CN106366244A - 钻井液用抗高温抗盐降滤失剂及其制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种钻井液用抗高温抗盐降滤失剂及其制备方法和用途，制备方法包括如下步骤：将2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸和水加到反应器中，搅拌使其充分溶解；向所述反应器中加入丙烯酸，再加入pH值调节剂，将反应器中混合物的pH值调节为7‑9；向所述反应器中加入N‑异丙基丙烯酰胺和纳米钙膨润土，搅拌均匀；向所述反应器中加入引发剂，反应得到反应产物；将得到的反应产物用丙酮洗涤，过滤并收集过滤产物；将过滤产物在真空干燥，干燥后粉碎得到白色粉末，所述白色粉末即为所述钻井液用抗高温抗盐降滤失剂。该方法制备出的降滤失剂性能优良，抗温抗盐效果好，同时加工工艺简单，开发成本低廉。

Description

钻井液用抗高温抗盐降滤失剂及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及以有机分子为原料的降滤失剂技术领域。更具体地，涉及一种钻井液用抗高温抗盐降滤失剂及其制备方法和用途。
背景技术
当在地层中钻井或完井时，由于各种原因，通常在井中使用各种流体。井流体的一般用途包括：在普通钻井或钻开(钻开目标含油地层)时润湿和冷却钻头切削表面；将“岩屑”(由于钻头上的齿的切削作用而移除的地层片)运输到地表上；控制地层流体压力以防止喷出；保持井稳定性；将固体悬浮于井中；将钻井地层中的滤失最小化，并且稳定钻井通过的地层；将井附近的地层压裂，用另一种流体代替井内的流体；将井进行清洗；对井进行测试；将水马力传递到钻头上；将流体用于安置封隔器，废弃井或者准备废弃井，以及另外用于对井或地层进行处理。
钻井具有阻止过滤的能力。为了防止地层流体进入井眼孔内，泥浆柱的流体静压必须大于在地层的孔隙中的流体的压力。结果，存在的趋势是井眼流体的液体部分侵入可渗透的井眼地层，这被称为滤液。结果，泥浆固体滤出到井眼孔的壁上，从而形成涂层或滤饼。因此，必须将泥浆配制成保持所沉积的滤饼的渗透性尽可能低，以保持稳定的井眼，并且将对潜在的生产地层和生产层中的层位的滤液侵入以及对它们的损害最小化。将滤液进入地层的损失称为滤失。
随着国际上石油工业的发展和对石油需求的不断增长，其中一个重要表现是井越钻越深,往往遇到高温复杂地层,井下复杂情况也越多。因此对钻井液的性能，尤其是抗高温抗盐性能提出了更高的要求。而降滤失剂作为钻井液中一种常用的油田化学品助剂，在石油钻井中使用十分广泛。在钻井过程中，钻井液滤液侵入地层会引起泥页岩水化膨胀，损害油气层，严重时导致井壁不稳定和各种井下复杂情况。加入降滤失剂后，可以在井壁上形成低渗透率、柔韧、薄而致密的滤饼，尽可能降低钻井液的滤失量，以维持井壁稳定，从而保证井下安全。因而降滤失剂成为产销量最大、研究开发最活跃的钻井液处理剂之一。
虽然目前油田钻井过程中使用的降滤失剂种类很多，但是，能够同时具备良好的抗温性以及抗盐性的产品却很少。专利文献CN104292387A中所公开的抗高温抗盐降滤失剂的制备方法是：将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸水溶液调节至7，然后向其中依次加入丙烯酰胺和二烯丙基二甲基氯化铵水溶液，通氮气并用搅拌均匀得到混合溶液，向混合溶液中加入引发剂，35-55℃温度下静置3-7小时,将所得粘稠物用乙醇反复洗涤，干燥后得抗高温抗盐降滤失剂，但现有技术中降滤失剂制备方法存在的缺陷是，该降滤失剂产品的抗高温性能、抗盐性能都有一定的局限性，同时反应时间较长，加工工艺较复杂，价格昂贵。
因此，目前需要开发出降滤失性能优良，抗温抗盐效果好，同时加工工艺简单，开发成本低廉的降滤失产品。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种钻井液用抗高温抗盐降滤失剂的制备方法，该方法制备出的降滤失剂性能优良，抗温抗盐效果好，同时加工工艺简单，开发成本低廉。
本发明的另一个目的在于提供使用本发明方法制备出的钻井液用抗高温抗盐降滤失剂，该滤失剂具有优良的性能，抗温抗盐效果好。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种钻井液用抗高温抗盐降滤失剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将10-20份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和20-50份水加到反应器中，搅拌使2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸充分溶解于水；
(2)向2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的水溶液中加入10-20份丙烯酸形成混合物A，再向混合物A中加入pH值调节剂，将混合物A的pH值调节为7-9；
