CN116655857B - 钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物 - Google Patents
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Abstract
一种钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物，它是由下述原料制备而成的：去离子水、2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸、丙烯酰胺、烯丙基聚乙二醇、乙烯基乙二醇醚、乙二醇二烯丙基醚、二甲基二烯丙基氯化铵、3,5‑二氨基苯甲酸、引发剂。制备方法：将2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸加入去离子水中溶解并调节溶液的pH值，随后将丙烯酰胺、烯丙基聚乙二醇、乙烯基乙二醇醚、乙二醇二烯丙基醚、二甲基二烯丙基氯化铵、3,5‑二氨基苯甲酸溶解均匀后通氮气除氧，逐步升温，加入引发剂，将反应产物用乙醇溶液反复提纯，烘干粉碎即得。该降滤失剂具有良好的降滤失性能，良好的抗温、抗复合盐性能，从而有利于深层钻井过程中钻井液的稳定与维护。
Description
技术领域
本发明涉及一种石油钻井助剂，具体是一种钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物。本发明还涉及所述钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物的制备方法。
背景技术
化工行业的快速发展使得油气资源的消耗也在迅速猛增。随着浅层石油资源的逐渐减少，促使国内钻探工作向深部地层油气资源投入，钻井深度逐年加大。油气资源埋藏深、地温梯度大，地层环境更复杂，使钻探工作难度提高，使钻井液的稳定性降低，如钻井液携带岩屑能力变差，钻井液泥饼虚厚、滤失量明显增大，导致钻井液护壁性能变差，容易造成井壁失稳，严重时导致井眼报废。为应对以上情况，保证钻井过程安全有效，要求钻井液应该具有良好的抗温抗盐性能。
相关专利文献：CN104292387A公开了一种抗高温抗盐降滤失剂的制备方法，其包括：将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)水溶液调节pH至7，然后向其中依次加入丙烯酰胺(AM)和二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)，通氮气并用搅拌均匀得到混合溶液，向混合溶液中加入引发剂，35～55℃温度下静置3～7小时，将所得黏稠物用乙醇反复洗涤，干燥后即得。CN105670576A公开了一种钻井液降滤失剂及其制备方法，由丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和十六烷基二甲基烯丙基氯化铵制备而成。本发明以丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和十六烷基二甲基烯丙基氯化铵为原料制备钻井液降滤失剂。以上技术抗复合盐水(即抗氯化钠、氯化镁及氯化钙的复合盐水)的性能一般。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物，它具有良好的降滤失性能，良好的抗温、抗盐性能，从而有利于深层钻井过程中钻井液的稳定与维护，有效避免或减少深层钻井过程中事故的发生。
为此，本发明所要解决的另一个技术问题在于，提供一种钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物(或者说是钻井液用降滤失剂丙烯基聚合物)，其技术方案在于它是由下述重量配比(重量份数、质量份数)的原料制成的：
氢氧化钠溶液其用量应满足调节后达到溶液pH值的要求；
所述的钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物的制备方法包括以下工艺步骤：①称取4～8份的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，将其溶解于反应釜内100～150份的去离子水中，制得溶液A，用氢氧化钠溶液调节溶液A的pH值至8～9，得到溶液B；②向反应釜内步骤①所得的溶液B中依次加入25～40份的丙烯酰胺、1～3份的烯丙基聚乙二醇、1～3份的乙烯基乙二醇醚、1～3份的乙二醇二烯丙基醚、5～10份的二甲基二烯丙基氯化铵、3～5份的3,5-二氨基苯甲酸，开启搅拌使其溶解混合均匀后(即开启搅拌使溶液B和依次加入的六种原料溶解混合均匀后)，通入氮气除氧30～35min；③将反应釜内温度缓慢升至65～70℃，之后加入引发剂，进行恒温反应4～5h，得到聚合物粗产物，将所得的粗产物浸入乙醇溶液中反复提纯；④将提纯的产物放入真空干燥箱，在65～70℃条件下烘干，粉碎，即得所述的钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物。
