CN106432595A - 一种低摩阻降滤失剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及石油化工领域，公开了一种低摩阻降滤失剂的制备方法，所述方法包括：将含有乙烯基单体的反应液在烯烃聚合反应条件下进行聚合反应，所述反应液中含有固体颗粒和液体油相。还公开了由如上所述的方法制备的低摩阻降滤失剂及其在水平钻井中的应用。本发明方法制备的低摩阻降滤失剂，既具有优良的降滤失性能，又具有优良的降摩阻性能，而且还具有耐温性，可同时满足水平钻井中对井壁稳定和降低摩阻的需求，也可满足高温情况下的降滤失需求，可以有效提高水平钻井的安全性、增加钻进速度。而且本发明的低摩阻降滤失剂具有良好的储存稳定性。本发明的制备方法简单、重现性好。本发明的低摩阻降滤失剂可广泛应用于水平钻井。
Description
技术领域
本发明涉及石油化工领域，具体地，涉及一种低摩阻降滤失剂的制备方法，及该方法制备的低摩阻降滤失剂，以及该低摩阻降滤失剂在水平钻井中的应用。
背景技术
近年来常规直井因为泄油面积小，单井产量低已不能完全满足勘探开发的要求。定向钻井技术越来越多的被推广应用，尤其是水平井施工日益增加，水平段钻井对钻井液提出5大技术问题：井眼净化、井壁稳定、摩阻控制、防漏堵漏和储层保护。其中井壁失稳问题一直是关系钻井成败和钻进速度的关键因素，同时由于水平段钻具与井壁的轴向摩擦加大了起下钻阻力和扭矩，易造成钻具遇阻、遇卡、钻杆胀扣等井下复杂情况，摩阻控制也是亟待解决的重要问题。
在水平井钻井过程中，有效的降低高温高矿化度情况的滤失量，提高井壁稳定性，同时有效的降低摩擦阻力和扭矩阻力，对于提高钻进速度，减少井下复杂情况和事故的发生具有重要意义，是保证水平井钻井快速发展的重要保障。
现场常采用降滤失剂来控制钻井液中自由水向地层的滤失，从而提高井壁稳定性保证安全钻进。降滤失剂等钻井液添加剂通过调控泥浆体系的胶体分散状态来控制钻井过程中井壁上泥饼的质量，从而决定了滤失量的大小并影响井壁的稳定性。常用降滤失剂主要为纤维素类、淀粉类、腐植酸类、树脂类和丙烯酸类，其中丙烯酸类合成聚合物可以按照温度、矿化度等要求进行分子设计，可以更好的满足对降滤失剂耐温和耐盐的要求，这方面的研究越来越多。
CN1227246A和CN1227247A公开了以水解聚丙烯腈铵盐为主聚合物、楠木粉为辅助聚合物、氢氧化铁或碳酸钠为改性调控剂制成的降滤失剂；CN1242407A公开了褐煤树脂类抗盐降滤失剂，以腐植酸活性中间体、水溶性聚丙烯腈铵盐复聚物和水溶性碳酰胺树脂为原料，经一步法或两步法的不排渣工艺路线进行制备；CN101054512A公开了阳离子聚合物降滤失剂，阳离子单体二甲基二烯丙基氯化铵在FeCl3的引发下与木质素磺酸钠和磺甲基褐煤发生接枝反应生成一种新的防塌降滤失剂；CN101591527A公开了一种防塌降滤失剂，以丙烯酰胺单体、丙烯酸单体、阳离子单体、交联剂和引发剂聚合而成。
从事降滤失剂研制的工作很多，制备方法也很丰富。但是所得产品一般只关注高温高盐情况下的滤失量。水平钻井时涉及到的摩阻增加等情况，现有的降滤失剂无法满足需求，经常需要再添加润滑剂等，而额外添加润滑剂，大大增加了操作难度，效果也不理想。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的上述缺陷，提供一种在有效降低滤失量的同时，兼顾降低摩阻，既能提高井壁稳定性，又能增加钻进速度的低摩阻降滤失剂及其制备方法和应用。
本发明的发明人在研究中发现，含有乙烯基单体的反应液中含有固体颗粒和液体油相，进行烯烃聚合反应后得到的降滤失剂，既具有优良的降滤失性能，又具有优良的降摩阻性能。
因此，为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种低摩阻降滤失剂的制备方法，所述方法包括：将含有乙烯基单体的反应液在烯烃聚合反应条件下进行聚合反应，所述反应液中含有固体颗粒和液体油相。
优选地，所述方法具体包括：
(1)将所述固体颗粒均匀分散在水中；
