一種鑽井液用抗高溫聚合物降粘劑及其製備方法

2023-10-07 23:38:04

專利名稱：：一種鑽井液用抗高溫聚合物降粘劑及其製備方法
技術領域：
：本發明屬於石油鑽井液用降粘劑。技術背景-在深井超深井鑽探中，由於地層複雜、井下高溫高壓以及作業周期長等原因，對超深井鑽井液技術提出了更高的要求，目前仍然面臨著諸多技術難題。流變性調控就是其中之一，尤其是對於超高溫高密度水基鑽井液。鑽井液粘度、切力過高會引起機械鑽速降低、卡鑽、井噴、井塌和測井遇阻等一系列複雜情況，甚至導致井眼報廢，而且還會對油層造成損害，造成重大經濟損失。目前，國內現有的鑽井液用降粘劑有鐵鉻木質素磺酸鹽、丹寧、兩性離子聚合物、有機矽及矽氟類等等。它們的抗溫性能不能滿足超深井鑽探需要，尤其是沒有抗溫能力達到245'C以上的降粘劑。因此，目前降低超高溫高密度水基鑽井液粘度和切力的措施常常是加入降粘劑種類多、加量大或加配漿基液稀釋，其結果是使得鑽井液中抗溫性能不好的各組分之間在高溫高壓條件下發生複雜的物理化學作用，影響鑽井液體系性能及其穩定性或陷入稀釋一加重一再稀釋一再加重的惡性循環中。這是造成目前超高溫高密度水基鑽井液流變性難以調控的關鍵因素，也是深井超深井鑽探中引起複雜事故的鑽井液方面的主要原因之一。
發明內容本發明的目的是提供一種抗溫、抗鹽能力強，降粘效果好，同時兼有抑制泥頁巖水化膨脹作用的聚合物降粘劑及其製備方法。本發明的目的是這樣實現的一種鑽井液用抗高溫聚合物降粘劑，是烯酸、烯基磺酸、烯酸的酯與烯基季銨鹽化學反應生成的共聚物。其分子中含有5—60個結構單元，粘均分子量為2,500-30,000。其中烯酸是丙烯酸或甲基丙烯酸；烯基磺酸是乙烯基磺酸、2-丙烯醯胺基十二垸基磺酸或2-甲基-2-丙烯醯胺基丙磺酸；烯酸的酯是丙烯酸甲酯、丙烯酸-2-羥基乙酯、甲基丙烯酸-2-羥基乙酯、丙烯酸-2-羥基丙酯或甲基丙烯酸-2-羥基丙酯；烯基季銨鹽是二甲基二烯丙基氯化銨、二甲基二烯丙基溴化銨、二甲基二烯丙基碘化銨、二乙基二烯丙基氯化銨、烯丙基三甲基氯化銨、烯丙基三甲基溴化銨或烯丙基三甲基碘化銨。在本發明的一個例子中，提供一種鑽井液用抗高溫聚合物降粘劑，是由丙烯酸、2-甲基-2-丙烯醯胺基丙磺酸、丙烯酸甲酯與二甲基二烯丙基氯化銨聚合生成的共聚物，其結構式如下-cj;h-ch2|^ch2-(j;hCOONaCO"CH39cS03Na式中m=6-15，優選m二8誦13n=5-13，優選11=7陽11x=3-ll，優選x^5-9y=2-10，優選y-4-8這個聚合物分子中含有5-50個結構單元，9CH，CH2-CH-H-CH:NCICH，優選8-18個結構單元；摩爾比m:n:x:y:(6-15):(5-13):(3-11):(2-10)，優選m:n:x:y=(8-13):(7-11):(5-9):(4-8);粘均分子量為2,500-25,000，優選為4,000-8,000。在本發明的另一個例子中，提供一種鑽井液用抗高溫聚合物降粘劑，是由甲基丙烯酸、2-甲基-2-丙烯醯胺基丙磺酸、丙烯酸-2-羥基乙酯與烯丙基三甲基氯化銨聚合生成的共聚物，其結構式如下CH,CH,-CCOONaCH2-CH-CO1NHCH3CCH3SQ3NaCHCH2--CHCO1c-O—工01cn3:式中a=5-14，優選a二8-12b=5-13，優選b^7-11c=3-10，優選c:5陽8d=2-9，優選d二4-7這個聚合物分子中含有5-50個結構單元，優選8-16個結構單元；以a、b、c和d分別代表分子中甲基丙烯酸、2-甲基-2-丙烯醯胺基丙磺酸、丙烯酸-2-羥基乙酯與烯丙基三甲基氯化銨的摩爾數，摩爾比a:b:c:d二(5-14):(5-13):(3-10):(2-9),優選a:b:c:d=(8-12):(7-11):(5-8):(4-7);粘均分子量為3,000-30,000，優選4,000-9,000。