CN114456325B - 一种疏水膜结构固壁剂及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种疏水膜结构固壁剂及其制备方法与应用。该疏水膜结构固壁剂通过疏水改性丙烯酰胺、抗高温单体和阳离子单体在第一引发剂作用下进行自由基聚合制得；所述疏水改性丙烯酰胺的通过丙烯酸长链烷基酯与丙烯酰胺反应制得；所述抗高温单体选自乙烯基磺酸钠、2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸、苯乙烯磺酸钠、烯丙基磺酸钠和N‑乙烯基己内酰胺中的一种或两种以上的组合；所述阳离子单体选自3‑氯‑2‑羟丙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的中的一种或两种以上的组合。本发明利的固壁剂具有优异的抗温抗盐能力、可以在岩石表面形成疏水膜，阻止水分子的浸入，减弱水化作用，增加岩石强度。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻井液领域，具体涉及一种疏水膜结构固壁剂及其制备方法与应用。
背景技术
当前阶段，深水已然成为油气勘探开发的重要区域，而深水水基钻井液则是有效保证深水油气勘探开发的关键技术之一。深水区域远离海岸，风、河水和海水携带的沉积物越发细小，其沉积速度、压实方式以及含水量与陆地明显不同，因而活性大、欠压实。其中，地层欠压实会导致地层破裂压力低，因此在进行钻井作业过程中，钻井液的安全密度窗口变窄，容易出现钻井液漏失到地层，导致地层岩石产生水化膨胀和分散等问题，严重影响井壁失稳定性。通过在深水水基钻井液中加入固壁剂可以有效的改变岩石亲水性并提高海底岩石的强度，减少井壁失稳的风险。
固壁剂是钻井液中关键处理剂之一，对于适用于深水的水基钻井液用固壁剂提出了更高的性能要求，性能主要有：(1)具有较好的抗盐性能；(2)优异的抗温性能；(3)强吸附于岩石之上，增强岩石的强度和和岩石表面的疏水性。
专利申请CN106634884A提供了一种钻井液用仿生固壁剂及其制备方法，仿生固壁剂是由下述重量配比的原料制成的：蒸馏水85.215～85.237份，多酚蛋白9.129～9.140份，丙烯酰胺3.550～3.561份，二甲基二烯丙基氯化铵2.028～2.039份，过硫酸钾0.072～0.083份。该固壁剂虽然具有生物降解性，但是其抗温抗盐性能有一定的局限性。
专利申请CN108395529A通过自由基聚合法研制了一种钻井液用固壁剂改性树脂聚合物及其制备方法，改性树脂聚合物是由下述原料制成的：脂肪醇、环氧丙烷、硬脂酸、表面活性剂、偶氮类引发剂。虽然这种固壁剂可以有效减低滤失量，增强岩石间的胶结力，且具有环保性，生物降解性好，但是固壁剂的疏水能力和抗盐能力有限。
因此，现仍需改进适用于深水的水基钻井液用固壁剂，使其满足性能要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种疏水膜结构固壁剂及其制备方法与应用。
本发明针对海底泥页岩遇水易产生膨胀、分散的特点，利用自制疏水改性丙烯酰胺、抗高温单体和阳离子单体进行自由基聚合，合成了一种深水水基钻井液用疏水膜结构固壁剂；该固壁剂具有优异的抗温抗盐能力、可以在岩石表面形成疏水膜，阻止水分子的浸入，减弱水化作用，增加岩石强度。
为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
本发明一方面提供一种疏水膜结构固壁剂，该疏水膜结构固壁剂通过疏水改性丙烯酰胺、抗高温单体和阳离子单体在第一引发剂作用下进行自由基聚合制得；
所述疏水改性丙烯酰胺的通过丙烯酸长链烷基酯与丙烯酰胺反应制得；
所述抗高温单体选自乙烯基磺酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、苯乙烯磺酸钠、烯丙基磺酸钠和N-乙烯基己内酰胺中的一种或两种以上的组合；
所述阳离子单体选自3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的中的一种或两种以上的组合。
本发明的疏水膜结构固壁剂中，改性疏水丙烯酰胺可以增加固壁剂聚合物的疏水性，阻止地层的水化分散；抗高温单体所提供的磺酸基团、阳离子单体所提供的季铵盐基团可以与井壁岩石表面发生强吸附，使固壁剂与地层岩石强结合在一起，不易脱离；使得本发明的疏水膜结构固壁剂适用于深水的水基钻井液。
