CN109423261B - 一种合成基钻井液用流型调节剂的制备方法及流型调节剂 - Google Patents

一种合成基钻井液用流型调节剂的制备方法及流型调节剂 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种合成基钻井液用流型调节剂的制备方法。所述方法包括：1)氮气保护下，多不饱和脂肪酸和多胺反应，直至酸值≤5.0mg KOH/g,制成中间产物A；所述多不饱和脂肪酸与多胺中羧基与胺基摩尔比为1:(1～4)；2)在中间产物A中加入烷氧基化衍生物进行反应制得所述流型调节剂；所述中间产物A与烷氧基化衍生物的质量比为30:70至80:20。本发明的流型调节剂加入至合成基钻井液体系中，可使其切力、低剪切粘度不受低温的影响，解决在深水低温环境下出现的钻井液流动性差，当量循环密度过高和压力控制难等一系列井下复杂情况，从而保证深水钻井的安全，以更好地适应深水钻井需要。

Description

一种合成基钻井液用流型调节剂的制备方法及流型调节剂
技术领域
本发明涉及深水钻井技术领域，进一步地说，是涉及一种合成基钻井液用流型调节剂的制备方法及流型调节剂。
背景技术
公开号为CN103351447B的中国专利涉及一种合成基钻井液用流变稳定剂及其制备方法:在惰性气氛下，烯类单体在有机溶剂和引发剂存在的条件下经共聚反应即得所述流变稳定剂；所述烯类单体为含有羧基的不饱和脂肪酸、长碳链丙烯酞胺和苯乙烯类化合物中至少一种。本发明的流变稳定剂适用于配制深水合成基钻井液；加入该稳定剂后，钻井液体系的切力受温度变化影响不大。
公开号为CN102807848B的中国专利涉及一种煤制油深水恒流变合成基钻井液，该钻井液利用一种由聚甲基丙烯酸酯与乙烯-醋酸乙烯酯按2:1～3:2形成的共聚物作为流型调节剂，用来调节煤制油合成基体系的低温流变性，应用范围受限。
舒福昌等公开了一种线性α烯烃合成基钻井液体系，研究了合成基基液、有机土、降滤失剂、油水比对合成基钻井液流变性的影响规律，改善了合成基钻井液的低温流变性。但未涉及流型调节剂调节的制备及使用，从而存在一定的技术应用限制。
韩子轩等公开了一种适于深水钻井的恒流变合成基钻井液体系，并通过合成的一种缔合聚合物，作为流型调节剂，实现线性α烯烃合成基钻井液在低温条件下的恒流变特性，使合成基钻井液在较大的温度范围内实现恒流变。
Han zixuan等公开了一种缔合聚合物合成以及在油包水乳状液中的应用，利用多种微观和宏观分析手段详细分析并阐述了这种缔合聚合物在油包水乳状液中的作用机理。
以上文献虽然在改善钻井液低温流动性存在一定的效果，但是，适用范围受限，如何改善传统合成基钻井液在深水低温环境下流变性，降低井下施工风险，仍是目前亟待要解决的技术问题。
发明内容
为解决现有技术中出现的深水低温环境下出现的钻井液流动困难问题，本发明提供了一种合成基钻井液用流型调节剂的制备方法及流型调节剂。本发明提供的流型调节剂适用多种合成基基液的合成基钻井液体系，加入至合成基钻井液体系中，可使其切力、低剪切粘度不受低温的影响，解决在深水低温环境下出现的钻井液流动困难，当量循环密度过高和压力控制难等一系列井下复杂情况，从而保证深水钻井的安全，以更好地适应深水钻井需要。
本发明的目的之一是提供一种合成基钻井液用流型调节剂的制备方法。
包括：
1)氮气保护下，多不饱和脂肪酸和多胺反应，直至酸值≤5.0(mg KOH/g),制成中间产物A；
所述多不饱和脂肪酸与多胺中羧基与胺基摩尔比为1:1至1:4；优选为1:2至1:3。
2)在中间产物A中加入烷氧基化衍生物进行反应制得所述流型调节剂；
所述中间产物A与烷氧基化衍生物的质量比为30:70至80:20，优选为50:50至70:30，更优选为60:40。
其中，优选：
步骤(1)的反应温度为140-150℃，反应时间为2-4h。
步骤(2)的反应温度为100-120℃；反应时间为2～4h。
所述多不饱和脂肪酸为具有至少两个羧基的羧酸；优选为偏苯三酸，均苯三酸，柠檬酸，二聚脂肪酸，三聚脂肪酸中至少一种；
所述多胺为具有两个或多个胺官能团的多胺；优选为乙二胺，三乙醇胺，二乙烯三胺，三乙烯四胺，四乙烯五胺中至少一种；
所述烷氧基化衍生物为含活性氧基团的烷氧基化含氮化合物，优选为聚氧乙烯椰油胺，聚氧乙烯可可胺，聚氧乙烯十八烷基胺，聚氧乙烯牛脂胺中至少一种。
本发明的目的之二是提供一种所述方法制备的合成基钻井液用流型调节剂。
本发明具体可采用以下技术方案：
主要包括如下步骤:
在惰性气体保护下，多不饱和脂肪酸，多胺，烷氧基化衍生物经聚合反应即得所述流型调节剂；
上述的制备方法中，所述聚合反应可分下述2个步骤进行:
1)氮气保护下，在140-150℃条件下，一定量的多不饱和脂肪酸和多胺反应2-4h，直至酸值≤5.0(mg KOH/g),制成中间产物A；
2)在100-120℃条件下，在中间产物A中加入一定量烷氧基化衍生物，反应2-4h。
上述制备方法中，所述多不饱和脂肪酸与多胺，羧基与胺基摩尔比为1:1至1:4之间，优选的范围1:2至1:3。
上述制备方法中，所述中间产物A与烷氧基化衍生物，其质量比为50:50至70:30，最优选反应产物A与烷氧基化胺的比例为60:40。
上述制备方法中，所述多不饱和脂肪酸可以为任何具有至少两个羧基的羧酸，如偏苯三酸，均苯三酸，柠檬酸，也可为脂肪酸的低聚物，如二聚脂肪酸，三聚脂肪酸。所述多不饱和脂肪酸为其中至少一种。
上述制备方法中，所述多胺可以为具有两个或多个胺官能团的多胺，优选的多胺为具有两个或更多的胺官能团的聚乙烯多胺族，如二胺、三胺或者多胺，如乙二胺，三乙醇胺，二乙烯三胺，三乙烯四胺，四乙烯五胺等。所述多胺为其中至少一种。