上述技术方案中，优选的技术方案可以是，所述的烯丙基聚乙二醇为烯丙基聚乙二醇2400(APEG-2400)。上述的引发剂为偶氮二异丁脒盐酸盐。上述的氢氧化钠溶液是质量分数为10％的氢氧化钠水溶液。
上述技术方案中，优选的技术方案还可以是，所述的钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物是由下述重量配比的原料制备而成的：
氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液是质量分数为10％的氢氧化钠水溶液，其用量应满足调节后达到溶液pH值的要求。
所述的钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物的制备方法包括以下工艺步骤：①称取4份的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，将其溶解于反应釜内110份的去离子水中，制得溶液A，用氢氧化钠溶液调节溶液A的pH值至8，得到溶液B；②向反应釜内步骤①所得的溶液B中依次加入30份的丙烯酰胺、1.5份的烯丙基聚乙二醇2400、1.5份的乙烯基乙二醇醚、1.5份的乙二醇二烯丙基醚、6份的二甲基二烯丙基氯化铵、3份的3,5-二氨基苯甲酸，开启搅拌使其溶解混合均匀后，通入氮气除氧30min；③将反应釜内温度缓慢升至65℃，之后加入引发剂，进行恒温反应5h，得到聚合物粗产物，将所得的粗产物浸入乙醇溶液中反复提纯；④将提纯的产物放入真空干燥箱，在65℃条件下烘干，粉碎，即得所述的钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物。
上述技术方案中，优选的技术方案还可以是下面的实施例2、3。
本发明中的各组分(原料)为市售商品，使用时，将本发明的钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物分散于钻井液中。本发明的加入量(本发明的产品在钻井液的加量)为钻井液质量的1％～1.5％。
为解决上述技术问题，本发明提供的设计思路为：选用丙烯酰胺为主链结构，通过在其主链上接枝具有抗盐性、抗温性的功能基团，制备出了抗温抗盐性能良好、降滤失性能良好的降滤失剂。降滤失剂丙烯基类聚合物中酰胺基团吸附在黏土表面，使其高温下不易解吸，提高了抗温性，同时，引入苯环等刚性环，进一步提高了抗温性；磺酸基团和聚氧乙烯基团等对阳离子不敏感，可有效提高抗盐性。氯化铵单体为聚合物引入了疏水链，通过疏水缔合作用封堵黏土颗粒间的缝隙，提高了滤饼的质量，降低了滤失量。
本发明提供了一种钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物及其制备方法，所述钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物是由下述原料制成的：去离子水、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、烯丙基聚乙二醇(烯丙基聚乙二醇2400)、乙烯基乙二醇醚、乙二醇二烯丙基醚、二甲基二烯丙基氯化铵、3,5-二氨基苯甲酸、引发剂(偶氮二异丁脒盐酸盐)。制备方法：将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸加入去离子水中溶解并调节溶液的pH值，随后将丙烯酰胺、烯丙基聚乙二醇、乙烯基乙二醇醚、乙二醇二烯丙基醚、二甲基二烯丙基氯化铵、3,5-二氨基苯甲酸溶解均匀后通氮气除氧。逐步升温至合适温度后，加入引发剂，通过自由基共聚反应得到凝胶状反应产物，将反应产物烘干粉碎即得钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物。
本发明提供的钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物环保性能良好，用量低，水分散能力好。聚合物分子中的各类基团能够提高钻井液的稳定性，在黏土表面形成一层光滑平整的水化膜，使滤饼薄而致密，提高了滤饼的质量，确保了降滤失性能。本发明的降滤失剂具有良好的抗温性能、抗复合盐性能以及降滤失性能，参见说明书后面的表1。在复合盐(即氯化钠、氯化镁及氯化钙的复合盐)水浆中，低温低压滤失量≤5mL；160℃热滚16h后，160℃高温高压滤失量≤20mL。180℃热滚16h后180℃高温高压滤失量≤25mL。
综上所述，本发明的钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物具有良好的抗温性能、抗复合盐性能和降滤失性能，有利于深层钻井过程中钻井液的稳定与维护，有效避免或减少了深层钻井过程中事故的发生。本发明在复合盐水中160℃、180℃高温下降滤失性能良好(抗高温、抗复合盐性能良好)，达到了市场上使用范围较广的降滤失剂的技术要求。
具体实施方式
