CN113388377B

CN113388377B - 一种降滤失剂及其制备方法

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Publication number: CN113388377B
Application number: CN202010166357.2A
Authority: CN
Inventors: 苏雪霞; 孙举; 王中华; 徐生婧; 孟丽艳; 梁庆磊
Original assignee: Sinopec Oilfield Service Corp; Sinopec Zhongyuan Petroleum Engineering Co Ltd; Drilling Engineering Technology Research Institute of Sinopec Zhongyuan Petroleum Engineering Co Ltd
Current assignee: Sinopec Oilfield Service Corp; Sinopec Zhongyuan Petroleum Engineering Co Ltd; Drilling Engineering Technology Research Institute of Sinopec Zhongyuan Petroleum Engineering Co Ltd
Priority date: 2020-03-11
Filing date: 2020-03-11
Publication date: 2022-09-13
Anticipated expiration: 2040-03-11
Also published as: CN113388377A

Abstract

本发明提供了一种降滤失剂，由包括以下物料的原料制备得到：水、丙烯酸、2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸、有机酰胺类单体、亲水乳化剂、基础油、亲油乳化剂和引发剂；所述基础油在40℃下的运动粘度为1.5mPa·s～3.0mPa·s。本发明采用的溶剂油粘度低、有利于体系散热、承载能力强，可以形成高固相含量的油包水乳液，确保聚合过程中不会出现油水分离、破乳结块现象。采用本发明提供的方法制备得到的降滤失剂的固相含量35％～40％、相对分子质量为500～800万，聚合物降滤失剂加入量为1.5％时，复合盐水浆中150℃/16h后API小于6mL。本发明还提供了一种降滤失剂的制备方法。

Description

一种降滤失剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及油田用水溶性高分子材料技术领域，尤其涉及一种降滤失剂及其制备方法。

背景技术

钻井液用降滤失剂是合成聚合物中用途最广泛的一种，降滤失剂的加入不但能改善钻井液性能，降低钻井液滤失量，还能够保证钻井作业安全快速的进行。目前现场应用的传统聚合物降滤失剂多以粉状为主，烘干、粉碎过程中，产品性能降低(发生降解或交联或水解等反应)，且粉状处理剂直接加入钻井液溶解速度慢。如果溶解时间大于循环周期、溶胀颗粒会被振动筛筛出，甚至糊筛，使用时必须先配成质量分数0.5％～2.0％的水溶液，这样不仅增加工作量，而且使产品剪切降解、使用不方便，并影响产品的使用效果。

反相乳液聚合物可以有效解决上述技术问题，但因稳定乳液的形成条件苛刻，存在固相含量低、乳液分子量低、乳化剂加量高，且聚合反应放热强烈，易引起暴沸、高温物料喷溅、导致乳液破乳等现象。实际应用中，高固相含量乳液更有实用价值，可以节省运输和使用成本。目前，关于反相乳液聚合物降滤失剂的研究大部分集中在低单体浓度(固相含量＜25％)，单体固相含量低，在复合盐水基浆中加量高(加量≥3.0％)，抗盐钙污染优势体显不明显。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种降滤失剂及其制备方法，本发明提供的降滤失剂单体固相含量高、相对分子质量高，钻井液中加量低，降滤失性能好，运输及使用成本降低。

本发明提供了一种降滤失剂，由包括以下物料的原料制备得到：

水、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、有机酰胺类单体、亲水乳化剂、基础油、亲油乳化剂和引发剂。

在本发明中，所述水、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、有机酰胺类单体、亲水乳化剂、基础油、亲油乳化剂和引发剂的质量比优选为(180～227.5)：(13.78～15.74)：(59.38～67.87)：(101.84～116.4)：(0.81～1.56)：(72～104)：(7.29～14.04)：(0.0875～0.2)，更优选为(190～220)：(14～15)：(60～67)：(105～110)：(1～1.5)：(80～100)：(8～14)：(0.1～0.2)，最优选为(200～210)：(14～15)：(62～64)：(106～108)：(1.2～1.3)：(85～95)：(10～12)：(0.1～0.2)。

