CN114874387A - 一种环保钻井液用包被抑制剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种环保钻井液用包被抑制剂，包被抑制剂的原料包括下列重量份的组分：丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、3‑丙烯酰氧基丙酸、N‑(2‑甲基丙烯酰氧基乙基)吡咯烷酮、去离子水、偶氮二异丁脒盐酸盐。此外，还公开了环保钻井液用包被抑制剂的制备方法。该环保钻井液用包被抑制剂改善了包被抑制性能尤其是高温包被性能。

Description

一种环保钻井液用包被抑制剂及其制备方法
技术领域
本发明属于油田钻井产品技术领域；涉及一种环保钻井液用包被抑制剂及其制备方法。
背景技术
在泥页岩地层的钻进过程中，较为突出的问题有两方面，一是井壁长时间受到钻井液的浸泡会导致井壁失稳问题；二是钻进过程中进入钻井液的钻屑水化分散影响钻井液性能。因此泥页岩理化性质以及水化机理的研究对抑制性处理剂乃至抑制性钻井液都具有重要的意义。
包被抑制剂又称作包被剂，是页岩抑制剂的一种类别。包被剂的主要作用是抑制页岩的水化膨胀和分散，具体来说主要包括：包被钻屑抑制其分散以维持钻井液性能稳定、吸附在井壁上维持井壁稳定等。通过上述作用，从而实现井壁稳定和钻井顺利进行的目的。
国内外目前的研究重点集中在聚合物类包被抑制剂。这类包被抑制剂能否在高温下发挥优异的包被抑制性，取决于其分子链结构、所含官能团与其官能团比例等分子结构因素。
中国专利申请公开CN103484085A公开了一种钻井液用速溶型强包被抑制剂及其制备方法，原料按重量份数包含单体A、溶剂A、表面活性剂A、单体B、溶剂B、表面活性剂B、调节剂、引发剂。速溶型强包被抑制剂的性能稳定，溶解速度快，能够有效减少工时，降低损耗和能源负担，对岩心的包被性好，能防止地层坍塌事故发生，抑制性强，可有效防止岩屑水化膨胀，防止卡钻，泥包等事故发生，润滑效果好，有利于高效钻井，有效降低泥浆的滤失量，且抗盐效果优于同类产品，有利于快速形成泥饼，保证油气层不受伤害，使得现场的应用和后期处理较为简单方便。
中国专利申请公开CN109679594A公开了一种水基钻井液用聚合物类包被抑制剂。该聚合物类包被抑制剂由中性单体、离子型单体、硅类单体三种共聚而成。该发明通过聚合物包被抑制剂分子结构的设计，使相对缓和的物理吸附和较强的化学反应偶联作用结合，以提供一种吸附速度适中、吸附强度较高的包被抑制剂，且该包被抑制剂在制备时，反应条件温和，操作过程比较简便，有利用工业化的生产。
中国专利申请公开CN109971438A公开了一种钻井液用改性淀粉包被抑制防塌剂及其制备方法。所述一种钻井液用改性淀粉包被抑制防塌剂是由部分降解淀粉、疏水单体、烯基酰胺、烯基羧酸钾、烯基硅烷为主要原料，通过酶促反应和自由基聚合反应得到的一种天然改性产物。该发明提供的改性淀粉是一种分子侧链带有疏水立体基团的抑制剂，可吸附在易水化粘土矿物表面而改变其疏水性，具有较强的抑制防塌性能，制备方法简单，易工业化推广。
但现有技术的包被抑制剂仍然存在原料种类较多，合成难度较大，环保性能不佳；同时包被抑制剂的包被抑制性能尤其是高温包被性能仍然不够理想。
因此，迫切需要提供一种改善的包被抑制性能尤其是高温包被性能的环保钻井液用包被抑制剂及其制备方法。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明目的是提供改善的包被抑制性能尤其是高温包被性能的环保钻井液用包被抑制剂及其制备方法。
为了实现上述目的，一方面，本发明所采取的技术方案如下：一种环保钻井液用包被抑制剂，其特征在于，所述包被抑制剂的原料包括下列重量份的组分：
丙烯酰胺AM 20-50份；
甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵DMC 15-40份；
3-丙烯酰氧基丙酸CA 10-40份；
N-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)吡咯烷酮NMP 3-20份；
去离子水1000份；
偶氮二异丁脒盐酸盐AIBA 0.01-1份。
根据本发明所述的环保钻井液用包被抑制剂，其中，所述包被抑制剂的原料包括下列重量份的组分：
丙烯酰胺AM 25-45份；
甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵DMC 20-35份；
3-丙烯酰氧基丙酸CA 15-35份；
N-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)吡咯烷酮NMP 5-18份；
去离子水1000份；
偶氮二异丁脒盐酸盐AIBA 0.05-0.5份。
根据本发明所述的环保钻井液用包被抑制剂，其中，所述包被抑制剂的原料包括下列重量份的组分：
丙烯酰胺AM 30-40份；
甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵DMC 25-32份；
3-丙烯酰氧基丙酸CA 20-30份；
N-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)吡咯烷酮NMP 8-15份；
去离子水1000份；
偶氮二异丁脒盐酸盐AIBA 0.1-0.3份。
根据本发明所述的环保钻井液用包被抑制剂，其中，所述包被抑制剂的原料由下列重量份的组分组成：
丙烯酰胺AM 30-40份；
甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵DMC 25-32份；
3-丙烯酰氧基丙酸CA 20-30份；
N-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)吡咯烷酮NMP 8-15份；
去离子水1000份；
偶氮二异丁脒盐酸盐AIBA 0.1-0.3份。
根据本发明所述的环保钻井液用包被抑制剂，其中，所述包被抑制剂的制备方法包括如下步骤：
将配方量的AM、DMC、CA和NMP加入到去离子水中，搅拌均匀，使其充分溶解；在搅拌条件下，加入配方量的AIBA；通入氮气排空，然后在氮气气氛中升温至40-80℃，搅拌反应2-16h，得到白色粘稠液体；真空干燥，粉碎得到包被抑制剂。
根据本发明所述的环保钻井液用包被抑制剂，其中，所述包被抑制剂的粘均分子量为500-600万道尔顿。
另一方面，本发明提供了一种根据本发明所述环保钻井液用包被抑制剂的制备方法，包括如下步骤：
将配方量的AM、DMC、CA和NMP加入到去离子水中，搅拌均匀，使其充分溶解；在搅拌条件下，加入配方量的AIBA；通入氮气排空，然后在氮气气氛中升温至40-80℃，搅拌反应2-16h，得到白色粘稠液体；真空干燥，粉碎得到包被抑制剂。
根据本发明所述的制备方法，其中，升温至50-70℃。
根据本发明所述的制备方法，其中，搅拌反应4-12h。
根据本发明所述的制备方法，其中，所述真空干燥为：60-80℃下真空干燥6-48h。
与现有技术相比，根据本发明所述的环保钻井液用包被抑制剂改善了包被抑制性能尤其是高温包被性能。不希望局限于任何理论，本发明特定的分子链结构、所含官能团与其官能团比例等分子结构因素起到了上述作用。
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。
在本发明中，N-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)吡咯烷酮NMP按照Zhang J.方法(Colloid and Polymer Science,291(11)，P2653)进行制备。
实施例1
本实施例的包被抑制剂的原料由下列重量份的组分组成：丙烯酰胺AM 35份；甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵DMC 30份；3-丙烯酰氧基丙酸CA 25份；N-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)吡咯烷酮NMP 10份；去离子水1000份；偶氮二异丁脒盐酸盐AIBA 0.2份。
本实施例的包被抑制剂的制备方法如下：将配方量的AM、DMC、CA和NMP加入到去离子水中，搅拌均匀，使其充分溶解。将溶液转移至三口烧瓶中，在搅拌条件下，加入配方量的AIBA。通入氮气排空30min，然后在氮气气氛中升温至60℃，搅拌反应8h，得到白色粘稠液体。70℃下真空干燥24h，粉碎得到包被抑制剂。