为使本发明的发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：本发明所述的钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物是由下述重量配比的原料制备而成的：
氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液是质量分数为10％的氢氧化钠水溶液，其用量应满足调节后达到溶液pH值的要求。
所述的钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物的制备方法包括以下工艺步骤：①称取4份的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，将其溶解于反应釜内110份的去离子水中，制得溶液A，用氢氧化钠溶液调节溶液A的pH值至8，得到溶液B；②向反应釜内步骤①所得的溶液B中依次加入30份的丙烯酰胺、1.5份的烯丙基聚乙二醇2400、1.5份的乙烯基乙二醇醚、1.5份的乙二醇二烯丙基醚、6份的二甲基二烯丙基氯化铵、3份的3,5-二氨基苯甲酸，开启搅拌使其溶解混合均匀后，通入氮气除氧30min；③将反应釜内温度缓慢升至65℃，之后加入引发剂，进行恒温反应5h，得到聚合物粗产物，将所得的粗产物浸入乙醇溶液中反复提纯；④将提纯的产物放入真空干燥箱，在65℃条件下烘干，粉碎，即得所述的钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物。
实施例2：本发明所述的钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物是由下述重量配比的原料制备而成的：
氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液是质量分数为10％的氢氧化钠水溶液，其用量应满足调节后达到溶液pH值的要求。
所述的钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物的制备方法包括以下工艺步骤：①称取6份的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，将其溶解于反应釜内120份的去离子水中，制得溶液A，用氢氧化钠溶液调节溶液A的pH值至9，得到溶液B；②向反应釜内步骤①所得的溶液B中依次加入25份的丙烯酰胺、2份的烯丙基聚乙二醇2400、2份的乙烯基乙二醇醚、2份的乙二醇二烯丙基醚、6份的二甲基二烯丙基氯化铵、3份的3,5-二氨基苯甲酸，开启搅拌使其溶解混合均匀后，通入氮气除氧30min；③将反应釜内温度缓慢升至70℃，之后加入引发剂，进行恒温反应4h，得到聚合物粗产物，将所得的粗产物浸入乙醇溶液中反复提纯；④将提纯的产物放入真空干燥箱，在70℃条件下烘干，粉碎，即得所述的钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物。
实施例3：本发明所述的钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物是由下述重量配比的原料制备而成的：
氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液是质量分数为10％的氢氧化钠水溶液，其用量应满足调节后达到溶液pH值的要求。
所述的钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物的制备方法包括以下工艺步骤：①称取6份的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，将其溶解于反应釜内130份的去离子水中，制得溶液A，用氢氧化钠溶液调节溶液A的pH值至8，得到溶液B；②向反应釜内步骤①所得的溶液B中依次加入30份的丙烯酰胺、2份的烯丙基聚乙二醇2400、2份的乙烯基乙二醇醚、2份的乙二醇二烯丙基醚、8份的二甲基二烯丙基氯化铵、4份的3,5-二氨基苯甲酸，开启搅拌使其溶解混合均匀后，通入氮气除氧30min；③将反应釜内温度缓慢升至65℃，之后加入引发剂，进行恒温反应4h，得到聚合物粗产物，将所得的粗产物浸入乙醇溶液中反复提纯；④将提纯的产物放入真空干燥箱，在65℃条件下烘干，粉碎，即得所述的钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物。
对比例1：一种钻井液用降滤失剂，它是由下述重量配比的原料制备而成的：
氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液是质量分数为10％的氢氧化钠水溶液，其用量应满足调节后达到溶液pH值的要求。