在本发明中，所述有机酰胺类单体优选选自丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺或叔丁基丙烯酰胺。

在本发明中，所述亲水乳化剂优选选自吐温80或吐温60。

在本发明中，所述基础油在40℃下的运动粘度为1.5mPa·s～3.0mPa·s，优选为2.0mPa·s～2.5mPa·s；所述基础油优选白油，如2#或3#白油。

在本发明中，所述亲油乳化剂优选选自司盘80或司盘60。

在本发明中，所述引发剂优选选自过硫酸盐，更优选选自过硫酸钾或过硫酸铵。

本发明提供了一种上述技术方案所述的降滤失剂的制备方法，包括：

将水、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、有机酰胺类单体、引发剂和亲水乳化剂混合，得到水相物料；

将基础油和亲油乳化剂混合，得到油相物料；

将所述水相物料和油相物料混合进行乳化，得到降滤失剂。

在本发明中，所述水、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、有机酰胺类单体、引发剂、亲水乳化剂、基础油和亲油乳化剂的用量比例与上述技术方案所述一致，在此不再赘述。

在本发明中，优选采用碱性物质调节水相物料的pH值至9～11，更优选为10；所述碱性物质优选选自氢氧化钾或氢氧化钾与氢氧化钠复合物；所述氢氧化钾和氢氧化钠复合物中氢氧化钾和氢氧化钠的质量比优选为(1～5)：1，更优选为(2～4)：1，最优选为3:1。在本发明中，所述碱性物质优选为碱性物质溶液，更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25～35％，更优选为30％。

在本发明中，所述乳化的方法优选包括：

将所述水相物料和油相物料混合后得到的混合物置于水浴中，通入惰性气体，进行聚合反应。

在本发明中，所述水浴的温度优选为30～45℃，更优选为35～40℃。

在本发明中，所述聚合物反应优选在搅拌的条件下进行；所述聚合反应的时间优选为3～5h，更优选为4h。

在本发明中，所述惰性气体优选为氮气，更优选为高纯氮气。在本发明中，通入惰性气体的时间优选为25～35min，更优选为30min。

在本发明中，所述乳化的方法更优选包括：

将所述水性物料加入到油相物料中，搅拌，进行高速乳化，得到乳液；

将所述乳液置于水浴中，通入惰性气体，低速搅拌下进行聚合反应。

在本发明中，所述搅拌的时间优选为15～25min，更优选为20min。

在本发明中，所述高速乳化的速度优选为8000～12000r/min，更优选为9000～11000r/min，最优选为10000r/min；所述高速乳化的时间优选为15～25min，更优选为20min。

在本发明中，所述低速搅拌的速度优选为2000～4000r/min，更优选为2500～3500r/min，最优选为3000r/min；所述低速搅拌的时间优选为3～5小时，更优选为4小时。

本发明提供的聚合物降滤失剂乳液(降滤失剂)的制备方法，采用的溶剂油粘度低、有利于体系散热、承载能力强，可以形成高固相含量的油包水乳液，确保聚合过程中不会出现油水分离、破乳结块现象；采用氢氧化钾或氢氧化钾与氢氧化钠复合物调节体系pH值，平衡体系散热量，避免某一阶段热量太大造成工艺流程的安全隐患；控制体系pH值至9～11，平衡单体之间的竞聚率，调整不同引发阶段的反应时间，均衡各阶段单体转化率，平衡各阶段体系的散热量，确保反应平稳进行；采用低温引发，整个反应过程匀速升温，在体系温度达40℃时单体转化率达50％，整个聚合过程中体系最高温度不超过60℃。采用本发明提供的方法制备得到的降滤失剂的固相含量35％～40％、相对分子质量为500～800万，聚合物降滤失剂加入量为1.5％时，复合盐水浆中150℃/16h后API小于6mL。

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。

实施例1

在反应釜中加入195g水，开启搅拌加入13.7g丙烯酸、59.38g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、101.84g丙烯酰胺、0.175g过硫酸钾、1.56g吐温-80乳化剂，然后用质量浓度为30％的氢氧化钾水溶液调节体系pH为9.0，得到水相；

