水基钻井液的降滤失方法及降滤失剂的制备方法
【专利摘要】本发明涉及水基钻井液的降滤失方法及降滤失剂的制备方法，其中的降滤失方法包括：(1)将聚合单体溶解在水中，调节pH值为8～12；(2)在上述溶液中加入自由基聚合引发剂，搅拌下，在30℃～80℃之间反应1～5小时；(3)将步骤(2)得到的聚合物水溶液在50℃～200℃之间处理1～10小时；(4)将步骤(3)得到的聚合物水溶液加入到水基钻井液中。采用本发明的方法，既可以保证降滤失的效果，又不会影响钻井液体系的流变学参数。
【专利说明】水基钻井液的降滤失方法及降滤失剂的制备方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及油田水基钻井液的降滤失方法及降滤失剂的制备方法。
【背景技术】
[0002]在钻井过程中，由于压差作用的存在，钻井液中的水分不可避免地通过井壁滤失到地层中。如果滤失量过大，一方面会造成井壁失稳，另一方面会造成给旋转钻造成较大的扭矩，易导致压差卡钻。控制滤失量是钻井液的重要性能之一，通过加入降滤失剂可以控制钻井液的滤失量。降滤失剂可分为颗粒材料、天然高分子及其改性产品和合成聚合物三类，其中的合成聚合物可分为加成聚合物和缩聚聚合物两类。加成聚合物降滤失剂是由含有不饱和双键的单体聚合而成，通常是由两种以上的单体聚合而成。加成聚合物的单体主要有:①阴离子单体:丙烯酸(AA)、2_丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、衣康酸(IA)、甲基丙烯酸(MAA)、对苯乙烯丙磺酸等；②阳离子单体:3-甲基丙烯酰胺氧丙基三甲基氯化铵(MPTMA)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(MOTAC)、丙烯酰胺基乙基二甲基氯化铵(AEDMAC)、2_羟基-3-甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化铵(HMOPTA)等；③非离子单体:马来酸酐、丙烯酰胺(AM)、N，N- 二甲基丙烯酰胺(DMAM)、N，N-二乙基丙烯酰胺(DEAM)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)等。
[0003]井壁失稳一直是影响钻井顺利进行的主要因素，特别是面对井深4500m以上的深井和井深超过6000m的超深井。在深井和超深井中，井温可达150 C以上，加之钻遇盐骨层，使得钻井液在高温高矿化度情况下如何满足钻井基本需求成为一个重要问题。合成聚合物降滤失剂可以按照温度等要求进行分子设计，能够更好的满足对降滤失剂耐温和耐盐的要求。
[0004]增加聚合物的分`子量有利于提高降滤失剂的降滤失性能，但是分子量太高会导致降滤失剂粘度过大，造成加剂困难，并且加入降滤失剂后，会显著改变钻井液体系的流变学参数，进而影响钻井液的性能，此时需要加入其它添加剂来调控钻井液体系的流变学参数。
[0005]现有技术中，对降滤失剂的研究很多，制备方法也很丰富，但仍需在保证降滤失剂性能的前提下，进一步解决降滤失剂的增稠问题。
【发明内容】
[0006]本发明提供了一种水基钻井液的降滤失方法，该方法既可以保证降滤失的效果，又不会影响钻井液体系的流变学参数。
[0007]本发明提供了一种水基钻井液的降滤失方法，包括:
[0008](I)将聚合单体溶解在水中，调节pH值为8~12 ;
[0009](2)在上述溶液中加入自由基聚合引发剂，搅拌下，在30°C~80°C之间反应I~5小时；
[0010](3)将步骤⑵得到的聚合物水溶液在50°C~200°C之间处理I~10小时；
[0011](4)将步骤(3)得到的聚合物水溶液加入到水基钻井液中；[0012]所述的聚合单体至少选自以下单体中的两种，其中至少有一种单体含有酰胺基，至少有另一种单体含有羧基、酸酐基或磺酸基:丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、对苯乙烯丙磺酸、衣康酸、甲基丙烯酸、3-甲基丙烯酰胺氧丙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰胺基乙基二甲基氯化铵、2-羟基-3-甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化铵、丙烯酰胺、N，N- 二甲基丙烯酰胺、N，N- 二乙基丙烯酰胺和N-乙烯基-2-吡咯烷基。
[0013]步骤(1)中，以聚合单体和水的总质量为基准，聚合单体的用量为20~40%。
[0014]步骤(1)中，聚合单体优选为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺和对苯乙烯丙磺酸，各种单体的质量比为1: 2~4: 2~4。
[0015]步骤(1)中，聚合单体优选为丙烯酸、丙烯酰胺和对苯乙烯丙磺酸，各种单体的质量比为1: 2~4: 1~3。
