CN111533833A - 一种钻井液降滤失剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钻井液降滤失剂的制备方法，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等多胺产物，多胺产物与聚丙烯腈水解后生成的羧基反应，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，用于消除组分中多余的二氯乙烷，并且多乙烯多胺进一步与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，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的原来结构和性质，不仅使其抗盐抗钙性能进一步提高，而且具有显著的抑制效果。

Description

一种钻井液降滤失剂的制备方法

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的制备方法。

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，会有大量氨气产生需要处理，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的制备方法，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)向所述反应装置中加入二氯乙烷；

5)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3-5小时；

6)停止搅拌，放出物料，经过脱水、干燥后得到钻井液降滤失剂。

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，所述苛性碱与所述聚丙烯腈的质量比为6-26：30-50。

进一步的，在步骤4)中加入二氯乙烷的同时加入乙二胺。

进一步的，所述聚丙烯腈、所述二氯乙烷及所述乙二胺的质量比为25-30：3-5：1-2。

进一步的，在步骤6)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，用于消除组分中多余的二氯乙烷，并且多乙烯多胺进一步与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，不仅进一步提高抗盐抗钙性能，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的制备方法，本申请的降滤失剂为在水解聚丙烯腈产物的主分子链接枝阳离子表面活性剂物质，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，苛性碱与所述聚丙烯腈的质量比为6-26：30-50；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，其中腈纶用聚丙烯腈优于纯聚丙烯腈。

4)向所述反应装置中加入二氯乙烷，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，聚丙烯腈、所述二氯乙烷及所述乙二胺的质量比为25-30：8-10：2-5。在本申请的技术方案中，乙二胺的加入，并不会对二氯乙烷与氨合成乙二胺的反应产生阻碍，反而会利于反应的快速进行，因为，二氯乙烷与氨合成乙二胺的工业生产中，均是氨的用量高于二氯乙烷的用量，现常用的技术是氨与二氯乙烷的用量比为15：1，这样使得乙二胺的收率达到90％以上，而本申请的技术方案中，并不需要如此高的收率，但前提是将聚丙烯腈水解所产生的氨尽可能全部回收利用，因此，增加氨的浓度是相对提高转化率的关键，因此，本技术方案中，加入乙二胺先与聚丙烯腈水解产生的羧基反应，促进聚丙烯腈水解的进行，以产生更多的氨，以提高二氯乙烷与氨反应时乙二胺的收率，加速氨气的转化。

5)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多余的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聚丙烯腈水解羧基反应。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3-5小时，前面生成的多乙烯多胺会与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混合产物，这是本申请技术方案最重要的方面，在钻进液中，需要加入大量的阳离子表面活性助剂，但是通常加入的均是单一种类或有限的几种的组合，以提高钻井液的抑制效果，而本申请的技术方案在制备降滤失剂的同时，直接在降滤失剂的表面接枝具有阳离子基团，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

一种钻井液降滤失剂的制备方法，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6千克氢氧化钠并搅拌，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30千克的腈纶用聚丙烯腈。

4)向所述反应装置中加入10千克的二氯乙烷和3千克的乙二胺。

5)关闭反应装置盖后，将反应装置的压力升压为1.5MPa，升温到100℃并保持2小时；接着升温到180℃并保持3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2

一种钻井液降滤失剂的制备方法，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26千克氢氧化钠并搅拌，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50千克的纯聚丙烯腈。

4)向所述反应装置中加入15千克的二氯乙烷和5千克的乙二胺。

5)关闭反应装置盖后，将反应装置的压力升压为2.5MPa，升温到110℃并保持5小时；接着升温到200℃并保持5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3

一种钻井液降滤失剂的制备方法，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20千克氢氧化钠并搅拌，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40千克的腈纶用聚丙烯腈。

4)向所述反应装置中加入12千克的二氯乙烷。

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4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

一种钻井液降滤失剂的制备方法，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15千克氢氧化钠并搅拌，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45千克的腈纶用聚丙烯腈。

4)向所述反应装置中加入12千克的二氯乙烷和4千克的乙二胺。

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4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

一种钻井液降滤失剂的制备方法，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5千克氢氧化钠和10千克氢氧化钾并搅拌，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45千克的腈纶用聚丙烯腈。

4)向所述反应装置中加入12千克的二氯乙烷和4千克的乙二胺。

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4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

一种钻井液降滤失剂的制备方法，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10千克氢氧化钠与10千克氢氧化钾并搅拌，形成氢氧化钠与氢氧化钾的混合碱溶液。

3)向所述反应装置的混合碱溶液中加入40千克的腈纶用聚丙烯腈。

4)向所述反应装置中加入12千克的二氯乙烷和4千克的乙二胺。

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4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。

对比例1

选用工业上普遍使用的聚丙烯腈水解产物类降滤失剂进行对比，购自石家庄华信泥浆助剂有限公司。

本申请的降滤失剂可以与膨润土配合使用，并且在淡水泥浆和盐水泥浆中均具有稳定性/降滤失性和粘度性能优良，并且在钻井液中不需要单独添加抑制剂。

本申请的各实施例与对比例1的淡水滤失量评价结果如表1所示。

表1

本申请的各实施例与对比例1的饱和盐水(NaCl)滤失量评价结果见表2所示。

表2

通过表1和表2可知，本申请制备的降滤失剂在淡水和盐水中的降滤失性能优良，即使在较高温度下的性能波动性小，质量稳定性明显比工业上普遍使用的聚丙烯腈水解产物类降滤失剂好。

本申请提出的一种钻井液降滤失剂的制备方法，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 (8)

1.一种钻井液降滤失剂的制备方法，其特征在于，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)向所述反应装置中加入二氯乙烷；

5)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3-5小时；

6)停止搅拌，放出物料，经过脱水、干燥后得到钻井液降滤失剂。

2.根据权利要求1所述的钻井液降滤失剂的制备方法，其特征在于，所述水为蒸馏水或纯净水。

3.根据权利要求1所述的钻井液降滤失剂的制备方法，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。

4.根据权利要求1所述的钻井液降滤失剂的制备方法，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。

5.根据权利要求1所述的钻井液降滤失剂的制备方法，其特征在于，所述苛性碱与所述聚丙烯腈的质量比为6-26：30-50。

6.根据权利要求1所述的钻井液降滤失剂的制备方法，其特征在于，步骤4)中，在加入二氯乙烷的同时，还加入乙二胺。

7.根据权利要求6所述的钻井液降滤失剂的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯腈、所述二氯乙烷及所述乙二胺的质量比为25-30：3-5：1-2。

8.根据权利要求1所述的钻井液降滤失剂的制备方法，其特征在于，在步骤6)的脱水之后还包括水洗工序。