上述制备方法中，所述烷氧基化衍生物可以为含活性氧基团的烷氧基化含氮化合物，如聚氧乙烯椰油胺，聚氧乙烯可可胺，聚氧乙烯十八烷基胺，聚氧乙烯牛脂胺等。所述烷氧基化衍生物为其中至少一种。
上述制备方法中，所述酸值测定方法依据SN/T0801.19-1999执行。
本发明还进一步提供了由上述方法制备得到的合成基钻井液用流型调节剂。
本发明具有如下效果:
本发明的流型调节剂适用于合成基逆乳化钻井液体系，该合成基基液可以为线性α烯烃、气制油、煤制油等合成基基油。本发明可以降低低温对合成基钻井液的影响，加入该流型调节剂后，钻井液体系的切力、低剪切粘度受温度影响较小，可以使钻井液在较宽的温度范围内(4-65℃)具有较恒定的流变性。因此本发明在深水合成基钻井液体系中具有很好的适用性，能够解决深水钻井过程中传统合成基钻井液因其流变性在低温条件下差异大而造成井壁失稳、井漏等问题，以更好地满足深水勘探开发需要。
具体实施方式
下面结合实施例，进一步说明本发明。
实施例中所用原料均为市售。
实施例1
在氮气保护下，按照羧基与胺基摩尔比为1:1，向烧瓶中加，80克不饱和二聚脂肪酸，加热至100℃维持15min，称取10克二乙烯三胺，移至恒压滴液漏斗中，在100℃下进行加胺操作，滴加时间控制在30min，滴加完成后将温度缓慢升温至140℃，在300rpm下搅拌2个小时，反应直至酸值≤5.0(mg KOH/g)；随后中间产物A冷却至100℃，按照中间产物A与烷氧基化衍生物质量比70:30，然加入36.4克聚氧乙烯椰油胺，搅拌2h左右，成品B。
实施例2
在氮气保护下，按照羧基与胺基摩尔比为1:4，向烧瓶中加入74克不饱和二聚脂肪酸，加热至100℃维持15min，称取40克四乙烯五胺，移至恒压滴液漏斗中，在100℃下进行加胺操作，滴加时间控制在30min，滴加完成后将温度缓慢升温至150℃，在300rpm下搅拌保持4个小时，反应直至酸值≤5.0(mg KOH/g)；随后中间产物A冷却至120℃，按照中间产物A与烷氧基化衍生物质量比50:50，然后加入110克聚氧乙烯十八烷基胺，搅拌4h左右，成品C。
实施例3
在合成基钻井液体系中加入本发明制备的流型调节剂与未加该样品在不同温度条件下的流变性变化进行评价:
合成基钻井液配方1：使用Fann-N5025高速搅拌机或同类型设备在转速为10000rpm高速搅拌条件下，向320mL线性α烯烃中依次加入8g主乳化剂SMEMUL-1,6g辅乳化剂SMEMUL-2,80mL25％浓度的氯化钙水溶液、8g有机土、8g降滤失剂，每加完一种处理剂需高速搅拌l0min，最后加入700重晶石，高速搅拌20min，配制成密度2.0g/cm3的传统合成基钻井液体系。同时配制3组相同的配方，在另两组体系中分别加入6g流型调节剂B和C。其中主乳化剂SMEMUL-1，辅乳化剂SMEMUL-2为自研产品。
实施例4
合成基钻井液配方2：使用Fann-N5025高速搅拌机或同类型设备在转速为10000rpm高速搅拌条件下，向320mL气制油中依次加入8g主乳化剂SMEMUL-1,6g辅乳化剂SMEMUL-2,80mL25％浓度的氯化钙水溶液、8g有机土、8g降滤失剂，每加完一种处理剂需高速搅拌l0min，最后加入700重晶石，高速搅拌20min，配制成密度2.0g/cm3的传统合成基钻井液体系。同时配制3组相同的配方，在另两组体系中分别加入6g流型调节剂B和C。其中主乳化剂SMEMUL-1，辅乳化剂SMEMUL-2为自研产品。
将配制好的钻井液装入老化罐中，在Fann 704ES滚子加热炉或同类型设备中180℃条件下热滚老化16h，待钻井液冷却至室温后，按照GB/T 16782-1997《油基钻井液现场测试程序》测试方法，采用Fann23E电稳定性测定仪或同类型设备测定体系破乳电压值ES，采用GDC-2型高低温流变性实验仪或其他同类型仪器，测定合成基钻井液在4℃,10℃,20℃,40℃和65℃条件下的600转、300转、200转、100转、6转、3转时的刻度读数
Figure BDA0001392912600000064
和
Figure BDA0001392912600000065
根据以下公式计算流变参数：
Figure BDA0001392912600000061
PV＝φ600-φ300 (2)
Figure BDA0001392912600000062
10'Gel＝0.5φ3(10min) (4)
其中，AV为表观粘度，mPa·s，也称有效粘度；PV为塑性粘度，mPa·s；YP为动切力，Pa；Gel为静切力，Pa；Ф600、Ф300、Ф3(10min)是转速分别为的600rpm、300pm、3rpm下的六速旋转黏度仪读数。
表1线性α烯烃体系加入流型调节剂前后流变性对比
Figure BDA0001392912600000063
表2气制油体系加入流型调节剂前后流变性对比
Figure BDA0001392912600000071
由表1和表2的实验数据可以看出，在2.0g/cm3的条件下，配方1和配方2在4-65℃的范围内，动切力YP、
Figure BDA0001392912600000072
和
Figure BDA0001392912600000073
值、10'Gel均变化较大，且在低温下的值较高，这会造成钻井液体系在深水环境长时间静止后，出现流动性差，开泵困难等问题。在相同流型调节剂加量下，配方1和配方2在加入实施例1和实施例2的流型调节剂B、C后，均体现出相比于传统合成基钻井液优良的流变性，主要体现在基本恒定的动切力YP、
Figure BDA0001392912600000074
和
Figure BDA0001392912600000075
值、10'Gel，且在加入流型调节剂后，破乳电压值均比较稳定，不影响体系稳定性，实现合成基钻井液在低温条件下的恒流变特性，保证了深水钻井的安全。

