CN111500269A - 一种钻井液降滤失剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钻井液降滤失剂，以磺化褐煤和水解聚丙烯腈的缩聚物接枝阳离子为主原料。本技术方案通过聚丙烯腈在碱性水解过程中，产生的氨气与二氯乙烷在一定压力下反应生成多胺产物，与聚丙烯腈水解后生成的羧基及磺化褐煤结构单元上的羧基反应，通过进一步扩链反应合成具有超支化结构的产物；多胺产物进一步与二氯乙烷反应生成多乙烯多胺，多乙烯多胺进一步与磺化褐煤结构单元上的相应官能团及水解聚丙烯腈分子链反应得到具有阳离子表面活性剂性质的产物。由于引入不同基团的超支化结构，其结构改变了水解聚丙烯及磺化褐煤的原来结构和性质，使其抗盐抗高温性能进一步提高，而且具有显著的抑制效果。

Description

一种钻井液降滤失剂
技术领域
本发明属于油田化工技术领域，特别是指一种钻井液降滤失剂。
背景技术
随着石油工业的发展和石油需求的不断增长，位于地表浅层的石油储量越来越少，油气勘探开发也逐渐向地层深处和海上发展，钻进工程的难度也越来越大，这就对钻井液和钻井液处理剂提出了更高的要求，尤其是抗高温、抗盐性能。
钻井液用降滤失剂是指用来降低钻井液的滤失量、改善泥饼质量、提高钻井液的稳定性的化学剂，是非常重要且用量最大的钻井液处理剂之一。钻井液滤失量量过大时不仅会导致钻井液的流失，还会导致井壁坍塌、污染储层等严重后果，降滤失剂的加入可以显著降低钻井液的滤失量、稳定井壁，使得钻井快速安全的进行。
现技术的钻井液用降滤失剂主要包括水溶性的天然或天然改性高分子材料、合成树脂和合成聚合物以及一些具有堵孔作用的不同粒径分布的惰性或非水溶性材料。但是现所用的降滤失剂均需要添加阳离子助剂。使用水解聚丙烯腈盐制备的降滤失剂在降滤失剂中占的比重较高，但是在制备水解聚丙烯腈盐的过程中，会有氨气产生需要处理，增加生产成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种钻井液降滤失剂，以解决现技术使用水解聚丙烯腈盐的过程中会有氨气产生，增加生产成本，且还需要单独添加阳离子助剂的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种钻井液降滤失剂，以磺化褐煤和水解聚丙烯腈的缩聚物接枝阳离子为主原料。
磺化褐煤和水解聚丙烯腈的缩聚物接枝阳离子的制备方法，包括以下步骤：
1)向带有搅拌器的反应装置中加水；
2)向反应装置中加入苛性碱并搅拌；
3)向所述反应装置的苛性碱溶液中加入聚丙烯腈；
4)向所述反应装置内加入磺化褐煤；
5)向所述反应装置中加入二氯乙烷；
6)关闭反应装置盖后，将反应装置的压力升压为1.5-2.5MPa，升温到100-110℃并保持2-5小时；接着升温到180-200℃并保持8-10小时；
7)停止搅拌，放出物料，经过脱水、干燥后得到磺化褐煤和水解聚丙烯腈的缩聚物接枝阳离子。
进一步的，所述水为蒸馏水或纯净水。
进一步的，所述苛性碱为氢氧化钠与氢氧化钾中的一种或两种的组合。
进一步的，所述聚丙烯腈为纯聚丙烯腈或腈纶用聚丙烯腈。
进一步的，所述磺化褐煤、所述苛性碱与所述聚丙烯腈的质量比为5-10：4-8：3-5。
进一步的，所述聚丙烯腈与所述二氯乙烷的质量比为25-30：5-10。
进一步的，在所述步骤5)加入二氯乙烷的同时加入乙二胺；所述聚丙烯腈、所述二氯乙烷与所述乙二胺的质量比为25-30：5-10：1-2。
进一步的，在步骤7)的脱水之后还包括水洗工序。
本发明的有益效果是：
本技术方案通过聚丙烯腈在碱性水解过程中，产生的氨气与二氯乙烷在一定压力下反应生成乙二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺及四亚乙基五胺等产物，同时，上述的产物与聚丙烯腈水解后生成的羧基及磺化褐煤结构单元上的羧基反应，通过进一步扩链反应合成具有超支化结构的产物。由于引入不同基团的超支化结构，其结构改变了水解聚丙烯及磺化褐煤的原来结构和性质，使其抗盐抗钙性能进一步提高。