(2)加入所述乙烯基单体，充分溶解，调节pH值为8-12；
(3)在搅拌下逐滴加入所述液体油相；
(4)加入引发剂，在烯烃聚合反应条件下进行聚合反应。
优选地，所述固体颗粒的用量为0.5-8重量份，所述水的用量为50-80重量份，所述乙烯基单体的用量为5-40重量份，所述液体油相的用量为1-20重量份；更优选地，所述固体颗粒的用量为0.5-3重量份，所述水的用量为60-70重量份，所述乙烯基单体的用量为15-30重量份，所述液体油相的用量为4-8重量份。
优选地，所述固体颗粒为片状颗粒和/或球形颗粒。所述片状颗粒优选为蒙脱土颗粒、高岭土、锂皂石颗粒和层状双金属氢氧化物中的至少一种；所述球形颗粒优选为纳米二氧化硅、炭黑、硫酸钡、碳酸钙、氧化铁和聚苯乙烯小球中的至少一种。
优选地，所述乙烯基单体为丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、对苯乙烯丙磺酸、马来酸酐和N-乙烯基吡咯烷酮中的至少一种。
优选地，所述液体油相为矿物油和/或烷烃。所述矿物油优选为液体石蜡、7#白油、10#白油和15#白油中的至少一种；所述烷烃优选为十六烷、十二烷和癸烷中的至少一种。
优选地，所述引发剂为亚硫酸氢钠、过硫酸铵和过硫酸钠中的至少一种。
优选地，所述烯烃聚合反应条件包括：温度为30-80℃，时间为1-5h。
第二方面，本发明提供了如上所述的方法制备的低摩阻降滤失剂。
第三方面，本发明提供了如上所述的低摩阻降滤失剂在水平钻井中的应用。
本发明方法制备的低摩阻降滤失剂，既具有优良的降滤失性能，又具有优良的降摩阻性能，而且还具有耐温性，可同时满足水平钻井中对井壁稳定和降低摩阻的需求，也可满足高温情况下的降滤失需求，可以有效提高水平钻井的安全性、增加钻进速度。而且本发明的低摩阻降滤失剂具有良好的储存稳定性。本发明的制备方法简单、重现性好。本发明的低摩阻降滤失剂可广泛应用于水平钻井。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
一方面，本发明提供了一种低摩阻降滤失剂的制备方法，该方法包括：将含有乙烯基单体的反应液在烯烃聚合反应条件下进行聚合反应，反应液中含有固体颗粒和液体油相。
本发明旨在通过反应液中含有固体颗粒和液体油相以实现发明目的，即使得制得的降滤失剂兼具降滤失性能和降摩阻性能。因此，对于反应液中乙烯基单体、固体颗粒和液体油相三种组分的加入顺序无特殊要求，只要得到含有三种组分的反应液即可。但为了使三种组分在反应液中混合得更均匀，优选情况下，三种组分按照固体颗粒、乙烯基单体和液体油相的顺序依次加入并混合均匀得到反应液。
优选地，本发明方法具体包括：
(1)将固体颗粒均匀分散在水中；
(2)加入乙烯基单体，充分溶解，调节pH值为8-12；
(3)在搅拌下逐滴加入液体油相；
(4)加入引发剂，在烯烃聚合反应条件下进行聚合反应。
本发明步骤(1)中，将固体颗粒均匀分散在水中，为了使固体颗粒均匀分散，可以采用本领域技术人员所能想到的各种方法，例如，在高速搅拌下将固体颗粒加入水中，高速搅拌的速度例如可以为2000-10000rpm，优选为5000-8000rpm。
本发明步骤(2)中，为了使乙烯基单体充分溶解，加入乙烯基单体后，可通过搅拌使其充分溶解，搅拌速度例如可以为60-300rpm，优选为100-200rpm。调节pH值为8-12，优选调节为8-10，可以采用本领域常用的pH调节剂进行调节，例如可以采用NaOH、KOH或Ca(OH)2等。
本发明步骤(3)中，为了使混合得更均匀，可以在快速搅拌下逐滴加入液体油相，即在步骤(2)的基础上提高搅拌速度，例如，快速搅拌的速度可以为200-2000rpm，优选为800-1500rpm。
本发明步骤(4)中，为了更好地进行烯烃聚合反应，引发剂优选缓慢加入。
上述优选情况的步骤(1)、(2)和(3)即相当于制备反应液，步骤(4)为进行聚合反应。
