CN106256870A - 一种钻井液用降滤失剂及其制备方法 - Google Patents

一种钻井液用降滤失剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种钻井液用降滤失剂及其制备方法，所述降滤失剂是包括水相与油相乳化形成的反相乳液聚合物；所述水相包括以下重量份的原料：磺酸基单体45‑56份、酰胺基团单体25‑38份、刚性结构单体5‑10份、水100‑120份；所述水相还包括交联剂以及引发剂，所述交联剂占磺酸基单体、酰胺基团单体及刚性结构单体总质量的0.008‑0.015％；所述引发剂占磺酸基单体、酰胺基团单体及刚性结构单体总质量的0.05‑0.15％；所述油相包括80‑110重量份的基油，还包括占油相质量4％‑10％的乳化剂。本发明生产过程简单，溶解快速，并且降滤失性能优良。

Description

一种钻井液用降滤失剂及其制备方法
技术领域
本发明属于钻井液处理剂技术领域，尤其涉及一种钻井液用降滤失剂及其制备方法。
背景技术
在石油勘探或钻井作业中，钻头在巨大的压力和摩擦力作用下极易损坏，所以要在钻井作业中使用钻井液来保护钻头，但是钻井液在压力下会渗滤到地层土壤中造成流失，这个过程通常称为“失水”。大量的失水进入土壤不仅会诱导井眼失稳问题，而且会对油气层产生损害，目前解决这一问题的方法就是在钻井液中添加降滤失剂，降滤失剂可以全方位地堵塞钻井液与土壤形成的泥饼中的毛细孔道，使其光滑而致密；增加泥饼负电荷密度使其形成强有力的极化水层；降滤失剂分子吸附于粘土晶体颗粒侧面与其形成桥联缩小毛细孔径；改善泥饼毛细孔道的湿润性，所以降滤失剂可以提高钻井液的降失水能力。
目前广泛使用的降滤失剂均以粉状聚合物产品供应和使用，实践表明，粉状聚合物使用时，有诸多缺点，例如：溶解速度慢，现场应用的配胶液过程溶解速度慢导致工时增加甚至部分聚合物形成凝胶块造成性能不稳定且易被振动筛筛除，形成浪费；另外，粉状聚合物一般具有烘干、粉碎过程，生产周期长，而且由于降解、交联等反应会造成不利影响影响其性能，且在使用中不能直接加到钻井液中，分散速度慢，现场泥浆工工作量大，钻井液处理费用高。
发明内容
针对现有技术中的上述问题，本发明的主要目的在于提供一种钻井液用降滤失剂及其制备方法，其是反相乳液聚合物降滤失剂，本发明生产过程简单，溶解快速，并且降滤失性能优良。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种钻井液用降滤失剂，是包括水相与油相乳化形成的反相乳液聚合物；
所述水相包括以下重量份的原料：磺酸基单体45-56份、酰胺基团单体25-38份、刚性结构单体5-10份、水100-120份；所述水相还包括交联剂以及引发剂，所述交联剂占磺酸基单体、酰胺基团单体及刚性结构单体总质量的0.008-0.015％；所述引发剂占磺酸基单体、酰胺基团单体及刚性结构单体总质量的0.05-0.15％；
所述油相包括80-110重量份的基油，还包括占油相质量4％-10％的乳化剂。
作为进一步的优选，所述水相还包括酸碱调节剂，用于将水相调节pH至6-9。
作为进一步的优选，所述反相乳液聚合物的分子量50-100万。
作为进一步的优选，所述磺酸基单体选自对本乙烯磺酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、2-丙烯酰氧基-2-甲基丙磺酸和丙烯磺酸钠；所述酰胺基团单体选自丙烯酰胺和N，N-二甲基丙烯酰胺；所述刚性结构单体选自丙烯腈、苯乙烯和N,N-乙烯基吡咯烷酮。
