CN114644911A - 环保型合成基聚合物处理剂及钻井液用泥浆体系 - Google Patents
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Abstract
公开了一种合成基聚合物处理剂，包括木质素接枝聚合物和两性离子共聚物；其中，木质素接枝聚合物和两性离子共聚物的重量比为(2‑4)：(8‑6)。此外，还公开了一种钻井液泥浆体系，包括前述的合成基聚合物处理剂。本发明的环保型合成基聚合物处理剂能够起到抗温抗盐降滤失剂的作用。
Description
技术领域
本发明属于油田化学品技术领域；涉及一种环保型合成基聚合物处理剂及钻井液用泥浆体系。
背景技术
钻井液泵入井底从钻头喷射出之后，由压力驱动沿着环空向地面返流。出于压力平衡和井壁保护的需求，钻井液柱形成的静液柱压力略大于井壁孔隙内流体压力，从而防止地层流体污染泥浆体系；同时静液柱压力必须小于地层破裂压力以防止井壁垮塌。
钻井液返流过程中的沿程失水量主要取决于滤饼质量和泥浆体系粘度。在一定条件下，颗粒聚结乃至絮凝，造成小尺寸颗粒比例迅速降低，颗粒尺寸级数失调，滤饼孔隙度变大，失水量显著上升。
特定聚合物进入泥浆体系，起到护浆作用和改善泥饼质量，并且降低失水量作用。这类聚合物成为聚合物降滤失剂，特点是分子骨架由C-C和C-N键等共价键连接形成，分子量较高，主链或侧链上连接有数量不等的极性基团和带电离子基团。这类降滤失剂减少失水量的方式有三种：堵塞孔隙、增加粘度和吸附护胶。
绝大多数聚合物降滤失剂是人工改性的天然聚合物或者人工合成的高分子聚合物。天然聚合物包括纤维素类、淀粉类、腐殖酸类、木质素类；与之对应的是人工合成的高分子聚合物，包括非离子型、阴离子型和两性离子聚合物。
中国专利申请公开CNCN104119845A公开了一种油田钻井液用降滤失剂及其制备方法，以及该处理剂的应用。它由木质素、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸作为合成单体，在过硫酸钾和六水合硫酸亚铁铵、过氧化氢的分别引发下使其接枝共聚，并加入交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺增强了其高温条件下的稳定力，合成一种新型的抗高温降滤失剂。利用了造纸厂的废料，来源广泛，成本低廉，吸取了木质素优秀的降粘能力，丙烯酰胺与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的引入提高了高温下的降水能力，加入N,N-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，使其形成网状结构提高其耐高温能力，保护油气层防塌，提高油井寿命。针对淡水泥浆，这种聚合物处理剂能够起到抗高温降滤失剂的作用。但是，这种聚合物处理针对饱和盐水泥浆体系在较深地层以及地面循环时的降滤失效果均不能令人满意。
200℃下热滚16h用于模拟钻井液在较深地层下的工作条件，高速搅拌用于模拟钻井液在钻头处受到的高速剪切，60℃下热滚16h用于模拟钻井液在井筒中流动和地面循环时的工作条件。
因而，开发一种在较深地层以及地面循环时均能提供优良的抗温抗盐的环保型合成基聚合物处理剂及使用其的钻井液用泥浆体系。
发明内容
本发明目的是提供一种优良的抗温抗盐的环保型合成基聚合物处理剂及使用其的钻井液用泥浆体系。
为了实现上述目的，一方面，本发明所采取的技术方案如下：一种合成基聚合物处理剂，其特征在于，包括木质素接枝聚合物和两性离子共聚物。
根据本发明所述的合成基聚合物处理剂，其中，木质素接枝聚合物和两性离子共聚物的重量比为(2-4)：(8-6)。
在一个具体的实施方式中，根据本发明的合成基聚合物处理剂由木质素接枝聚合物和两性离子共聚物组成。
根据本发明所述的合成基聚合物处理剂，其中，所述木质素接枝聚合物由丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠两种单体在交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺存在下与S-木质素通过单一水相自由基聚合反应得到。