所述丙烯酸长链烷基酯例如丙烯酸十二酯、丙烯酸十八酯，本发明优选丙烯酸十二酯；丙烯酸长链烷基酯与丙烯酰胺发生聚合反应，其中的长链烷基修饰丙烯酰胺，使丙烯酰胺具有疏水性能。
根据本发明的疏水膜结构固壁剂，优选地，所述第一引发剂选自偶氮二异丁腈、过硫酸钠、过硫酸铵、过氧化二异丙苯和叔丁基过氧化氢中的一种或两种以上的组合。
根据本发明的疏水膜结构固壁剂，优选地，所述疏水改性丙烯酰胺、抗高温单体和阳离子单体的质量比为(4-7)：(5-8)：(4-6)。
根据本发明的疏水膜结构固壁剂，优选地，所述抗高温单体为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸或苯乙烯磺酸钠；优选为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸。
根据本发明的疏水膜结构固壁剂，优选地，所述阳离子单体为3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵或二甲基二烯丙基氯化铵；优选为3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵。
2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸中含有磺酸基团和酰胺基团，磺酸基团可以增加固壁剂的抗温性能，酰胺基团可以通过氢键作用有效吸附在粘土表面。3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵中含有易取代的氯原子和阳离子基团，可以发生取代反应，固壁剂通过静电作用可以有效吸附于粘土上。
本发明另一方面提供一种以上疏水膜结构固壁剂的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
将疏水改性丙烯酰胺和乳化剂加入水中，并进行分散，制得前置液A；
将抗高温单体和阳离子单体加入水中，制得前置液B；
将前置液A和前置液B混合，并调节体系pH值恒定在7-10(偏碱性)，随后加入第一引发剂进行自由基聚合，得到所述疏水膜结构固壁剂。碱性环境可以中和反应中HCl，使反应朝着正向进行。
根据本发明的制备方法，优选地，所述疏水改性丙烯酰胺通过以下过程制备：
将丙烯酰胺、丙烯酸长链烷基酯加入有机溶剂(优选乙二醇)中，加入第二引发剂进行反应，反应完成后分离出固体，用洗涤溶剂洗涤后烘干，即得到疏水改性丙烯酰胺。
在疏水改性丙烯酰胺的制备过程中，优选地，所述丙烯酰胺和丙烯酸长链烷基酯的质量比为(7-14)：(24-48)。
在疏水改性丙烯酰胺的制备过程中，优选地，所述第二引发剂为过硫酸铵。
在疏水改性丙烯酰胺的制备过程中，优选地，所述洗涤溶剂为乙醇等有机溶剂。
在疏水改性丙烯酰胺的制备过程中，优选地，加入第二引发剂进行反应时的反应温度为68-74℃，反应时间为5h–8h；更优选地，将反应体系升温至50℃，加入引发剂，之后继续升温至68-74℃反应5h–8h。
在疏水改性丙烯酰胺的制备过程中，优选地，所述第二引发剂使用25wt％的过硫酸铵水溶液，其与丙烯酸铵的质量比(0.5-1.0)：(1.5-2)。
在疏水改性丙烯酰胺的制备过程中，优选地，所述烘干的温度为90±5℃。
根据本发明的制备方法，优选地，所述乳化剂为烷基酚醚磺基琥珀酸酯钠盐(乳化剂OS)。所述乳化剂用于提高疏水改性丙烯酰胺在水溶液中的溶解性。
根据本发明的制备方法，优选地，所述乳化剂与疏水改性丙烯酰胺的质量比为(1-3)：(4-7)。
根据本发明的制备方法，优选地，所述自由基聚合的温度为75-90℃，时间为3h-6h。
根据本发明的制备方法，优选地，通过使用40wt％的NaOH水溶液调节体系pH值恒定在7-10；
根据本发明的制备方法，优选地，所述第一引发剂使用25wt％的过硫酸钠水溶液，其与抗高温单体的质量比为(0.5-1.0)：(1.5-3)。
根据本发明的制备方法，优选地，所述自由基聚合反应完成后分离出固体，用洗涤溶剂洗涤后烘干，即得到所述疏水膜结构固壁剂。分离出固体可使用离心，所述洗涤剂优选乙醇。
本发明再一方面提供一种以上述水膜结构固壁剂在深水水基钻井液中的应用。
本发明的有益效果包括：
(1)本发明提供的固壁剂是具有多种极性基团和疏水基团的聚合物，极性基团(磺酸基团和季铵盐基团)可以通过静电和氢键作用强吸附在井壁上，同时疏水基团可以在井壁表面形成疏水膜，阻止水侵入到海底地层中，减弱水化作用。
