用降滤失剂，其特征在于所述的高密度钻井液用降滤失剂的制备方法包括如下步骤:

步骤一：按上述重量份数称取80-90%的水加入到反应釜中，将丙烯酸类化合物和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶于水中，搅拌使其溶解后加入碱液并升温至60-100℃；

步骤二：加入水解聚丙烯腈铵盐和酚类，搅拌混合均匀后将催化剂加入到反应釜中，继续搅拌反应3-5小时得到产物；

步骤三：将反应所得产物干燥、粉碎即得高密度钻井液用降滤失剂。