CN113087846A - 一种钻井液用改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种钻井液用改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂及其制备方法和应用 Download PDF

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王忠瑾
雷祖猛
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Abstract

本发明提供了一种钻井液用改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂，具有式I结构，式I中，n为7400～7600，o为1～20，p为1～20，q为1～20，w为1～20，M为K或Na。本发明提供的钻井液用改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂在高温条件下具有较好的增黏提切效果。此外，本发明提供的钻井液用改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂在钻井液中具有较好的降滤失性能，且绿色环保。本发明提供的钻井液用改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂可应用于钻井液，适用于地层温度较高的深井、超深井钻井施工，实现高温地层的绿色、安全、高效钻进。本发明还提供了一种改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂的制备方法和应用。

Description

一种钻井液用改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂及其制备方法 和应用
技术领域
本发明属于钻井液处理剂技术领域，尤其涉及一种钻井液用改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂及其制备方法和应用。
背景技术
随着世界环保要求的日益严格，国内外为实现绿色钻井液的目标开展了大量的工作，绿色钻井液的关键是钻井液处理剂及材料的绿色化。随着2015年以来我国《新环保法》的实施，对钻井液处理剂提出了更高的环保要求，当前钻井液处理剂正朝着绿色化的方向发展，除了环保因素之外，随着勘探开发过程中钻探深井、超深井及复杂地层的情况越来越多，现场对钻井液处理剂的性能要求也越来越高。
而现有的钻井液处理剂普遍存在着环保性能与稳定性能相冲突的现状。具体来说，改性天然材料或生物质材料环保性能好，无毒，易生物降解，但抗温性能有待提高，如淀粉类、纤维素类、黄原胶；高分子聚合物类处理剂稳定性能较好，但存在环保问题，毒性较高，难生物降解，如丙烯酰胺类、聚胺类。
因此，研究一种兼顾环保性和稳定性的钻井液处理剂成为本领域关注的热点。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钻井液用改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂及其制备方法和应用，本发明提供的改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂对深井超深井高温地层钻井液具有较好的增黏提切性能；同时，兼具良好的降滤失性能，绿色环保。
本发明提供了一种钻井液用改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂，具有式I结构：
Figure BDA0002331559370000021
式I中：n为7400～7600，优选为7450～7550，最优选为7500；
o为1～20，优选为5～15，更优选为8～12，最优选为10；
p为1～20，优选为5～15，更优选为8～12，最优选为10；
q为1～20，优选为5～15，更优选为8～12，最优选为10；
w为1～20，优选为5～15，更优选为8～12，最优选为10；
M为K或Na。
本发明提供的钻井液用改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂具有特定的结构，这种特定结构的增黏提切剂在高温条件下具有较好的增黏提切效果。此外，本发明提供的钻井液用改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂在钻井液中具有较好的降滤失性能，且绿色环保。本发明提供的钻井液用改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂可应用于钻井液，适用于地层温度较高的深井、超深井钻井施工，实现高温地层的绿色、安全、高效钻进。
本发明提供了一种钻井液用改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂的制备方法，包括：
将硬葡聚糖、水和氢氧化物进行第一反应，得到反应产物；
将丙烯酸、乙烯基吡咯烷酮、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、氢氧化物和水混合，得到混合物；
将所述反应产物和混合物在引发剂的作用下进行第二反应，得到钻井液用改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂。
本发明对所述硬葡聚糖没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的硬葡聚糖即可，可由市场购买获得。
在本发明中，所述氢氧化物优选为氢氧化钠或氢氧化钾。
在本发明中，所述硬葡聚糖、水和氢氧化物的质量比优选为12：(180～220)：(4～8)，更优选为12：(190～210)：(5～7)，最优选为12:200:6。