(2)本发明提供的固壁剂加入了疏水长碳链和磺酸基团，可以显著增强固壁剂的抗温能力，在180℃条件下性能较优异，磺酸基团的加入使得固壁剂在10％的盐水基浆中性能优异。
(3)本发明提供的固壁剂不仅适用于深水油气钻探，而且也适用陆上油气钻探。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明所有数值指定(例如温度、时间、浓度及重量等，包括其中每一者的范围)通常可是适当以0.1或1.0的增量改变(+)或(-)的近似值。所有数值指定均可理解为前面有术语“约”。
在本发明中，根据GB3102.3-1993《力学的量和单位》中的规定，所述的术语“表观粘度”、“塑性粘度”及“动切力”的定义如下：
表观粘度：又称有效粘度或视粘度，是钻井液在某一速度梯度下，剪切应力与速度梯度的比值，用“AV”表示，单位为m Pa·s(毫帕·秒)。
塑性粘度：钻井液在层流时，钻井液中固体颗粒之间、固体颗粒和液体分子之间、液体分子之间各种内摩擦力之和称为钻井液的塑性粘度，用“PV”表示，单位为m Pa·s(毫帕·秒)或cP(厘泊)，1m Pa·s＝1cP。
动切力：钻井液的动切应力反映的是钻井液在层流时，粘土颗粒之间及高聚物分子之间相互作用力的大小，即钻井液内部形成的网状结构能力的强弱，用“YP”或“T0”表示，单位为Pa(帕)。
实施例中所用原料均为常规原料，可市购获得。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
实施例1：
本实施例制备一种疏水膜结构固壁剂，包括以下步骤：
1)疏水改性丙烯酰胺的制备：
将10g丙烯酰胺、36g丙烯酸十二酯依次缓慢的加入到装有120mL乙二醇的烧杯中，在400r/min的磁力搅拌速度下搅拌40min，随后移至安装有搅拌、测温装置的三口烧瓶中，将三口烧瓶置于水浴锅中，设置搅拌速度400r/min，待温度升高至50℃，加入5g 25wt％的过硫酸铵水溶液，升温至70℃，恒温恒转速反应6h，反应完成后离心处理、用乙醇多次洗涤固体，放置于真空干燥箱中92℃烘干至恒重，研磨成不小于150目的粉末。
2)前置液A的配制：
将3g乳化剂OS缓慢滴加到装有100mL去离子水的烧杯中，在300r/min搅拌速度下，向烧杯中加入12g疏水改性丙烯酰胺，随后使用剪切乳化机在3500r/min的搅拌速度下将疏水改性丙烯酰胺充分分散在水溶液中，制得前置液A。
3)前置液B的制备：
将14g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、11g 3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵依次加入到装有100mL去离子水的烧杯中，在200r/min搅拌20min，制得前置液B。
4)将前置液A和前置液B移至500mL三口烧瓶中，置于水浴锅中，设置搅拌速度500r/min，待温度升高至60℃，使用40wt％的NaOH水溶液调节溶液pH值恒定在9，随后加入5g 25wt％的过硫酸钠水溶液，升温至85℃，恒温恒转速反应5h。
5)反应完成后离心处理、用乙醇多次洗涤固体，放置真空干燥箱中烘干至恒重，研磨成不小于150目的粉末，即得疏水膜结构固壁剂。
实施例2：
本实施例制备一种疏水膜结构固壁剂，包括以下步骤：
1)疏水改性丙烯酰胺的制备：
将10g丙烯酰胺、36g丙烯酸十二酯依次缓慢的加入到装有120mL乙二醇的烧杯中，在400r/min的磁力搅拌速度下搅拌40min，随后移至安装有搅拌、测温装置的三口烧瓶中，将三口烧瓶置于水浴锅中，设置搅拌速度400r/min，待温度升高至50℃，加入5g 25wt％的过硫酸铵水溶液，升温至70℃，恒温恒转速反应6h，反应完成后离心处理、用乙醇多次洗涤固体，放置于真空干燥箱中92℃烘干至恒重，研磨成不小于150目的粉末。
2)前置液A的配制：
将3g乳化剂OS缓慢滴加到装有100mL去离子水的烧杯中，在300r/min搅拌速度下，向烧杯中加入8g疏水改性丙烯酰胺，随后使用剪切乳化机在3500r/min的搅拌速度下将疏水改性丙烯酰胺充分分散在水溶液中，制得前置液A。
3)前置液B的制备：
将14g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、11g 3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵依次加入到装有100mL去离子水的烧杯中，在200r/min搅拌20min，制得前置液B。
