CN112759706A - 一种钻井液用抗高温抗饱和盐水型降滤失剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钻井液用抗高温抗饱和盐水型的降滤失剂，包括以下成分：丙烯酰胺、甲醛、2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化铵、N‑乙烯基吡咯烷酮、氢氧化钠、引发剂和水。本发明属于油田化工技术领域，具体提供了一种钻井液用抗高温抗饱和盐水型降滤失剂，该降滤失剂在淡水浆、复合盐水浆、饱和盐水浆中均具有较强的降滤失性，适用于各种密度尤其是高密度条件下钻井液的降滤失，具有较强的耐盐性和抑制性及兼有一定的稀释作用，可直接或配制成胶液加入到钻井液中。同时，可有效控制钻井液高温条件下的滤失性能，增强钻井液的耐高温性，从而提高钻井效率，降低钻井液综合成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种钻井液用抗高温抗饱和盐水型的降滤失剂，属于油田化工技术领域。
背景技术
随着油气勘探开发向深部地层不断迈进，钻井工程中钻遇超高温的概率在近年来呈现明显增加的趋势。超高温环境下，钻井液完井液的各项性能都可能会发生显著变化。超高温易使钻井液完井液出现泥饼变厚、泥饼渗透率增大，滤失量剧增的现象。
超高温环境下，要求钻井液具有良好的抗高温性能。由于钻井液完井液的流变性随温度变化呈现恶化的趋势，钻井液完井液的高温降粘现象或高温增稠现象时有发生。高温降粘易引起钻井液携岩能力及悬浮能力的下降，造成钻井液完井液加重材料的沉降；而高温增稠现象可能引起静切力大幅上升，流变性难以控制，可能引起井下一系列复杂事故，制约钻井液在高温环境下的使用，因此控制钻井液抗高温稳定性是亟待解决的问题。
随着油气井钻探深度的增加，钻遇井下复杂地层的概率亦呈现逐年上升的趋势，如钻遇大段盐膏层、岩盐层、膏泥岩层、高压盐水层等的概率也明显增大。因此，钻井液完井液面临盐侵、盐膏侵、复合盐水侵等污染源侵入的井下复杂情况也越来越多，超深井的井壁稳定性面临巨大的挑战。
水泥浆降滤失剂在固井施工的安全和提高固井质量方面，起着至关重要的作用。降滤失剂是石油钻井液中最为常用的一种添加剂，它可以降低钻井液中的水分向地层中渗透，从而稳定井壁，保护地层。研究表明，降滤失剂主要通过以下几个机理发挥作用：①全方位地堵塞泥饼中的毛细孔道，使其光滑而致密；②增加泥饼负电荷密度，使其形成强有力的极化水层；③吸附于黏土晶体颗粒侧面形成桥联，缩小毛细孔径；④增加滤液黏度；⑤改变泥饼毛细孔的润湿性。一般降滤失剂的作用机理是以某种机理为主，以其他机理为辅。如果根据降滤失剂分子结构特点，通过化学改性或适当复配，既保留降滤失作用机理的强项又弥补了其作用机理的弱项，即可改善其降滤失效果。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明目的在于针对目前使用的降滤失剂普遍存在抗温、抗盐能力差的问题，提供一种钻井液用抗高温抗饱和盐水型降滤失剂。该降滤失剂在淡水浆、复合盐水浆、饱和盐水浆中均具有较强的降滤失性，适用于各种密度尤其是高密度条件下钻井液的降滤失，具有较强的耐盐性和抑制性及兼有一定的稀释作用，可直接或配制成胶液加入到钻井液中。同时，可有效控制钻井液高温条件下的滤失性能，增强钻井液的耐高温性，从而提高钻井效率，降低钻井液综合成本。
为实现以上目的，本发明所采取的技术方案如下：一种钻井液用抗高温抗饱和盐水型降滤失剂，是由丙烯酰胺(AM)、甲醛(HCHO)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)和N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)五种原料以及氢氧化钠溶液、过硫酸铵溶液或焦硫酸钠溶液制备得到，制备步骤如下：
(1)先将80～100份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠(AMPS)置于三颈烧瓶中，加水充分搅拌均匀至完全溶解，加入混合溶液质量2～3％的氢氧化钠溶液，搅拌均匀，再缓慢匀速加入氢氧化钠调节溶液pH值，当pH为6.5～7.0时，停止加入氢氧化钠，向体系中通氮气，同时降温至20～30℃，其余四种原料按质量配比甲醛(HCHO):2-丙烯酰胺(AM):二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC):N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)为：20～40:20～40:5～8:5～8依次加入烧瓶中，充分搅拌均匀至完全溶解，制得混合溶液；
(2)对体系进行减压抽真空后通入氮气，重复3-5次后持续通入氮气。取原料总质量0.5～1％的过硫酸铵/焦硫酸钠配置成溶液，经抽真空氮气保护后吸入针管，以1-10滴/秒的速度注入体系，控制温度在45-55℃之间，注射完毕后再反应1小时，将反应制得的固体状产物干燥粉碎，即得降滤失剂。
优选的，所述氢氧化钠溶液质量浓度为15～25％。