本發明還提供上述抗髙溫聚合物降粘劑的製備方法，包括如下步驟將烯酸、烯基磺酸、烯酸的酯與烯基季銨鹽加入裝有溶劑的反應釜中，用鹼調節pH值，加熱反應釜中的材料，加入聚合催化劑，維持反應時間，加入鏈終止劑終止反應，分出溶劑，乾燥粉碎得細顆粒狀產品。其中溶劑是水、乙醇、丙酮、乙醚或l,l,l-三氯乙烷；聚合催化劑是過氧化苯甲醯、過氧化氫、過硫酸鈉、過硫酸鉀、過硫酸銨或亞硫酸氫鈉；鏈終止劑是十二硫醇、次節基醇、巰基乙酸或苯甲醛；反應物重量佔反應物與溶劑形成的溶液總重量的10-30wt%，優選16-24wt%;催化劑加入量是反應物總重量的0.5-10wt%，優選l-3wt%;聚合反應溫度為20-130°C，優選50-9(TC;聚合反應時間為5分鐘到5小時，優選為10分鐘到1小時；所用的鹼是氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化銨，pH值調節到5-12，優選6-8;乾燥溫度為100-18CTC,優選為110-130°C;粉狀產品粒度為10-120目，優選20-60目。實例l:向裝有攪拌器、回流冷凝器、溫度計和加熱裝置的四口燒瓶中，加入200mL蒸熘水，邊攪拌邊加入丙烯酸12.3g、2-甲基-2-丙烯醯胺基丙磺酸24.28、丙烯酸甲酯11.3g和二甲基二烯丙基氯化銨11.5g，用氫氧化鈉調節pH-7.0，邊攪拌邊加熱至溫度為60。C，加入過硫酸銨2.0g，反應20分鐘，加入巰基乙酸0.8g終止反應。將反應釜中粘稠液體烘千、粉碎過20目樣品篩即得抗高溫聚合物降粘劑。此聚合物中m:n:x:y=io:8:7:4，粘均分子量約為6000，結構單元數約為12。實例2:向裝有攪拌器、回流冷凝器、溫度計和加熱裝置的四口燒瓶中，加入200mL蒸餾水，邊攪拌邊加入甲基丙烯酸18.4g、2-甲基-2-丙烯醯胺基丙磺酸24々、丙烯酸-2-羥基乙酯12.2g和烯丙基三甲基氯化銨10.8g，用氫氧化鈉調節pH二7.0，邊攪拌邊加熱至溫度為60°C，加入過硫酸銨2.0g，反應20分鐘，加入巰基乙酸0.8g終止反應。將反應釜中粘稠液體烘乾、粉碎過20目樣品篩即得抗高溫聚合物降粘劑。此聚合物中a:b:c:d=io:7:5:4,粘均分子量約為5000，結構單元數約為9。實例3:抗溫性及降粘效果評價測試方法採用GB/T16783-1997:水基鑽井液現場測試程序。1.在淡水基漿中測試基漿配製在高攪杯中加入400mL自來水，在不斷攪拌下加入1.6g無水碳酸鈉、32g二級膨潤土和40g評價土，攪拌20分鐘，密閉靜置24h即為基漿。實驗漿配製及測試分別向預水化好的基漿中加入0.2%的評價樣品(Descofl、實施例l樣、實施例2樣)，高速攪拌均勻，測其流變性參數。將實驗漿裝入高溫老化罐中，在245'C下熱滾16h，取出用同樣方法測量其流變性參數。表l在淡水基漿中測試結果tableseeoriginaldocumentpage7注Descofl—進口抗高溫降粘劑。2.