4)将前置液A和前置液B移至500mL三口烧瓶中，置于水浴锅中，设置搅拌速度500r/min，待温度升高至60℃，使用40wt％的NaOH水溶液调节溶液pH值恒定在9，随后加入5g 25wt％的过硫酸钠水溶液，升温至85℃，恒温恒转速反应5h。
5)反应完成后离心处理、用乙醇多次洗涤固体，放置真空干燥箱中烘干至恒重，研磨成不小于150目的粉末，即得疏水膜结构固壁剂。
实施例3：
本实施例制备一种疏水膜结构固壁剂，包括以下步骤：
1)疏水改性丙烯酰胺的制备：
将10g丙烯酰胺、36g丙烯酸十二酯依次缓慢的加入到装有120mL乙二醇的烧杯中，在400r/min的磁力搅拌速度下搅拌40min，随后移至安装有搅拌、测温装置的三口烧瓶中，将三口烧瓶置于水浴锅中，设置搅拌速度400r/min，待温度升高至50℃，加入5g 25wt％的过硫酸铵水溶液，升温至70℃，恒温恒转速反应6h，反应完成后离心处理、用乙醇多次洗涤固体，放置于真空干燥箱中92℃烘干至恒重，研磨成不小于150目的粉末。
2)前置液A的配制：
将3g乳化剂OS缓慢滴加到装有100mL去离子水的烧杯中，在300r/min搅拌速度下，向烧杯中加入12g疏水改性丙烯酰胺，随后使用剪切乳化机在3500r/min的搅拌速度下将疏水改性丙烯酰胺充分分散在水溶液中，制得前置液A。
3)前置液B的制备：
将14g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、8g 3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵依次加入到装有100mL去离子水的烧杯中，在200r/min搅拌20min，制得前置液B。
4)将前置液A和前置液B移至500mL三口烧瓶中，置于水浴锅中，设置搅拌速度500r/min，待温度升高至60℃，使用40wt％的NaOH水溶液调节溶液pH值恒定在9，随后加入5g 25wt％的过硫酸钠水溶液，升温至85℃，恒温恒转速反应5h。
5)反应完成后离心处理、用乙醇多次洗涤固体，放置真空干燥箱中烘干至恒重，研磨成不小于150目的粉末，即得疏水膜结构固壁剂。
实施例4：
如实施例1所述，所不同的是调节溶液pH恒定在8。
实施例5：
如实施例1所述，所不同的是减少2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的加量至11g。
实施例6：
如实施例1所述，所不同的是乳化剂的用量增至5g。
实施例7：
如实施例1所述，所不同的是使用同质量的丙烯酸十八酯疏水改性丙烯酰胺。
实施例8：
如实施例1所述，所不同的是使用相同质量的抗高温单体苯乙烯磺酸钠。
实施例9：
如实施例1所述，所不同的是使用相同质量的阳离子单体为二甲基二烯丙基氯化铵。
对比例1：
如实施例1所述，所不同的是改性疏水丙烯酰胺的量降至3g。
对比例2：
如实施例1所述，所不同的是阳离子单体的加量降至3g。
对比例3：
如实施例1所述，所不同的是调节溶液pH值恒定在6。
对制备的固壁剂进行以下性能评价：
(1)固壁剂对钻井液流变参数和常温常压滤失量的影响
基浆的配制：量取10000mL自来水倒入到配浆桶中，在500r/min的搅拌速度下，依次向其中加入400g钻井级膨润土和14g碳酸钠，然后密封在室温下老化24h，即配制完成4％膨润土基浆。
实施例和对比例样品配制：取9份400mL基浆，分别依次加入4g实施例或者对比例样品、40g氯化钾，在4000r/min条件下搅拌20min。
性能测试：根据美国石油协会标准(API RP 13B-1,2009)测试加入实施例或对比例样品的基浆的流变参数和常温常压滤失量，实验结果见表1。
(2)岩心单轴抗压强度测试
将人造岩样置于2％实施例和对比例样品溶液中浸泡4h，小心取出，放置于真空干燥箱中于105℃下烘干至恒重，随后使用WDW-100型微机控制三轴力学试验机上，测试其抗压强度，实验结果如表2所示。
(3)页岩滚动分散实验
在350mL清水中分别加入7.0g实施例和对比例样品，将50g粒径为6～10目的泥页岩加入配制完成的实施例和对比例溶液中，180℃下热滚16h。热滚后用40目分样筛筛去破碎岩屑，将筛余所得岩屑洗净、置于105℃下烘干4h，称重，计算滚动回收率，实验数据如表3所示。
(4)接触角实验
