无残余单体的降滤失剂合成方法及其制备的降滤失剂与流程

1.本发明属于油田钻井产品技术领域；涉及一种无残余单体的降滤失剂合成方法及其制备的降滤失剂。


背景技术：

2.在油气钻井过程中，钻井液是必不可少的处理剂，主要起到清除钻屑，稳定井筒，冷却和润滑钻头、钻具，保护井壁的作用。实际钻探中，由于压差影响，钻孔越深，井筒温度越高，尤其高温下，水基钻井液将失去原有的性能，往往导致储层损害，向钻井液中加入不同特性的添加剂，可以有效防止井壁岩石脱落、卡电缆、卡钻等井下事故的发生。
3.降滤失剂是一种钻井液添加剂中常用的处理剂，尤其具有高性能的降滤失剂，可以优化黏土颗粒的粒径分布，改善泥饼质量，使其致密、韧及薄，从而降低井壁的渗透率，提高黏土颗粒在复杂地质条件下的稳定性，达到钻井液降滤失的效果。
4.国内外目前的研究重点集中在聚合物类降滤失剂，包括但不限于，丙烯酸类、腐殖酸类、纤维素类、淀粉类、磺化酚醛树脂和多糖类降滤失剂。这些降滤失剂可以起到很好的增粘效果，可以增大钻井液粘度，从而达到降滤失的目的。但是，这类降滤失剂的抗温性能较差，遇高温容易分解，从而导致降滤失性能下降。
5.近年来，纳米材料在钻井液中的应用研究受到人们的广泛关注，它具有较高的表面能、刚性和热稳定性，可以提高水基钻井液的综合性能。
6.中国专利申请公开cn108410435a公开了一种钻井液用纳米淀粉降滤失剂及其制备方法，制备步骤包括：s1、制备纳米淀粉；s2、制备醚化改性的纳米淀粉；s3、制备纳米淀粉降滤失剂粗产品；s4、提纯得到所需的纳米淀粉降滤失剂。该降滤失剂能够明显降低基浆常温api滤失量及高温高压滤失量，适用范围广泛，纳米淀粉颗粒可完全被生物降解，对环境无毒无害具有优异的环保性能。且该降滤失剂制备原理可靠，反应条件可控，制备原料成本廉价，降低了钻井工程成本。
7.中国专利申请公开cn109666466a公开了一种低渗储层环保纳米水基钻井液及其制备方法。所述钻井液体系由以下原料制成：水、纳米膨润土、无水碳酸钠、环保纳米增粘提切剂、环保纳米降滤失剂、环保抑制防塌剂、环保润滑剂、环保纳米封堵剂、环保纳米流型调节剂。制备方法：将纳米膨润土加入水中，搅拌均匀；加入无水碳酸钠，充分搅拌，并水化24h；依次加入环保纳米增粘提切剂、环保纳米降滤失剂、环保抑制防塌剂、环保润滑剂、环保纳米封堵剂、环保纳米流型调节剂，搅拌均匀即得所述环保纳米水基钻井液体系。该钻井液体系能很好地抑制黏土水化膨胀，具有良好的滤失造壁性，携岩能力强，环保性能优越，对环境无伤害。
8.但现有技术的降滤失剂仍然存在合成难度较大，残余单体较多，降滤失性能尤其是针对抗高温的降滤失性能仍然不够理想。
9.因此，迫切需要提供一种无残余单体且具有改善的降滤失性能尤其是针对抗高温的降滤失性能的降滤失剂合成方法及其制备的降滤失剂。


