CN110591667B - 一种钻井液用抗高温降滤失剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钻井液用抗高温降滤失剂及其制备方法，属于油田开采钻井处理剂技术领域。其包括：腐殖酸树脂30份‑60份、丙烯酰胺10份‑50份、丙烯酸10份‑40份、2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸10份‑30份、马来酸酐10份‑20份、N‑乙烯基吡咯烷酮5份‑20份和纳米材料5份‑10份。本发明的降滤失剂以腐殖酸树脂与其他单体接枝共聚形成，并且添加了纳米材料，能有效提高降滤失剂的抗温性能和抗盐性能，保证其在高温220℃和高盐条件下仍具有良好的性能。

Description

一种钻井液用抗高温降滤失剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及油田开采钻井处理剂技术领域，具体涉及一种钻井液用抗高温降滤失剂及其制备方法。
背景技术
随着石油开采量的加大，很多油田都进入高温深层采油区，开采难度越来越大，部分开采区域要求降滤失剂能抗200℃以上高温。目前现场使用的降滤失剂虽种类繁多，大部分应用在油井180℃以下的情况，当油井处于 200℃以上环境时，降滤失效果明显下降，为保证钻井液的降滤失效果，必须增加油田化学品的用量，但加入量过多，不但增加了经济成本，而且钻井液的流变性能也会发生很大变化，使钻井工作不能正常进行。
发明内容
本发明的目的是提供一种钻井液用抗高温降滤失剂及其制备方法，以解决现有降滤失剂难以达到在深井和超深井开采中抗高温高要求的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种钻井液用抗高温降滤失剂，其包括：腐殖酸树脂30份-60份、丙烯酰胺10份-50份、丙烯酸10份-40份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸10份-30 份、马来酸酐10份-20份、N-乙烯基吡咯烷酮5份-20份和纳米材料5份-10 份。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述腐殖酸树脂40份-50份、丙烯酰胺15份-35份、丙烯酸20份-30份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸15份 -25份、马来酸酐10份-20份、N-乙烯基吡咯烷酮5份-20份和纳米材料5 份-10份。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述腐殖酸树脂的制备步骤包括：将甲基乙烯基环硅氧烷预聚体、丙烯酸、丙烯酰胺和腐殖酸盐加入水中，搅拌溶解后，得到混合溶液，调节pH值至7-11后对混合溶液加热至50℃-70℃，通入氮气25min-35min后，在氮气氛围保护下加入混合引发剂，搅拌反应 2h-4h，制得腐殖酸树脂。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述腐殖酸树脂中腐殖酸含量为腐殖酸树脂的5wt％-10wt％；其中，甲基乙烯基环硅氧烷预聚体、丙烯酸和丙烯酰胺物质的量比为1：(1-3)：(1.5-4.5)；腐殖酸盐溶液的浓度为 8wt％-10wt％，腐殖酸盐包括腐殖酸钾或腐殖酸钠。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述混合引发剂为过硫酸铵和亚硫酸氢钠混合水溶液，过硫酸铵和亚硫酸氢钠的浓度为1wt％-1.5wt％，且过硫酸铵和亚硫酸氢钠的质量为1:1。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述纳米材料为硅烷偶联剂改性的纳米氧化铝和纳米二氧化硅的混合物，其中硅烷偶联剂、纳米氧化铝和纳米二氧化硅的质量比为1：5-15：35-45。