另一方面，乙二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺及四亚乙基五胺等产物进一步与二氯乙烷反应生成多乙烯多胺，多乙烯多胺进一步与磺化褐煤结构单元上的相应官能团及水解聚丙烯腈分子链反应得到具有阳离子表面活性剂性质的产物，并且属于多种阳离子表面活性剂物质的混合，通过该反应可以制备具有阳离子基团的改性磺化褐煤及水解聚丙烯腈缩聚物，不仅进一步提高抗盐抗高温性能，而且具有显著的抑制效果。
具体实施方式
以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅是示例性，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。
本申请提供一种钻井液降滤失剂，以磺化褐煤和水解聚丙烯腈的缩聚物接枝阳离子为主原料。在具体的使用过程中，还可以加入相应的副料，副料的种类均为现有技术，因此，申请人在此不进行详细的说明。
本申请提供磺化褐煤和水解聚丙烯腈的缩聚物接枝阳离子的制备方法，包括以下步骤：
1)向带有搅拌器的反应装置中加水，在本申请的技术方案中，加入的水为蒸馏水或纯水，以避免在反应过程中有其它无机元素的干扰，在本申请的技术方案中，这一步骤与后面的步骤2)及步骤3)可以根据需要进行任意的改变，并不影响本申请技术方案的实现，最后在工业生产条件下，加入到反应装置内的总液体占反应装置的总积的85％或以下均可。
2)向反应装置中加入苛性碱并搅拌；在本申请的技术方案中，主要涉及在强碱下聚丙烯腈的水解，因此，苛性碱的选择可以是氢氧化钠、或者是氢氧化钾，或者是氢氧化钠与氢氧化钾的混合物，若是采用氢氧化钠与氢氧化钾的混合物，则氢氧化钠与氢氧化钾的质量比为1：2-2：1之间。
3)向所述反应装置的苛性碱溶液中加入聚丙烯腈，在本申请的技术方案中，聚丙烯腈为纯聚丙烯腈或腈纶用聚丙烯腈，或者废旧腈纶、报废腈纶丝等，其中腈纶用聚丙烯腈优于纯聚丙烯腈。
4)向反应装置内加入磺化褐煤，在本申请的技术方案中，磺化褐煤为现有技术制备，或者直接外购，因此，在本申请的技术方案中，不对磺化褐煤的制备进行说明。在本申请的技术方案中，所述磺化褐煤、所述苛性碱与所述聚丙烯腈的质量比为5-10：4-8：3-5。
5)向所述反应装置中加入二氯乙烷；所述聚丙烯腈与所述二氯乙烷的质量比为25-30：5-10。在本申请的其它实施例中，在加入二氯乙烷的同时，加入乙二胺，此时，所述聚丙烯腈、所述二氯乙烷与所述乙二胺的质量比为25-30：5-10：1-2。
6)关闭反应装置盖后，将反应装置的压力升压为1.5-2.5MPa，升温到100-110℃并保持2-5小时；此过程主要是聚丙烯腈的水解反应，在本申请的技术方案中，采用高压水解技术，产生的氨与二氯化烷在1.5-2.5MPa下反应生成乙二胺，同时还生成副产物二亚乙基三胺、三亚乙基四胺及四亚乙基五胺等产物，同时，生成的上述多胺产物与二氯化烷反应生成多乙烯多胺，同时，乙二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺及四亚乙基五胺等产物与磺化褐煤的羧基及聚丙烯腈水解产生的羧基反应。在反应过程中，会有氯化氢产生，氯化氢直接与氢氧化钠或氢氧化钾反应生成氯化钠或氯化钾，避免了氯化氢排放对环境产生污染。
接着继续升温到180-200℃并保持8-10小时，多乙烯多胺进一步与磺化褐煤结构单元上的相应官能团及水解聚丙烯腈分子链反应得到具有阳离子表面活性剂性质的产物，并且属于多种阳离子表面活性剂物质的混合，通过以上的反应能够制备具有阳离子基团的改性水解聚丙烯腈产品。
6)停止搅拌，放出物料，经过脱水、水洗及干燥后得到钻井液降滤失剂，其中采用水洗的目的是为了去除生成的氯化钠或氯化钾。
本技术方案的降滤失剂在使用过程中，不需要额外添加阳离子表面活性剂，只使用在水解反应过程中产生的氨气同生成阳离子表面活性剂，并接枝在分子反应的主链上，从材料和工艺角度均明显降低成本，并且便于操作。
以下通过具体实施例来对本申请的技术方案进行详细的说明，在本申请的以下各实施例中，蒸馏水或纯水的加入量根据反应装置而定，加入水量少些或加入水量多些只要满足聚丙烯腈水解及搅拌的需要既可，因此，在以下的实施例中并没有对水的用量进行要求，但是最后包括各组成及水不超过反应装置的容积的85％即可。
实施例1
磺化褐煤和水解聚丙烯腈的缩聚物接枝阳离子的制备方法，包括以下步骤：
1)向带有搅拌器的反应装置中加蒸馏水；
2)向反应装置中加入400千克氢氧化钠并搅拌；