作为进一步的优选，所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺，所述乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、失水山梨醇脂肪酸酯与聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯和/或烷基酚聚氧乙烯醚通过调节HLB值复配而成；所述酸碱调节剂选自氢氧化钠和碳酸钠。
作为进一步的优选，所述引发剂选自氧化剂、还原剂和偶氮类引发剂。
作为进一步的优选，所述氧化剂选自过硫酸铵和过硫酸钾，所述还原剂选自亚硫酸氢钠和亚硫酸氢铵，所述的偶氮类引发剂选自偶氮二异丁腈和偶氮二异丁基脒盐酸盐。
作为进一步的优选，所述基油为白油。
一种钻井液用降滤失剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将所述磺酸基单体、酰胺基团单体，刚性结构单体、交联剂溶解到水中，调节pH至所需的值，加入引发剂，在第一反应釜中搅拌至无固相颗粒；
(2)在基油中加入乳化剂，置于第二反应釜中搅拌均匀；
(3)将第一反应釜中的溶液送入第二反应釜中，通入惰性气体乳化20-40min；将第二反应釜温度升至30-50℃，反应1～1.5h，反应结束得到均一粘稠的乳白色胶乳。
作为进一步的优选，所述惰性气体为氮气。
本发明的有益效果是：
1)本发明反相乳液聚合物降滤失剂与现有粉体聚合物相比，溶解快速，且反相乳液聚合物生产过程中无烘干、粉碎环节，生产周期短，更容易实现绿色环保生产；同时，本发明反相乳液聚合物不仅可减少粉状聚合物在烘干、粉碎过程中，由于降解、交联等反应造成的不利影响，且在使用中可直接加到钻井液中，分散速度快，在达到同样效果的情况下，减少了现场泥浆工工作量，大大减少用量，降低钻井液处理费用，特别适合中、低温地区和海上等工况使用。另外，本发明反相乳液聚合物携带有三种功能基(即磺酸基团、酰胺基团、刚性杂环侧链)，作为降滤失剂能与粘土颗粒间形成强有力的吸附，形成的泥饼薄而韧，降滤失性能优良。
2)在高温高盐及高钙环境中，本发明反相乳液聚合物降滤失剂含有的大量磺酸基团与刚性杂环结构使聚合物热稳定性更强，分子链不会断裂，同时对盐不敏感，能够抗盐至饱和，抗温最高至170℃；同时抗钙镁性能较佳，可以较好的适应于盐水钻井液中，解决高矿化度地层钻井难题，在盐水钻井液体系中应用前景广阔。
3)本发明反相乳液聚合物中的油相和乳化剂在钻井液体系中还具有一定的润滑和消泡的效果(在淡水和盐水浆中的密度恢复率均大于90％)，具有成为一种“复合”处理剂的潜力。
4)本发明反相乳液聚合物的分子量50-100万，在作为降滤失剂使用时，加入适量即可以取的较好的降滤失效果。
具体实施方式
本发明通过提供一种钻井液用降滤失剂及其制备方法，其是反相乳液聚合物降滤失剂，本发明生产过程简单，溶解快速，并且降滤失性能优良，能有效解决现有钻井液用降滤失剂大多为粉末状聚合物，存在溶解速度慢、润滑效果差、耐温抗盐效果差，同时易造成资源的浪费和能耗增加的问题。
本发明实施例钻井液用降滤失剂是包括水相与油相乳化形成的反相乳液聚合物；
所述水相包括以下重量份的原料：磺酸基单体45-56份、酰胺基团单体25-38份、刚性结构单体5-10份、水100-120份；所述水相还包括交联剂以及引发剂，所述交联剂占磺酸基单体、酰胺基团单体及刚性结构单体总质量的0.008-0.015％；所述引发剂占磺酸基单体、酰胺基团单体及刚性结构单体总质量的0.05-0.15％；
所述油相包括80-110重量份的基油，还包括占油相质量4％-10％的乳化剂。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。
实施例1
本发明实施例1钻井液用降滤失剂是包括水相与油相乳化形成的反相乳液聚合物。
本发明实施例1钻井液用降滤失剂的制备方法包括如下步骤：