进一步优选的，所述过硫酸铵溶液或焦硫酸钠溶液的质量浓度为5～10％。
进一步优选的，所述通入氮气时间为180分钟。
较佳的技术方案可以是：所述降滤失剂是由丙烯酰胺(AM)、甲醛(HCHO)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠(AMPS)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)五种原料以及氢氧化钠溶液、过硫酸铵溶液或焦硫酸钠溶液制备得到，制备步骤如下：
(1)先将80份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠(AMPS)置于三颈烧瓶中，加200份水充分搅拌均匀至完全溶解，加入混合溶液质量3％，质量浓度20％的氢氧化钠溶液，搅拌均匀，再缓慢匀速加入20％氢氧化钠溶液调节混合液pH值，当pH为6.5～7.0时，停止加入氢氧化钠，向体系中通氮气，同时降温至20～30℃，其余四种原料按质量配比甲醛(HCHO):2-丙烯酰胺(AM):二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC):N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)为：20:20:6:7依次加入烧瓶中，充分搅拌均匀至完全溶解，制得混合溶液；
(2)对体系进行减压抽真空后通入氮气，真空度在0.07MPa。重复3-5次后持续通入氮气。取原料总质量0.7％的过硫酸铵/焦硫酸钠配置成10％的溶液，经抽真空氮气保护后吸入针管，以2滴/秒的速度注入体系，控制温度在48-52℃之间，注射完毕后再反应1小时，将反应制得的固体状产物干燥粉碎，即得降滤失剂。
在用于钻井液的降滤失时，可将本发明的降滤失剂直接或配制成胶液加入到钻井液中，加入比例为钻井液质量的2～6％。
本发明技术方案所采用丙烯酰胺(AM)是一种聚合单体，分子式：C3H5NO，分子量：71.08，纯品熔点84-86℃，沸点125℃。本品为白色结晶，易溶于水、乙醇、乙醚、丙酮、氯仿等溶剂。丙烯酰胺(AM)是一种不饱和酰胺，分子具有两个活性中心，能反应生成多种化合物；甲醛(HCHO)是一种有机化学物质，化学式是HCHO或CH2O，分子量30.03，又称蚁醛。是无色有刺激性气体，对人眼、鼻等有刺激作用。气体相对密度1.067(空气＝1)，液体密度0.815g/cm3(-20℃)。熔点-92℃，沸点-19.5℃，易溶于水和乙醇。水溶液的浓度最高可达55％，一般是35％-40％，通常为37％；2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠(AMPS)是一种水溶性阴离子单体的有机中间体，由丙烯腈、异丁烯、发烟硫酸为原料，在多种添加剂存在下直接反应得到成品；二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)外观为无色透明、无刺激性气味的液体，稍有稠度。DMDAAC完全而极易溶于水，其分子式为C8H16NCl，分子量161.5，本品为含量60％的水溶液。N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)一种化学物质，分子式C6H9NO，无色液体，易聚合成聚乙烯吡咯烷酮。能与水、乙醇、乙醚和其他有机溶剂混溶，易与其他乙烯化合物共聚。由2-吡咯烷酮和乙炔在高压下作用而制得。
采用本发明技术方案所产生的有益效果在于：本发明的抗高温、抗盐型的降滤失剂的抗高温能力可达200℃以上，在淡水浆、复合盐水浆、饱和盐水浆中均具有较强的降滤失性，适用于各种密度尤其是高密度条件下钻井液的降滤失。同时具有较强的耐盐和抑制性，可直接或配制成胶液加入到钻井液中，运输和储存方便。室内分析研究和对比试验表明，该降滤失剂较常规降滤失剂具有抗高温、降粘、耐盐的功效。可有效控制钻井液高温条件下的降滤失性能，提高钻井液的抗高温性，从而提高钻井效率，降低钻井液综合成本。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步详细说明，这些实施例仅用来说明本发明，并不限制本发明的范围。
实施例1采用以下步骤实现本发明：
所述降滤失剂是由丙烯酰胺(AM)、甲醛(HCHO)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)五种原料以及氢氧化钠溶液、过硫酸铵溶液或焦硫酸钠溶液制备得到，制备步骤如下：
(1)先将80份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠(AMPS)置于三颈烧瓶中，加200份水充分搅拌均匀至完全溶解，加入混合溶液质量3％，质量浓度20％的氢氧化钠溶液，搅拌均匀，再缓慢匀速加入20％氢氧化钠溶液调节混合液pH值，当pH为6.5～7.0时，停止加入氢氧化钠，向体系中通氮气，同时降温至20～30℃。其余四种原料按质量配比甲醛(HCHO):2-丙烯酰胺(AM):二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC):N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)为：20:20:6:7依次加入烧瓶中，充分搅拌均匀至完全溶解，制得混合溶液；