3)向所述反应装置的反氧化钠溶液中加入300千克的腈纶用聚丙烯腈；
4)向所述反应装置内加入500千克磺化褐煤；
5)向所述反应装置中加入60千克的二氯乙烷；
6)关闭反应装置盖后，将反应装置的压力升压为2.5MPa，升温到110℃并保持3小时；接着升温到196℃并保持8小时；
7)停止搅拌，放出物料，经过脱水、水洗及干燥后得到磺化褐煤和水解聚丙烯腈的缩聚物接枝阳离子。
实施例2
磺化褐煤和水解聚丙烯腈的缩聚物接枝阳离子的制备方法，包括以下步骤：
1)向带有搅拌器的反应装置中加蒸馏水；
2)向反应装置中加入800千克氢氧化钠并搅拌；
3)向所述反应装置的反氧化钠溶液中加入500千克的腈纶用聚丙烯腈；
4)向所述反应装置内加入1000千克磺化褐煤；
5)向所述反应装置中加入150千克的二氯乙烷；
6)关闭反应装置盖后，将反应装置的压力升压为2.0MPa，升温到110℃并保持3小时；接着升温到196℃并保持8小时；
7)停止搅拌，放出物料，经过脱水、水洗及干燥后得到磺化褐煤和水解聚丙烯腈的缩聚物接枝阳离子。
实施例3
磺化褐煤和水解聚丙烯腈的缩聚物接枝阳离子的制备方法，包括以下步骤：
1)向带有搅拌器的反应装置中加入蒸馏水。
2)向反应装置中加入300千克氢氧化钠和300千克氢氧化钾并搅拌，形成氢氧化钠与氢氧化钾的混合溶液。
3)向所述反应装置的混合溶液中加入400千克的腈纶用聚丙烯腈。
4)向所述反应装置中加入120千克的二氯乙烷和30千克的乙二胺。
5)关闭反应装置盖后，将反应装置的压力升压为2.0MPa，升温到110℃并保持3小时；接着升温到196℃并保持8小时。
6)停止搅拌，放出物料，经过脱水、水洗及干燥后得到钻井液降滤失剂。
实施例4
磺化褐煤和水解聚丙烯腈的缩聚物接枝阳离子的制备方法，包括以下步骤：
1)向带有搅拌器的反应装置中加入蒸馏水。
2)向反应装置中加入500千克氢氧化钠并搅拌，形成氢氧化钠溶液。
3)向所述反应装置的氢氧化钠溶液中加入450千克的腈纶用聚丙烯腈。
4)向所述反应装置中加入100千克的二氯乙烷和15千克的乙二胺。
5)关闭反应装置盖后，将反应装置的压力升压为2.2MPa，升温到110℃并保持3小时；接着升温到196℃并保持8小时。
6)停止搅拌，放出物料，经过脱水、水洗及干燥后得到钻井液降滤失剂。
实施例5
磺化褐煤和水解聚丙烯腈的缩聚物接枝阳离子的制备方法，包括以下步骤：
1)向带有搅拌器的反应装置中加入蒸馏水。
2)向反应装置中加入200千克氢氧化钠和300千克氢氧化钾并搅拌，形成氢氧化钠与氢氧化钾混合碱溶液。
3)向所述反应装置的碱溶液中加入450千克的腈纶用聚丙烯腈。
4)向所述反应装置中加入100千克的二氯乙烷和15千克的乙二胺。
5)关闭反应装置盖后，将反应装置的压力升压为2.2MPa，升温到110℃并保持3小时；接着升温到196℃并保持10小时。
6)停止搅拌，放出物料，经过脱水、水洗及干燥后得到钻井液降滤失剂。
实施例6
磺化褐煤和水解聚丙烯腈的缩聚物接枝阳离子的制备方法，包括以下步骤：
1)向带有搅拌器的反应装置中加入蒸馏水。
2)向反应装置中加入600千克氢氧化钾并搅拌，形成氢氧化钾溶液。
3)向所述反应装置的氢氧化钾溶液中加入480千克的腈纶用聚丙烯腈。
4)向所述反应装置中加入120千克的二氯乙烷和22千克的乙二胺。
5)关闭反应装置盖后，将反应装置的压力升压为2.0MPa，升温到110℃并保持3小时；接着升温到196℃并保持8小时。
6)停止搅拌，放出物料，经过脱水、水洗及干燥后得到钻井液降滤失剂。
上这实施例1至6的检测结果见表1所示。
表1
Figure BDA0002528376000000071
通过表1可知，低于10MPa的中压滤失量及大于等于10MPa，180℃/16h的高温高压滤失量均远小于标准的要求，并且本申请的磺化褐煤和水解聚丙烯腈的缩聚物接枝阳离子符合阳离子体系产品。
本申请提出的一种钻井液降滤失剂，已通过实施例进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明的内容、精神和范围内对本文所述的产品和制作方法进行改动或适当变更与组合，来实现本申请的技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本申请的精神、范围和内容中。

