CN112094373A - 钻井液用胺基高分子包被抑制剂及其制备方法 - Google Patents

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雷艳
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Abstract

本发明涉及油田钻井液技术领域，是一种钻井液用胺基高分子包被抑制剂及其制备方法，该钻井液用胺基高分子包被抑制剂，原料包括水、丙烯酰胺、N,N‑二甲基甲酰胺、丙烯酸、N‑(3‑氨基丙基)甲基丙烯酸钾盐、1‑乙烯基‑2‑吡咯烷酮、分散稳定剂、引发剂，在水中加入丙烯酰胺、N,N‑二甲基甲酰胺、丙烯酸、N‑(3‑氨基丙基)甲基丙烯酸钾盐、分散稳定剂，抽滤、烘干、粉碎，得到钻井液用胺基高分子包被抑制剂。本发明的钻井液胺基高分子包被抑制剂能够抑制黏土及岩屑分散，具有较好的包被抑制性能，能够解决钻井过程中的表面水化和包被抑制难题，安全、高效、配伍性好、适用于淡水盐水等不同钻井液体系。

Description

钻井液用胺基高分子包被抑制剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及油田钻井液技术领域，是一种钻井液用胺基高分子包被抑制剂及其制备方法。
背景技术
钻井液是钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体总称。钻井液是钻井的血液，又称钻孔冲洗液，钻井液按组成成分可分为清水、泥浆、无粘土相冲洗液、乳状液、泡沫和压缩空气等。清水是使用最早的钻井液，无需处理，使用方便，适用于完整岩层和水源充足的地区。泥浆是广泛使用的钻井液，主要适用于松散、裂隙发育、易坍塌掉块、遇水膨胀剥落等孔壁不稳定岩层。
在钻井过程中产生的黏土、钻屑易水化分散，导致钻井液慢慢变稠甚至无法流动，在钻井时不得不稀释钻井液或者更换钻井液，造成资源浪费、耗费人力物力、影响钻井工作正常进行。
发明内容
本发明提供了一种钻井液用胺基高分子包被抑制剂及其制备方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决钻井过程中现有存在钻井液易受黏土、钻屑影响而变稠，导致无法正常使用的问题。
本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种钻井液用胺基高分子包被抑制剂，原料按重量份数计包括水2000份至2500份、丙烯酰胺300份至500份、N,N-二甲基甲酰胺45份至65份、丙烯酸260份至310份、N-(3-氨基丙基)甲基丙烯酸钾盐30份至50份、1-乙烯基-2-吡咯烷酮30份至50份、分散稳定剂10份至20份、引发剂5份至10份，按照下述方法制备得到：第一步，在所需量的水中加入所需量的丙烯酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、丙烯酸、N-(3-氨基丙基)甲基丙烯酸钾盐、1-乙烯基-2-吡咯烷酮、分散稳定剂，混合均匀得到一次混合溶液；第二步，将引发剂溶于余量的水中后调节pH为9至11，得到引发剂溶液；第三步，在氮气保护中，将引发剂溶液滴入一次混合溶液中，加热反应后得到二次混合物；第四步，将二次混合物进行抽滤、烘干、粉碎后，得到钻井液用胺基高分子包被抑制剂。
下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：
上述分散稳定剂为明胶、CMC、藻酸钠中的一种以上。
上述引发剂为过氧化月桂酰、过氧化环己酮、过硫酸铵、过硫酸钾、亚硫酸氢钠中的一种以上。
上述调节引发剂溶液所用的溶液为氨水。
上述将引发剂溶于40ml至60ml水中，引发剂溶液在15min至25min内滴加完毕。