选取10个质地相同的岩心片在清水、2％的实施例和对比例样品溶液中浸泡4h，小心取出，放置于真空干燥箱中于105℃下烘干至恒重，使用BOEN-6489接触角测定仪测定各个岩心片的表面接触角，实验结果如表4所示。
(5)评价结果
表1加入实施例或对比例样品的基浆的流变参数和常温常压滤失量
如表1所示，相比于盐水基浆(基浆+10％NaCl)，加入实施例样品的盐水基浆表观粘度(AV)和塑性粘度(PV)增大，常温中压滤失量(FLAPI)明显减小，其中，加入实施例1样品的盐水基浆的FLAPI最小，仅有12.2mL。和实施例1相比，实施例2中改性疏水丙烯酰胺的加量少许减小，AV和PV基本不变、FLAPI有一定的增大，对比例1改性疏水丙烯酰胺的加量降至3g，AV和PV显著减小、FLAPI增量较大；这是由于固壁剂是一种聚合物，少量加入会增加基浆的粘度，改性疏水丙烯酰胺加量减少，会导致形成的泥饼表面疏水膜的质量较差，因此滤失量有一定增加。和实施例1相比，实施例3中阳离子单体3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵加量少许减少，FLAPI有一定的增大，对比例2中3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵加量进一步减小到3g，FLAPI增量较大；这是由于阳离子单体加量减小会减弱固壁剂吸附在基浆黏土表面的能力，减弱固壁剂对岩屑的疏水作用，影响滤失量的大小。和实施例1相比，实施例4中调整pH恒定在8，FLAPI增大，对比例3中pH恒定在6，AV和PV明显减小；这是由于在酸性条件下，整个反应过程向负反应方向进行，抑制固壁剂的生成，导致产物质量降低。和实施例1相比，实施例5中减少2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的加量，AV明显减小，FLAPI显著增大；这是由于2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸加量的减少会导致磺酸基团的变少，固壁剂的抗盐能力得到减弱。和实施例1相比，实施例6中增加乳化剂的加量，AV和PV显著增大，FLAPI基本不变；这是由于乳化剂加量的增多，会产生大量气泡，导致盐水基浆的粘度增加。和实施例1相比，实施例7中使用丙烯酸十八酯改性丙烯酰胺，由于疏水作用太强导致固壁剂在基浆中溶解有限，AV和PV较小，FLAPI有一定增大。和实施例1相比，实施例8中，抗高温单体选用苯乙烯磺酸钠，相比于2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，苯乙烯磺酸钠中无酰胺基团，因此会导致吸附能力降低，体系FLAPI有一定减小。和实施例1相比，实施例9中阳离子单体选用二甲基二烯丙基氯化铵，阳离子单体参与聚合反应，导致固壁剂对基浆体系具有提粘作用。
表2抗压强度实验结果
| 样品 | 单轴抗压强度/MPa |
| 干燥岩样 | 14 |
| 清水 | 5.8 |
| 实施例1 | 7.8 |
| 实施例2 | 7.1 |
| 实施例3 | 7.5 |
| 实施例4 | 7.2 |
| 实施例5 | 7.3 |
| 实施例6 | 7.6 |
| 实施例7 | 7.2 |
| 实施例8 | 7.6 |
| 实施例9 | 7.7 |
| 对比例1 | 6.0 |
| 对比例2 | 6.1 |
| 对比例3 | 5.9 |
如表2所示，不同实施例和对比例样品溶液处理后的岩样抗压强度优于只用清水处理的一组，其中用实施例1样品处理的岩样抗压强度最高，达到7.8MPa。和实施例1相比，实施例2中改性疏水丙烯酰胺的加量少许减小，岩样的抗压强度有一定的减小，对比例1改性疏水丙烯酰胺的加量降至3g，岩样的抗压强度显著减小；这是由于改性疏水丙烯酰胺加量的减少，会导致固壁剂分子结构中含有的碳碳疏水长链的减少；首先，碳碳长链是一种刚性基团，其会显著增加固壁剂的抗压强度，其次，碳碳疏水长链的减少，会使岩样的疏水作用减少，致使水分子侵入到岩样中，减弱岩样强度。和实施例1相比，实施例3中阳离子单体3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵加量少许减少，岩样的抗压强度有一定的减小，对比例2中3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵加量进一步减小到3g，岩样的抗压强度减至6.1MPa；这是由于阳离子单体加量的减小会减弱固壁剂吸附在岩样表面，影响固壁剂对岩样的作用。