(3)加热反应器，使反应器中混合物A的温度保持在35-50℃，然后向混合物A中加入4-7份N-异丙基丙烯酰胺和2-7份纳米钙膨润土，搅拌均匀得到混合物B；
(4)向混合物B中加入0.3-0.7份引发剂，在35-50℃的条件下反应35-75min，得到反应产物；
(5)将步骤(4)得到的反应产物用丙酮洗涤，过滤并收集过滤产物；
(6)将过滤产物在在100-120℃的温度下真空干燥6-10h，干燥后粉碎得到白色粉末，所述白色粉末即为所述钻井液用抗高温抗盐降滤失剂。
优选地，以全部反应物的总质量计，所述2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸、N-异丙基丙烯酰胺和纳米钙膨润土的总浓度为30-55wt％；
2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸、N-异丙基丙烯酰胺这些单体中含有羧基、仲胺基、磺酸基等功能基团，羧基和磺酸基具有较强的水化功能，酰胺基对粘土具有较强的吸附能力，磺酸基团抗温抗钙性能明显，聚合物本身C-C结构稳定性也较好。
优选地，所述引发剂的浓度为0.3-0.7wt％。保证反应时间在1-2小时内。
优选地，所述引发剂选自过硫酸铵-亚硫酸氢钠和过硫酸钾-亚硫酸氢钠中的一种或几种；
过硫酸铵-亚硫酸氢钠及过硫酸钾-亚硫酸氢钠为一种氧化-还原体系。
优选地，所述pH值调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾和氨水中的一种或几种。本发明所选用的pH值调节剂能提高降滤失剂的抑制效果。
优选地，所述纳米钙膨润土的pH值为7.5-8.5，颗粒粒径<50nm。
所选用的纳米钙膨润土是一种无机水润湿性纳米钙膨润土，颜色为淡黄色，在水中均匀分散。由上述制备方法制备得到的钻井液用抗高温抗盐降滤失剂，其具有如下特性：其含水量为27wt％-66wt％；。
本发明制备的钻井液用抗高温抗盐降滤失剂在配制油田钻井液中的应用。
一种油田钻井液，含有本发明制备的钻井液用抗高温抗盐降滤失剂，以钻井液的总重量为基准，其中钻井液用抗高温抗盐降滤失剂的含量为0.5wt％-3wt％。
本发明的有益效果如下：
本发明的钻井液用抗高温抗盐降滤失剂，是一种白色固体粉末，易溶于水，在复合盐水基浆中，浓度为1.5wt％时，在220℃的高温下使用，能够保证钻井液性能稳定，对钻井液粘度影响不大，适用于深井超深井的石油钻探作业。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明实施例部分的份为重量份。
实施例1
一种钻井液用抗高温抗盐降滤失剂，其制备方法为：
(1)将10份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和20份水加到反应器中，搅拌使2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸充分溶解于水；
(2)向2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的水溶液中加入10份丙烯酸形成混合物A，再向混合物A中加入pH值调节剂，将混合物A的pH值调节为7；
(3)加热反应器，使反应器中混合物A的温度保持在45℃，然后向混合物A中加入4份N-异丙基丙烯酰胺和3.5份纳米钙膨润土，搅拌均匀得到混合物B；
(4)向混合物B中加入0.7份引发剂，在45℃的条件下反应60min，得到反应产物；
(5)将步骤(4)得到的反应产物用丙酮洗涤，过滤并收集过滤产物；
(6)过滤产物在110℃真空干燥7小时，粉碎得到白色粉末状的产物，即为所合成的钻井液用抗高温抗盐降滤失剂。
实施例2：
一种钻井液用抗高温抗盐降滤失剂，其制备方法为：
(1)将2份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和25份水加到反应器中，搅拌使2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸充分溶解于水；
(2)向2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的水溶液中加入15份丙烯酸形成混合物A，再向混合物A中加入pH值调节剂，将混合物A的pH值调节为8；
(3)加热反应器，使反应器中混合物A的温度保持在40℃，然后向混合物A中加入3份N-异丙基丙烯酰胺和2.5份纳米钙膨润土，搅拌均匀得到混合物B；
(4)向混合物B中加入0.6份引发剂，在40℃的条件下反应70min，得到反应产物；
(5)将步骤(4)得到的反应产物用丙酮洗涤，过滤并收集过滤产物；
(6)将过滤产物在115℃真空干燥8小时粉碎得到白色粉末状的产物，即为所合成的钻井液用抗高温抗盐降滤失剂。
实施例3：
一种钻井液用抗高温抗盐降滤失剂，其制备方法为：