上述钻井液用抗高温降滤失剂的制备方法，其包括以下步骤：
将上述的丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸份、马来酸酐和N-乙烯基吡咯烷酮溶解到水中，加入纳米材料搅拌均匀后，再加入腐殖酸树脂混合，调节pH值至6-8后，在60℃-80℃温度下加入引发剂，搅拌反应4h-6h后、烘干后粉碎，制得钻井液用抗高温降滤失剂。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵，其加入为1wt％-2wt％。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明的降滤失剂以腐殖酸树脂与其他单体接枝共聚形成，并且添加了纳米材料，能有效提高降滤失剂的抗温性能和抗盐性能，保证其在高温 220℃和高盐条件下仍具有良好的性能。
2、本发明采用的腐殖酸树脂通过腐殖酸、甲基乙烯基环硅氧烷预聚体、丙烯酰胺和丙烯酸共聚接枝得到，其中，腐殖酸结构中含有刚性基团苯环、可以粘土吸附的酚羟基、醇羟基和水化作用较强的羧基官能团，对具有抗高温、降滤失和稀释的性能。在对腐蚀酸改性中还添加了甲基乙烯基环硅氧烷预聚体，在其共聚结构上引入具有柔性、非对称性的聚硅氧烷链节，能有效提高其耐高温性能。并且甲基乙烯基环硅氧烷预聚体中的硅氧烷基团(Si-OR)极易水解(Si-OH)，易与水化后的黏土颗粒表面富含的硅羟基缩合形成牢固的硅氧键(Si-O-Si)，使得降滤失剂可通过该硅氧键牢固吸附在黏土颗粒上，并且形成的硅氧键键能极高且不受高温和钙盐作用而断键，从而确保了降滤失剂的良好的吸附稳定性。
3、在本发明的降滤失剂中还添加了经硅烷偶联剂改性的氧化铝和二氧化硅，其颗粒粒径小，易于填充接枝共聚物与泥饼的微小裂缝，堵塞其孔喉形成架桥，束缚自由水进入地层，降低井壁的渗透率。同时添加的纳米材料易于能与降滤失剂中其他共聚物交结形成网状结构，提高了整个降滤失剂的刚性和热稳定性，进而有效提高降滤失剂的抗温性能和抗盐性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1：
本实施例的钻井液用抗高温降滤失剂包括：按重量份计，腐殖酸树脂30 份、丙烯酰胺10份、丙烯酸10份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸10份、马来酸酐10份、N-乙烯基吡咯烷酮5份和纳米材料5份。
其中，腐殖酸树脂的制备步骤包括：将甲基乙烯基环硅氧烷预聚体、丙烯酸、丙烯酰胺和腐殖酸盐加入水中，搅拌溶解后，得到混合溶液，调节pH 值至7后对混合溶液加热至50℃，通入氮气25min后，在氮气氛围保护下加入混合引发剂，搅拌反应2h，制得腐殖酸树脂。腐殖酸树脂中腐殖酸含量为腐殖酸树脂的5wt％-10wt％；其中，甲基乙烯基环硅氧烷预聚体、丙烯酸和丙烯酰胺物质的量比为1：1：1.5；腐殖酸盐溶液的浓度为8wt％，腐殖酸盐包括腐殖酸钾。混合引发剂为过硫酸铵和亚硫酸氢钠混合水溶液，过硫酸铵和亚硫酸氢钠的浓度为1wt％，且过硫酸铵和亚硫酸氢钠的质量为1:1。
纳米材料为硅烷偶联剂改性的纳米氧化铝和纳米二氧化硅的混合物，其中硅烷偶联剂、纳米氧化铝和纳米二氧化硅的质量比为1：5：35。
本实施例的钻井液用抗高温降滤失剂的制备方法包括：
