CN111662690A - 一种钻井液用抗高温增粘剂及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于油田钻井技术领域，具体涉及一种钻井液用抗高温增粘剂及其生产方法。本发明提供的一种新型环保抗高温性能的钻井液用增粘剂，包括如下组分及其重量份数：丙烯酰胺26～32份，丙烯酸钠8～10份，黄原胶25～34份，聚阴离子纤维素31～37份，乳化稳定剂8～16份，引发剂1～3份，水60～120份。本发明提供的钻井液用增粘剂具有抗高温性能，在不饱和盐水、饱和盐水和复合盐水体系中都有显著效果，且属于非磺化产品，无毒害、环保，易降解，可以在各种水基钻井液中使用。
Description
技术领域
本发明属于油田钻井技术领域，具体涉及一种钻井液用抗高温增粘剂及其生产方法。
背景技术
随着社会经济的发展，我国对石油能源的需求量越来越大，而大规模、浅层的块状油田已经开采殆尽，石油钻探工作面临新的挑战。进入21世纪以来，随着石油勘探开发的发展，油田勘探开发已向海洋、复杂地层、深井、中深井以及超深井方向发展，给钻井液处理剂提出了更高的要求。实践证明，由于传统增粘剂性能的局限性，已经不能满足更为苛刻的实际应用条件要求。为了满足社会各个领域对能源的要求，必须对深部潜山储层的油气资源进行开发，这就需要先进的钻探技术提供支持。
增粘剂作为储层保护钻井液中核心处理剂之一，一直是钻井液工作者的研究热点之一，它对调节钻井液流变性起着非常重要的作用。钻井液增粘剂除了能起到增粘作用，还往往兼做页岩抑制剂(包被剂)、降滤失剂及流型改进剂等。对于大位移井、大斜度、水平井、高温高压以及各种敏感性地层，油基泥浆表现出很好的润滑和地层保护能力，以及允许污染物和固相的存在，抗污染能力强等优点从增粘剂的历史发展来看，其可分为四大类：天然植物胶增粘剂、无机增粘剂、有机增粘剂和合成聚合物增粘剂。常用的储层保护钻井液增粘剂主要包括以丙烯酰胺类聚合物为代表的合成聚合物和以黄原胶为代表的生物聚合物，但它们在用于高温地层时都存在难以克服的问题，黄原胶在高温下易降解，稳定性相对较差，易发生降解从而堵塞油层，且使用成本较高，而聚丙烯酰胺类聚合物分子中的酰胺基团易水解，尤其在酸性、碱性条件下水解反应速度非常快，水解速率随着温度升高而变大，当酰胺基团水解度超过一定程度后，会造成聚合物溶液粘度损失。鉴于此，有必要提高丙烯酰胺类聚合物耐温性能，研制出一种新型钻井液用抗高温增粘剂，进一步改善聚合物的性能，使之更好的适应复杂地层需要。
中国专利申请CN105038733A公开了一种钻井液用抗高温聚合物增粘剂及其制备方法，该增粘剂是由烯基磺酸、烯基酰胺和烯基苯通过共聚反应得到，该增粘剂的重均分子量为1200,000～1500,000。但是，该钻井液增粘剂虽然增粘效果较好可，但是耐受较高温度的效果不佳，且流变性能较差。
因此，为了适应高温的环境，必须研究出抗高温钻井液增粘剂，并且能够有效改善钻井液的流变性能。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种钻井液用抗高温增粘剂。本发明提供的钻井液用抗高温增粘剂具有良好的增粘及调节流型的能力，能在高温、高盐条件下保持钻井液的粘度，钻井液流变性良好，在不饱和盐水、饱和盐水和复合盐水体系中都有显著效果，且无毒害、环保，易降解，可以在各种水基钻井液中使用。
本发明的技术方案是：
一种钻井液用抗高温增粘剂，包括如下组分及其重量份数：丙烯酰胺26～32份，丙烯酸钠8～10份，黄原胶25～34份，聚阴离子纤维素31～37份，乳化稳定剂8～16份，引发剂1～3份，水60～120份。