上述加热反应的温度为55℃至65℃、时间为1.5h至2.5h。
上述烘干的温度为120℃至150℃，烘干的时间为6h至8h。
上述粉碎后钻井液用胺基高分子包被抑制剂的粒径小于0.9mm。
上述氮气保护至少保持30min后再滴加引发剂溶液。
本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：该钻井液用胺基高分子包被抑制剂的制备方法，按照下述方法进行：第一步，在所需量的水中加入所需量的丙烯酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、丙烯酸、N-(3-氨基丙基)甲基丙烯酸钾盐、1-乙烯基-2-吡咯烷酮、分散稳定剂，混合均匀得到一次混合溶液；第二步，将引发剂溶于余量的水中后调节pH为9至11，得到引发剂溶液；第三步，在氮气保护中，将引发剂溶液滴入一次混合溶液中，加热反应后得到二次混合物；第四步，将二次混合物进行抽滤、烘干、粉碎后，得到钻井液用胺基高分子包被抑制剂。
本发明的钻井液胺基高分子包被抑制剂能够抑制黏土及岩屑分散，具有较好的包被抑制性能，能够解决钻井过程中的表面水化和包被抑制难题，安全、高效、配伍性好、适用于淡水盐水等不同钻井液体系。
具体实施方式
本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。本发明中所提到各种化学试剂和化学用品如无特殊说明，均为现有技术中公知公用的化学试剂和化学用品；本发明中的百分数如没有特殊说明，均为质量百分数；本发明中的溶液若没有特殊说明，均为溶剂为水的水溶液，例如，盐酸溶液即为盐酸水溶液；本发明中的常温、室温一般指15℃到25℃的温度，一般定义为25℃。
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例1：该钻井液用胺基高分子包被抑制剂，原料按重量份数计包括水2000份至2500份、丙烯酰胺300份至500份、N,N-二甲基甲酰胺45份至65份、丙烯酸260份至310份、N-(3-氨基丙基)甲基丙烯酸钾盐30份至50份、1-乙烯基-2-吡咯烷酮30份至50份、分散稳定剂10份至20份、引发剂5份至10份，按照下述方法制备得到：第一步，在所需量的水中加入所需量的丙烯酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、丙烯酸、N-(3-氨基丙基)甲基丙烯酸钾盐、1-乙烯基-2-吡咯烷酮、分散稳定剂，混合均匀得到一次混合溶液；第二步，将引发剂溶于余量的水中后调节pH为9至11，得到引发剂溶液；第三步，在氮气保护中，将引发剂溶液滴入一次混合溶液中，加热反应后得到二次混合物；第四步，将二次混合物进行抽滤、烘干、粉碎后，得到钻井液用胺基高分子包被抑制剂。
实施例2：该钻井液用胺基高分子包被抑制剂，原料按重量份数计包括水2000份或2500份、丙烯酰胺300份或500份、N,N-二甲基甲酰胺45份或65份、丙烯酸260份或310份、N-(3-氨基丙基)甲基丙烯酸钾盐30份或50份、1-乙烯基-2-吡咯烷酮30份或50份、分散稳定剂10份或20份、引发剂5份或10份，按照下述方法制备得到：第一步，在所需量的水中加入所需量的丙烯酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、丙烯酸、N-(3-氨基丙基)甲基丙烯酸钾盐、1-乙烯基-2-吡咯烷酮、分散稳定剂，混合均匀得到一次混合溶液；第二步，将引发剂溶于余量的水中后调节pH为9或11，得到引发剂溶液；第三步，在氮气保护中，将引发剂溶液滴入一次混合溶液中，加热反应后得到二次混合物；第四步，将二次混合物进行抽滤、烘干、粉碎后，得到钻井液用胺基高分子包被抑制剂。