在反应釜1中加入120kg的去离子水，加入高纯度2-丙烯酰氧基-2-甲基丙磺酸粉末(磺酸基单体)51Kg，丙烯酰胺(酰胺基团单体)34kg，苯乙烯(刚性结构单体)6kg，N,N-亚甲基双丙烯酰胺(交联剂)9.1g以及1kg质量分数为10％的偶氮二异定咪唑啉盐酸盐(引发剂)搅拌至全部溶解，再加入碳酸钠和氢氧化钠(酸碱调节剂)调节pH至8.0，制得澄清无固相颗粒的溶液；在反应釜2中加入白油100kg，开启搅拌，缓慢加入脂肪醇聚氧乙烯醚(乳化剂)0.5kg，失水山梨醇脂肪酸酯(乳化剂)6.8kg，搅拌均匀；开启电泵，将反应釜1中溶液缓慢抽送至反应釜2中，开启氮气瓶，通氮除氧乳化30min，将反应釜2中温度升至40℃，反应1-1.5h，反应结束后，放料得到均一粘稠的乳白色胶乳。
实施例2
本发明实施例2钻井液用降滤失剂的制备方法包括如下步骤：
在反应釜1中加入120kg的去离子水，加入高纯度对本乙烯磺酸钠粉末(磺酸基单体)47Kg，丙烯酰胺(酰胺基团单体)38kg，丙烯腈(刚性结构单体)6kg，N,N-亚甲基双丙烯酰胺(交联剂)9.1g，1.365kg质量分数为10％的偶氮二异定咪唑啉盐酸盐、0.2kg亚硫酸氢铵(引发剂)搅拌至全部溶解，加入碳酸钠和氢氧化钠(酸碱调节剂)调节pH至8.0，制得澄清无固相颗粒的溶液；在反应釜2中加入白油90kg，开启搅拌，缓慢加入聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯(乳化剂)0.5kg，失水山梨醇脂肪酸酯(乳化剂)6.8kg，搅拌均匀；开启电泵，将反应釜1中溶液缓慢抽送至反应釜2中，开启氮气瓶，通氮除氧乳化30min，将反应釜2中温度升至50℃，反应1-1.5h，反应结束后，放料得到均一粘稠的乳白色胶乳。
实施例3
本发明实施例3钻井液用降滤失剂的制备方法包括如下步骤：
在反应釜1中加入120kg的去离子水，加入高纯度2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸粉末(磺酸基单体)56Kg，N，N-二甲基丙烯酰胺(酰胺基团单体)25kg，苯乙烯(刚性结构单体)6kg，N,N-亚甲基双丙烯酰胺(交联剂)8.7g，控制反应釜1中温度处于25℃以下，加入0.1kg过硫酸铵(引发剂)、0.03kg亚硫酸氢钠(引发剂)搅拌至全部溶解，加入碳酸钠和氢氧化钠(酸碱调节剂)调节pH至8.0，制得澄清无固相颗粒的溶液；在反应釜2中加入白油110kg，开启搅拌，缓慢加入0.5kg烷基酚聚氧乙烯醚(乳化剂)，6.8kg失水山梨醇脂肪酸酯(乳化剂)，搅拌均匀；开启电泵，将反应釜1中溶液缓慢抽送至反应釜2中，开启氮气瓶，通氮除氧乳化30min，将反应釜2中温度升至50℃，反应1-1.5h，反应结束后，放料得到均一粘稠的乳白色胶乳。
实施例4
本发明实施例4钻井液用降滤失剂的制备方法包括如下步骤：
在反应釜1中加入120kg的去离子水，加入高纯度2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸粉末(磺酸基单体)56Kg，N，N-二甲基丙烯酰胺(酰胺基团单体)25kg，6kgN,N-乙烯基吡咯烷酮(刚性结构单体)，8.7gN,N-亚甲基双丙烯酰胺(交联剂)，控制反应釜1中温度处于25℃以下，加入0.02kg过硫酸铵(引发剂)、0.02kg亚硫酸氢钠(引发剂)搅拌至全部溶解，加入碳酸钠和氢氧化钠(酸碱调节剂)调节pH至8.0，制得澄清无固相颗粒的溶液；在反应釜2中加入白油105kg，开启搅拌，缓慢加入聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯(乳化剂)0.5kg，失水山梨醇脂肪酸酯(乳化剂)6.8kg，搅拌均匀；开启电泵，将反应釜1中溶液缓慢抽送至反应釜2中，开启氮气瓶，通氮除氧乳化30min，将反应釜2中温度升至50℃，反应1-1.5h，反应结束后，放料得到均一粘稠的乳白色胶乳。
