CN109762093B

CN109762093B - 一种钻井液用高分子聚合物包被絮凝剂及其制备方法

Info

Publication number: CN109762093B
Application number: CN201811472230.2A
Authority: CN
Inventors: 孙敏; 刘永贵; 陈柏山; 杨决算; 吴广兴; 李光磊; 齐悦; 于兴东
Original assignee: Daqing Petroleum Administration Bureau; China National Petroleum Corp
Current assignee: Daqing Petroleum Administration Bureau; China National Petroleum Corp
Priority date: 2018-12-04
Filing date: 2018-12-04
Publication date: 2021-07-16
Anticipated expiration: 2038-12-04
Also published as: CN109762093A

Abstract

本发明公开了一种钻井液用高分子聚合物乳液型包被絮凝剂及其制备方法；钻井液用高分子聚合物乳液型包被絮凝剂由丙烯酰胺、丙烯酸钠、2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙烷磺酸钠、硅烷偶联剂经乳液聚合而成；其制备方法，包括乳化过程及聚合过程；所述乳化过程，是将丙烯酰胺、丙烯酸钠、2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙烷磺酸钠、硅烷偶联剂及乳化剂在氮气保护下搅拌得到乳化液；所述聚合过程，是在所述乳化液中滴加引发剂后进行聚合反应。解决现有液体乳液型包被絮凝剂不稳定、易分层变质、抗盐能力差的问题。

Description

一种钻井液用高分子聚合物包被絮凝剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及涉及石油化工中包被絮凝剂技术领域，具体的是AM/AANa/AMPS 多元共聚物乳液强包被絮凝剂其制备方法。

背景技术

包被絮凝剂是钻井液体系中使用的一种重要添加剂，其作用是有效的包被钻屑，防止钻屑和泥页岩水化分散，防止井壁垮塌，还能在钻屑和页岩表面形成保护膜，防止钻屑相互粘结而增加过筛阻力。

盐水钻井液体系较淡水钻井液体系具有更强的抑制性，能够更好地抑制粘土水化，保护井壁稳定，能够更好地实现钻井安全及油气层保护。包被絮凝剂作为盐水体系中重要组成部分，其抗盐能力、盐水中粘土吸附能力及包被抑制粘土水化能力能够很大程度上决定盐水钻井液的好坏。

液体乳液型包被絮凝剂存在不稳定、易分层变质，且现场消耗大、用量多的问题，很多都不具备抗盐能力，已经不能满足现场施工的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种钻井液用高分子聚合物乳液型包被絮凝剂及其制备方法；解决现有液体乳液型包被絮凝剂不稳定、易分层变质、抗盐能力差的问题。

第一方面，所述的一种钻井液用高分子聚合物乳液型包被絮凝剂，其特征在于：

由丙烯酰胺、丙烯酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸钠、硅烷偶联剂经乳液聚合而成。

优选地，所述硅烷偶联剂是乙烯基三乙氧硅烷或异丁基三乙氧硅烷中的一种或其组合。

第二方面，所述的一种钻井液用高分子聚合物乳液型包被絮凝剂的制备方法，包括：

乳化过程及聚合过程；

所述乳化过程，是将丙烯酰胺、丙烯酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸钠、硅烷偶联剂及乳化剂在氮气保护下搅拌得到乳化液；

所述聚合过程，是在所述乳化液中滴加引发剂后进行聚合反应。

优选地，所述乳化过程中还加有白油。

优选地，所述引发剂为过硫酸铵或所述过硫酸铵与亚硫酸氢钠的混合物。

优选地，所述乳化剂是SP-80及OP-10。

优选地，所述聚合过程是在50℃的恒温条件下进行。

优选地，所述滴加是第一次加2 滴，之后以每两秒一滴的速度直至滴加完毕。

优选地，在所述乳化液中滴加所述引发剂完毕后进行所述聚合反应四小时。

优选地，所述丙烯酰胺、丙烯酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸钠及硅烷偶联剂，在进行所述乳化过程之前分别配制成水溶液。

优选地，所述丙烯酰胺水溶液浓度为50%；所述硅烷偶联剂水溶液浓度为50%；所述2-丙烯酰胺-2- 甲基丙磺酸钠盐水溶液，是取2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸配制成浓度为50%的水溶液并用浓度为50%氢氧化钠或碳酸氢钠将pH 值调至8.0形成；所述丙烯酸钠水溶液，用浓度为50%氢氧化钠或碳酸氢钠将丙烯酸的pH 值调至8.0形成；所述浓度为重量百分浓度。