进一步地，所述的钻井液用抗高温增粘剂，由如下组分及其重量份数组成：丙烯酰胺30份，丙烯酸钠9份，黄原胶31份，聚阴离子纤维素33份，乳化稳定剂12份，引发剂2份，水90份。
进一步地，所述乳化稳定剂由聚二甲基硅氧烷，皂素和木质素磺酸钠按重量比12～18:7～11:1～5组成
更进一步地，所述乳化稳定剂由聚二甲基硅氧烷，皂素和木质素磺酸钠按重量比15:9:4组成。
进一步地，所述的引发剂为过硫酸铵、过氧化氢或硫酸钾中的一种。
另外，本发明还提供了一种所述的钻井液用抗高温增粘剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、在反应釜内加入水、丙烯酰胺、丙烯酸钠，缓慢加热至80℃～90℃，开启搅拌，再加入引发剂进行水溶液聚合反应，聚合反应时间为2～3h，温度为80℃～90℃，得到混合液I；
S2、将聚阴离子纤维素，乳化稳定剂加入到步骤S1所得的混合液I中，加热至50～60℃，搅拌混合均匀，得到混合液II；
S3、将步骤S2混合液II进行真空干燥，得到共聚物固体，粉碎，得到共聚物粉末，并加入黄原胶搅拌均匀，即得。
进一步地，所述步骤S1中搅拌混合的搅拌速度为100～180转/分钟，搅拌时间20～30分钟。
进一步地，所述步骤S3中真空干燥条件为真空度为0.03～0.05MPa，温度为70～90℃。
本发明提供的钻井液用抗高温增粘剂中添加的丙烯酰胺(AM)主要用来提供吸附基团，吸附基团是保证处理剂发挥作用的关键。丙烯酰胺单体被粘土粒子所吸附，形成一定的溶剂化膜，获得稳定体系，可保持钻井液的综合性能。
同时，本发明在制备钻井液增粘剂时加入由聚二甲基硅氧烷，皂素和木质素磺酸钠按重量比12～18:7～11:1～5组成的乳化稳定剂，可以使添加的各组分更加均匀的分散于钻井液增粘剂体系中，在使用过程中有效提高钻井液增粘剂的增粘效果。
与现有技术相比，本发明提供的钻井液用抗高温增粘剂具有以下优势：
(1)本发明提供的钻井液用抗高温增粘剂，以丙烯酰胺、丙烯酸钠、黄原胶和聚阴离子纤维素为主要原料，增粘性能突出，能在高温、高盐条件下保持钻井液的粘度，钻井液流变性良好。
(2)本发明提供的钻井液用抗高温增粘剂生产流程简单，原料相对容易获取，在制备过程中加入了一种乳化稳定剂，可以使添加的各组分更加均匀的分散于钻井液增粘剂体系中，具有良好的增粘及调节流型的能力，能在高温、高盐条件下保持钻井液的粘度，钻井液流变性良好，能适应复杂的钻井条件。
(3)本发明提供的钻井液用抗高温增粘剂属非磺化产品，无毒害、环保，自然条件下能自然缓慢降解，能很好的保护油气层，可以在各种水基钻井液中使用。
具体实施方式
以下通过具体实施方式的描述对本发明作进一步说明，但这并非是对本发明的限制，本领域技术人员根据本发明的基本思想，可以做出各种修改或改进，但是只要不脱离本发明的基本思想，均在本发明的保护范围之内。
其中，本发明所用试剂均为常用试剂，均可在常规试剂生产销售公司购买。
实施例1一种钻井液用抗高温增粘剂
所述的钻井液用抗高温增粘剂，由如下组分及其重量份数组成：丙烯酰胺26份，丙烯酸钠8份，黄原胶25份，聚阴离子纤维素31份，乳化稳定剂8份，过硫酸铵1份，水60份。
所述乳化稳定剂由聚二甲基硅氧烷，皂素和木质素磺酸钠按重量比12:11:5组成
所述的钻井液用抗高温增粘剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、在反应釜内加入水、丙烯酰胺、丙烯酸钠，缓慢加热至80℃，开启搅拌，再加入过硫酸铵进行水溶液聚合反应，聚合反应时间为2h，温度为80℃，得到混合液I；
S2、将聚阴离子纤维素，乳化稳定剂加入到步骤S1所得的混合液I中，加热至50℃，搅拌混合均匀，得到混合液II；
S3、将步骤S2混合液II进行真空干燥，得到共聚物固体，粉碎，得到共聚物粉末，并加入黄原胶搅拌均匀，即得。