本发明中，优选地，固体颗粒的用量为0.5-8重量份，水的用量为50-80重量份，乙烯基单体的用量为5-40重量份，液体油相的用量为1-20重量份；更优选地，固体颗粒的用量为0.5-3重量份，水的用量为60-70重量份，乙烯基单体的用量为15-30重量份，液体油相的用量为4-8重量份。在上述优选情况下，能够进一步提高制得的降滤失剂的降滤失性能和降摩阻性能。
本发明中，固体颗粒优选为片状颗粒和/或球形颗粒。片状颗粒优选为蒙脱土颗粒、高岭土、锂皂石颗粒和层状双金属氢氧化物中的至少一种；球形颗粒优选为纳米二氧化硅、炭黑、硫酸钡、碳酸钙、氧化铁和聚苯乙烯小球中的至少一种。
本发明中，对于乙烯基单体无特殊要求，可以采用本领域制备降滤失剂常用的乙烯基单体，优选为丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、对苯乙烯丙磺酸、马来酸酐和N-乙烯基吡咯烷酮中的至少一种。
本发明中，液体油相优选为矿物油和/或烷烃。矿物油优选为液体石蜡、7#白油、10#白油和15#白油中的至少一种；烷烃优选为十六烷、十二烷和癸烷中的至少一种。
本发明中，对于引发剂无特殊要求，可以采用烯烃聚合反应常用的引发剂，优选为亚硫酸氢钠、过硫酸铵和过硫酸钠中的至少一种。对于引发剂的用量也无特殊要求，可以采用常规的用量，例如，以乙烯基单体和水的总重量为100重量份计，引发剂的用量可以为0.1-0.5重量份，优选为0.3-0.5重量份。
本发明中，对于烯烃聚合反应条件无特殊要求，可以为本领域常规的烯烃聚合反应条件，例如，烯烃聚合反应条件包括：温度为30-80℃，时间为1-5h，优选地，温度为40-60℃，时间为2-4h。
第二方面，本发明提供了如上所述的方法制备的低摩阻降滤失剂。
本发明的低摩阻降滤失剂既具有优良的降滤失性能，又具有优良的降摩阻性能。
第三方面，本发明提供了如上所述的低摩阻降滤失剂在水平钻井中的应用。
本发明的低摩阻降滤失剂在实际使用时，可以按照常规的降滤失剂的用量进行使用，例如，用量可以为基浆的0.4-0.8重量％。
实施例
以下的实施例将对本发明作进一步的说明，但并不因此限制本发明。
实施例1
本实施例用于说明本发明的低摩阻降滤失剂及其制备方法。
(1)在反应器中，加入650g水，并在8000rpm搅拌下加入5g锂皂石颗粒，搅拌30min；
(2)向步骤(1)得到的体系中加入50g的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、100g的丙烯酰胺(AM)和100g的对苯乙烯丙磺酸(SSS)，在120rpm下搅拌，使其充分溶解，用NaOH调节pH值为8；
(3)在1000rpm搅拌下，向步骤(2)得到的体系中逐滴加入50g的10#白油；
(4)在40℃下，向步骤(3)得到的体系中缓慢加入2g的亚硫酸钠和2.5g的过硫酸钠，恒温反应4h，得到低摩阻降滤失剂A1。
实施例2
本实施例用于说明本发明的低摩阻降滤失剂及其制备方法。
(1)在反应器中，加入600g水，并在6000rpm搅拌下加入10g纳米二氧化硅颗粒，搅拌35min；
(2)向步骤(1)得到的体系中加入50g的丙烯酸(AA)、50g的N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)和50g的对苯乙烯丙磺酸(SSS)，在100rpm下搅拌，使其充分溶解，用NaOH调节pH值为9；
(3)在1500rpm搅拌下，向步骤(2)得到的体系中逐滴加入80g的液体石蜡；
(4)在50℃下，向步骤(3)得到的体系中缓慢加入1.25g的亚硫酸钠和1g的过硫酸钠，恒温反应3h，得到低摩阻降滤失剂A2。
实施例3
本实施例用于说明本发明的低摩阻降滤失剂及其制备方法。
(1)在反应器中，加入700g水，并在5000rpm搅拌下加入30g蒙脱土颗粒，搅拌35min；
(2)向步骤(1)得到的体系中加入100g的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、100g的丙烯酰胺(AM)和100g的马来酸酐(MAH)，在200rpm下搅拌，使其充分溶解，用NaOH调节pH值为10；