在本发明中，所述第一反应优选在搅拌的条件下进行，所述搅拌的速度优选为1000～1100r/min，更优选为1020～1080r/min，最优选为1040～1060r/min。在本发明中，所述第一反应的反应温度优选为60～70℃，更优选为62～68℃，最优选为64～66℃；所述第一反应的反应时间优选为0.5～2小时，更优选为1～1.5小时。在本发明中，所述第一反应为碱化糊化。
在本发明中，所述丙烯酸、乙烯基吡咯烷酮、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、氢氧化物和水的质量比优选为20：(15～18)：(54～64)：(27～36)：(6～8)：(50～80)，更优选为20：(16～17)：(55～60)：(30～33)：7：(55～75)，最优选为20：(16～17)：(56～58)：(31～32)：7：(60～70)。
在本发明中，所述混合优选在搅拌的条件下进行，所述搅拌的速度优选为1000～1100r/min，更优选为1020～1080r/min，最优选为1040～1060r/min。在本发明中，所述混合的温度优选为30～40℃，更优选为32～38℃，最优选为34～36℃。
在本发明中，所述第一反应中的硬葡聚糖、水和氢氧化物与混合中的丙烯酸、乙烯基吡咯烷酮、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、氢氧化物和水及第二反应中的引发剂的质量比优选为12：(180～220)：(4～8)：20：(15～18)：(54～64)：(27～36)：(6～8)：(50～80)：(0.12～0.36)。
在本发明中，所述引发剂优选选自过氧化氢、过硫酸铵、偶氮二异丁腈、硝酸铈铵和亚硫酸氢钠-过硫酸铵中的一种或几种；所述亚硫酸氢钠-过硫酸铵中亚硫酸氢钠和过硫酸铵的质量比优选为1:2。
在本发明中，所述第二反应的pH值优选为8～10，更优选为9。在本发明中，优选采用碱性物质调整第二反应的pH值为8～10；所述碱性物质优选为氢氧化钾、氢氧化钠或氢氧化钙；所述碱性物质优选为碱性物质溶液，所述碱性物质溶液优选为碱性物质水溶液；所述碱性物质溶液的质量浓度优选为35～45％，更优选为38～42％，最优选为40％。
在本发明中，所述第二反应的反应温度优选为40～70℃，更优选为50～60℃，最优选为55℃；所述第二反应的时间优选为4～10小时，更优选为5～8小时，最优选为6～7小时。
在本发明中，所述第二反应完成后优选将得到的反应产物干燥、粉碎，得到钻井液用改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂。
在本发明中，所述干燥的温度优选为80～100℃，更优选为85～95℃，最优选为90℃。
本发明采用硬葡聚糖、丙烯酸、乙烯基吡咯烷酮、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸为原料制备钻井液用改性硬葡聚糖增粘提切剂，反应条件温和、工艺操作简单、以水为溶剂、无废水废气废渣排放，合成产品绿色环保，产品是一种优良的抗高温增黏提切剂。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的钻井液用改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂或上述技术方案所述的方法制备得到的钻井液用改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂在钻井液中的应用，具体为：
将所述钻井液用改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂加入到钻井液中。
在本发明中，所述钻井液用改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂在钻井液中的质量浓度优选为0.2～0.4％，更优选为0.3％。
本发明对所述钻井液的种类和成分没有特殊的限制，本领域技术人员可根据实际情况选择合适成分的钻井液。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1制备的改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂的红外光谱图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员经改进或润饰的所有其它实例，都属于本发明保护的范围。
本发明以下实施例所用原料均为市售商品，所用的硬葡聚糖为北京灵宝科技有限公司提供的日化级产品。
实施例1
将12g硬葡聚糖、180g水、4g氢氧化钠加入聚合釜，控制搅拌速度在1000r/min，温度60℃下碱化糊化0.5h，得到反应产物硬葡聚糖凝胶；将20g丙烯酸、15g乙烯基吡咯烷酮、54g丙烯酰胺、27g 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、6g氢氧化钠和50g水加入混合釜，控制搅拌速度在1000r/min，温度30℃下搅拌均匀，得到单体水溶液；将上述硬葡聚糖凝胶与单体水溶液混合，在搅拌速度1000r/min下搅拌均匀，用40％氢氧化钠水溶液调节混合液pH值至8，将0.12g过氧化氢引发剂加入混合液中，在40℃下反应4h，得到乳黄色半透明黏稠状液体，在烘箱中于80℃下干燥、粉碎，得到改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂，产品收率为92.81％。
对本发明实施例1制备得到的改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂进行红外光谱检测，检测结果如图1所示，本发明实施例1制备得到的改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂具有式I结构，式I中：n为7400～7600，o为1～20，p为1～20，q为1～20，w为1～20，M为Na。
实施例2