在红外光谱图上，3420cm-1、2938cm-1和2143cm-1对应于包被抑制剂中AM的官能团吸收峰；1452cm-1和962cm-1对应于包被抑制剂中DMC的官能团吸收峰；1725cm-1和1188cm-1对应于包被抑制剂中CA的官能团吸收峰；1168cm-1对应于包被抑制剂中NMP的官能团吸收峰。此外，在3000-3100cm-1以及1610-1640cm-1波段未发现明显吸收峰，说明无烯烃中的＝C-H碳氢键和C＝C双键，表明不含未反应单体，以上特征峰均来自包被抑制剂聚合物。
使用乌氏粘度计结合Mark-Houwink方程测定并计算包被抑制剂的粘均分子量，结果为538万道尔顿。
实施例2
本实施例的包被抑制剂的原料由下列重量份的组分组成：丙烯酰胺AM 30份；甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵DMC 25份；3-丙烯酰氧基丙酸CA 30份；N-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)吡咯烷酮NMP 15份；去离子水1000份；偶氮二异丁脒盐酸盐AIBA 0.2份。
本实施例的包被抑制剂的制备方法如下：将配方量的AM、DMC、CA和NMP加入到去离子水中，搅拌均匀，使其充分溶解。将溶液转移至三口烧瓶中，在搅拌条件下，加入配方量的AIBA。通入氮气排空30min，然后在氮气气氛中升温至60℃，搅拌反应8h，得到白色粘稠液体。70℃下真空干燥24h，粉碎得到包被抑制剂。
实施例3
本实施例的包被抑制剂的原料由下列重量份的组分组成：丙烯酰胺AM 40份；甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵DMC 32份；3-丙烯酰氧基丙酸CA 20份；N-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)吡咯烷酮NMP 8份；去离子水1000份；偶氮二异丁脒盐酸盐AIBA 0.2份。
本实施例的包被抑制剂的制备方法如下：将配方量的AM、DMC、CA和NMP加入到去离子水中，搅拌均匀，使其充分溶解。将溶液转移至三口烧瓶中，在搅拌条件下，加入配方量的AIBA。通入氮气排空30min，然后在氮气气氛中升温至60℃，搅拌反应8h，得到白色粘稠液体。70℃下真空干燥24h，粉碎得到包被抑制剂。
比较例1
本比较例的包被抑制剂的原料由下列重量份的组分组成：丙烯酰胺AM 35份；甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵DMC 30份；3-丙烯酰氧基丙酸CA 25份；N-乙烯基吡咯烷酮NVP10份；去离子水1000份；偶氮二异丁脒盐酸盐AIBA 0.2份。
本比较例的包被抑制剂的制备方法如下：将配方量的AM、DMC、CA和NVP加入到去离子水中，搅拌均匀，使其充分溶解。将溶液转移至三口烧瓶中，在搅拌条件下，加入配方量的AIBA。通入氮气排空30min，然后在氮气气氛中升温至60℃，搅拌反应8h，得到白色粘稠液体。70℃下真空干燥24h，粉碎得到包被抑制剂。
比较例2
本比较例的包被抑制剂的原料由下列重量份的组分组成：丙烯酰胺AM 60份；甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵DMC 30份；N-乙烯基吡咯烷酮NVP 10份；去离子水1000份；偶氮二异丁脒盐酸盐AIBA 0.2份。
本比较例的包被抑制剂的制备方法如下：将配方量的AM、DMC和NVP加入到去离子水中，搅拌均匀，使其充分溶解。将溶液转移至三口烧瓶中，在搅拌条件下，加入配方量的AIBA。通入氮气排空30min，然后在氮气气氛中升温至60℃，搅拌反应8h，得到白色粘稠液体。70℃下真空干燥24h，粉碎得到包被抑制剂。
包被性能测试
包被性能测试以150℃下滚动回收率为主要优化指标，测定方法为：取6-10目泥页岩岩屑20g，置于老化罐中，加入350mL去离子水或者同体积0.2wt％包被抑制剂水溶液，将老化罐置于滚子加热炉中80℃热滚16h。冷却后将溶液及钻屑倒出，过40目筛网，将筛留物置于105℃烘箱中，烘干至恒重，称重并与初始钻屑质量比值得到一次滚动回收率(％)。将一次滚动得到的钻屑按照上述步骤进行二次滚动回收实验，将得到的钻屑与初始钻屑质量比值得到二次滚动回收率(％)。结果参见表1。
表1
Figure BDA0003655595620000091
抑制膨润土分散性能测试