在淡水加重基漿中測試基漿配製在高攪杯中加入400mL自來水，在不斷攪拌下加入1.4g無水碳酸鈉、28g二級膨潤土、40g評價土和245g重晶石，攪拌20分鐘，密閉靜置24h即為基漿。實驗漿配製及測試分別向預水化好的基漿中加入0.3%的評價樣品(Descofl、實施例l樣、實施例2樣)，高速攪拌均勻，測其流變性參數。將實驗漿裝入高溫老化罐中，在245'C下熱滾16h，取出用同樣方法測量其流變性參數。表2在淡水加重基漿中測試結果tableseeoriginaldocumentpage73.在氯化鈣、氯化鈉複合鹽水基漿中測試基漿配製在高攪杯中加入400mL自來水，在不斷攪拌下加入1.4g無水碳酸鈉、28g二級膨潤土和60g評價土，攪拌20分鐘，密閉靜置24h,加入2g氯化鈣、16g氯化鈉，攪拌15分鐘即為基漿。實驗漿配製及測試分別向預水化好的基漿中加入0.3%的評價樣品(Descofl、實施例l樣、實施例2樣)，高速攪拌均勻，測其流變性參數。將實驗漿裝入高溫老化罐中，在245'C下熱滾16h，取出用同樣方法測量其流變性參數。表3在氯化鈣、氯化鈉複合鹽水基漿中測試結果實驗漿測試條件AV/mPa.sPVAnPa.s^100讀數GEL(10，710')/(Pa/Pa)APIFLAnL基漿室溫21.511229/1336245°C/16h後室溫45233713/16930.3%Descofl室溫147123/530245。C/16h後室溫185218.5/12640.3%實施例1樣室溫10682.5/423245'C/16h後室溫113104/6470.3%實施例2樣室溫9.5682/423245。C/16h後室溫10393/548從1到3測試結果表明，本發明的抗高溫聚合物降粘劑在淡水、淡水加重以及氯化牽丐、氯化鈉複合鹽水鑽井液基漿中245'C熱滾老化16h前後均具有很好的降粘效果，優於國外進口的同類產品。因此，在深井超深井超高溫高壓高礦化度條件下的鑽井液流變性調控方面，具有不可取代的優勢。本發明的抗高溫聚合物降粘劑的作用機理主要有(1)通過吸附在粘土顆粒表面，改變其;電位和拆散粘土形成的空間網架結構，從而實現降低粘度、切力和穩定體系的目的；(2)在較寬的pH值範圍(711)內降粘效果好且穩定；(3)使蒙脫石的晶層間距略為減小，具有抑制其水化膨脹的作用；(4)在粘土顆粒上的吸附發生在其邊面上，這使得聚合物在粘土顆粒上的吸附容易達到飽和，作用效率高，有利於減少其在鑽井液中的使用量。8權利要求1、一種鑽井液用抗高溫聚合物降粘劑，是由烯酸、烯基磺酸、烯酸的酯與烯基季銨鹽化學反應生成的共聚物，其分子中含有5—60個結構單元，粘均分子量為2,500-30,000。2、如權利要求1所述的鑽井液用抗高溫聚合物降粘劑，其中烯酸是丙烯酸或甲基丙烯酸;烯基磺酸是乙烯基磺酸、2-丙烯醯胺基十二烷基磺酸或2-甲基-2-丙烯醯胺基丙磺酸；烯酸的酯是丙烯酸甲酯、丙烯酸-2-羥基乙酯、甲基丙烯酸-2-羥基乙酯、丙烯酸-2-羥基丙酯或甲基丙烯酸-2-羥基丙酯；烯基季銨鹽是二甲基二烯丙基氯化銨、二甲基二烯丙基溴化銨、二甲基二烯丙基碘化銨、二乙基二烯丙基氯化銨、烯丙基三甲基氯化銨、烯丙基三甲基溴化銨或烯丙基三甲基碘化銨。3、如權利要求2所述的鑽井液用抗高溫聚合物降粘劑，是由丙烯酸、2-甲基-2-丙烯醯胺基丙磺酸、丙烯酸甲酯與二甲基二烯丙基氯化銨聚合生成的共聚物。