将上述的丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸份、马来酸酐和N-乙烯基吡咯烷酮溶解到水中，加入纳米材料搅拌均匀后，再加入腐殖酸树脂混合，调节pH值至6后，在60℃温度下加入引发剂，搅拌反应4h 后、烘干后粉碎，制得钻井液用抗高温降滤失剂。其中，引发剂为过硫酸钾，其加入为1wt％。
实施例2：
本实施例的钻井液用抗高温降滤失剂包括：按重量份计，腐殖酸树脂40 份、丙烯酰胺15份、丙烯酸20份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸15份、马来酸酐15份、N-乙烯基吡咯烷酮10份和纳米材料7份。
其中，殖酸树脂的制备步骤包括：将甲基乙烯基环硅氧烷预聚体、丙烯酸、丙烯酰胺和腐殖酸盐加入水中，搅拌溶解后，得到混合溶液，调节pH 值至8后对混合溶液加热至60℃，通入氮气30min后，在氮气氛围保护下加入混合引发剂，搅拌反应3h，制得腐殖酸树脂。殖酸树脂中腐殖酸含量为腐殖酸树脂的7wt％；其中，甲基乙烯基环硅氧烷预聚体、丙烯酸和丙烯酰胺物质的量比为1：2：2.5；腐殖酸盐溶液的浓度为9wt％，腐殖酸盐包括腐殖酸钠。混合引发剂为过硫酸铵和亚硫酸氢钠混合水溶液，过硫酸铵和亚硫酸氢钠的浓度为1.2wt％，且过硫酸铵和亚硫酸氢钠的质量为1:1。
纳米材料为硅烷偶联剂改性的纳米氧化铝和纳米二氧化硅的混合物，其中硅烷偶联剂、纳米氧化铝和纳米二氧化硅的质量比为1：10：40。
本实施例的钻井液用抗高温降滤失剂的制备方法包括：
将上述的丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸份、马来酸酐和N-乙烯基吡咯烷酮溶解到水中，加入纳米材料搅拌均匀后，再加入腐殖酸树脂混合，调节pH值至7后，在70℃温度下加入引发剂，搅拌反应5h 后、烘干后粉碎，制得钻井液用抗高温降滤失剂。其中，引发剂为过硫酸钾，其加入量为1.5wt％。
实施例3：
本实施例的钻井液用抗高温降滤失剂包括：按重量份计，腐殖酸树脂45 份、丙烯酰胺27份、丙烯酸25份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸23份、马来酸酐15份、N-乙烯基吡咯烷酮17份和纳米材料7份。
其中，殖酸树脂的制备步骤包括：将甲基乙烯基环硅氧烷预聚体、丙烯酸、丙烯酰胺和腐殖酸盐加入水中，搅拌溶解后，得到混合溶液，调节pH 值至9后对混合溶液加热至65℃，通入氮气30min后，在氮气氛围保护下加入混合引发剂，搅拌反应3h，制得腐殖酸树脂。殖酸树脂中腐殖酸含量为腐殖酸树脂的810wt％；其中，甲基乙烯基环硅氧烷预聚体、丙烯酸和丙烯酰胺物质的量比为1：2.5：3；腐殖酸盐溶液的浓度为9wt％，腐殖酸盐包括腐殖酸钾或腐殖酸钠。混合引发剂为过硫酸铵和亚硫酸氢钠混合水溶液，过硫酸铵和亚硫酸氢钠的浓度为1.25wt％，且过硫酸铵和亚硫酸氢钠的质量为 1:1。
纳米材料为硅烷偶联剂改性的纳米氧化铝和纳米二氧化硅的混合物，其中硅烷偶联剂、纳米氧化铝和纳米二氧化硅的质量比为1：12：37。
本实施例的钻井液用抗高温降滤失剂的制备方法包括：
将上述的丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸份、马来酸酐和N-乙烯基吡咯烷酮溶解到水中，加入纳米材料搅拌均匀后，再加入腐殖酸树脂混合，调节pH值至7后，在70℃温度下加入引发剂，搅拌反应5h 后、烘干后粉碎，制得钻井液用抗高温降滤失剂。其中，引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵，其加入为1.5wt％。
实施例4：
本实施例的钻井液用抗高温降滤失剂包括：按重量份计，腐殖酸树脂50 份、丙烯酰胺35份、丙烯酸30份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸25份、马来酸酐17份、N-乙烯基吡咯烷酮15份和纳米材料9份。