实施例5
本发明实施例5钻井液用降滤失剂的制备方法包括如下步骤：
在反应釜1中加入120kg的去离子水，加入高纯度丙烯磺酸钠粉末(磺酸基单体)45Kg，N，N-二甲基丙烯酰胺(酰胺基团单体)25kg，5kgN,N-乙烯基吡咯烷酮(刚性结构单体)，6gN,N-亚甲基双丙烯酰胺(交联剂)，控制反应釜1中温度处于25℃以下，加入0.1kg偶氮二异丁腈(引发剂)、0.0125kg亚硫酸氢钠(引发剂)搅拌至全部溶解，加入碳酸钠和氢氧化钠(酸碱调节剂)调节pH至9.0，制得澄清无固相颗粒的溶液；在反应釜2中加入白油80kg，开启搅拌，缓慢加入聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯(乳化剂)0.2kg，失水山梨醇脂肪酸酯(乳化剂)3.0kg，搅拌均匀；开启电泵，将反应釜1中溶液缓慢抽送至反应釜2中，开启氮气瓶，通氮除氧乳化40min，将反应釜2中温度升至50℃，反应1-1.5h，反应结束后，放料得到均一粘稠的乳白色胶乳。
实施例6
本发明实施例1钻井液用降滤失剂的制备方法包括如下步骤：
在反应釜1中加入120kg的去离子水，加入高纯度2-丙烯酰氧基-2-甲基丙磺酸粉末(磺酸基单体)51Kg，丙烯酰胺(酰胺基团单体)34kg，苯乙烯(刚性结构单体)10kg，N,N-亚甲基双丙烯酰胺(交联剂)14.25g以及1kg质量分数为10％的偶氮二异丁腈(引发剂)搅拌至全部溶解，再加入碳酸钠和氢氧化钠(酸碱调节剂)调节pH至6.0，制得澄清无固相颗粒的溶液；在反应釜2中加入白油100kg，开启搅拌，缓慢加入脂肪醇聚氧乙烯醚(乳化剂)0.5kg，失水山梨醇脂肪酸酯(乳化剂)6.8kg，搅拌均匀；开启电泵，将反应釜1中溶液缓慢抽送至反应釜2中，开启氮气瓶，通氮除氧乳化20min，将反应釜2中温度升至30℃，反应1-1.5h，反应结束后，放料得到均一粘稠的乳白色胶乳。
下面对上述实施例1-6得到的产品进行钻井液应用性能评价，结果见表1。
基浆组成：
(1)饱和盐水水基浆：350mL饱和盐水+10％评价土+1.0g碳酸钠，高速搅拌20min，室温养护24小时。
(2)复合盐水基浆：350mL水+4.5％氯化钠+0.5％氯化钙+1.3％氯化镁+10％评价土+1.0g碳酸氢钠，高速搅拌20min，室温养护24小时。
(3)海水基浆：350mL渤海湾海水+10％评价土+1.0g碳酸氢钠，高速搅拌20min，室温养护24h。
表1经170℃老化16h的钻井液性能
从表1可以看出，合成的实施例1-6样品在饱和盐水基浆、复合盐水基浆以及海水基浆中经170℃老化16h后钻井液滤失量均小于15mL，降滤失效果明显，因此该合成的实施例1-6样品在170℃地层温度下，可以抗饱和NaCl的污染以及复合盐的污染，同时可以在海水配制的钻井液中取得较佳的降滤失效果。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
1)本发明反相乳液聚合物降滤失剂与现有粉体聚合物相比，溶解快速，且反相乳液聚合物生产过程中无烘干、粉碎环节，生产周期短，更容易实现绿色环保生产；同时，本发明反相乳液聚合物不仅可减少粉状聚合物在烘干、粉碎过程中，由于降解、交联等反应造成的不利影响，且在使用中可直接加到钻井液中，分散速度快，在达到同样效果的情况下，减少了现场泥浆工工作量，大大减少用量，降低钻井液处理费用，特别适合中、低温地区和海上等工况使用。另外，本发明反相乳液聚合物携带有三种功能基(即磺酸基团、酰胺基团、刚性杂环侧链)，作为降滤失剂能与粘土颗粒间形成强有力的吸附，形成的泥饼薄而韧，降滤失性能优良。