技术实现要素：

10.针对现有技术的缺陷，本发明目的是提供一种无残余单体且具有改善的降滤失性能尤其是针对抗高温的降滤失性能的降滤失剂合成方法及其制备的降滤失剂。
11.为了实现上述目的，一方面，本发明所采取的技术方案如下：一种降滤失剂的合成方法，其特征在于，将配方量的丙烯酰胺am、2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸amps和n-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)吡咯烷酮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，加入配方量的不饱和官能团改性纳米二氧化硅，同时加入引发剂；反应得到白色液体；真空干燥，粉碎得到降滤失剂。
12.根据本发明所述的合成方法，其中，所述不饱和官能团改性二氧化硅选自kh570改性纳米二氧化硅。
13.根据本发明所述的合成方法，其中，所述不饱和官能团改性二氧化硅的平均粒径为5-30nm；比表面积为120-160m2/g。
14.根据本发明所述的合成方法，其中，所述不饱和官能团改性二氧化硅的kh-570接枝率为8-12％。
15.根据本发明所述的合成方法，其中，所述降滤失剂的原料包括下列重量份的组分：
16.丙烯酰胺am 80-140份；
17.2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸amps 40-70份；
18.n-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)吡咯烷酮nmp 10-40份；
19.不饱和官能团改性二氧化硅 1-20份；
20.复合引发剂 0.1-2份。
21.根据本发明所述的合成方法，其中，所述降滤失剂的原料包括下列重量份的组分：
22.丙烯酰胺am 100-120份；
23.2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸amps 50-60份；
24.n-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)吡咯烷酮nmp 20-30份；
25.不饱和官能团改性二氧化硅 5-15份；
26.复合引发剂 0.2-1份。
27.根据本发明所述的合成方法，其中，所述降滤失剂的原料由下列重量份的组分组成：丙烯酰胺am 120份；2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸amps 50份；n-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)吡咯烷酮nmp 20份；kh570改性纳米二氧化硅10份；过硫酸铵0.2份；亚硫酸氢钠0.2份；去离子水1000份。
28.根据本发明所述的合成方法，其中，所述降滤失剂的原料的固含量为15-30％。
29.根据本发明所述的合成方法，其中，所述反应条件为：50-90℃反应2-12h。
30.另一方面，本发明提供了一种根据本发明所述降滤失剂的合成方法制备的降滤失剂。
31.与现有技术相比，根据本发明所述的降滤失剂不仅无残余单体，而且具有改善的降滤失性能尤其是针对抗高温的降滤失性能。不希望局限于任何理论，本发明特定的单体种类、官能团比例以及不饱和官能团改性二氧化硅起到了上述作用。
具体实施方式
32.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)。
33.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。
34.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。
35.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。
36.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。
37.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。
38.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。
39.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。
40.在本发明中，kh570改性纳米二氧化硅购自北京北科新材科技有限公司；平均粒径为20nm；比表面积为140.21m2/g；kh-570接枝率为10.5％。接枝率＝(改性纳米二氧化硅重量-未改性纳米二氧化硅重量)/未改性纳米二氧化硅重量*100％。
41.实施例1
42.本实施例的降滤失剂的原料由下列重量份的组分组成：丙烯酰胺am 120份；2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸amps 50份；n-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)吡咯烷酮nmp 20份；kh570
改性纳米二氧化硅10份；过硫酸铵0.2份；亚硫酸氢钠0.2份；去离子水1000份。
43.本实施例的降滤失剂的合成方法如下：将配方量的am、amps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kh570改性纳米二氧化硅，同时加入过硫酸铵和亚硫酸氢钠。升温至70℃，搅拌反应6h，得到白色液体。70℃下真空干燥24h，粉碎得到降滤失剂。
44.在红外光谱图上，3420cm-1
和3230cm-1
对应于降滤失剂中am和amps的氨基吸收峰；2938cm-1
和2143cm-1
对应于降滤失剂中am的官能团吸收峰；1350cm-1
和1192cm-1
对应于降滤失剂中amps的官能团吸收峰；1168cm-1
对应于降滤失剂中nmp的官能团吸收峰；1120cm-1
对应于降滤失剂中kh570改性纳米二氧化硅的官能团吸收峰。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，以上特征峰均来自降滤失剂聚合物。
45.实施例2
46.本实施例的降滤失剂的原料由下列重量份的组分组成：丙烯酰胺am 100份；2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸amps 60份；n-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)吡咯烷酮nmp 30份；kh570改性纳米二氧化硅10份；过硫酸铵0.2份；亚硫酸氢钠0.2份；去离子水1000份。
47.本实施例的降滤失剂的合成方法如下：将配方量的am、amps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kh570改性纳米二氧化硅，同时加入过硫酸铵和亚硫酸氢钠。升温至70℃，搅拌反应6h，得到白色液体。70℃下真空干燥24h，粉碎得到降滤失剂。
48.比较例1
49.本比较例的降滤失剂的原料由下列重量份的组分组成：丙烯酰胺am 120份；2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸amps 50份；n-乙烯基吡咯烷酮nvp 20份；kh570改性纳米二氧化硅10份；过硫酸铵0.2份；亚硫酸氢钠0.2份；去离子水1000份。
50.本比较例的降滤失剂的合成方法如下：将配方量的am、amps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kh570改性纳米二氧化硅，同时加入过硫酸铵和亚硫酸氢钠。升温至70℃，搅拌反应6h，得到白色液体。70℃下真空干燥24h，粉碎得到降滤失剂。
51.比较例2
52.本比较例的降滤失剂的原料由下列重量份的组分组成：丙烯酰胺am 120份；2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸amps 50份；n-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)吡咯烷酮nmp 20份；纳米二氧化硅(购自北京北科新材科技有限公司；平均粒径为20nm；比表面积为145-160m2/g)10份；过硫酸铵0.2份；亚硫酸氢钠0.2份；去离子水1000份。
53.本比较例的降滤失剂的合成方法如下：将配方量的am、amps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，加入配方量的纳米二氧化硅，同时加入过硫酸铵和亚硫酸氢钠。升温至70℃，搅拌反应6h，得到白色液体。70℃下真空干燥24h，粉碎得到降滤失剂。
54.降滤失剂性能测试
55.降滤失性能测试按照国家标准gb/t 29170-2012《石油天然气工业钻井液实验室测试》进行。测试用水基钻井液由4％钠膨润土基浆+1％降滤失剂混合得到。其中，4％钠膨
润土基浆配制：按照每升蒸馏水40g钠膨润土的比例配制4％钠膨润土基浆。在900r/min的转速下将40g的钠膨润土与2.5g的无水碳酸钠依次加入1000ml蒸馏水中，之后继续搅拌16h，待膨润土充分水化后停止搅拌，室温下密闭养护24h，所得基浆即为4％钠膨润土基浆。分别针对试验组进行未老化和老化(220℃热滚16h)处理的滤失量测量。结果参见表1。
56.表1
[0057][0058][0059]
由表1可以看出，与比较例1-2相比，本发明实施例提供的降滤失剂具有改善的降滤失性能尤其是针对抗高温的降滤失性能。
[0060]
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。