CN108219759B

CN108219759B - 一种支化型水基钻井液用降滤失剂的制备方法

Info

Publication number: CN108219759B
Application number: CN201810059075.5A
Authority: CN
Inventors: 曹杰; 张建贝; 黄维安; 孙致学; 曹涵; 钟汉毅
Original assignee: China University of Petroleum East China
Current assignee: China University of Petroleum East China
Priority date: 2018-01-22
Filing date: 2018-01-22
Publication date: 2019-01-01
Anticipated expiration: 2038-01-22
Also published as: CN108219759A

Abstract

本发明涉及一种支化型水基钻井液用降滤失剂的制备方法，属于油田化学技术领域。通过含铈化合物的氧化作用，在聚乙烯亚胺分子上产生自由基，以此引发聚合反应，以丙烯酰胺、乙烯基吡咯烷酮等非离子水溶性单体，以及2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸、苯乙烯磺酸钠等阴离子水溶性单体为聚合原料，合成具有支化结构的聚合物。这种聚合物具有优良的耐温抗盐性能，其分子结构中带有多种官能团，能够显著提高粘土颗粒的分散稳定性，适宜作为苛刻条件下水基钻井液的降滤失剂。

Description

一种支化型水基钻井液用降滤失剂的制备方法

技术领域

本发明涉及一种支化型水基钻井液用降滤失剂的制备方法，属于油田化学技术领域。

背景技术

石油是现代社会不可或缺的不可再生资源之一，它的开采和利用对国民经济的发展具有重要的作用。随着石油开发的不断进行，常规油气开发已逐渐走向深部地层，除了对钻井工具提出了新的要求外，首要的任务就是解决深井、超深井井下高温高压环境对钻井液性能的影响。滤失控制是钻井液的基本性能要求之一，钻井液的滤失性是指在一定的温度下，当井筒内钻井液压力大于地层孔隙压力时，钻井液中的自由相扩散到地层中去。进入到地层中的自由相会带来一系列的问题，尤其是对于泥页岩含量高的地层很容易引起井壁的坍塌，而且还会造成储层的污染，当钻井液中的一些表面活性剂进入地层后会造成地层的润湿反转，给原油的开采带来很大的困难，所以控制钻井液的滤失量尤为重要。

聚合物降滤失剂分子主要通过侧链上的功能性基团与粘土颗粒作用，提高粘土颗粒的电动电位，保证钻井液的稳定性与多级分散性，使钻井液在钻井过程中可以形成致密、低渗透率的泥饼，从而降低钻井液的滤失量。由此可见，具有优良耐温抗盐性能的聚合物降滤失剂，不仅需要具备常规耐温抗盐聚合物所要求的刚性主链、大体积侧基、抗水解侧基等结构，从功能上来说，还需要具备两类基团，第一类是吸附基团，提供降滤失剂与粘土颗粒较强的相互作用；第二类是水化基团，当降滤失剂吸附于粘土颗粒后，这部分基团将提高粘土颗粒的带电密度，进而提高粘土颗粒的分散稳定性。

中国专利文件CN 106366243A公开了一种甜菜碱型聚合物降滤失剂的制备方法，制备方法如下：先以乙烯基咪唑和丙磺酸内酯为原料，四氢呋喃为溶剂，合成了一种甜菜碱乙烯基单体，3-(3-磺酸丙基)-1-乙烯基咪唑。然后以丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)以及合成的单体为原料，过硫酸钾为引发剂，采用水溶液共聚法合成一种甜菜碱型共聚物作钻井液降滤失剂，所得聚合物可用于降低水基钻井液的滤失量。

中国专利文件CN107365403 A公开了一种钻井液用抗高温降滤失剂的制备方法，以丙烯酰胺，丙烯酸，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，N-乙烯基吡咯烷酮等原料，通过水溶液聚合方法制备，合成最佳条件为：丙烯酰胺，丙烯酸，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，N-乙烯基吡咯烷酮四种单体重量份分别为35份～45份，25份～30份，25份～35份，5份～8份，引发助剂壳聚糖-Mn-皂土1～3份，反应温度为30～40℃，反应时间为8h，氧化/还原引发剂比例n过硫酸钠:n亚硫酸钠＝1.2:1，引发剂为0.3重量份，单体溶液最佳pH值为7～8，所得聚合物可作为高温水基钻井液降滤失剂。

上述专利均通过引入功能单元而实现降滤失剂耐温抗盐性能的提升，在此过程中，往往存在以下不足：功能单体制备过程繁琐，存在提纯等后续操作，增加了产品成本；与丙烯酰胺类单体相比，功能单体聚合活性差，降滤失剂分子量不高，使用过程中，降滤失性能不佳，需要的降滤失剂浓度高；疏水型功能单体、内盐型功能单体的引入，降低了聚合物的溶解性能，使用过程中，聚合物的溶解时间增长，不溶物比例增加，影响产品的使用和推广。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种支化型水基钻井液用降滤失剂的制备方法。