所述的钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物的制备方法包括以下工艺步骤：①称取4份的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，将其溶解于反应釜内110份的去离子水中，制得溶液A，用氢氧化钠溶液调节溶液A的pH值至8，得到溶液B；②向反应釜内步骤①所得的溶液B中依次加入30份的丙烯酰胺、1.5份的烯丙基聚乙二醇2400、1.5份的乙烯基乙二醇醚、6份的二甲基二烯丙基氯化铵、3份的3,5-二氨基苯甲酸，开启搅拌使其溶解混合均匀后，通入氮气除氧30min；③将反应釜内温度缓慢升至65℃，之后加入引发剂，进行恒温反应5h，得到聚合物粗产物，将所得的粗产物浸入乙醇溶液中反复提纯；④将提纯的产物放入真空干燥箱，在65℃条件下烘干，粉碎，即得所述的钻井液用降滤失剂。
对比例2：一种钻井液用降滤失剂，除不加入3,5-二氨基苯甲酸外其余皆与实施例1相同的原料和制备方法获得。
对比例3：一种钻井液用降滤失剂，除不加入乙二醇二烯丙基醚、3,5-二氨基苯甲酸两种原料外，其余皆与实施例2相同的原料和制备方法获得。
对比例4：一种钻井液用降滤失剂，除不加入乙二醇二烯丙基醚、3,5-二氨基苯甲酸两种原料外，其余皆与实施例3相同的原料和制备方法获得。
以下是本发明的试验部分：
本发明的各组分(原料)均为市售商品，本发明制备的钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物在钻井液中加量一般为1％～1.5％(质量百分比)。
表1为以上各实施例(本发明的实施例1、2、3)制备的钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物以及对比例1、2、3、4制备的钻井液用降滤失剂，依据Q/81SHL 85-2022进行检测的性能测定结果。参见表1。
表1中实施例1至实施例3为采用本发明制备的钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物，对比例1、2是无乙二醇二烯丙基醚或无3,5-二氨基苯甲酸一种原料(有上述的其它原料)而制备的钻井液用降滤失剂，对比例3、4是无乙二醇二烯丙基醚、3,5-二氨基苯甲酸两种原料(有上述的其它原料)而制备的钻井液用降滤失剂。由表1可知：本发明各实施例制备的钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物均达到了良好的性能效果，而对比例1、2制备的钻井液用降滤失剂的表观黏度和高温高压滤失量均有所升高，整体性能较差。而对比例3、4制备的钻井液用降滤失剂的表观黏度和高温高压滤失量进一步升高，整体性能最差。
本发明的钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物性能为：在复合盐(即氯化钠、氯化镁及氯化钙的复合盐)水浆中，低温低压滤失量≤5mL；160℃热滚16h后160℃高温高压滤失量≤20mL；180℃热滚16h后180℃高温高压滤失量≤25mL。本发明的钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物与现有技术相比具有以下有益效果：所述的钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物具有良好的降滤失性能，且具有良好的抗温和抗复合盐水的性能，有利于深层钻井过程中钻井液的稳定与维护，有效避免或减少了深层钻井过程中事故的发生。
综上所述，本发明的以上各实施例性能良好，产品降滤失性能良好，且具有良好的抗温、抗复合盐性能，有利于深层钻井过程中钻井液的稳定与维护，有效避免或减少了深层钻井过程中事故的发生。本发明在复合盐水中160℃、180℃高温下降滤失性能良好(抗高温、抗复合盐性能良好)，达到了市场上使用范围较广的降滤失剂的技术要求。
Claims (7)
1.一种钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物，其特征在于它是由下述重量配比的原料制备而成的：
所述的钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物的制备方法包括以下工艺步骤：①称取4～8份的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，将其溶解于反应釜内100～150份的去离子水中，制得溶液A，用氢氧化钠溶液调节溶液A的pH值至8～9，得到溶液B；②向反应釜内步骤①所得的溶液B中依次加入25～40份的丙烯酰胺、1～3份的烯丙基聚乙二醇、1～3份的乙烯基乙二醇醚、1～3份的乙二醇二烯丙基醚、5～10份的二甲基二烯丙基氯化铵、3～5份的3,5-二氨基苯甲酸，开启搅拌使其溶解混合均匀后，通入氮气除氧30～35min；③将反应釜内温度缓慢升至65～70℃，之后加入引发剂，进行恒温反应4～5h，得到聚合物粗产物，将所得的粗产物浸入乙醇溶液中反复提纯；④将提纯的产物放入真空干燥箱，在65～70℃条件下烘干，粉碎，即得所述的钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物。