和实施例1相比，实施例4中调整pH恒定在8，岩样的抗压强度减小，对比例3中pH恒定在6，岩样的抗压强度减至5.9MPa；这是由于在碱性环境中可以中和反应产物HCl，使反应向正方向进行，提高合成的固壁剂产率。和实施例1相比，实施例5减少2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，岩样的抗压强度减小，这是由于2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸含有极性基团(磺酸基团)和酰胺基团，其可以通过氢键作用吸附在岩样表面，提高固壁剂的作用效果。和实施例1相比，实施例7中使用丙烯酸十八酯改性丙烯酸铵，由于丙烯酸十八酯碳链长度增加，固壁剂在水中的溶解性较低，固壁剂无法有效吸附在岩样上，对岩样的抗压强度提高量有限；实施例8中抗高温单体选用苯乙烯磺酸钠，抗压强度变化较小；实施例9中阳离子单体选用二甲基二烯丙基氯化铵，抗压强度变化较小。
表3页岩滚动分散实验结果
如表3所示，在180℃条件下热滚，相比于清水，用实施例和对比例样品处理的岩屑滚动回收率普遍较高，其中，用实施例1样品处理的岩屑滚动回收率最高，达到85％。和实施例1相比，实施例2中改性疏水丙烯酰胺的加量少许减小，岩屑滚动回收率减小，对比例1改性疏水丙烯酰胺的加量降至3g，岩样滚动回收率显著减小；这是由于改性疏水丙烯酰胺加量的减少，导致固壁剂分子结构中含有的碳碳疏水长链的减少；首先，碳碳长链是一种刚性基团，会显著增加固壁剂的热稳定性提高其抗温能力，其次，疏水长链的减少，会使岩样的疏水作用减弱水分子容易侵入到岩样中，岩屑发生水化分散作用的几率大大增加，滚动回收率减小。和实施例1相比，实施例3中阳离子单体3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵加量少许减少，岩屑滚动回收率有一定的减小，对比例2中3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵加量进一步减小到3g，岩屑滚动回收率减至44.2％；这是由于阳离子单体加量的减小会减弱固壁剂吸附在岩屑表面的能力，减弱固壁剂对岩屑的作用效果。和实施例1相比，实施例4中调整pH恒定在8，岩屑滚动回收率减小，对比例3中pH恒定在6，岩屑滚动回收率减至38.6％；这是由于在酸性条件下，整个反应过程向负反应方向进行，抑制固壁剂的生成，导致产物质量降低。和实施例1相比，实施例7中使用丙烯酸十八酯改性丙烯酸铵，滚动回收率减小，可能是由于固壁剂在水中的溶解性较低导致的；实施例8和实施例9均对滚动回收率无太大影响。
表4接触角实验结果
如表4所示，使用实施例和对比例样品溶液浸泡的岩心片接触角明显大于清水浸泡的岩心片，其中实施例1的接触角最大，达到102°，疏水作用最强。和实施例1相比，实施例2中改性疏水丙烯酰胺的加量少许减小，岩心片接触角有一定的减小，对比例1改性疏水丙烯酰胺的加量降至3g，岩心片接触角显著减小，亲水作用明显增大；这是由于改性疏水丙烯酰胺加量的减少，会导致岩心片表面的疏水膜强度减弱，亲水性增加；合成的固壁剂中加入了含有长碳链的改性疏水丙烯酰胺，因此，固壁剂可以使岩心片表面形成疏水膜，使表面发生润湿反转。和实施例1相比，实施例3中阳离子单体3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵加量少许减少，接触角减小，对比例2中3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵加量进一步减小到3g，接触角减至34°，明显小于102°，亲水性显著增强；这是由于阳离子单体加量的减小会减弱固壁剂与岩石的吸附，进而影响岩石表面的疏水膜的形成，疏水性减弱。和实施例1相比，实施例4中调整pH恒定在8，接触角有一定减小，对比例3中pH恒定在6，接触角减至28°；这是由于在合成固壁剂的过程中会有HCl生成，在碱性环境下会中和反应产生的HCl促进反应向正方向进行，会对固壁剂的合成产生正效应。和实施例1相比，实施例5减少2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，接触角减小，这是由于2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的加量减小，会使固壁剂中磺酸基团数量较少，减弱固壁剂和岩石之间的氢键作用，使得岩石表面疏水作用减弱。和实施例1相比，实施例7中使用丙烯酸十八酯改性丙烯酸铵，接触角减小，可能是由于固壁剂在水中的溶解性较低；实施例8中抗高温单体选用苯乙烯磺酸钠，接触角变小，主要是由于固壁剂在岩石表面吸附能力较低；实施例9均对接触角无太大影响。