在反应釜中加入104g白油、14.04g司盘-80乳化剂，搅拌至全部溶解，得到油相；

在搅拌条件下将水相慢慢加入油相中，搅拌20min，以10000r/min的速度高速乳化20min，得到单体化合物乳液；将上述乳化液置35℃的恒温水浴中，通氮气30min，在3000r/min的速度低速搅拌下反应5h，得到降滤失剂。

按照Q/SHCG 99001-2017《油田化学剂通用检测评价方法第1部分：钻井液用化学剂》4.8.2的方法，测试本发明实施例1制备的降滤失剂的固相含量，检测结果为，固相含量为35.2％。

按照Q/SHCG 99001-2017《油田化学剂通用检测评价方法第1部分：钻井液用化学剂》9.1.1的方法，测试本发明实施例1制备的降滤失剂的相对分子质量，检测结果为，相对分子质量为780万。

实施例2

在反应釜中加入180g水，开启搅拌加入15.74g丙烯酸、67.87g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、116.4g丙烯酰胺、0.2g过硫酸钾、1.44g吐温-80乳化剂，然后用质量浓度为30％的氢氧化钠水溶液调节体系pH为10.0，得到水相；

在反应釜中加入96g白油、12.96g司盘-80乳化剂，搅拌至全部溶解，得到油相；

在搅拌条件下将水相慢慢加入油相中，充分搅拌，在8000r/min的速度下高速乳化20min，得到单体化合物乳液；将上述乳化液置40℃的恒温水浴中，通氮气30min，在2000r/min的速度下低速搅拌下反应3h，得到降滤失剂。

按照实施例1的方法，对本发明实施例2制备的降滤失剂进行检测，检测结果为，固相含量为38.9％，相对分子质量为720万。

实施例3

在反应釜中加入227.5g水，开启搅拌加入13.7g丙烯酸、59.38g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、101.84g丙烯酰胺、0.175g过硫酸钾、1.17g吐温-80乳化剂，然后用质量浓度为30％氢氧化钾水溶液调节体系pH为11.0，得到水相；

在反应釜中加入78g白油、10.53g司盘-80乳化剂，搅拌至全部溶解，得到油相；

在搅拌条件下将水相慢慢加入油相中，搅拌20min，在9000r/min的速度下高速乳化20min，得到单体化合物乳液；将上述乳化液置35℃的恒温水浴中，通氮气30min，在4000r/min的速度下低速搅拌下反应5h，得到降滤失剂。

按照实施例1的方法，对本发明实施例3制备的降滤失剂进行检测，检测结果为，固相含量为35.0％，相对分子质量为800万。

实施例4

在反应釜中加入210g水，开启搅拌加入13.7g丙烯酸、59.38g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、101.84g丙烯酰胺、0.15g过硫酸钾、1.08g吐温-80乳化剂，然后用质量浓度为30％的氢氧化钾水溶液调节体系pH为11.0，得到水相；

在反应釜中加入72g白油、9.72g司盘-80乳化剂，搅拌至全部溶解，得到油相；

在搅拌条件下将水相慢慢加入油相中，搅拌20min，在12000r/min速度下高速乳化20min，得到单体化合物乳液；将上述乳化液置35℃的恒温水浴中，通氮气30min，在3000r/min的速度下低速搅拌下反应4h，得到降滤失剂。

按照实施例1的方法，对本发明实施例4制备的降滤失剂进行检测，检测结果为，固相含量为40.0％，相对分子质量为650万。

实施例5

在反应釜中加入195g水，开启搅拌加入13.7g丙烯酸、59.38g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、101.84g丙烯酰胺、0.175g过硫酸钾、1.56g吐温-80乳化剂，然后用质量浓度为30％的氢氧化钾水溶液调节体系pH为10.5，得到水相；