优选地，所述水溶液是在温度不超过35℃的条件下配制而成。

优选地，所述丙烯酸钠水溶液、所述2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠盐水溶液、所述丙烯酰胺水溶液、所述硅烷偶联剂水溶液、所述白油、所述SP-80 、所述OP-10及所述引发剂按质量比为25～30:5～10:25～30:2.0～3.0：30～40:2.5～3.0:0.5～1.0。

本发明具有如下有益效果：

1）本发明高分子聚合物乳液型包被絮凝剂的分子量大幅度增加，提高了产品的包被抑制性、热稳定性与抗盐污染能力，使钻井液流变性大大提高，同时兼具一定的降滤失和润滑效果；

2）乳液稳定性强，现场放置2个月后无变质臭味，也无破乳分层、稳定性变差现象，现场维护加入过程操作简单方便，易于添加；

3）本发明所用的原材料价廉，易于取得；生产过程产生较少有害物质，对环境无污染。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是值得说明的是，本发明并不限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。然而，对于没有详尽描述的部分，本领域技术人员也可以完全理解本发明。

实施例1

（1）原料准备：在温度不超过35℃的条件下，用50%（wt%）氢氧化钠将丙烯酸的pH值调至8.0，形成丙烯酸钠水溶液备用，取2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸配制成50%（wt%）的水溶液并用50%（wt%）氢氧化钠将pH 值调至8.0形成2-丙烯酰胺-2- 甲基丙磺酸钠盐水溶液备用，取丙烯酰胺配制成50%（wt%）的水溶液备用，乙烯基三乙氧硅烷配制成50%（wt%）的水溶液备用；

（2）将丙烯酸钠水溶液、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠盐水溶液、50%（wt%）丙烯酰胺水溶液、50%（wt%）乙烯基三乙氧硅烷、3#白油、两种乳化剂（5：1）SP-80、OP-10质量比为25:5:25:2.0：30:2.5:0.5的比例加入反应釜中；

（3）用氮气将反应釜中的空气赶出，约15分钟后，开启搅拌器，快速搅拌进行乳化；

（4）乳化完毕后，将反应釜放入水浴中水浴加热；

（5）当反应釜内的料液温度升至50℃时，恒温，向反应釜中滴加过硫酸铵水溶液，第一次加2 滴，观察料液温度上升情况，开启高速搅拌器并保证散热状况良好，再继续以每两秒一滴的速度滴加，滴加完毕后开始计时，聚合反应四个小时结束，得到钻井液用高分子聚合物乳液型包被絮凝剂。

实施例2

（1）原料准备：在温度不超过35℃的条件下，用50%（wt%）氢氧化钠将丙烯酸的pH值调至8.0，形成丙烯酸钠水溶液备用，取2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸配制成50%（wt%）的水溶液并用50%（wt%）氢氧化钠将pH 值调至8.0形成2-丙烯酰胺-2- 甲基丙磺酸钠盐水溶液备用，取丙烯酰胺配制成50%（wt%）的水溶液备用，硅烷偶联剂配制成50%（wt%）的水溶液备用；

（2）将丙烯酸钠水溶液、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠盐水溶液、50%（wt%）丙烯酰胺水溶液、50%（wt%）乙烯基三乙氧硅烷、3#白油、两种乳化剂（5：1）SP-80、OP-10按质量比为25:8:25:2.5：30:2.8:0.8的比例加入反应釜中；

（4）乳化完毕后，将反应釜放入水浴中水浴加热；

实施例3

（2）将丙烯酸钠水溶液、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠盐水溶液、50%（wt%）丙烯酰胺水溶液、50%（wt%）乙烯基三乙氧硅烷、3#白油、两种乳化剂（5：1）SP-80、OP-10按质量比为30:5:30:2.0:40:2.5:1.0的比例加入反应釜中；