(3)在800rpm搅拌下，向步骤(2)得到的体系中逐滴加入40g的十二烷；
(4)在60℃下，向步骤(3)得到的体系中缓慢加入2g的亚硫酸钠和2g的过硫酸铵，恒温反应2h，得到低摩阻降滤失剂A3。
实施例4
本实施例用于说明本发明的低摩阻降滤失剂及其制备方法。
按照实施例1的方法制备低摩阻降滤失剂，不同的是，水的用量为500g，锂皂石颗粒的用量为4g，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)的用量为20g，丙烯酰胺(AM)的用量为40g，对苯乙烯丙磺酸(SSS)的用量为40g，10#白油的用量为30g，亚硫酸钠的用量为1.33g，过硫酸钠的用量为1.67g。得到低摩阻降滤失剂A4。
对比例1
按照实施例1的方法制备低摩阻降滤失剂，不同的是，不加入锂皂石颗粒。得到低摩阻降滤失剂D1。
对比例2
按照实施例1的方法制备低摩阻降滤失剂，不同的是，不加入10#白油。得到低摩阻降滤失剂D2。
对比例3
将低摩阻降滤失剂D1与5g锂皂石颗粒在8000rpm搅拌30min，得到低摩阻降滤失剂D3。
对比例4
在1000rpm搅拌下，向低摩阻降滤失剂D2中逐滴加入50g的10#白油，得到低摩阻降滤失剂D4。
测试例
在以下测试例中：
基浆：4重量％钠蒙脱土基浆(以基浆的总重量为基准，其中含有4重量％的钠蒙脱土)。
滤失量测定方法：GB/T 16783.1-2006。
粘附系数测定方法：将基浆陈化16小时后，加入基浆重量的0.6重量％的低摩阻降滤失剂，在6000rpm下搅拌均匀后，陈化16小时，得到用于测试的配制泥浆。然后用GNF-1型高温高压粘附仪(青岛海通达专用仪器有限公司)，调到50℃，然后将配制泥浆倒入盛液杯并放入恒温杯中恒温至50℃，然后加压3min，压力为3.5MPa。用GNF-1型高温高压粘附仪中的扭矩仪测量该配制泥浆的扭矩，然后按下面的公式计算低摩阻降滤失剂的粘附系数：
f＝M×0.845×10-2
式中：f为粘附系数；M为扭矩。
储存稳定性测定：取20g的低摩阻降滤失剂，置于50mL比色管中，烘箱30℃下静置30天，观察外观是否均匀，有无分层现象。
按照上述方法分别测定基浆(空白)、低摩阻降滤失剂A1-A4、D1-D4在25℃、180℃下的滤失量，结果见表1。
按照上述方法分别测定计算基浆(空白)(即为直接将基浆陈化16小时后得到用于测试的配制泥浆，然后测定计算)、低摩阻降滤失剂A1-A4、D1-D4的粘附系数，结果见表1。
按照上述方法分别观察低摩阻降滤失剂A1-A4、D1-D4的外观和分层情况，结果见表2。
表1
| 粘附系数 | 滤失量(25℃)/mL | 滤失量(180℃)/mL | |
| 空白 | 0.08 | 32.0 | 34.0 |
| A1 | 0.035 | 14.0 | 17.0 |
| A2 | 0.04 | 14.0 | 16.5 |
| A3 | 0.04 | 14.0 | 17.0 |
| A4 | 0.05 | 15.0 | 18.5 |
| D1 | 0.06 | 15.0 | 18.5 |
| D2 | 0.07 | 14.5 | 18.0 |
| D3 | 0.06 | 15.5 | 18.0 |
| D4 | 0.06 | 15.0 | 18.5 |
表2
| 外观 | 是否分层 | |
| A1 | 均匀 | 否 |
| A2 | 均匀 | 否 |
| A3 | 均匀 | 否 |
| A4 | 均匀 | 否 |
| D1 | 不均匀 | 是 |
| D2 | 不均匀 | 是 |
| D3 | 不均匀 | 是 |
| D4 | 不均匀 | 是 |
本领域技术人员应该理解的是，滤失量数值越低，说明降滤失性能越好；粘附系数数值越低，说明降摩阻性能越好。
将表1中A1-A4与空白对照比较，可以看出，本发明方法制备的低摩阻降滤失剂在常温和高温下均具有明显的降滤失效果，将表1中A1分别与D1-D4进行比较，可以看出，本发明方法制备的低摩阻降滤失剂相比现有的降滤失剂，具有明显更好的降摩阻性能和降滤失性能，而且，从D3和D4可以看出，即使将现有的降滤失剂与固体颗粒或液体油相混合，降摩阻性能和降滤失性能也远不如本发明的低摩阻降滤失剂。