在搅拌条件下将水相慢慢加入油相中，搅拌20min，在11000r/min的速度下高速乳化20min，得到单体化合物乳液；将上述乳化液置50℃的恒温水浴中，通氮气30min，在3000r/min速度下低速搅拌下反应5h，得到降滤失剂。

按照实施例1的方法，对本发明实施例5制备的降滤失剂进行检测，检测结果为，固相含量为35.2％，相对分子质量为750万。

实施例6

对本发明实施例1～5制备得到的降滤失剂进行钻井液性能评价：

将本发明实施例1～5制备得到的降滤失剂和水混合制备得到质量浓度为1％的降滤失剂溶液，按照Q/SHCG 35-2012《钻井液用合成聚合物降滤失剂技术要求》的评价方法，测试降滤失剂溶液的表观粘度，检测结果如表1所示。

复合盐水基浆+1.5％降滤失剂后经150℃滚动老化16h，按照GB/T16783.1-2006《石油天然气工业钻井液现场测试第1部分水基钻井液》中7.2规定测定钻井液的中压滤失量的测试方法，温度24℃±3℃，压力690KPa进行检测，检测结果见表1。

复合盐水基浆组成：350mL蒸馏水+4.5wt％氯化钠+0.5wt％氯化钙+1.3wt％氯化镁+0.9wt％无水碳酸钠+15wt％钙膨润土；代表氯化钠在复合盐水基浆中的质量含量为4.5％，氯化钙在复合盐水基浆中的质量含量为0.5％，氯化镁在复合盐水基浆中的质量含量为1.3％，无水碳酸钠在复合盐水基浆中的质量含量为0.9％，钙膨润土在复合盐水基浆中的质量含量为15％。

降滤失剂在复合盐水基浆中的质量含量为1.5％。

表1 本发明实施例制备的降滤失剂的性能检测结果

由表1可知，质量浓度为1％的降滤失剂水溶液室温下表观粘度大于28.5mPa·s，降滤失剂在复合盐水浆中加量为1.5wt％时，经150℃/16h高温老化后，API滤失量低于6mL，产品性价比高，复合盐水浆中加量低，降滤失效果显著。

由以上实施例可知，本发明提供了一种降滤失剂，由包括以下物料的原料制备得到：水、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、有机酰胺类单体、亲水乳化剂、基础油、亲油乳化剂和引发剂；所述基础油在40℃下的运动粘度为1.5mPa·s～3.0mPa·s。本发明采用的溶剂油粘度低、有利于体系散热、承载能力强，可以形成高固相含量的油包水乳液，确保聚合过程中不会出现油水分离、破乳结块现象。采用本发明提供的方法制备得到的降滤失剂的固相含量35％～40％、相对分子质量为500～800万，聚合物降滤失剂加入量为1.5％时，复合盐水浆中150℃/16h后API小于6mL。

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

1.一种降滤失剂，由包括以下物料的原料制备得到：

水、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、有机酰胺类单体、亲水乳化剂、基础油、亲油乳化剂和引发剂；

所述基础油在40℃下的运动粘度为1.5mPa·s~3.0 mPa·s；所述有机酰胺类单体选自丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺或叔丁基丙烯酰胺；所述亲水乳化剂选自吐温80或吐温60；所述亲油乳化剂选自司盘80或司盘60；所述引发剂选自过硫酸盐；所述水、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、有机酰胺类单体、亲水乳化剂、基础油、亲油乳化剂和引发剂的质量比为（180~227.5）：（13.78~15.74）：（59.38~67.87）：（101.84~116.4）：（0.81~1.56）：（72~104）：（7.29~14.04）：（0.0875~0.2）；

所述降滤失剂的制备方法，包括：

将水、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、有机酰胺类单体、引发剂和亲水乳化剂混合，得到水相物料；将基础油和亲油乳化剂混合，得到油相物料；将所述水相物料和油相物料混合进行乳化，得到降滤失剂；

所述水相物料的pH值为9~11；所述乳化的方法包括：

将所述水相物料和油相物料混合后得到的混合物置于水浴中，通入惰性气体，进行聚合反应；所述水浴的温度为30~45℃。