通过以上实验结果表明，本发明的疏水膜结构固壁剂具有以下显著的优点：1)合成的固壁剂是具有多种极性基团和疏水基团的聚合物，极性基团可以通过静电和氢键作用强吸附在井壁上，同时疏水基团可以在井壁表面形成疏水膜，阻止水侵入到海底地层中，减弱水化作用。主要原因分为两方面：第一，改性疏水丙烯酰胺可以增加固壁剂聚合物的疏水性，阻止地层的水化分散；第二，磺酸基团、季铵盐基团等可以与井壁岩石表面发生强吸附，使固壁剂与地层岩石强结合在一起，不易脱离。2)疏水碳碳长链和磺酸基团的加入，可以显著增强固壁剂的抗温能力，在180℃条件下性能较优异，磺酸基团的加入使得固壁剂在10％的盐水基浆中性能优异。因此，本发明不仅适用于深水油气钻探，而且也适用陆上油气钻探。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (16)
1.一种疏水膜结构固壁剂，其特征在于，该疏水膜结构固壁剂通过疏水改性丙烯酰胺、抗高温单体和阳离子单体在第一引发剂作用下进行自由基聚合制得；所述疏水改性丙烯酰胺、抗高温单体和阳离子单体的质量比为(4-7)：(5-8)：(4-6)；
所述疏水改性丙烯酰胺通过丙烯酸长链烷基酯与丙烯酰胺反应制得，所述丙烯酸长链烷基酯为丙烯酸十二酯；
所述抗高温单体为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸；
所述阳离子单体选自3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵。
2.根据权利要求1所述疏水膜结构固壁剂，其特征在于，所述第一引发剂选自偶氮二异丁腈、过硫酸钠、过硫酸铵、过氧化二异丙苯和叔丁基过氧化氢中的一种或两种以上的组合。
3.一种权利要求1或2所述疏水膜结构固壁剂的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：
将疏水改性丙烯酰胺和乳化剂加入水中，并进行分散，制得前置液A；
将抗高温单体和阳离子单体加入水中，制得前置液B；
将前置液A和前置液B混合，并调节体系pH值恒定在7-10，随后加入第一引发剂进行自由基聚合，得到所述疏水膜结构固壁剂；
所述疏水改性丙烯酰胺通过以下过程制备：
将丙烯酰胺、丙烯酸长链烷基酯加入有机溶剂中，加入第二引发剂进行反应，反应完成后分离出固体，用洗涤溶剂洗涤后烘干，即得到疏水改性丙烯酰胺。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述丙烯酰胺和丙烯酸长链烷基酯的质量比为(7-14)：(24-48)。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为乙二醇。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第二引发剂为过硫酸铵。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述洗涤溶剂为乙醇。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，加入第二引发剂进行反应时的反应温度为68-74℃，反应时间为5h-8h。
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第二引发剂使用25wt％的过硫酸铵水溶液，其与丙烯酸铵的质量比(0.5-1.0)：(1.5-2)。
10.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述烘干的温度为90±5℃。
11.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述乳化剂为烷基酚醚磺基琥珀酸酯钠盐。
12.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述乳化剂与疏水改性丙烯酰胺的质量比为(1-3)：(4-7)。