2.根据权利要求1所述的钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物，其特征在于上述的烯丙基聚乙二醇为烯丙基聚乙二醇2400。
3.根据权利要求1所述的钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物，其特征在于上述的引发剂为偶氮二异丁脒盐酸盐。
4.根据权利要求1所述的钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物，其特征在于上述的氢氧化钠溶液是质量分数为10％的氢氧化钠水溶液。
5.根据权利要求1所述的钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物，其特征在于它是由下述重量配比的原料制备而成的：
氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液是质量分数为10％的氢氧化钠水溶液，其用量应满足调节后达到溶液pH值的要求；
所述的钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物的制备方法包括以下工艺步骤：①称取4份的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，将其溶解于反应釜内110份的去离子水中，制得溶液A，用氢氧化钠溶液调节溶液A的pH值至8，得到溶液B；②向反应釜内步骤①所得的溶液B中依次加入30份的丙烯酰胺、1.5份的烯丙基聚乙二醇2400、1.5份的乙烯基乙二醇醚、1.5份的乙二醇二烯丙基醚、6份的二甲基二烯丙基氯化铵、3份的3,5-二氨基苯甲酸，开启搅拌使其溶解混合均匀后，通入氮气除氧30min；③将反应釜内温度缓慢升至65℃，之后加入引发剂，进行恒温反应5h，得到聚合物粗产物，将所得的粗产物浸入乙醇溶液中反复提纯；④将提纯的产物放入真空干燥箱，在65℃条件下烘干，粉碎，即得所述的钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物。
6.根据权利要求1所述的钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物，其特征在于它是由下述重量配比的原料制备而成的：
氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液是质量分数为10％的氢氧化钠水溶液，其用量应满足调节后达到溶液pH值的要求；
所述的钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物的制备方法包括以下工艺步骤：①称取6份的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，将其溶解于反应釜内120份的去离子水中，制得溶液A，用氢氧化钠溶液调节溶液A的pH值至9，得到溶液B；②向反应釜内步骤①所得的溶液B中依次加入25份的丙烯酰胺、2份的烯丙基聚乙二醇2400、2份的乙烯基乙二醇醚、2份的乙二醇二烯丙基醚、6份的二甲基二烯丙基氯化铵、3份的3,5-二氨基苯甲酸，开启搅拌使其溶解混合均匀后，通入氮气除氧30min；③将反应釜内温度缓慢升至70℃，之后加入引发剂，进行恒温反应4h，得到聚合物粗产物，将所得的粗产物浸入乙醇溶液中反复提纯；④将提纯的产物放入真空干燥箱，在70℃条件下烘干，粉碎，即得所述的钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物。
7.根据权利要求1所述的钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物，其特征在于它是由下述重量配比的原料制备而成的：
氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液是质量分数为10％的氢氧化钠水溶液，其用量应满足调节后达到溶液pH值的要求；
所述的钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物的制备方法包括以下工艺步骤：①称取6份的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，将其溶解于反应釜内130份的去离子水中，制得溶液A，用氢氧化钠溶液调节溶液A的pH值至8，得到溶液B；②向反应釜内步骤①所得的溶液B中依次加入30份的丙烯酰胺、2份的烯丙基聚乙二醇2400、2份的乙烯基乙二醇醚、2份的乙二醇二烯丙基醚、8份的二甲基二烯丙基氯化铵、4份的3,5-二氨基苯甲酸，开启搅拌使其溶解混合均匀后，通入氮气除氧30min；③将反应釜内温度缓慢升至65℃，之后加入引发剂，进行恒温反应4h，得到聚合物粗产物，将所得的粗产物浸入乙醇溶液中反复提纯；④将提纯的产物放入真空干燥箱，在65℃条件下烘干，粉碎，即得所述的钻井液用降滤失剂丙烯基类聚合物。
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