（4）乳化完毕后，将反应釜放入水浴中水浴加热；

钻井液用高分子聚合物乳液型包被絮凝剂效果评价

1）稳定性测试

分别取实例3包被絮凝剂及国内外现场使用的共四种包被絮凝剂，各10ml,分别加入到四个试管中，常温静止一段时间，计时并观察现象。

对比几家现场使用的包被絮凝剂，常温下静止后的结果，可以看出；实例3包被絮凝剂的稳定性最好，至少能够达到静止60天状态良好，不分层。

表1包被絮凝剂的稳定性测试

2）钻井液性能测试

在10%氯化钠＋6%氯化钾钻井液体系加入0.5％钻井液用高分子聚合物乳液型包被絮凝剂和本领域常用包被絮凝剂测定流变性、高温老化16h前后滤失的变化及极压润滑性的测定。

表2 为钻井液性能对比实验

从表2可以看出，实例3钻井液用高分子聚合物乳液型包被絮凝剂在高温老化后，仍保持良好的钻井液流变性并兼顾降滤失和润滑的效果。

3）膨胀性实验

本实验利用膨润土按页岩膨胀实验标准要求压制人造岩心，按照页岩膨胀测试标准在页岩膨胀仪上进行页岩膨胀实验，以此评价包被絮凝剂对泥页岩的抑制防膨能力，在氯化钠盐水钻井液体系中测定24h 膨胀量，实验结果见表3。

表3 为膨胀量对比实验

从表2可以看出：实例2钻井液用高分子聚合物乳液型包被絮凝剂考虑成本及效果，对比国内外三种包被絮凝剂的膨胀量实验，现场加量在0.3%～0.5%时即可达到很好的效果。

4）滚动回收实验

为考察包被絮凝剂的抑制钻屑水化膨胀能力，通常考虑岩屑的高温滚动回收实验。

取页岩钻屑过8-10目筛，烘干至恒重，称取20.0g，加入到盐水溶液的老化罐中，在150℃下老化16小时后，取出老化罐，冷却至室温，将罐内的液体和泥页岩倒入40目的分选筛中，用自来水清洗1min。将分选筛和页岩一起放入烘干箱中，在（105±3）℃下烘干4h，取出冷却，在空气中静止冷却2h,称量记录数据M，计算滚动回收率R。

R= M/20.00×100%

其中：R-钻屑回收率，%；M-热滚后钻屑回收量，g；

结果见表4。

表4包被絮凝剂用量对滚动回收率的影响

可以看出，现场加量在0.3%～0.5%时即可大幅度提高钻井液的抑制性和包被能力，形成性能稳定的钻井液体系。

以上所述实施例仅为表达本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、同等替换、改进等，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种钻井液用高分子聚合物乳液型包被絮凝剂，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的钻井液用高分子聚合物乳液型包被絮凝剂，其特征在于：

所述硅烷偶联剂是乙烯基三乙氧硅烷或异丁基三乙氧硅烷中的一种或其组合。

3.一种钻井液用高分子聚合物乳液型包被絮凝剂的制备方法，包括：

乳化过程及聚合过程；

4.根据权利要求3所述的一种钻井液用高分子聚合物乳液型包被絮凝剂的制备方法，其特征在于：

所述乳化过程中还加有白油。

5.根据权利要求3所述的一种钻井液用高分子聚合物乳液型包被絮凝剂的制备方法，其特征在于：

所述引发剂为过硫酸铵或所述过硫酸铵与亚硫酸氢钠的混合物。

6.根据权利要求3所述的一种钻井液用高分子聚合物乳液型包被絮凝剂的制备方法，其特征在于：

所述乳化剂是SP-80及OP-10。

7.根据权利要求3所述的一种钻井液用高分子聚合物乳液型包被絮凝剂的制备方法，其特征在于：

所述聚合过程是在50℃的恒温条件下进行。

8.根据权利要求3所述的一种钻井液用高分子聚合物乳液型包被絮凝剂的制备方法，其特征在于：

所述丙烯酰胺、丙烯酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸钠及硅烷偶联剂，在进行所述乳化过程之前分别配制成水溶液。

9.根据权利要求8所述的一种钻井液用高分子聚合物乳液型包被絮凝剂的制备方法，其特征在于：

所述丙烯酰胺水溶液浓度为50%；所述硅烷偶联剂水溶液浓度为50%；所述2-丙烯酰胺-2- 甲基丙磺酸钠盐水溶液，是取2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸配制成浓度为50%的水溶液并用浓度为50%氢氧化钠或碳酸氢钠将pH 值调至8.0形成；所述丙烯酸钠水溶液，用浓度为50%氢氧化钠或碳酸氢钠将丙烯酸的pH 值调至8.0形成；所述浓度为重量百分浓度。