抑制膨润土分散性能测试主要是以流变参数为主要依据的，体现的是测试试剂对黏土造浆能力的抑制能力。该测试按照行业标准SY/T 5696-2017《钻井液用包被剂》第4.10节记载的测试方法进行。表观黏度上升率V结果参见表2。
表2
Figure BDA0003655595620000101
综合表1-2的结果，可以看出，与比较例1-2相比，本发明实施例提供的包被抑制剂具有良好的包被抑制性能，抗高温包被性能更为突出。
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)

1.一种环保钻井液用包被抑制剂，其特征在于，所述包被抑制剂的原料包括下列重量份的组分：
丙烯酰胺AM 20-50份；
甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵DMC 15-40份；
3-丙烯酰氧基丙酸CA 10-40份；
N-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)吡咯烷酮NMP 3-20份；
去离子水1000份；
偶氮二异丁脒盐酸盐AIBA 0.01-1份。
2.根据权利要求1所述的环保钻井液用包被抑制剂，其中，所述包被抑制剂的原料包括下列重量份的组分：
丙烯酰胺AM 25-45份；
甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵DMC 20-35份；
3-丙烯酰氧基丙酸CA 15-35份；
N-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)吡咯烷酮NMP 5-18份；
去离子水1000份；
偶氮二异丁脒盐酸盐AIBA 0.05-0.5份。
3.根据权利要求2所述的环保钻井液用包被抑制剂，其中，所述包被抑制剂的原料包括下列重量份的组分：
丙烯酰胺AM 30-40份；
甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵DMC 25-32份；
3-丙烯酰氧基丙酸CA 20-30份；
N-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)吡咯烷酮NMP 8-15份；
去离子水1000份；
偶氮二异丁脒盐酸盐AIBA 0.1-0.3份。
4.根据权利要求1-3任一项所述的环保钻井液用包被抑制剂，其中，所述包被抑制剂的原料由下列重量份的组分组成：
丙烯酰胺AM 30-40份；
甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵DMC 25-32份；
3-丙烯酰氧基丙酸CA 20-30份；
N-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)吡咯烷酮NMP 8-15份；
去离子水1000份；
偶氮二异丁脒盐酸盐AIBA 0.1-0.3份。
5.根据权利要求1-3任一项所述的环保钻井液用包被抑制剂，其中，所述包被抑制剂的制备方法包括如下步骤：
将配方量的AM、DMC、CA和NMP加入到去离子水中，搅拌均匀，使其充分溶解；在搅拌条件下，加入配方量的AIBA；通入氮气排空，然后在氮气气氛中升温至40-80℃，搅拌反应2-16h，得到白色粘稠液体；真空干燥，粉碎得到包被抑制剂。
6.根据权利要求1-3任一项所述的环保钻井液用包被抑制剂，其中，所述包被抑制剂的粘均分子量为500-600万道尔顿。
7.一种根据权利要求1-6任一项所述环保钻井液用包被抑制剂的制备方法，包括如下步骤：
将配方量的AM、DMC、CA和NMP加入到去离子水中，搅拌均匀，使其充分溶解；在搅拌条件下，加入配方量的AIBA；通入氮气排空，然后在氮气气氛中升温至40-80℃，搅拌反应2-16h，得到白色粘稠液体；真空干燥，粉碎得到包被抑制剂。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其中，升温至50-70℃。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其中，搅拌反应4-12h。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其中，所述真空干燥为：60-80℃下真空干燥6-48h。
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