[0016]步骤(1)中，聚合单体优选为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺和丙烯酸，四种单体的质量比为1: 2~4: 1~3。
[0017]步骤⑴中，聚合单体优选为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺和N，N_ 二甲基丙烯酰胺，各种单体的质量比为1:1~3:1~3。
[0018]步骤(1)中，聚合单体优选为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、N，N- 二甲基丙烯酰胺和丙烯酸，各种单体的质量比为2: I~2: 2~4: 2~4。
[0019]步骤(1)中，可以使用NaOH、KOH或CaOH2来调节pH值。
[0020]步骤⑵中，所述的自由基聚合引发剂包括过氧化合物引发剂、偶氮引发剂和氧化还原引发剂，优选使用氧化还原引发剂。氧化还原引发剂是利用氧化剂和还原剂之间的电子转移所生成的自由基引发聚合反应。所述的氧化还原引发剂包括过氧化苯甲酰/蔗糖、叔丁基过氧化氢/焦亚硫酸钠、过氧化苯甲酰/N，N- 二甲基苯胺。过硫酸铵/亚硫酸氢钠、过硫酸钾/亚硫酸氢钠、亚硫酸氢钠和过硫酸钠、过氧化氢/酒石酸、过硫酸铵/硫酸亚铁、过氧化氢/硫酸亚铁、过氧化苯甲酰//N，N- 二乙基苯胺、过氧化苯甲酰/焦磷酸亚铁、过硫酸钾/硝酸银、过硫酸盐/硫醇、异丙苯过氧化氢/氯化亚铁、过硫酸钾/氯化亚铁、过氧化氢/氯化亚铁和异丙苯过氧化氢/四乙烯亚胺，优选使用亚硫酸氢钠/过硫酸铵、亚硫酸氢钠/过硫酸钠或亚硫酸氢钠/过硫酸钾。
[0021]优选的情况下，步骤(3)处理过程中，不使用搅拌或者采用无剪切的搅拌方式。
[0022]优选的情况下，步骤(3)中，在密封状态下对聚合物水溶液进行处理。
[0023]一种降滤失剂的制备方法，包括:将聚合物水溶液在50°C~200°C之间处理I~10小时；所述的聚合物为用于水基钻井液降滤失剂的聚合物。
[0024]所述的聚合物水溶液中，聚合物的质量百分浓度优选为20~40%。
[0025]所述的聚合物含有A和B两种基团，A是酰胺基，B是羧基、酸酐基和磺酸基中的一种或几种；所述的聚合物的聚合单体可选自丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、对苯乙烯丙磺酸、衣康酸、甲基丙烯酸、3-甲基丙烯酰胺氧丙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰胺基乙基二甲基氯化铵、2-羟基-3-甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化铵、丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N，N-二乙基丙烯酰胺和N-乙烯基-2-吡咯烷基中的至少两种。
[0026]优选的情况下，对聚合物水溶液进行处理时，不使用搅拌或者采用无剪切的搅拌方式。
[0027]优选的情况下，在密封状态下对聚合物水溶液进行处理。
[0028]所述的聚合物的数均分子量优选在10万~200万之间，更优选在50万~120万之间。
[0029]所述的聚合物为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺和对苯乙烯丙磺酸的共聚物，三种单体的质量比为1: 2~4: 2~4。
[0030]所述的聚合物为丙烯酸、丙烯酰胺和对苯乙烯丙磺酸的共聚物，三种单体的质量比为1: 2~4: I~3。
[0031]所述的聚合物为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺和丙烯酸的共聚物，三种单体的质量比为1: 2~4: I~3。
[0032]所述的聚合物为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺和N，N- 二甲基丙烯酰胺的共聚物，三种单体的质量比为1:1~3: I~3。
[0033]所述的聚合物为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、N，N- 二甲基丙烯酰胺和丙烯酸的共聚物，四种单体的质量比为2: I~2: 2~4: 2~4。
[0034]所述的聚合物水溶液可采用以下方法制备:
[0035](I)将单体溶解在水中，调节pH值为8~12 ;
[0036](2)在上述溶液中加入自由基聚合引发剂，搅拌下，在30°C~80°C之间反应I~5小时。`
[0037]步骤⑴中，可使用NaOH、KOH或CaOH2来调节pH值。