本发明中所用的水可为自来水，丙烯酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、丙烯酸、N-(3-氨基丙基)甲基丙烯酸钾盐、1-乙烯基-2-吡咯烷酮、分散稳定剂、引发剂均为现有公知公用的试剂。
现有技术中，钻井液在使用时受到黏土、钻屑的影响而变稠、甚至无法流动而无法正常使用，严重影响钻井工作正常进行；本发明制备的钻井液用胺基高分子包被抑制剂，由于分子结构中含有胺基基团，具有很强的吸附能力，可以优先吸附在黏土表面并嵌入黏土晶层间。高分子链在水中充分伸展，通过适度交联、吸附和缠绕作用，牢牢包被黏土或钻屑。通过胺基的吸附抑制性和高分子链的包被效果的双重作用，有效抑制黏土和钻屑分散，能够解决钻井过程中的表面水化和包被抑制难题，使钻井液保持正常性能、节约了因更换或稀释钻井液所用的时间及资源、避免耗费人力物力，确保钻井工作正常进行。本发明引入强水化基团和疏水基团，具有良好的配伍性及抗温抗盐性能，适用于淡水盐水等不同钻井液体系。
实施例3：作为上述实施例的优化，分散稳定剂为明胶、CMC、藻酸钠中的一种以上。CMC为羧甲基纤维素钠。分散稳定剂能增加溶液、胶体、固体、混合物的稳定性，可以减慢反应、保持化学平衡、降低表面张力，防止光、热分解或氧化分解等作用。
实施例4：作为上述实施例的优化，引发剂为过氧化月桂酰、过氧化环己酮、过硫酸铵、过硫酸钾、亚硫酸氢钠中的一种以上。
实施例5：作为上述实施例的优化，调节引发剂溶液所用的溶液为氨水。氨水质量浓度可为18%至28%，氨水质量浓度也可根据实际需要进行调整。
实施例6：作为上述实施例的优化，将引发剂溶于40ml至60ml水中，引发剂溶液在15min至25min内滴加完毕。
实施例7：作为上述实施例的优化，加热反应的温度为55℃至65℃、时间为1.5h至2.5h。
实施例8：作为上述实施例的优化，烘干的温度为120℃至150℃，烘干的时间为6h至8h。
实施例9：作为上述实施例的优化，粉碎后钻井液用胺基高分子包被抑制剂的粒径小于0.9mm。
实施例10：作为上述实施例的优化，氮气保护至少保持30min后再滴加引发剂溶液。
实施例11：该钻井液用胺基高分子包被抑制剂的制备方法，按照下述方法进行：第一步，在所需量的水中加入所需量的丙烯酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、丙烯酸、N-(3-氨基丙基)甲基丙烯酸钾盐、1-乙烯基-2-吡咯烷酮、分散稳定剂，混合均匀得到一次混合溶液；第二步，将引发剂溶于余量的水中后调节pH为9至11，得到引发剂溶液；第三步，在氮气保护中，将引发剂溶液滴入一次混合溶液中，加热反应后得到二次混合物；第四步，将二次混合物进行抽滤、烘干、粉碎后，得到钻井液用胺基高分子包被抑制剂。
实施例12：该钻井液用胺基高分子包被抑制剂的制备方法，按照下述方法进行：第一步，在2000kg水中加入302kg丙烯酰胺、45.5kg N,N-二甲基甲酰胺、260kg丙烯酸、31kgN-(3-氨基丙基)甲基丙烯酸钾盐、30kg 1-乙烯基-2-吡咯烷酮、10kg明胶，混合均匀得到一次混合溶液；第二步，将过氧化月桂酰溶于45ml水中后，用氨水调节pH至11，得到氧化月桂酰溶液；第三步，在氮气保护中，将氧化月桂酰溶液在15min内滴入一次混合溶液中，55℃条件下反应2.4h后得到二次混合物；第四步，将二次混合物在常温常压下抽滤1h后，在120℃条件下烘干8h后粉碎至粒径为0.9mm以下，得到钻井液用胺基高分子包被抑制剂。
实施例13：该钻井液用胺基高分子包被抑制剂的制备方法，按照下述方法进行：第一步，在2180kg水中加入398kg丙烯酰胺、55kg N,N-二甲基甲酰胺、285kg丙烯酸、40kg N-(3-氨基丙基)甲基丙烯酸钾盐、41.2kg 1-乙烯基-2-吡咯烷酮、11.5kg藻酸钠，混合均匀得到一次混合溶液；第二步，将过硫酸铵溶于48ml水中后，用氨水调节pH至10，得到过硫酸铵溶液；第三步，在氮气保护中，将过硫酸铵溶液在18min内滴入一次混合溶液中，60℃条件下反应2h后得到二次混合物；第四步，将二次混合物在常温常压下抽滤1h后，在135℃条件下烘干7.1h后粉碎至粒径为0.9mm以下，得到钻井液用胺基高分子包被抑制剂。
