油基钻井液降滤失剂及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种油基钻井液降滤失剂，由以下质量分数的组分制备而成：油溶性单体3％～50％、表面活性剂0～5％、交联剂0～5％、自由基引发剂0.005％～2％，余量为水。本发明还提供了该油基钻井液降滤失剂的制备方法。本发明提供的油基钻井液降滤失剂可在不显著影响油基钻井液流变性能的基础上实现较高的滤失降低率；另外，该油基钻井液降滤失剂还具有较强的抗高温性能，在200℃下依然保持良好的降滤失能力。
【专利说明】油基钻井液降滤失剂及其制备方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及石油钻井领域，特别是涉及一种油基钻井液降滤失剂及其制备方法。
【背景技术】：
[0002] 油基钻井液具有稳定井壁、润滑防卡、抑制页岩水化膨胀及地层造浆等优点，已成 为钻高难度的高温深井、海上钻井、大斜度定向井、水平井、巨厚盐膏层等各种复杂井的重 要手段。随着非常规油气资源的开发，油基钻井液体系的应用必将越来越广泛。
[0003] 降滤失剂作为油基钻井液的核心处理剂之一，对油基钻井液体系的滤失性和造壁 性有直接影响，性能优良的降滤失剂能够保证油基钻井液具有低滤失性并能形成薄而韧的 泥饼，降低钻井液消耗，减少井下事故；此外，还能够在一定程度上提高钻井液体系的乳化 稳定性。目前国内外使用的油基钻井液降滤失剂种类非常有限，多为氧化浙青类产品和有 机胺改性腐植酸类产品，如专利文献US4941983、CN201210346679. 0、CN200910063480. 5以 及CN201110450281. 7公开的油基降滤失剂产品，其中专利文献CN201210346679. 0公开的 油基降滤失剂产品为橡胶粉与浙青的混合产品。本发明旨在提供一种不同于氧化浙青和改 性腐植酸类、且性能优异的油基钻井液降滤失剂。
【发明内容】
：
[0004] 本发明的一个目的是提供一种油基钻井液降滤失剂，具有良好的降滤失效果和较 强的抗高温能力，同时对油基钻井液的流变性能影响较小。
[0005] 本发明的另一目的是提供一种油基钻井液降滤失剂的制备方法。
[0006] 为此，本发明的技术方案如下：
[0007] 所述油基钻井液降滤失剂由以下质量分数的组分制备而成：
[0008] 油溶性单体 3%?50% 表面活性剂 〇?5% 交联剂 0?5% 自由基引发剂 0.005%?2% 余重!为水。
[0009] 具体制备方法如下：
[0010] (1)将油溶性单体、表面活性剂、交联剂和水混合后加热至30?90°C，之后在氮气 保护以及不低于300rpm的搅拌下加入自由基引发剂；
[0011] (2)维持加热后的温度，在不低于300rpm的搅拌下继续反应1?12h，即得到所述 油基钻井液降滤失剂产品。
[0012] 为了便于使用，可以将产品烘干后再用粉碎机粉碎，过100目筛，得到固体粉末成 品。
[0013] 上述技术方案中，所述油溶性单体包括：丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙 烯酸丁酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙 烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸-2-乙基己酯、苯乙烯、4-甲基 苯乙烯、4-甲氧基苯乙烯、3, 4-二甲氧基苯乙烯、2-甲基苯乙烯、a -甲基苯乙烯、4-乙基 苯乙烯、4-正辛基苯乙烯，4-三氟甲基苯乙烯、对氯苯乙烯、对氟苯乙烯。由于上述制备方 法步骤（1)中所涉及的反应属于自由基聚合反应，上述单体属于聚合反应常用的单体，都 含有能参加该自由基聚合反应的烯键，尽管各单体间的反应速率和竞聚率不同，但最终都 能得到具有本发明技术效果的产品，因此所述油溶性单体可以是以上所述任意一种或多种 以任意比例组成的混合物。
[0014] 所述表面活性剂在反应组分中不是必需的，但加入少量表面活性剂可以增强反应 体系的稳定性。表面活性剂可以是阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性 剂中的一种或多种以任意比例组成的混合物。
[0015] 其中，所述阴离子表面活性剂为具有如下结构通式的化合物：(R-X)Y，式中R为 C 8?C2(l的饱和或不饱和的直链或支链烷基；X为C6H4S0 3_、-0-S03_、S03_或C02_ ;Y为H+或碱 金属阳尚子，如：十-烧基苯横酸纳、十7K烧基横酸纳、十八烧基横酸纳、十-烧基硫酸纳、 油酸等。
[0016] 所述阳离子表面活性剂为c8?c2(l的饱和或不饱和直链或支链烷基取代季铵盐， 如：十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵等。