其中，殖酸树脂的制备步骤包括：将甲基乙烯基环硅氧烷预聚体、丙烯酸、丙烯酰胺和腐殖酸盐加入水中，搅拌溶解后，得到混合溶液，调节pH 值至8后对混合溶液加热至60℃，通入氮气30min后，在氮气氛围保护下加入混合引发剂，搅拌反应3h，制得腐殖酸树脂。殖酸树脂中腐殖酸含量为腐殖酸树脂的7wt％；其中，甲基乙烯基环硅氧烷预聚体、丙烯酸和丙烯酰胺物质的量比为1：2：3.5；腐殖酸盐溶液的浓度为9wt％，腐殖酸盐包括腐殖酸钾。混合引发剂为过硫酸铵和亚硫酸氢钠混合水溶液，过硫酸铵和亚硫酸氢钠的浓度为1.3wt％，且过硫酸铵和亚硫酸氢钠的质量为1:1。
纳米材料为硅烷偶联剂改性的纳米氧化铝和纳米二氧化硅的混合物，其中硅烷偶联剂、纳米氧化铝和纳米二氧化硅的质量比为1：12：38。
本实施例的钻井液用抗高温降滤失剂的制备方法包括：
将上述的丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸份、马来酸酐和N-乙烯基吡咯烷酮溶解到水中，加入纳米材料搅拌均匀后，再加入腐殖酸树脂混合，调节pH值至7后，在70℃温度下加入引发剂，搅拌反应5h 后、烘干后粉碎，制得钻井液用抗高温降滤失剂。其中，引发剂为过硫酸钾，其加入量为1.7wt％。
实施例5：
本实施例的钻井液用抗高温降滤失剂包括：按重量份计，腐殖酸树脂60 份、丙烯酰胺50份、丙烯酸40份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸30份、马来酸酐20份、N-乙烯基吡咯烷酮20份和纳米材料10份。
其中，腐殖酸树脂的制备步骤包括：将甲基乙烯基环硅氧烷预聚体、丙烯酸、丙烯酰胺和腐殖酸盐加入水中，搅拌溶解后，得到混合溶液，调节pH 值至11后对混合溶液加热至70℃，通入氮气35min后，在氮气氛围保护下加入混合引发剂，搅拌反应4h，制得腐殖酸树脂。腐殖酸树脂中腐殖酸含量为腐殖酸树脂的10wt％；其中，甲基乙烯基环硅氧烷预聚体、丙烯酸和丙烯酰胺物质的量比为1：3：4.5；腐殖酸盐溶液的浓度为10wt％，腐殖酸盐包括腐殖酸钾。混合引发剂为过硫酸铵和亚硫酸氢钠混合水溶液，过硫酸铵和亚硫酸氢钠的浓度为1.5wt％，且过硫酸铵和亚硫酸氢钠的质量为1:1。
纳米材料为硅烷偶联剂改性的纳米氧化铝和纳米二氧化硅的混合物，其中硅烷偶联剂、纳米氧化铝和纳米二氧化硅的质量比为1：15：45。
本实施例的钻井液用抗高温降滤失剂的制备方法包括：
将上述的丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸份、马来酸酐和N-乙烯基吡咯烷酮溶解到水中，加入纳米材料搅拌均匀后，再加入腐殖酸树脂混合，调节pH值至8后，在80℃温度下加入引发剂，搅拌反应6h 后、烘干后粉碎，制得钻井液用抗高温降滤失剂。其中，引发剂为过硫酸铵，其加入量为2wt％。
对照例1
本对照例的降滤失剂的组成和制备方法与对照例3一致，区别在于不添加腐殖酸树脂。
对照例2
本对照例的降滤失剂的组成和制备方法与对照例3一致，区别在于不添加纳米材料。
将上述实施例1-5和对照例1-2所制得的钻井液用抗高温降滤失剂在高密度饱和盐水钻井液中进行性能测试，得到实施例1-5和对照例1-2的降滤失性能表，如表1所示。其中，钻井液的组成为：1.5％膨润土浆+6％SMC+0.5％XJ降粘剂+5％HTASP+1.5％降滤失剂+2％NaOH+0.1％表面活性剂+NaCl至饱和，用重晶石加重至密度2.25g/cm3。钻井液于220℃下老化 16h，加入1％的纯碱，高速搅拌20分钟，用常温中压滤失和高温高压滤失仪测定配制的钻井液体系中的滤失量，其中FLAPI为常温中亚滤失量，FLHTHP为高温高压滤失量，测定温度与相应的老化温度相同，测试压强为3.5MPa。