[0038]步骤⑵中，所述的自由基聚合引发剂包括过氧化合物引发剂、偶氮引发剂和氧化还原引发剂，优选使用氧化还原引发剂。氧化还原引发剂是利用氧化剂和还原剂之间的电子转移所生成的自由基引发聚合反应。所述的氧化还原引发剂包括过氧化苯甲酰/蔗糖、叔丁基过氧化氢/焦亚硫酸钠、过氧化苯甲酰/N，N- 二甲基苯胺。过硫酸铵/亚硫酸氢钠、过硫酸钾/亚硫酸氢钠、亚硫酸氢钠和过硫酸钠、过氧化氢/酒石酸、过硫酸铵/硫酸亚铁、过氧化氢/硫酸亚铁、过氧化苯甲酰//N，N- 二乙基苯胺、过氧化苯甲酰/焦磷酸亚铁、过硫酸钾/硝酸银、过硫酸盐/硫醇、异丙苯过氧化氢/氯化亚铁、过硫酸钾/氯化亚铁、过氧化氢/氯化亚铁和异丙苯过氧化氢/四乙烯亚胺，优选使用亚硫酸氢钠/过硫酸铵、亚硫酸氢钠/过硫酸钠或亚硫酸氢钠/过硫酸钾。
[0039]本发明还提供了由上述方法制备的降滤失剂。
[0040]采用本发明的方法，既可以保证降滤失的效果，又不会影响钻井液体系的流变学参数。
【具体实施方式】
[0041]以下通过实施例进一步说明本发明。
[0042]实施例1
[0043]取2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS) 50.0g、丙烯酰胺(AM) 100.0g和对苯乙烯丙磺酸(SSS) 100.0g溶解于400.0g水中，以NaOH调节体系pH为8.0。逐渐向体系加入亚硫酸氢钠2.0g、过硫酸钠2.0g，恒温35°C，反应3小时，反应结束后，取样分析、评价。将所得产品放入反应釜中密封于120°C下恒温2小时，处理结束后自然降至室温，取样分析、评价。加热处理后的样品，放置一周后，取样分析。
[0044]分析方法:将聚合物水溶液稀释至质量分数为0.1 %，然后采用流变仪或粘度计测试溶液粘度。
[0045]降滤失性能评价方法:采用钻井液测试程序GB/T 16783.1-2006评价降滤失效果；以聚合物水溶液为基准，聚合物用量为0.6 %。
[0046]分析及评价结果见表1。
[0047]表1
[0048]
【权利要求】
1.一种水基钻井液的降滤失方法，包括: (1)将聚合单体溶解在水中，调节PH值为8~12; (2)在上述溶液中加入自由基聚合引发剂，搅拌下，在30°C~80°C之间反应I~5小时； (3)将步骤(2)得到的聚合物水溶液在50°C~200°C之间处理I~10小时； (4)将步骤(3)得到的聚合物水溶液加入到水基钻井液中； 所述的聚合单体至少选自以下单体中的两种，其中至少有一种单体含有酰胺基，至少有另一种单体含有羧基、酸酐基或磺酸基:丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、对苯乙烯丙磺酸、衣康酸、甲基丙烯酸、3-甲基丙烯酰胺氧丙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰胺基乙基二甲基氯化铵、2-羟基-3-甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化铵、丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N，N-二乙基丙烯酰胺和N-乙烯基-2-吡咯烷基。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，以聚合单体和水的总质量为基准，聚合单体的用量为20~40%。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，聚合单体为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺和对苯乙烯丙磺酸，三种单体的质量比为1: 2~4: 2~4。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，聚合单体为丙烯酸、丙烯酰胺和对苯乙烯丙磺酸，三种单体的质量比为1: 2~4: I~3。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，聚合单体为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺和丙烯酸，三种单体的质量比为1: 2~4:1~3。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，聚合单体为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺和N，N-二甲基丙烯酰胺，三种单体的质量比为1:1~3:1 ~3。
7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，聚合单体为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺和丙烯酸，各种单体的质量比为2: I ~2: 2 ~4: 2 ~4。
8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的自由基聚合引发剂为亚硫酸氢钠/过硫酸铵、亚硫酸氢钠/过硫酸钠或亚硫酸氢钠/过硫酸钾。
9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)处理过程中，不使用搅拌或者采用无剪切的搅拌方式。