实施例14：该钻井液用胺基高分子包被抑制剂的制备方法，按照下述方法进行：第一步，在2400kg水中加入500kg丙烯酰胺、64.5kg N,N-二甲基甲酰胺、310kg丙烯酸、49.5kgN-(3-氨基丙基)甲基丙烯酸钾盐、50kg 1-乙烯基-2-吡咯烷酮、20kg CMC，混合均匀得到一次混合溶液；第二步，将过硫酸钾溶于60ml水中后，用氨水调节pH至9，得到过硫酸钾溶液；第三步，在氮气保护中，将过硫酸钾溶液在23min内滴入一次混合溶液中，65℃条件下反应1.6h后得到二次混合物；第四步，将二次混合物在常温常压下抽滤1h后，在150℃条件下烘干6h后粉碎至粒径为0.9mm以下，得到钻井液用胺基高分子包被抑制剂。
本发明根据实施例12至14制备得到钻井液用胺基高分子包被抑制剂，应用于淡水基浆中，测定钻井液用胺基高分子包被抑制剂的抑制膨润土分散性能，测定的表观粘度结果见表1。
钻井液用胺基高分子包被抑制剂的抑制膨润土分散性能检测方法：取高搅杯，加入400mL蒸馏水和1.00g(称准至0.01g)无水碳酸钠，在高速搅拌下缓慢加16.00g(称准至0.01g)钻井液试验配浆用膨润土，避免其结成团块，累计高速搅拌20min，期间至少停下两次，以刮下黏附在高搅杯壁上的物料，在25℃±1℃下密闭养护24h制得淡水基浆。取配制好的淡水基浆，在高速搅拌下缓慢加入1.20g(称准至0.01g)钻井液用胺基高分子包被抑制剂，累计高速搅拌20min，期间至少停下两次，以刮下黏附在杯壁上的物料，在25℃±1℃下密闭养护3h，制得聚合物基浆。将配制好的聚合物基浆转入老化罐中并充入0.69MPa的氮气，将老化罐放入滚子加热炉中，在160℃条件下热滚16h，冷却至室温，将老化罐中的物料转入高搅杯，高速搅拌5min，按GB/T 16783.1的规定测定粘度计在600r/min的读数记为R 600。
对比例：取配制好的淡水基浆，在高速搅拌下缓慢加入1.20g(称准至0.01g)现有的包被抑制剂FA-367，累计高速搅拌20min，期间至少停下两次，以刮下黏附在杯壁上的物料，在25℃±1℃下密闭养护3h，制得对比例聚合物基浆。将配制好的对比例聚合物基浆转入老化罐中并充入0.69MPa的氮气，将老化罐放入滚子加热炉中，在160℃条件下热滚16h，冷却至室温，将老化罐中的物料转入高搅杯，高速搅拌5min，按GB/T 16783.1的规定测定粘度计在600r/min的读数记为R 600。
回收高温滚动的聚合物基浆及对比例的聚合物基浆至洁净高搅杯中，边搅拌边分别加入16.0g(称准至0.01g)钻井液试验配浆用膨润土，继续搅拌10min，在25℃±1℃下密闭养护3h，转入老化罐中并充入0.69MPa的氮气，将老化罐放入滚子加热炉中，在160℃下热滚16h，冷却至室温，将老化罐中的物料转入高搅杯中，高速搅拌5min，按GB/T 16783.1的规定测定粘度计在600r/min的读数记为R '600。
表观粘度上升率=(R '600-R 600)/R 600×100%，R 600为第一次热滚后的表观粘度值，R'600为第二次热滚后的表观粘度值。由表1可以看出，第二次热滚后与第一次热滚后相比，加入本发明钻井液用胺基高分子包被抑制剂的表观粘度上升率低于50%，加入对比例的表观粘度上升率高于80%，说明加入本发明的钻井液用胺基高分子包被抑制剂后，比对比例具有更好的抑制膨润土分散的性能，能使钻井过程中产生的黏土不会大幅提高钻井液的粘度，不会影响钻井液的性能，确保钻井工作高效正常的进行。