发明概述

本发明利用聚乙烯亚胺与含有Ce⁴⁺化合物之间氧化还原反应，在聚乙烯亚胺分子上产生自由基，作为制备支化聚合物的起始反应位点，以丙烯酰胺、乙烯基吡咯烷酮、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸等水溶性单体作为原料，通过水溶液聚合而制备具有支化结构的水溶性聚合物。经过测试，该产品在溶液中具有良好溶解性能，加入水基钻井液中，可以显著降低它在高温和高矿化度下的滤失量。

发明详述

本发明的技术方案如下：

一种支化型水基钻井液用降滤失剂的制备方法：

将聚乙烯亚胺、非离子水溶液单体、阴离子水溶性单体、去离子水加入到装有搅拌器、通氮管和温度计的三颈玻璃瓶中，搅拌待所有原料溶解后，通入氮气30min，pH控制在6～11，温度控制在0～10℃，然后加入乙二胺四乙酸二钠、含铈化合物、过硫酸盐、过氧化氢，反应1～10h，再将温度升高至80℃，反应1h，将产物干燥、粉碎，即得；聚乙烯亚胺的分子量为200～5000，聚乙烯亚胺的浓度为5～30g/L，聚乙烯亚胺、非离子水溶液单体和阴离子水溶性单体的质量比为1:(1～8):(1～15)，聚乙烯亚胺和含铈化合物的质量比为1:(0.1～3)，含铈化合物、乙二胺四乙酸二钠、过硫酸盐和过氧化氢的质量比为1:(0.1～1):(0.1～0.5):(0.01～0.2)；

根据本发明，优选的，所述的非离子水溶性单体为丙烯酰胺、乙烯基吡咯烷酮、乙烯基己内酰胺、丙烯腈、甲基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、N-乙基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯中的一种或者两种以上混合物；

优选的，所述的阴离子水溶性单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、衣康酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、乙烯基磺酸钠、苯乙烯磺酸钠、烯丙基磺酸钠中的一种或者两种以上混合物；

优选的，所述的含铈化合物为硝酸铈铵、硫酸铈铵、硫酸铈中的一种；

优选的，所述的过硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的一种；

优选的，聚乙烯亚胺的分子量为300～2000；

优选的，聚乙烯亚胺的浓度为5～15g/L，聚乙烯亚胺、非离子水溶液单体和阴离子水溶性单体的质量比为1:(1～5):(3～10)；

优选的，聚乙烯亚胺和含铈化合物的质量比为1:(0.1～1)，含铈化合物、乙二胺四乙酸二钠、过硫酸盐和过氧化氢的质量比为1:(0.2～0.6):(0.1～0.25):(0.08～0.2)；

优选的，将聚乙烯亚胺、非离子水溶液单体、阴离子水溶性单体、去离子水加入到装有搅拌器、通氮管和温度计的三颈玻璃瓶中，搅拌待所有原料溶解后，通入氮气30min，pH为7～9，温度为0～5℃；

优选的，加入乙二胺四乙酸二钠、含铈化合物、过硫酸盐、过氧化氢，反应3～6h，再将温度升高至80℃，反应1h。

本发明的优良效果如下：

1.本发明原料易得，过程简单安全，生产成本低。

2.聚合物分子具有支化结构，它的刚性强，在高温或者高盐下分子体积变化较小，产品的耐温抗盐性能优良。

3.聚合物分子中的聚乙烯亚胺组分在水基钻井液中可以部分阳离子化，因此，聚合物与粘土之间的相互作用很强，产品表现出优良的护胶效果。

4.本发明使用常规单体作为聚合原料，产品的分子量可控，产品的溶解性能优良。

5.本发明产品后处理简单，容易实现连续生产。

6.本发明制备的产品与常规水基钻井液体系的配伍性好。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明保护范围不仅限于此。

实施例1：

一种支化型水基钻井液用降滤失剂的制备方法，包括步骤如下：

将1g聚乙烯亚胺(分子量为600)、3g乙烯基吡咯烷酮、3g 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、3g苯乙烯磺酸钠和90g去离子水加入到装有搅拌器、通氮管和温度计的三颈玻璃瓶中，搅拌待所有原料溶解后，通入氮气30min，pH控制在8.5，温度控制在4℃，然后加入0.2g乙二胺四乙酸二钠，0.5g硝酸铈铵，0.1g过硫酸钾，0.08g过氧化氢，反应5h，再将温度升高至80℃，反应1h，将产物干燥、粉碎，即得支化型聚合物降滤失剂。