根据本发明所述的合成基聚合物处理剂，其中，丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠的摩尔比为(3-5)：1。
根据本发明所述的合成基聚合物处理剂，其中，丙烯酰胺与S-木质素的重量比(1.5-2.0)：1。
根据本发明所述的合成基聚合物处理剂，其中，交联剂的加入量为S-木质素重量的3-6wt％。
根据本发明所述的合成基聚合物处理剂，其中，S-木质素采用Fe2+/H2O2体系引发，丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠采用过硫酸盐引发。
根据本发明所述的合成基聚合物处理剂，其中，反应温度为60-80℃，反应时间为2-6h。
根据本发明所述的合成基聚合物处理剂，其中，所述两性离子共聚物由2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠、苯乙烯磺酸钠、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和丙烯酰胺在过硫酸铵-亚硫酸氢钠引发剂存在下通过单一水相自由基聚合反应得到。
根据本发明所述的合成基聚合物处理剂，其中，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠、苯乙烯磺酸钠、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和丙烯酰胺的摩尔比为1：(0.8-1.2)：(1.8-2.2)：(5-7)。
根据本发明所述的合成基聚合物处理剂，其中，过硫酸铵与亚硫酸氢钠的摩尔比为1∶1。
根据本发明所述的合成基聚合物处理剂，其中，引发剂的加入量为单体总量的0.5wt％。
根据本发明所述的合成基聚合物处理剂，其中，反应温度为70-85℃，反应时间为4-8h。
另一方面，本发明提供了一种钻井液泥浆体系，其特征在于，包括根据本发明所述的合成基聚合物处理剂。
根据本发明所述的钻井液泥浆体系，其中，所述泥浆体系为盐水泥浆体系。
与现有技术相比，本发明所述的环保型合成基聚合物处理剂能够将室温的饱和盐水泥浆滤失量控制在2mL以内，同时将热滚后的饱和盐水泥浆滤失量控制在15mL以内，起到抗温抗盐降滤失剂的作用。
具体实施方式
必须指出的是，除非上下文另外明确规定，否则如本说明书及所附权利要求中所用，单数形式“一”、“一个/种”和“该/所述”既可包括一个指代物，又可包括多个指代物(即两个以上，包括两个)。
除非另外指明，否则本发明中的数值范围为大约的，并且因此可以包括在所述范围外的值。所述数值范围可在本发明表述为从“约”一个特定值和/或至“约”另一个特定值。当表述这样的范围时，另一个方面包括从所述一个特定值和/或至另一个特定值。相似地，当通过使用先行词“约”将值表示为近似值时，应当理解，所述特定值形成另一个方面。还应当理解，数值范围中每一个的端点在与另一个端点的关系中均是重要的并独立于另一个端点。
在说明书和最后的权利要求书中提及组合物或制品中特定元素或组分的重量份是指组合物或制品中该元素或组分与任何其它元素或组分之间以重量份表述的重量关系。
在本发明中，除非具体指出有相反含义，或基于上下文的语境或所属技术领域内惯用方式的暗示，否则本发明中提及的溶液均为水溶液；当水溶液的溶质为液体时，所有分数以及百分比均按体积计，且组分的体积百分比基于包含该组分的组合物或产品的总体积；当水溶液的溶质为固体时，所有分数以及百分比均按重量计，且组分的重量百分比基于包含该组分的组合物或产品的总重量。
本发明中提及的“包含”、“包括”、“具有”以及类似术语并不意欲排除任何可选组分、步骤或程序的存在，而无论是否具体公开任何可选组分、步骤或程序。为了避免任何疑问，除非存在相反陈述，否则通过使用术语“包含”要求的所有方法可以包括一个或多个额外步骤、设备零件或组成部分以及/或物质。相比之下，术语“由……组成”排除未具体叙述或列举的任何组分、步骤或程序。除非另外说明，否则术语“或”是指单独以及以任何组合形式列举的成员。
此外，本发明中任何所参考的专利文献或非专利文献的内容都以其全文引用的方式并入本发明，尤其关于所属领域中公开的定义(在并未与本发明具体提供的任何定义不一致的情况下)和常识。