10.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，在密封状态下对聚合物水溶液进行处理。
11.一种降滤失剂的制备方法，包括:将聚合物水溶液在50°C~200°C之间处理I~10小时；所述的聚合物为用于水基钻井液降滤失剂的聚合物。
12.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，所述的聚合物水溶液中，聚合物的质量百分浓度为20~40%。
13.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，对聚合物水溶液进行处理时，不使用搅拌或者采用无剪切的搅拌方式。
14.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，所述的聚合物含有A和B两种基团，A是酰胺基，B是磺酸基、羧基和酸酐基中的一种或几种；所述的聚合物的聚合单体选自丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、对苯乙烯丙磺酸、衣康酸、甲基丙烯酸、3-甲基丙烯酰胺氧丙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰胺基乙基二甲基氯化铵、2-羟基-3-甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化铵、丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N，N- 二乙基丙烯酰胺和N-乙烯基-2-吡咯烷基中的至少两种。
15.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，在密封状态下对聚合物水溶液进行处理。
16.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，所述的聚合物的数均分子量在10万~200万之间。
17.按照权利要求16所述的方法，其特征在于，所述的聚合物的数均分子量在50万~120万之间。
18.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，所述的聚合物为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺和对苯乙烯丙磺酸的共聚物，三种单体的质量比为1: 2~4: 2~4。
19.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，所述的聚合物为丙烯酸、丙烯酰胺和对苯乙烯丙磺酸的共聚物，三种单体的质量比为1: 2~4: I~3。
20.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，所述的聚合物为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺和丙烯酸的共聚物，三种单体的质量比为1: 2~4:1~3。
21.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，所述的聚合物为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺和N，N-二甲基丙烯酰胺的共聚物，三种单体的质量比为1:1~3: 1- ~3。
22.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，所述的聚合物为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺和丙烯酸的共聚物，四种单体的质量比为2: I ~2: 2 ~4: 2 ~4。
23.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，所述的聚合物水溶液采用以下方法制备: (1)将单体溶解在水中，调节PH值为8~12; (2)在上述溶液中加入自由基聚合引发剂，搅拌下，在30°C~80°C之间反应I~5小时。
24.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的引发剂为亚硫酸氢钠/过硫酸铵、亚硫酸氢钠/过硫酸钠或亚硫酸氢钠/过硫酸钾。
25.按照权利要求11所述方法制备的降滤失剂。
【文档编号】C08F212/14GK103509535SQ201210219904
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年6月29日 优先权日:2012年6月29日
【发明者】李财富, 余伟发, 高敏, 秦冰, 李本高 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院