(1)将20份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和45份水加到反应器中，搅拌使2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸充分溶解于水；
(2)向2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的水溶液中加入20份丙烯酸形成混合物A，再向混合物A中加入pH值调节剂，将混合物A的pH值调节为9；
(3)加热反应器，使反应器中混合物A的温度保持在50℃，然后向混合物A中加入4份N-异丙基丙烯酰胺和7份纳米钙膨润土，搅拌均匀得到混合物B；
(4)向混合物B中加入0.7份引发剂，在50℃的条件下反应50min，得到反应产物；
(5)将步骤(4)得到的反应产物用丙酮洗涤，过滤并收集过滤产物；
(6)过滤产物在105℃真空干燥9小时粉碎得到白色粉末状的产物，即为所合成的钻井液用抗高温抗盐降滤失剂。
实施例4：
一种钻井液用抗高温抗盐降滤失剂，其制备方法为：
(1)将15份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和30份水加到反应器中，搅拌使2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸充分溶解于水；
(2)向2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的水溶液中加入18份丙烯酸形成混合物A，再向混合物A中加入pH值调节剂，将混合物A的pH值调节为9；
(3)加热反应器，使反应器中混合物A的温度保持在37℃，然后向混合物A中加入7份N-异丙基丙烯酰胺和5份纳米钙膨润土，搅拌均匀得到混合物B；
(4)向混合物B中加入0.7份引发剂，在37℃的条件下反应50min，得到反应产物；
(5)将步骤(4)得到的反应产物用丙酮洗涤，过滤并收集过滤产物；
(6)过滤产物在105℃真空干燥10小时粉碎得到白色粉末状的产物，即为所合成的钻井液用抗高温抗盐降滤失剂。
实施例5：
一种钻井液用抗高温抗盐降滤失剂，其制备方法为：
(1)将20份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和40份水加到反应器中，搅拌使2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸充分溶解于水；
(2)向2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的水溶液中加入12份丙烯酸形成混合物A，再向混合物A中加入pH值调节剂，将混合物A的pH值调节为8；
(3)加热反应器，使反应器中混合物A的温度保持在35℃，然后向混合物A中加入6份N-异丙基丙烯酰胺和5份纳米钙膨润土，搅拌均匀得到混合物B；
(4)向混合物B中加入0.6份引发剂，在35℃的条件下反应50min，得到反应产物；
(5)将步骤(4)得到的反应产物用丙酮洗涤，过滤并收集过滤产物；
(6)过滤产物在105℃真空干燥6小时粉碎得到白色粉末状的产物，即为所合成的钻井液用抗高温抗盐降滤失剂。
实施例6：
一种钻井液用抗高温抗盐降滤失剂，其制备方法为：
(1)将20份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和45份水加到反应器中，搅拌使2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸充分溶解于水；
(2)向2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的水溶液中加入13份丙烯酸形成混合物A，再向混合物A中加入pH值调节剂，将混合物A的pH值调节为7；
(3)加热反应器，使反应器中混合物A的温度保持在48℃，然后向混合物A中加入4份N-异丙基丙烯酰胺和3.5份纳米钙膨润土，搅拌均匀得到混合物B；
(4)向混合物B中加入0.4份引发剂，在48℃的条件下反应50min，得到反应产物；
(5)将步骤(4)得到的反应产物用丙酮洗涤，过滤并收集过滤产物；
(6)过滤产物在105℃真空干燥8小时粉碎得到白色粉末状的产物，即为所合成的钻井液用抗高温抗盐降滤失剂。
性能实验：
复合盐水基浆中，本发明钻井液用抗高温抗盐降滤失剂的滤失量测量：
1)复合盐水基浆配制：1000ml蒸馏水+45.70g氯化钠+7.40g氯化钙+19.70g氯化镁作为复合盐水，取350ml复合盐水，在1000r/min的搅拌速度下向复合盐水中加入3.15g碳酸钠和52.50g纳米钙膨润土即为复合盐水基浆；
2)实施例1-6制备的钻井液用抗高温抗盐降滤失剂在复合盐水基浆中的滤失量测定：取每一实施例制备的降滤失剂2.45g，加入配好的复合盐水基浆中，加入降滤失剂后搅拌30min，在室温下养护24h后测量API滤失量；另取每一实施例制备的降滤失剂5.25g，加入配好的复合盐水基浆中，加入降滤失剂后搅拌30min，在室温养护6h后，装入高温罐，于220℃热滚16h，冷却至50℃，再高速搅拌30min，测定220℃老化后的HTHP滤失量；实验结果见表1。