(2)对体系进行减压抽真空后通入氮气，真空度在0.07MPa。重复3-5次后持续通入氮气。取原料总质量0.7％的过硫酸铵/焦硫酸钠配置成10％的溶液，经抽真空氮气保护后吸入针管，以2滴/秒的速度注入体系，控制温度在48-52℃之间，注射完毕后再反应1小时，将反应制得的固体状产物干燥粉碎，即得降滤失剂。
实施例2采用以下步骤实现本发明：
所述降滤失剂是由丙烯酰胺(AM)、甲醛(HCHO)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)五种原料以及氢氧化钠溶液、过硫酸铵溶液或焦硫酸钠溶液制备得到，制备步骤如下：
(1)先将90份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠(AMPS)置于三颈烧瓶中，加200份水充分搅拌均匀至完全溶解，加入混合溶液质量2％、质量浓度20％的氢氧化钠溶液，搅拌均匀，再缓慢匀速加入20％氢氧化钠溶液调节混合液pH值，当pH为6.5～7.0时，停止加入氢氧化钠，向体系中通氮气，同时降温至20～30℃，其余四种原料按质量配比甲醛(HCHO):2-丙烯酰胺(AM):二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC):N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)为：25:20:7:7依次加入烧瓶中，充分搅拌均匀至完全溶解，制得混合溶液；
(2)对体系进行减压抽真空后通入氮气，真空度在0.07MPa。重复3-5次后持续通入氮气。取原料总质量1％的过硫酸铵/焦硫酸钠配置成10％的溶液，经抽真空氮气保护后吸入针管，以2滴/秒的速度注入体系，控制温度在48-52℃之间，注射完毕后再反应1小时，将反应制得的固体状产物干燥粉碎，即得降滤失剂。
实施例3采用以下步骤实现本发明：
所述降滤失剂是由丙烯酰胺(AM)、甲醛(HCHO)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)五种原料以及氢氧化钠溶液、过硫酸铵溶液或焦硫酸钠溶液制备得到，制备步骤如下：
(1)先将80份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠(AMPS)置于三颈烧瓶中，加200份水充分搅拌均匀至完全溶解，加入混合溶液质量3％、质量浓度20％的氢氧化钠溶液，搅拌均匀，再缓慢匀速加入20％氢氧化钠溶液调节混合液pH值，当pH为6.5～7.0时，停止加入氢氧化钠，向体系中通氮气，同时降温至20～30℃，其余四种原料按质量配比甲醛(HCHO):2-丙烯酰胺(AM):二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC):N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)为：25:25:7:7依次加入烧瓶中，充分搅拌均匀至完全溶解，制得混合溶液；
2)对体系进行减压抽真空后通入氮气，真空度在0.07MPa。重复3-5次后持续通入氮气。取原料总质量0.7％的过硫酸铵/焦硫酸钠配置成10％的溶液，经抽真空氮气保护后吸入针管，以2滴/秒的速度注入体系，控制温度在48-52℃之间，注射完毕后再反应1小时，将反应制得的固体状产物干燥粉碎，即得降滤失剂。
实施例4采用以下步骤实现本发明：
所述降滤失剂是由丙烯酰胺(AM)、甲醛(HCHO)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)五种原料以及氢氧化钠溶液、过硫酸铵溶液或焦硫酸钠溶液制备得到，制备步骤如下：
(1)先将80份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠(AMPS)置于三颈烧瓶中，加200份水充分搅拌均匀至完全溶解，加入混合溶液质量3％，质量浓度20％的氢氧化钠溶液，搅拌均匀，再缓慢匀速加入20％氢氧化钠溶液调节混合液pH值，当pH为6.5～7.0时，停止加入氢氧化钠，向体系中通氮气，同时降温至20～30℃，其余四种原料按质量配比甲醛(HCHO):2-丙烯酰胺(AM):二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC):N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)为：30:30:8:8依次加入烧瓶中，充分搅拌均匀至完全溶解，制得混合溶液；
(2)对体系进行减压抽真空后通入氮气，真空度在0.07MPa。重复3-5次后持续通入氮气。取原料总质量0.5％的过硫酸铵/焦硫酸钠配置成10％的溶液，经抽真空氮气保护后吸入针管，以2滴/秒的速度注入体系，控制温度在48-52℃之间，注射完毕后再反应1小时，将反应制得的固体状产物干燥粉碎，即得降滤失剂。