将12g硬葡聚糖、190g水、5g氢氧化钾加入聚合釜，控制搅拌速度在1100r/min，温度62℃下碱化糊化1.0h，得到反应产物硬葡聚糖凝胶；将20g丙烯酸、16g乙烯基吡咯烷酮、58g丙烯酰胺、30g 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、7g氢氧化钾和60g水加入混合釜，控制搅拌速度在1100r/min，温度35℃下搅拌均匀，得到单体水溶液；将上述硬葡聚糖凝胶与单体水溶液混合，在搅拌速度1100r/min下搅拌均匀，用40％氢氧化钾水溶液调节混合液pH值至9，将0.16g过硫酸铵引发剂加入混合液中，在50℃下反应5h，得到乳黄色半透明黏稠状液体，在烘箱中于90℃下干燥、粉碎，得到改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂，产品收率为93.64％。
对本发明实施例2制备得到的改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂进行红外光谱检测，检测结果为，本发明实施例2制备得到的改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂具有式I结构，式I中：n为7400～7600，o为1～20，p为1～20，q为1～20，w为1～20，M为K。
实施例3
将12g硬葡聚糖、200g水、6g氢氧化钠加入聚合釜，控制搅拌速度在1100r/min，温度64℃下碱化糊化1.5h，得到反应产物硬葡聚糖凝胶；将20g丙烯酸、17g乙烯基吡咯烷酮、60g丙烯酰胺、32g 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、8g氢氧化钙和70g水加入混合釜，控制搅拌速度在1100r/min，温度40℃下搅拌均匀，得到单体水溶液；将上述硬葡聚糖凝胶与单体水溶液混合，在搅拌速度1100r/min下搅拌均匀，用40％氢氧化钠水溶液调节混合液pH值至10，将0.20g偶氮二异丁腈引发剂加入混合液中，在60℃下反应7h，得到乳黄色半透明黏稠状液体，在烘箱中于100℃下干燥、粉碎，得到改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂，产品收率为93.87％。
对本发明实施例3制备得到的改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂进行红外光谱检测，检测结果为，本发明实施例3制备得到的改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂具有式I结构，式I中：n为7400～7600，o为1～20，p为1～20，q为1～20，w为1～20，M为Na。
实施例4
将12g硬葡聚糖、210g水、7g氢氧化钠加入聚合釜，控制搅拌速度在1100r/min，温度66℃下碱化糊化2.0h，得到反应产物硬葡聚糖凝胶；将20g丙烯酸、18g乙烯基吡咯烷酮、64g丙烯酰胺、36g 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、8g氢氧化钠和80g水加入混合釜，控制搅拌速度在1100r/min，温度40℃下搅拌均匀，得到单体水溶液；将上述硬葡聚糖凝胶与单体水溶液混合，在搅拌速度1100r/min下搅拌均匀，用40％氢氧化钠水溶液调节混合液pH值至10，将0.28g硝酸铈铵引发剂加入混合液中，在70℃下反应9h，得到乳黄色半透明黏稠状液体，在烘箱中于100℃下干燥、粉碎，得到改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂，产品收率为94.57％。
对本发明实施例4制备得到的改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂进行红外光谱检测，检测结果为，本发明实施例4制备得到的改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂具有式I结构，式I中：n为7400～7600，o为1～20，p为1～20，q为1～20，w为1～20，M为Na。
实施例5
将12g硬葡聚糖、220g水、8g氢氧化钠加入聚合釜，控制搅拌速度在1100r/min，温度70℃下碱化糊化2.0h，得到反应产物硬葡聚糖凝胶；将20g丙烯酸、18g乙烯基吡咯烷酮、64g丙烯酰胺、36g 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、8g氢氧化钠和80g水加入混合釜，控制搅拌速度在1100r/min，温度40℃下搅拌均匀，得到单体水溶液；将上述硬葡聚糖凝胶与单体水溶液混合，在搅拌速度1100r/min下搅拌均匀，用40％氢氧化钠水溶液调节混合液pH值至10，将0.12g亚硫酸氢钠、0.24g过硫酸铵引发剂加入混合液中，在70℃下反应10h，得到乳黄色半透明黏稠状液体，在烘箱中于100℃下干燥、粉碎，得到改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂，产品收率为96.20％。
对本发明实施例5制备得到的改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂进行红外光谱检测，检测结果为，本发明实施例5制备得到的改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂具有式I结构，式I中：n为7400～7600，o为1～20，p为1～20，q为1～20，w为1～20，M为Na。
实施例6
将本发明实施例1～5制备得到的改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂分别加入到4％土浆中(4％土浆制备方法为：在1L水中加入2g无水碳酸钠和40g钻井液试验用钠膨润土，搅拌20min后，室温放置24h后制得)，改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂在土浆中的质量浓度为0.3％，150℃热滚16h，按照GB/T 16783.1-2014《石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液》的标准方法，测试增黏提切性能、降滤失性能，并测试生物毒性EC50值，测试结果如表1所示。