2)在高温高盐及高钙环境中，本发明反相乳液聚合物降滤失剂含有的大量磺酸基团与刚性杂环结构使聚合物热稳定性更强，分子链不会断裂，同时对盐不敏感，能够抗盐至饱和，抗温最高至170℃；同时抗钙镁性能较佳，可以较好的适应于盐水钻井液中，解决高矿化度地层钻井难题，在盐水钻井液体系中应用前景广阔。
3)本发明反相乳液聚合物中的油相和乳化剂在钻井液体系中还具有一定的润滑和消泡的效果(在淡水和盐水浆中的密度恢复率均大于90％)，具有成为一种“复合”处理剂的潜力。
4)本发明反相乳液聚合物的分子量50-100万，在作为降滤失剂使用时，加入适量即可以取的较好的降滤失效果。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种钻井液用降滤失剂，其特征在于：所述降滤失剂是包括水相与油相乳化形成的反相乳液聚合物；
所述水相包括以下重量份的原料：磺酸基单体45-56份、酰胺基团单体25-38份、刚性结构单体5-10份、水100-120份；所述水相还包括交联剂以及引发剂，所述交联剂占磺酸基单体、酰胺基团单体及刚性结构单体总质量的0.008-0.015％；所述引发剂占磺酸基单体、酰胺基团单体及刚性结构单体总质量的0.05-0.15％；
所述油相包括80-110重量份的基油，还包括占油相质量4％-10％的乳化剂。
2.根据权利要求1所述的钻井液用降滤失剂，其特征在于：所述水相还包括酸碱调节剂，用于将水相调节pH至6-9。
3.根据权利要求1所述的钻井液用降滤失剂，其特征在于：所述反相乳液聚合物的分子量50-100万。
4.根据权利要求1所述的钻井液用降滤失剂，其特征在于：所述磺酸基单体选自对本乙烯磺酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、2-丙烯酰氧基-2-甲基丙磺酸和丙烯磺酸钠；所述酰胺基团单体选自丙烯酰胺和N，N-二甲基丙烯酰胺；所述刚性结构单体选自丙烯腈、苯乙烯和N,N-乙烯基吡咯烷酮。
5.根据权利要求2所述的钻井液用降滤失剂，其特征在于：所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺，所述乳化剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚、失水山梨醇脂肪酸酯与聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯和/或烷基酚聚氧乙烯醚；所述酸碱调节剂选自氢氧化钠和碳酸钠。
6.根据权利要求1所述的钻井液用降滤失剂，其特征在于：所述引发剂选自氧化剂、还原剂和偶氮类引发剂。
7.根据权利要求6所述的钻井液用降滤失剂，其特征在于：所述氧化剂选自过硫酸铵和过硫酸钾，所述还原剂选自亚硫酸氢钠和亚硫酸氢铵，所述的偶氮类引发剂选自偶氮二异丁腈和偶氮二异丁基脒盐酸盐。
8.根据权利要求1所述的钻井液用降滤失剂，其特征在于：所述基油为白油。
9.根据权利要求1-8任一项所述的钻井液用降滤失剂的制备方法，其特征在于：所述方法包括：
(1)将所述磺酸基单体、酰胺基团单体，刚性结构单体、交联剂溶解到水中，调节pH值，加入引发剂，在第一反应釜中搅拌至无固相颗粒；
(2)在基油中加入乳化剂，置于第二反应釜中搅拌均匀；
(3)将第一反应釜中的溶液送入第二反应釜中，通入惰性气体乳化20-40min；将第二反应釜温度升至30-50℃，反应1～1.5h，反应结束得到均一粘稠的乳白色胶乳。
10.根据权利要求9所述的钻井液用降滤失剂的制备方法，其特征在于：所述惰性气体为氮气。
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