4、如權利要求3所述的鑽井液用抗高溫聚合物降粘劑，其分子中含有5-50個結構單元，以m、n、x和y分別代表分子中丙烯酸、2-甲基-2-丙烯醯胺基丙磺酸、丙烯酸甲酯和二甲基二烯丙基氯化銨的摩爾數，摩爾比m:n:x:y=(6-15):(5-13):(3-11):(2-10);粘均分子量為2，500-25，000。5、如權利要求4所述的鑽井液用抗高溫聚合物降粘劑，其分子中含有8-18個結構單元，摩爾比m:n:x:y=(8-13):(7-11):(5-9):(4-8);粘均分子量為4,000-8,000。6、如權利要求2所述的鑽井液用抗高溫聚合物降粘劑，是由甲基丙烯酸、2-甲基-2-丙烯醯胺基丙磺酸、丙烯酸-2-羥基乙酯與烯丙基三甲基氯化銨聚合生成的共聚物。7、如權利要求6所述的鑽井液用抗高溫聚合物降粘劑，其分子中含有5-50個結構單元；以a、b、c和d分別代表分子中甲基丙烯酸、2-甲基-2-丙烯醯胺基丙磺酸、丙烯酸-2-羥基乙酯與烯丙基三甲基氯化銨的摩爾數，摩爾比a:b:c:d=(5-i4):(5-13):(3-10):(2-9);粘均分子量為3，000-30,000。8、如權利要求7所述的鑽井液用抗高溫聚合物降粘劑，其分子中含有8-16個結構單元；摩爾比a:b:c:d=(8-12):(7-11):(5-8):(4-7);粘均分子量為4，000-9,000。9、如權利要求1一8中任一項所述的鑽井液用抗高溫聚合物降粘劑的製備方法，包括如下步驟將烯酸、烯基磺酸、烯酸的酯與烯基季銨鹽加入裝有溶劑的反應釜中，用鹼調節pH值，加熱反應釜中的材料，加入聚合催化劑，維持反應時間，加入鏈終止劑終止反應，分出溶劑，乾燥粉碎得細顆粒狀產品。10、如權利要求9所述的鑽井液用抗高溫聚合物降粘劑的製備方法，其中溶劑是水、乙醇、丙酮、乙醚或l，l,l-三氯乙垸；聚合催化劑是過氧化苯甲醯、過氧化氫、過硫酸鈉、過硫酸鉀、過硫酸銨或亞硫酸氫鈉；鏈終止劑是十二硫醇、次苄基醇、巰基乙酸或苯甲醛；反應物重量佔反應物與溶劑形成的溶液總重量的10-30wtO/。；催化劑加入量是反應物重量的0.5-10wtn/。；聚合反應溫度為20-130'C;聚合反應時間為5分鐘到5小時；鹼是氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化銨，pH值調節到5-12;乾燥溫度為100-180。C;細顆粒狀產品粒度為10-120目。11、如權利要求io所述的鑽井液用抗高溫聚合物降粘劑的製備方法，其中反應物重量佔反應物與溶劑形成的溶液總重量的16-24wt。/。；催化劑加入量是反應物重量的1-3^%;聚合反應溫度為50-90。C;聚合反應時間為10分鐘到1小時；pH值調節到6-8;乾燥溫度為110-13(TC;細顆粒狀產品粒度為20-60目。全文摘要本發明公開了一種鑽井液用抗高溫聚合物降粘劑及其製備方法。本發明的抗高溫聚合物降粘劑是一種由烯酸、烯基磺酸、烯酸的酯與烯基季銨鹽化學反應生成的共聚物，其分子中含有5-60個結構單元，粘均分子量為2，500-30，000。這種聚合物降粘劑在鑽井液中抗溫達245℃以上，能有效拆散鑽井液中的網架結構，在淡水、淡水加重以及氯化鈣氯化鈉複合鹽水鑽井液中均具有良好的降粘效果，同時能抑制粘土水化膨脹、降低濾失量。文檔編號C09K8/02GK101531886SQ20091002069公開日2009年9月16日申請日期2009年4月20日優先權日2009年4月20日發明者軍喬,於連香,劉寶鋒,徐加放,李公讓,琳江,薛玉志,邱正松,黃維安申請人:中國石油大學(華東);中國石化集團勝利石油管理局鑽井工藝研究院