所制备的抗高温抗饱和盐水型降滤失剂性能指标如下：
表1抗高温抗饱和盐水型降滤失剂性能指标
对本实施例制备的降滤失剂的测试试验：本试验测试220℃×16h热滚后体系的流变性及150℃高温高压滤失性能，确定降滤失剂的最佳加量。钻井液配方如下：5％降滤失剂+0.2％Na2CO3+35％NaCl+4.0％膨润土，评价降滤失剂的高温降滤失性能。
经过室内实验的调整和证明，采用本发明提供的配方制成的抗高温抗饱和盐水型降滤失剂具有良好的抗温、抗盐和降滤失性能，这些性能能够满足高温钻井液的施工要求。因此，本发明提供的配方制成的抗高温抗饱和盐水型降滤失剂能较好解决高温钻井液稳定性问题，对于海上高温高压区域钻井的安全高效实施起到有效作用。
所制备的抗高温抗饱和盐水型降滤失剂测试液性能如下：
表2加入该实施例中抗高温抗饱和盐水型降滤失剂测试液性能
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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 (5)
1.一种钻井液用抗高温抗饱和盐水型降滤失剂，其特征在于：由丙烯酰胺(AM)、甲醛(HCHO)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)五种原料以及氢氧化钠溶液、过硫酸铵溶液或焦硫酸钠溶液制备得到，制备步骤如下：
(1)先将80～100份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)置于三颈烧瓶中，加水充分搅拌均匀至完全溶解；
(2)加入混合溶液质量2～3％的氢氧化钠溶液，搅拌均匀，再缓慢匀速加入氢氧化钠调节溶液pH值，当pH为6.5～7.0时，停止加入氢氧化钠，向体系中通氮气，同时降温至20～30℃；
(3)其余四种原料按质量配比甲醛(HCHO):2-丙烯酰胺(AM):二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC):N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)为：20～40:20～40:5～8:5～8依次加入烧瓶中，充分搅拌均匀至完全溶解，制得混合溶液；
(4)对体系进行减压抽真空后通入氮气，重复3-5次后持续通入氮气；
(5)取原料总质量0.5～1％的过硫酸铵/焦硫酸钠配置成溶液，经抽真空氮气保护后吸入针管，以1-10滴/秒的速度注入体系，控制温度在45-55℃之间，注射完毕后继续反应1小时，将反应制得的固体状产物干燥粉碎，即得降滤失剂。
2.如权利要求1所述的钻井液用抗高温抗饱和盐水型降滤失剂，其特征在于：所述氢氧化钠溶液质量浓度为15～25％。
3.如权利要求1所述的钻井液用抗高温抗饱和盐水型降滤失剂，其特征在于：所述过硫酸铵溶液或焦硫酸钠溶液的质量浓度为5～10％。
4.如权利要求1所述的钻井液用抗高温抗饱和盐水型降滤失剂，其特征在于：所述通入氮气时间为2-4小时。
5.如权利要求1所述的钻井液用抗高温抗饱和盐水型降滤失剂，其特征在于：所述降滤失剂是由丙烯酰胺(AM)、甲醛(HCHO)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAA)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)五种原料以及氢氧化钠溶液、过硫酸铵溶液或焦硫酸钠溶液制备得到，制备步骤如下：
(1)先将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)置于三颈烧瓶中，加水充分搅拌均匀至完全溶解，加入混合溶液质量2～3％的氢氧化钠溶液，搅拌均匀，再缓慢匀速加入氢氧化钠调节溶液pH值，当pH为6.5～7.0时，停止加入氢氧化钠，向体系中通氮气，同时降温至20～30℃；
(2)其余四种原料按质量配比甲醛(HCHO):2-丙烯酰胺(AM):二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC):N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)为：20～40:20～40:5～8:5～8依次加入烧瓶中，充分搅拌均匀至完全溶解，制得混合溶液；
(3)对体系进行减压抽真空后通入氮气，重复3-5次后持续通入氮气。取原料总质量0.5～1％的过硫酸铵/焦硫酸钠配置成溶液，经抽真空氮气保护后吸入针管，以1-10滴/秒的速度注入体系，控制温度在45-55℃之间，注射完毕后再反应1小时，将反应制得的固体状产物干燥粉碎，即得产品。
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- 2020-12-30 CN CN202011612777.5A patent/CN112759706A/zh active Pending
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