在本发明中，除非另外指明，否则份数均为重量份，温度均以℃表示或处于环境温度下，并且压力为大气压或接近大气压。室温表示20-30℃。存在反应条件(例如组分浓度、所需的溶剂、溶剂混合物、温度、压力和其它反应范围)以及可用于优化通过所述方法得到的产物纯度和收率的条件的多种变型形式和组合。将只需要合理的常规实验来优化此类方法条件。
实施例1
称取8g S-木质素，溶解于适量去离子水中，加入0.6g六水合硫酸亚铁铵和0.05g双氧水作为引发剂，通入氮气，在50℃条件下引发20min。与此同时，将13.72g(0.192mol)丙烯酰胺(AM)和10g(0.048mol)2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠(AMPS)加入适量水中，再加入0.36g过硫酸钾，通入氮气，同样在50℃条件下引发20min。二者引发结束后，将其加入三颈瓶中，加入0.36g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺并通入氮气，在搅拌回流的同时，升温至70℃，反应4h。反应结束后，将反应产物的水相溶液倒于烧杯中，加入无水乙醇，通过破乳和过滤步骤，获得深棕色固体产物。置于60℃的烘箱中烘干，得到干燥的木质素接枝聚合物A。
在搅拌条件下，向四口烧瓶中依次加入19.4g(0.05mol)2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠(AMPS)、10.3g(0.05mol)苯乙烯磺酸钠(SS)、10.4g(0.10mol)丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)和21.3g(0.30mol)丙烯酰胺(AM)；搅拌的同时通氮除氧处理。使用碳酸钠溶液调节pH＝8.5，加入去离子水配制成质量浓度20％的溶液。然后缓慢滴加0.3g过硫酸铵-亚硫酸氢钠引发剂(过硫酸铵与亚硫酸氢钠的摩尔比为1∶1)。升温至75℃，氮气保护下反应5h，得到聚合物B产品。将所合成的聚合物产品B用无水乙醇沉淀，得到白色沉淀物。再用无水乙醇洗涤3次，随后分散于无水乙醇中24h；更换无水乙醇1次。过滤，得到白色固体产物。置于60℃的烘箱中烘干，得到纯净的聚合物产品B。
在聚合物产品B的红外光谱中，2922cm-1处对应AM单元中CH3和CH2的碳氢键伸缩振动吸收峰；1663cm-附近是AM单元中CONH的伸缩振动吸收峰；3408cm-和1500cm-两处分别对应AMPS单元的N-H伸缩振动和弯曲振动吸收峰；1185cm-1和1046cm-1两处伸缩振动吸收峰来自AMPS单元的SO3H；1035cm-处对应SS单元中苯环C-H的弯曲振动吸收峰。
按照重量比3:7，将木质素接枝聚合物A和聚合物产品B分散于适量无水乙醇中，使其混合均匀，过滤。置于60℃的烘箱中烘干，得到最终的环保型复合基聚合物处理剂。
本发明采用采用单剂评价法来检验环保型合成基聚合物处理剂的降滤失能力。单剂评价法程序如下：称取一定质量的自来水，不断搅拌形成鱼眼，缓慢加入占水质量5wt％的膨润土，再加入占膨润土质量5wt％的碳酸钠，继续搅拌，使泥浆达到均匀状态后静置24h。基浆水化完成后，不断搅拌形成鱼眼，缓慢加入一定量(占水质量的4wt％)的合成基聚合物处理剂，防止聚合物聚集成团状，再缓慢加入占水质量30wt％的食盐和1wt％的亚硫酸钠，继续搅拌直至钻井液均匀并静置12h。该体系可视为NaCl饱和盐水泥浆。
配制好的钻井液经搅拌10min后转移到陈化釜中，在200℃下热滚16h后取出，在高速搅拌器上采用10000rpm转速剪切15min。再次将钻井液装入陈化釜中，在60℃下热滚16h后取出，测试钻井液的API失水量和HTHP失水量(高温高压失水量)。
热滚程序里，200℃下热滚16h用于模拟钻井液在较深地层下的工作条件，高速搅拌用于模拟钻井液在钻头处受到的高速剪切，60℃下热滚16h用于模拟钻井液在井筒中流动和地面循环时的工作条件。热滚后，分别用中压滤失仪和高温高压滤失仪测定钻井液的API失水量(测试温度为室温，测试压差为0.7MPa)、HTHP失水量(测试温度为180℃，测试压差为3.5MPa)。