所述步骤S1中搅拌混合的搅拌速度为100转/分钟，搅拌时间20分钟。
所述步骤S3中真空干燥条件为真空度为0.03MPa，温度为70℃。
实施例2一种钻井液用抗高温增粘剂
所述的钻井液用抗高温增粘剂，由如下组分及其重量份数组成：丙烯酰胺30份，丙烯酸钠9份，黄原胶31份，聚阴离子纤维素33份，乳化稳定剂12份，过氧化氢2份，水90份。
所述乳化稳定剂由聚二甲基硅氧烷，皂素和木质素磺酸钠按重量比15:9:4组成。
所述的钻井液用抗高温增粘剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、在反应釜内加入水、丙烯酰胺、丙烯酸钠，缓慢加热至85℃，开启搅拌，再加入过氧化氢进行水溶液聚合反应，聚合反应时间为2.5h，温度为85℃，得到混合液I；
S2、将聚阴离子纤维素，乳化稳定剂加入到步骤S1所得的混合液I中，加热至55℃，搅拌混合均匀，得到混合液II；
S3、将步骤S2混合液II进行真空干燥，得到共聚物固体，粉碎，得到共聚物粉末，并加入黄原胶搅拌均匀，即得。
所述步骤S1中搅拌混合的搅拌速度为140转/分钟，搅拌时间25分钟。
所述步骤S3中真空干燥条件为真空度为0.04MPa，温度为80℃。
实施例3一种钻井液用抗高温增粘剂
所述的钻井液用抗高温增粘剂，由如下组分及其重量份数组成：丙烯酰胺32份，丙烯酸钠10份，黄原胶34份，聚阴离子纤维素37份，乳化稳定剂16份，硫酸钾3份，水120份。
所述乳化稳定剂由聚二甲基硅氧烷，皂素和木质素磺酸钠按重量比18:7:1组成
所述的钻井液用抗高温增粘剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、在反应釜内加入水、丙烯酰胺、丙烯酸钠，缓慢加热至90℃，开启搅拌，再加入硫酸钾进行水溶液聚合反应，聚合反应时间为3h，温度为90℃，得到混合液I；
S2、将聚阴离子纤维素，乳化稳定剂加入到步骤S1所得的混合液I中，加热至60℃，搅拌混合均匀，得到混合液II；
S3、将步骤S2混合液II进行真空干燥，得到共聚物固体，粉碎，得到共聚物粉末，并加入黄原胶搅拌均匀，即得。
所述步骤1中搅拌混合的搅拌速度为180转/分钟，搅拌时间30分钟。
所述步骤S3中真空干燥条件为真空度为0.05MPa，温度为90℃。
对比例1一种钻井液用抗高温增粘剂
所述的钻井液用抗高温增粘剂，由如下组分及其重量份数组成：丙烯酰胺30份，丙烯酸钠9份，黄原胶31份，聚阴离子纤维素33份，乳化稳定剂12份，过氧化氢2份，水90份。
所述乳化稳定剂由聚二甲基硅氧烷，皂素按重量比15:9组成。
所述的钻井液用抗高温增粘剂的制备方法与实施例2类似。
与实施例2的区别在于，所述乳化稳定剂未添加木质素磺酸钠。
对比例2一种钻井液用抗高温增粘剂
所述的钻井液用抗高温增粘剂，由如下组分及其重量份数组成：丙烯酰胺30份，丙烯酸钠9份，黄原胶31份，聚阴离子纤维素33份，乳化稳定剂12份，过氧化氢2份，水90份。
所述乳化稳定剂由聚二甲基硅氧烷和木质素磺酸钠按重量比15:4组成。
所述的钻井液用抗高温增粘剂的制备方法与实施例2类似。
与实施例2的区别在于，所述乳化稳定剂未添加皂素。
对比例3一种钻井液用抗高温增粘剂
所述的钻井液用抗高温增粘剂，由如下组分及其重量份数组成：丙烯酰胺30份，丙烯酸钠9份，聚阴离子纤维素33份，乳化稳定剂12份，过氧化氢2份，水90份。
所述乳化稳定剂由聚二甲基硅氧烷，皂素和木质素磺酸钠按重量比15:9:4组成。
所述的钻井液用抗高温增粘剂的制备方法与实施例2类似。
与实施例2的区别在于，所述钻井液用抗高温增粘剂组分中未添加黄原胶。
试验例一、抗温增粘性能测试