实施例2：

如实施例1所述，所不同的是聚乙烯亚胺的分子量为1800。

实施例3：

如实施例1所述，所不同的是非离子水溶性单体为3g丙烯酰胺。

实施例4：

如实施例1所述，所不同的是非离子水溶性单体为1g丙烯酰胺和3g乙烯基吡咯烷酮。

实施例5：

如实施例1所述，所不同的是阴离子水溶性单体为6g 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸。

实施例6：

如实施例1所述，所不同的是阴离子水溶性单体为4g 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和2g苯乙烯磺酸钠。

实施例7：

如实施例1所述，所不同的是阴离子水溶性单体为6g乙烯基磺酸钠。

实施例8：

如实施例1所述，所不同的是阴离子水溶性单体为4g 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和4g苯乙烯磺酸钠。

实施例9：

如实施例1所述，所不同的是去离子水加量为120g。

实施例10：

如实施例1所述，所不同的是硝酸铈铵加量为0.85g。

实施例11：

如实施例1所述，所不同的是乙二胺四乙酸二钠加量为0.12g，硝酸铈铵加量为0.25g，过硫酸钾加量为0.035g，过氧化氢加量为0.04g。

实施例12：

如实施例1所述，所不同的是聚合反应pH为7.2，反应时间为3.5h。

对比例1：

将4g乙烯基吡咯烷酮、3g 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、3g苯乙烯磺酸钠和90g去离子水加入到装有搅拌器、通氮管和温度计的三颈玻璃瓶中，搅拌待所有原料溶解后，通入氮气30min，pH控制在8.5，温度控制在30℃，然后加入0.05g亚硫酸钠，0.05g过硫酸钾，反应5h，再将温度升高至80℃，反应1h，将产物干燥、粉碎，即得。

对比例2：

阳谷县龙泉化工厂生产的工业产品，SMP-2。

对比例3：

河南省邦振化工有限公司生产的工业产品，SPNH。

对比例4：

任丘市高科化工物资有限公司生产的工业产品，SL-II。

性能评价

评价了对比例和实施例1～12产品在水基钻井液中的降滤失性能，每个样品的评价分别在复合盐水基浆和高钙镁基浆中进行，在200℃老化16h后，按《GB/T 16783.1-2006钻井液现场测试》规定，用ZNS-2型钻井液失水仪测定中压滤失量，两种评价体系的组成如下所示，评价结果如表1所示。

复合盐水基浆：400mL水+4.5％氯化钠+0.5％无水氯化钙+1.3％氯化镁+15％评价土+0.9％碳酸钠+1％降滤失剂。

高钙镁基浆：400mL水+4.5％氯化钠+0.5％无水氯化钙+1.3％氯化镁+10％评价土+0.25％碳酸氢钠+2％降滤失剂。

表1性能评价结果

Claims

1.一种支化型水基钻井液用降滤失剂的制备方法，包括步骤如下：

所述的非离子水溶性单体为丙烯酰胺、乙烯基吡咯烷酮、乙烯基己内酰胺、丙烯腈、甲基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、N-乙基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯中的一种或者两种以上混合物；

所述的阴离子水溶性单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、衣康酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、乙烯基磺酸钠、苯乙烯磺酸钠、烯丙基磺酸钠中的一种或者两种以上混合物；

所述的含铈化合物为硝酸铈铵、硫酸铈铵、硫酸铈中的一种；

所述的过硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的一种。

2.根据权利要求1所述的支化型水基钻井液用降滤失剂的制备方法，其特征在于，聚乙烯亚胺的分子量为300～2000。

3.根据权利要求1所述的支化型水基钻井液用降滤失剂的制备方法，其特征在于，聚乙烯亚胺的浓度为5～15g/L，聚乙烯亚胺、非离子水溶液单体和阴离子水溶性单体的质量比为1:(1～5):(3～10)。

4.根据权利要求1所述的支化型水基钻井液用降滤失剂的制备方法，其特征在于，聚乙烯亚胺和含铈化合物的质量比为1:(0.1～1)，含铈化合物、乙二胺四乙酸二钠、过硫酸盐和过氧化氢的质量比为1:(0.2～0.6):(0.1～0.25):(0.08～0.2)。

5.根据权利要求1所述的支化型水基钻井液用降滤失剂的制备方法，其特征在于，将聚乙烯亚胺、非离子水溶液单体、阴离子水溶性单体、去离子水加入到装有搅拌器、通氮管和温度计的三颈玻璃瓶中，搅拌待所有原料溶解后，通入氮气30min，pH为7～9，温度为0～5℃。

6.根据权利要求1所述的支化型水基钻井液用降滤失剂的制备方法，其特征在于，加入乙二胺四乙酸二钠、含铈化合物、过硫酸盐、过氧化氢，反应3～6h，再将温度升高至80℃，反应1h。