采用同样的方法，检验木质素接枝聚合物A和聚合物产品B的API失水量和HTHP失水量。
结果参见表1。
表1
| API失水量/mL | HTHP失水量/mL | |
| 环保型合成基聚合物处理剂 | 1.8 | 14.3 |
| 木质素接枝聚合物A | 6.4 | 27.5 |
| 聚合物产品B | 4.1 | 19.7 |
由表1可以看出，本发明实施例1的环保型合成基聚合物处理剂能够将室温的饱和盐水泥浆滤失量控制在2mL以内，同时将热滚后的饱和盐水泥浆滤失量控制在15mL以内，起到抗温抗盐降滤失剂的作用。而单独使用木质素接枝聚合物A或聚合物产品B均显著低于实施例1的环保型合成基聚合物处理剂。
此外应理解，在阅读了本发明的内容之后，本领域技术人员可以对本发明的技术方案作出各种改动、替换、删减、修正或调整，这些等价技术方案同样落于本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (10)
1.一种合成基聚合物处理剂，其特征在于，包括木质素接枝聚合物和两性离子共聚物。
2.根据权利要求1所述的合成基聚合物处理剂，其中，木质素接枝聚合物和两性离子共聚物的重量比为(2-4)：(8-6)。
3.根据权利要求1所述的合成基聚合物处理剂，其中，所述木质素接枝聚合物由丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠两种单体在交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺存在下与S-木质素通过单一水相自由基聚合反应得到。
4.根据权利要求3所述的合成基聚合物处理剂，其中，丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠的摩尔比为(3-5)：1；和/或，丙烯酰胺与S-木质素的重量比(1.5-2.0)：1；和/或，交联剂的加入量为S-木质素重量的3-6wt％。
5.根据权利要求3所述的合成基聚合物处理剂，其中，反应温度为60-80℃，反应时间为2-6h。
6.根据权利要求1所述的合成基聚合物处理剂，其中，所述两性离子共聚物由2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠、苯乙烯磺酸钠、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和丙烯酰胺在过硫酸铵-亚硫酸氢钠引发剂存在下通过单一水相自由基聚合反应得到。
7.根据权利要求6所述的合成基聚合物处理剂，其中，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠、苯乙烯磺酸钠、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和丙烯酰胺的摩尔比为1：(0.8-1.2)：(1.8-2.2)：(5-7)；和/或，过硫酸铵与亚硫酸氢钠的摩尔比为1∶1；和/或，引发剂的加入量为单体总量的0.5wt％。
8.根据权利要求6所述的合成基聚合物处理剂，其中，反应温度为70-85℃，反应时间为4-8h。
9.一种钻井液泥浆体系，其特征在于，包括根据权利要求1-8任一项所述的合成基聚合物处理剂。
10.根据权利要求9所述的钻井液泥浆体系，其中，所述泥浆体系为盐水泥浆体系。
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Denomination of invention: Environmentally friendly synthetic polymer treatment agents and mud systems for drilling fluids Granted publication date: 20240319 Pledgee: Luan Branch of China Postal Savings Bank Co.,Ltd. Pledgor: ANHUI LUHAI PETROLEUM AUXILIARY TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2024980025436 |