Claims (6)

1.一种合成基钻井液用流型调节剂的制备方法，其特征在于所述方法包括：
1）氮气保护下，多不饱和脂肪酸和多胺反应，直至酸值≤5.0 mg KOH/g, 制成中间产物A；
所述多不饱和脂肪酸与多胺中羧基与胺基摩尔比为1:（1~4）；
2） 在中间产物A中加入烷氧基化衍生物进行反应制得所述流型调节剂；
所述中间产物A与烷氧基化衍生物的质量比为30:70至80:20；
所述多不饱和脂肪酸为二聚脂肪酸，三聚脂肪酸中至少一种；
所述多胺为乙二胺，三乙醇胺，二乙烯三胺，三乙烯四胺，四乙烯五胺中至少一种；
所述烷氧基化衍生物为聚氧乙烯椰油胺，聚氧乙烯可可胺，聚氧乙烯十八烷基胺，聚氧乙烯牛脂胺中至少一种。
2.如权利要求1所述的合成基钻井液用流型调节剂的制备方法，其特征在于：
所述多不饱和脂肪酸与多胺中羧基与胺基摩尔比为 1:（2~3）。
3.如权利要求2所述的合成基钻井液用流型调节剂的制备方法，其特征在于：
步骤（1）的反应温度为140-150℃ ，反应时间为2-4h。
4.如权利要求1所述的合成基钻井液用流型调节剂的制备方法，其特征在于：
所述中间产物A与烷氧基化衍生物的比例为50:50至70:30。
5.如权利要求4所述的合成基钻井液用流型调节剂的制备方法，其特征在于：
步骤（2）的反应温度为100-120℃；反应时间为2~4 h。
6.如权利要求1-5之一所述方法制备的合成基钻井液用流型调节剂。
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