13.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述自由基聚合的温度为75-90℃，时间为3h-6h。
14.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，通过使用40wt％的NaOH水溶液调节体系pH值恒定在7-10。
15.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第一引发剂使用25wt％的过硫酸钠水溶液，其与抗高温单体的质量比为(0.5-1.0)：(1.5-3)。
16.权利要求1或2所述疏水膜结构固壁剂在深水水基钻井液中的应用。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105602535A (zh) * | 2016-03-14 | 2016-05-25 | 中国石油集团渤海钻探工程有限公司 | 一种有机盐钻井液用纳米封堵剂及其制备方法 |
| CN109666099A (zh) * | 2017-10-17 | 2019-04-23 | 中国石油化工股份有限公司 | 核壳型聚合物微球及其制备方法 |
| CN111138594A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-05-12 | 中国石油大学(华东) | 一种环保型抗高温水基钻井液封堵防塌剂的制备方法 |
| CN111499790A (zh) * | 2020-04-29 | 2020-08-07 | 中国石油大学(华东) | 一种水基钻井液用抗高温聚合物微球纳米封堵剂及其制备方法 |
| CN111748330A (zh) * | 2020-07-15 | 2020-10-09 | 北京石大博诚科技有限公司 | 钻井液用固壁剂及其制备方法和应用 |
| CN112250787A (zh) * | 2020-10-12 | 2021-01-22 | 中国石油大学(华东) | 一种具有自愈合特性的凝胶颗粒堵漏剂及其制备方法与应用 |
| CN112794946A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-14 | 中国石油大学(华东) | 一种新型疏水缔合封堵剂及其制备方法及应用 |
| CN113480685A (zh) * | 2021-07-26 | 2021-10-08 | 西南石油大学 | 一种贝壳粉基自适应性封堵剂的制备方法 |
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Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105602535A (zh) * | 2016-03-14 | 2016-05-25 | 中国石油集团渤海钻探工程有限公司 | 一种有机盐钻井液用纳米封堵剂及其制备方法 |
| CN109666099A (zh) * | 2017-10-17 | 2019-04-23 | 中国石油化工股份有限公司 | 核壳型聚合物微球及其制备方法 |
| CN111138594A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-05-12 | 中国石油大学(华东) | 一种环保型抗高温水基钻井液封堵防塌剂的制备方法 |
| CN111499790A (zh) * | 2020-04-29 | 2020-08-07 | 中国石油大学(华东) | 一种水基钻井液用抗高温聚合物微球纳米封堵剂及其制备方法 |
| CN111748330A (zh) * | 2020-07-15 | 2020-10-09 | 北京石大博诚科技有限公司 | 钻井液用固壁剂及其制备方法和应用 |
| CN112250787A (zh) * | 2020-10-12 | 2021-01-22 | 中国石油大学(华东) | 一种具有自愈合特性的凝胶颗粒堵漏剂及其制备方法与应用 |
| CN112794946A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-14 | 中国石油大学(华东) | 一种新型疏水缔合封堵剂及其制备方法及应用 |
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