表1实施例1-5和对照例1-2的降滤失性能表
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 对照例1 对照例2
FL<sub>API</sub>(mL) 13.5 13.0 12.5 12.8 13.1 15.2 15.4
FL<sub>HTHP</sub>(mL) 27.8 27.3 27.5 27.9 27.1 29.7 29.5
由表1可得，本发明制得的降滤失剂在常温和高温下均具有较好的降滤失性和抗温性能，可适用于高温的深井、超深井的条件下使用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种钻井液用抗高温降滤失剂，其特征在于，其包括：腐殖酸树脂30份-60份、丙烯酰胺10份-50份、丙烯酸10份-40份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸10份-30份、马来酸酐10份-20份、N-乙烯基吡咯烷酮5份-20份和纳米材料5份-10份；
所述腐殖酸树脂的制备步骤包括：将甲基乙烯基环硅氧烷预聚体、丙烯酸、丙烯酰胺和腐殖酸盐加入水中，搅拌溶解后，得到混合溶液，调节pH值至7-11后对混合溶液加热至50℃-70℃，通入氮气25min-35min后，在氮气氛围保护下加入混合引发剂，搅拌反应2h-4h，制得腐殖酸树脂。
2.根据权利要求1所述的钻井液用抗高温降滤失剂，其特征在于，其包括：腐殖酸树脂40份-50份、丙烯酰胺15份-35份、丙烯酸20份-30份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸15份-25份、马来酸酐10份-20份、N-乙烯基吡咯烷酮5份-20份和纳米材料5份-10份。
3.根据权利要求1所述的钻井液用抗高温降滤失剂，其特征在于，所述腐殖酸树脂中腐殖酸含量为腐殖酸树脂的5wt％-10wt％；其中，甲基乙烯基环硅氧烷预聚体、丙烯酸和丙烯酰胺物质的量比为1：(1-3)：(1.5-4.5)；腐殖酸盐溶液的浓度为8wt％-10wt％，腐殖酸盐包括腐殖酸钾或腐殖酸钠。
4.根据权利要求3所述的钻井液用抗高温降滤失剂，其特征在于，所述混合引发剂为过硫酸铵和亚硫酸氢钠混合水溶液，过硫酸铵和亚硫酸氢钠的浓度为1wt％-1.5wt％，且过硫酸铵和亚硫酸氢钠的质量为1:1。
5.根据权利要求1或2所述的钻井液用抗高温降滤失剂，其特征在于，所述纳米材料为硅烷偶联剂改性的纳米氧化铝和纳米二氧化硅的混合物，其中硅烷偶联剂、纳米氧化铝和纳米二氧化硅的质量比为1：(5-15)：(35-45)。
6.权利要求1-5任一项所述的钻井液用抗高温降滤失剂的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
将上述的丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸份、马来酸酐和N-乙烯基吡咯烷酮溶解到水中，加入纳米材料搅拌均匀后，再加入腐殖酸树脂混合，调节pH值至6-8后，在60℃-80℃温度下加入引发剂，搅拌反应4h-6h后、烘干后粉碎，制得钻井液用抗高温降滤失剂。
7.权利要求6所述的钻井液用抗高温降滤失剂的制备方法，其特征在于，所述引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵，其加入量为1wt％-2wt％。
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