Claims (9)

1.一种钻井液降滤失剂，其特征在于，以磺化褐煤和水解聚丙烯腈的缩聚物接枝阳离子为主原料。
2.权利要求1所述的钻井液降滤失剂，其特征在于，磺化褐煤和水解聚丙烯腈的缩聚物接枝阳离子的制备方法，包括以下步骤：
1)向带有搅拌器的反应装置中加水；
2)向反应装置中加入苛性碱并搅拌；
3)向所述反应装置的苛性碱溶液中加入聚丙烯腈；
4)向所述反应装置内加入磺化褐煤；
5)向所述反应装置中加入二氯乙烷；
6)关闭反应装置盖后，将反应装置的压力升压为1.5-2.5MPa，升温到100-110℃并保持2-5小时；接着升温到180-200℃并保持8-10小时；
7)停止搅拌，放出物料，经过脱水、干燥后得到磺化褐煤和水解聚丙烯腈的缩聚物接枝阳离子。
3.权利要求2所述的钻井液降滤失剂，其特征在于，所述水为蒸馏水或纯净水。
4.权利要求2所述的钻井液降滤失剂，其特征在于，所述苛性碱为氢氧化钠与氢氧化钾中的一种或两种的组合。
5.权利要求2所述的钻井液降滤失剂，其特征在于，所述聚丙烯腈为纯聚丙烯腈或腈纶用聚丙烯腈。
6.权利要求2所述的钻井液降滤失剂，其特征在于，所述磺化褐煤、所述苛性碱与所述聚丙烯腈的质量比为5-10：4-8：3-5。
7.权利要求2所述的钻井液降滤失剂，其特征在于，所述聚丙烯腈与所述二氯乙烷的质量比为25-30：5-10。
8.权利要求2所述的钻井液降滤失剂，其特征在于，在所述步骤5)加入二氯乙烷的同时加入乙二胺；所述聚丙烯腈、所述二氯乙烷与所述乙二胺的质量比为25-30：5-10：1-2。
9.权利要求2所述的钻井液降滤失剂，其特征在于，在步骤7)的脱水之后还包括水洗工序。
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刘盈: "新型阳离子抗高温降滤失剂CAP的研制与室内评价", 《油田化学》 *
席诗悦: "废聚丙烯腈的高质化利用", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 *

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CN111500269B (zh) 2022-06-28

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Denomination of invention: A filtrate reducer for drilling fluid

Effective date of registration: 20221010

Granted publication date: 20220628

Pledgee: China Construction Bank Laishui Sub branch

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