1、试验材料：实施例1～3，对比例1～3制备的增粘剂。
2、试验方法：将实施例1～3，对比例1～3制备的降滤失剂分别加入到淡水钻井液配方和盐水钻井液配方中，在260℃，16h的条件下进行性能测试。
淡水钻井液配方为100份6.4％钠土浆+1％增粘剂；盐水钻井液配方为100份6.4％钠土浆+30份NaCl+1％增粘剂+0.2份NaOH。6.4％钠土浆的配制方法为，1000ml试验用三级蒸馏水+64g试验用钠土，2000转搅拌1小时，室温养护24h。分别测量老化前和老化后的流变性能(包括表观粘度，塑性粘度)以及动切力。
3、试验结果
试验结果见表1和表2。
表1本发明在淡水钻井液配方中抗温增粘性能测试
表2本发明在盐水钻井液配方中抗温增粘性能测试
由表1和表2可知，使用本发明实施例1～3制备的钻井液用抗高温增粘剂，在淡水和盐水钻井液中具有良好的流变性能，加入增粘剂的钻井液粘度性能显著优于对比例1～3。同时，随着热滚温度的升高，钻井液呈粘度、切力、均呈下降趋势，在220℃下16h热滚后，钻井液的表观粘度下降幅度较大，但增粘剂并未完全降解，钻井液仍符合现场钻井需求，这说明本发明的抗高温增粘剂具有耐高温增粘以及抗盐的性能，在220℃下仍然有较好的的抗温性。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.一种钻井液用抗高温增粘剂，其特征在于，包括如下组分及其重量份数：丙烯酰胺26～32份，丙烯酸钠8～10份，黄原胶25～34份，聚阴离子纤维素31～37份，乳化稳定剂8～16份，引发剂1～3份，水60～120份。
2.如权利要求1所述的钻井液用抗高温增粘剂，其特征在于，由如下组分及其重量份数组成：丙烯酰胺30份，丙烯酸钠9份，黄原胶31份，聚阴离子纤维素33份，乳化稳定剂12份，引发剂2份，水90份。
3.如权利要求1或2所述的钻井液用抗高温增粘剂，其特征在于，所述乳化稳定剂由聚二甲基硅氧烷，皂素和木质素磺酸钠按重量比12～18:7～11:1～5组成。
4.如权利要求3所述的钻井液用抗高温增粘剂，其特征在于，所述乳化稳定剂由聚二甲基硅氧烷，皂素和木质素磺酸钠按重量比15:9:4组成。
5.如权利要求1或2所述的钻井液用抗高温增粘剂，其特征在于，所述的引发剂为过硫酸铵、过氧化氢或硫酸钾中的一种。
6.一种如权利要求1～5任一项所述的钻井液用抗高温增粘剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、在反应釜内加入水、丙烯酰胺、丙烯酸钠，缓慢加热至80℃～90℃，开启搅拌，再加入引发剂进行水溶液聚合反应，聚合反应时间为2～3h，温度为80℃～90℃，得到混合液I；
S2、将聚阴离子纤维素，乳化稳定剂加入到步骤S1所得的混合液I中，加热至50～60℃，搅拌混合均匀，得到混合液II；
S3、将步骤S2混合液II进行真空干燥，得到共聚物固体，粉碎，得到共聚物粉末，并加入黄原胶搅拌均匀，即得。
7.如权利要求6所述的钻井液用抗高温增粘剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中搅拌混合的搅拌速度为100～180转/分钟，搅拌时间20～30分钟。
8.如权利要求6所述的钻井液用抗高温增粘剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中真空干燥条件为真空度为0.03～0.05MPa，温度为70～90℃。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200915 |
|
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