表1
由表1性能评价数据可以看出，每个实施例制备的降滤失剂使得复合盐水浆在220℃老化前后滤失量差别较小，均小于20mL，说明本发明制备的降滤失剂能在复合盐水中抗220℃高温。
不同浓度的单一成分的盐水基浆中，本发明钻井液用抗高温抗盐降滤失剂的滤失量测量：
1)盐水基浆配制：取氯化钠配制浓度为5wt％、10wt％、15wt％、20wt％和25wt％的盐水350mL，在1000r/min的搅拌速度下加入35g评价土和1g碳酸氢钠，继续搅拌20min，即得到盐水基浆；
2)取实施例1制备的降滤失剂，分别加入配好的五种浓度的盐水基浆中，每份盐水基浆中加入2.45g降滤失剂，然后搅拌30min，在室温下养护24h后测定API滤失量.另取实施例1制备的降滤失剂，加入配好的五种浓度的盐水基浆中，每份盐水基浆中加入5.25g降滤失剂，然后搅拌30min，在室温养护6h后，装入高温罐，于220℃下热滚16h，冷却至50℃，再高速搅拌30min，测定220℃老化后的HTHP滤失量。
表2
上述实验数据表明，采用本发明制得的钻井液用抗高温抗盐降滤失剂在5wt％的盐水中，0.7wt％浓度下的滤失量较低，因此本发明的钻井液用抗高温抗盐降滤失剂能很好地应用到海水、饱和盐水及有机盐钻井液中。
本发明钻井液用抗高温抗盐降滤失剂配制成海水钻井液的各项性能测试：将实施例1-6得到的钻井液用抗高温抗盐降滤失剂配制成海水钻井液，并分别编号为1、2、3、4、5、6，进行220℃热滚16h后测试钻井液的各项性能，结果如表3所示，其中钻井液的配方为：海水+3％抗盐粘土+0.3％NaHCO3+2％钻井80A-51+1.5％protrill+1.0％Temp-Ⅱ+1.5％SMP-Ⅱ+3％降滤失剂+5％Sol-Tex+3％聚合醇+重晶石调节密度。
表3
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种钻井液用抗高温抗盐降滤失剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将10-20份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和20-50份水加到反应器中，搅拌使2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸充分溶解于水；
(2)向2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的水溶液中加入10-20份丙烯酸形成混合物A，再向混合物A中加入pH值调节剂，将混合物A的pH值调节为7-9；
(3)加热反应器，使反应器中混合物A的温度保持在35-50℃，然后向混合物A中加入4-7份N-异丙基丙烯酰胺和2-7份纳米钙膨润土，搅拌均匀得到混合物B；
(4)向混合物B中加入0.3-0.7份引发剂，在35-50℃的条件下反应35-75min，得到反应产物；
(5)将步骤(4)得到的反应产物用丙酮洗涤，过滤并收集过滤产物；
(6)将过滤产物在100-120℃的温度下真空干燥6-10h，干燥后粉碎得到白色粉末，所述白色粉末即为所述钻井液用抗高温抗盐降滤失剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以全部反应物的总质量计，所述2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸、N-异丙基丙烯酰胺和纳米钙膨润土的总浓度为30-55wt％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述引发剂的浓度为0.3-0.7wt％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述引发剂选自过硫酸铵-亚硫酸氢钠和过硫酸钾-亚硫酸氢钠中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述pH值调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾和氨水中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纳米钙膨润土的pH值为7.5-8.5，颗粒粒径<50nm。
7.一种钻井液用抗高温抗盐降滤失剂，其是按照权利要求1至6中任一项所述的方法制备得到的。
8.根据权利要求7所述的钻井液用抗高温抗盐降滤失剂，其具有如下特性：其含水量为27wt％-66wt％。
9.权利要求7或8所述的钻井液用抗高温抗盐降滤失剂在配制油田钻井液中的应用。
10.一种油田钻井液，其中含有权利要求1至3任一项所述的钻井液用抗高温抗盐降滤失剂，以钻井液的总重量为基准，其中钻井液用降滤失剂的含量为0.5wt％-3wt％。
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