综上所述，本发明的钻井液胺基高分子包被抑制剂能够抑制黏土及岩屑分散，具有较好的包被抑制性能，能够解决钻井过程中的表面水化和包被抑制难题，安全、高效、配伍性好、适用于淡水盐水等不同钻井液体系。
以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。
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Claims (10)

1.一种钻井液用胺基高分子包被抑制剂，其特征在于原料按重量份数计包括水2000份至2500份、丙烯酰胺300份至500份、N,N-二甲基甲酰胺45份至65份、丙烯酸260份至310份、N-(3-氨基丙基)甲基丙烯酸钾盐30份至50份、1-乙烯基-2-吡咯烷酮30份至50份、分散稳定剂10份至20份、引发剂5份至10份，按照下述方法制备得到：第一步，在所需量的水中加入所需量的丙烯酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、丙烯酸、N-(3-氨基丙基)甲基丙烯酸钾盐、1-乙烯基-2-吡咯烷酮、分散稳定剂，混合均匀得到一次混合溶液；第二步，将引发剂溶于余量的水中后调节pH为9至11，得到引发剂溶液；第三步，在氮气保护中，将引发剂溶液滴入一次混合溶液中，加热反应后得到二次混合物；第四步，将二次混合物进行抽滤、烘干、粉碎后，得到钻井液用胺基高分子包被抑制剂。
2.根据权利要求1所述的钻井液用胺基高分子包被抑制剂，其特征在于分散稳定剂为明胶、CMC、藻酸钠中的一种以上。
3.根据权利要求1或2所述的钻井液用胺基高分子包被抑制剂，其特征在于引发剂为过氧化月桂酰、过氧化环己酮、过硫酸铵、过硫酸钾、亚硫酸氢钠中的一种以上。
4.根据权利要求1或2或3所述的钻井液用胺基高分子包被抑制剂，其特征在于调节引发剂溶液所用的溶液为氨水。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的钻井液用胺基高分子包被抑制剂，其特征在于将引发剂溶于40ml至60ml水中，引发剂溶液在15min至25min内滴加完毕。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的钻井液用胺基高分子包被抑制剂，其特征在于加热反应的温度为55℃至65℃、时间为1.5h至2.5h。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的钻井液用胺基高分子包被抑制剂，其特征在于烘干的温度为120℃至150℃，烘干的时间为6h至8h。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的钻井液用胺基高分子包被抑制剂，其特征在于粉碎后钻井液用胺基高分子包被抑制剂的粒径小于0.9mm。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的钻井液用胺基高分子包被抑制剂，其特征在于氮气保护至少保持30min后再滴加引发剂溶液。
10.一种根据权利要求1至9中任意一项所述的钻井液用胺基高分子包被抑制剂的制备方法，其特征在于按照下述方法进行：第一步，在所需量的水中加入所需量的丙烯酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、丙烯酸、N-(3-氨基丙基)甲基丙烯酸钾盐、1-乙烯基-2-吡咯烷酮、分散稳定剂，混合均匀得到一次混合溶液；第二步，将引发剂溶于余量的水中后调节pH为9至11，得到引发剂溶液；第三步，在氮气保护中，将引发剂溶液滴入一次混合溶液中，加热反应后得到二次混合物；第四步，将二次混合物进行抽滤、烘干、粉碎后，得到钻井液用胺基高分子包被抑制剂。
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