将表1中A1与A4进行比较可以看出，固体颗粒的用量为0.5-3重量份，水的用量为60-70重量份，乙烯基单体的用量为15-30重量份，液体油相的用量为4-8重量份，能够更进一步提高降滤失性能和降摩阻性能。
从表2可以看出，本发明的低摩阻降滤失剂30天后外观均匀、无分层，说明本发明的低摩阻降滤失剂具有良好的储存稳定性。
本发明方法制备的低摩阻降滤失剂，既具有优良的降滤失性能，又具有优良的降摩阻性能，而且还具有耐温性，可同时满足水平钻井中对井壁稳定和降低摩阻的需求，也可满足高温情况下的降滤失需求，可以有效提高水平钻井的安全性、增加钻进速度。而且本发明的低摩阻降滤失剂具有良好的储存稳定性。本发明的制备方法简单、重现性好。本发明的低摩阻降滤失剂可广泛应用于水平钻井。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (13)
1.一种低摩阻降滤失剂的制备方法，所述方法包括：将含有乙烯基单体的反应液在烯烃聚合反应条件下进行聚合反应，其特征在于，所述反应液中含有固体颗粒和液体油相。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法具体包括：
(1)将所述固体颗粒均匀分散在水中；
(2)加入所述乙烯基单体，充分溶解，调节pH值为8-12；
(3)在搅拌下逐滴加入所述液体油相；
(4)加入引发剂，在烯烃聚合反应条件下进行聚合反应。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述固体颗粒的用量为0.5-8重量份，所述水的用量为50-80重量份，所述乙烯基单体的用量为5-40重量份，所述液体油相的用量为1-20重量份。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述固体颗粒的用量为0.5-3重量份，所述水的用量为60-70重量份，所述乙烯基单体的用量为15-30重量份，所述液体油相的用量为4-8重量份。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中，所述固体颗粒为片状颗粒和/或球形颗粒。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述片状颗粒为蒙脱土颗粒、高岭土、锂皂石颗粒和层状双金属氢氧化物中的至少一种；所述球形颗粒为纳米二氧化硅、炭黑、硫酸钡、碳酸钙、氧化铁和聚苯乙烯小球中的至少一种。
7.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中，所述乙烯基单体为丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、对苯乙烯丙磺酸、马来酸酐和N-乙烯基吡咯烷酮中的至少一种。
8.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中，所述液体油相为矿物油和/或烷烃。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述矿物油为液体石蜡、7#白油、10#白油和15#白油中的至少一种；所述烷烃为十六烷、十二烷和癸烷中的至少一种。
10.根据权利要求2-4中任意一项所述的方法，其中，所述引发剂为亚硫酸钠、过硫酸铵和过硫酸钠中的至少一种。
11.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中，所述烯烃聚合反应条件包括：温度为30-80℃，时间为1-5h。
12.权利要求1-11中任意一项所述的方法制备的低摩阻降滤失剂。
13.权利要求12所述的低摩阻降滤失剂在水平钻井中的应用。
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