生物毒性EC50值的测试方法如下：将本发明实施例制备的改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂加入到质量浓度为3％氯化钠溶液中，分别配制成0mg.dm-3、5000mg.dm-3、10000mg.dm-3、25000mg.dm-3、50000mg.dm-3、100000mg.dm-3的待测样品溶液各10mL，静置60min。向上述待测样品溶液中依次加入发光细菌T3粉末10mg充分震荡混匀后，以质量浓度为3％的氯化钠溶液作为对比分别测定发光菌与待测样品溶液接触15min后的生物毒性EC50值。
表1本发明实施例制备的改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂性能测试结果
Figure BDA0002331559370000081
由表1中数据可知，在150℃高温老化16h后，0.3％的改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂可使4％土浆表观粘度由3.0mPa.s提至≥20mPa.s，表观黏度升高率≥566.67％，静切力的初切由0.5Pa升高至≥1.5Pa，初切升高率≥200％，静切力的终切由0.5Pa升高至≥4.5Pa，终切升高率≥800％，表现出较好的增黏提切性能；API滤失量由40mL降至≤9.2mL，滤失量降低率≥77％，表现出较好的降滤失性能；改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂EC50值＞530000mg/L(远大于排放标准30000mg/L)，无生物毒性，绿色环保。本发明实施例制备得到的改性硬葡聚糖具有较好的抗高温增黏提切性能；同时，兼具良好的降滤失性能，绿色环保。本发明实施例制备得到的改性硬葡聚糖适用于深井超深井高温钻井液的黏切性能及降滤失性能控制，实现高温地层的绿色、安全、高效钻进。
由以上实施例可知，本发明提供了一种钻井液用改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂，具有式I结构，式I中，n为7400～7600，o为1～20，p为1～20，q为1～20，w为1～20，M为K或Na。本发明提供的钻井液用改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂在高温条件下具有较好的增黏提切效果。此外，本发明提供的钻井液用改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂在钻井液中具有较好的降滤失性能，且绿色环保。本发明提供的改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂可应用于钻井液，适用于地层温度较高的深井、超深井钻井施工，实现高温地层的绿色、安全、高效钻进。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种钻井液用改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂，具有式I结构：
Figure FDA0002331559360000011
式I中，n为7400～7600，o为1～20，p为1～20，q为1～20，w为1～20，M为K或Na。
2.根据权利要求1所述的钻井液用改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂，其特征在于，所述o为5～15，p为5～15，q为5～15，w为5～15。
3.一种钻井液用改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂的制备方法，包括：
将硬葡聚糖、水和氢氧化物进行第一反应，得到反应产物；
将丙烯酸、乙烯基吡咯烷酮、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、氢氧化物和水混合，得到混合物；
将所述反应产物和混合物在引发剂的作用下进行第二反应，得到钻井液用改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述硬葡聚糖、水和氢氧化物的质量比为12：(180～220)：(4～8)。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述丙烯酸、乙烯基吡咯烷酮、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、氢氧化物和水的质量比为20：(15～18)：(54～64)：(27～36)：(6～8)：(50～80)。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述氢氧化物为氢氧化钠或氢氧化钾。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述引发剂选自过氧化氢、过硫酸铵、偶氮二异丁腈、硝酸铈铵和亚硫酸氢钠-过硫酸铵中的一种或几种。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一反应的温度为60～70℃；所述混合的温度为30～40℃。
9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二反应的温度为40～70℃。
10.一种权利要求1所述的钻井液用改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂或权利要求3所述的方法制备得到的钻井液用改性硬葡聚糖抗高温增黏提切剂在钻井液中的应用。
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