[0017] 所述非离子表面活性剂为c8?c2(l的饱和或不饱和烷基醇聚氧乙烯醚、c 8?C2Q的 饱和或不饱和烧基酚聚氧乙烯醚、Span系列非离子表面活性剂或Tween系列非离子表面活 性剂；如 〇P_7、0P-10、Span-20、Span-40、Span-60、Span-80、Tween60、Tween80 等。
[0018] 所述交联剂在反应组分中也不是必需的，其主要作用在于调节产物的软化点，可 根据产品性能的需要来改变添加量。所述交联剂为：N，N'_亚甲基双丙烯酰胺、二甲基丙烯 酸乙二醇酯、二丙烯酸乙二醇酯、二丙烯酰乙二胺、N，N-二甲基丙烯酰乙二胺或二乙烯基苯 中的任意一种。
[0019] 所述自由基引发剂为：偶氮二异丁腈、偶氮二异丁腈脒盐酸盐、过氧化二苯甲 酰、Na2S208、K2S20 8、（NH4)2S208，也可以是以下氧化剂和还原剂组成的引发剂体系：Na 2S208/ NaHS03、K2S 208/NaHS03、（NH4)2S 208/NaHS03、Na2S20 8/FeS04、K2S208/FeS0 4、（NH4)2S208/FeS0 4、 Na2S208/Na2S 203、K2S208/Na 2S203、（NH4) 2S208/Na2S20 3、Na2S208/Na2S0 3、K2S208/Na2S0 3、（NH4) 2S208/ Na2S03。上述氧化还原引发剂体系中，氧化剂/还原剂的质量比为1 :1?1 :2。
[0020] 由本发明技术方案制得的油基钻井液降滤失剂具有优异的降滤失效果，可在不显 著影响油基钻井液流变性能的基础上实现较高的滤失降低率；另外，该油基钻井液降滤失 剂还具有较强的抗高温性能，在200°C下依然保持良好的降滤失能力。
【专利附图】
【附图说明】：
[0021] 图1为实施例1产品的扫描电镜照片。
【具体实施方式】：
[0022] 实施例1
[0023] (1)在500mL四口圆底烧瓶中，加入100mL水、30g甲基丙烯酸甲酯和lg阳离子表 面活性剂十六烷基三甲基溴化铵，加热至80°C，在氮气保护、300rpm搅拌条件下加入0. 15g 偶氮二异丁腈脒盐酸盐；
[0024] (2)维持80°C，在300rpm搅拌下继续反应4h，即得到所述油基钻井液降滤失剂产 品；
[0025] (3)用电加热鼓风烘箱将产品烘干，再将固体用粉碎机粉碎，过100目筛，得到油 基钻井液降滤失剂成品。
[0026] 实施例2
[0027] (1)在500mL四口圆底烧瓶中，加入100mL水和5g丙烯酸甲酯，加热至60°C，在氮 气保护、400rpm搅拌条件下加入0. lg K2S208 ;
[0028] (2)维持60°C，在400rpm搅拌下继续反应4h，即得到所述油基钻井液降滤失剂产 品；
[0029] (3)用电加热鼓风烘箱将产品烘干，再将固体用粉碎机粉碎，过100目筛，得到油 基钻井液降滤失剂成品。
[0030] 实施例3
[0031] (1)在500mL四口圆底烧瓶中，加入100mL水、30g甲基丙烯酸甲酯、20g甲基丙烯 酸乙酯和lg阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠，加热至40°C，在氮气保护、600rpm搅拌条 件下加入〇. 〇8gK2S208和0. lgNaHS03氧化还原引发体剂系；
[0032] (2)维持40°C，在600rpm搅拌下继续反应4h，即得到所述油基钻井液降滤失剂产 品；
[0033] (3)用电加热鼓风烘箱将产品烘干，再将固体用粉碎机粉碎，过100目筛，得到油 基钻井液降滤失剂成品。
[0034] 实施例4
[0035] (1)在500mL四口圆底烧瓶中，加入100mL水、20g丙烯酸丙酯、20g丙烯酸异丙酯、 20g甲基丙烯酸丙酯、20g甲基丙烯酸丁酯、0. lgN，N'_亚甲基双丙烯酰胺和2g非离子表面 活性剂0P-10,加热至80°C，在氮气保护、800rpm搅拌条件下加入0. lg K2S208 ;
[0036] (2)维持80°C，在800rpm搅拌下继续反应6h，即得到所述油基钻井液降滤失剂产 品；
[0037] (3)用电加热鼓风烘箱将产品烘干，再将固体用粉碎机粉碎，过100目筛，得到油 基钻井液降滤失剂成品。
[0038] 实施例5
[0039] (1)在500mL四口圆底烧瓶中，加入100mL水、10g苯乙烯、20g4-甲基苯乙烯、 20g4-乙基苯乙烯，加热至90°C，在氮气保护、lOOOrpm搅拌条件下加入0. 05g (NH4) 2S208和 0. lg Na2S203 氧化还原引发体剂系；
[0040] (2)维持90°C，在lOOOrpm搅拌下继续反应5h，即得到所述油基钻井液降滤失剂产 品；
[0041] (3)用电加热鼓风烘箱将产品烘干，再将固体用粉碎机粉碎，过100目筛，得到油 基钻井液降滤失剂成品。
[0042] 实施例6
[0043] (1)在500mL四口圆底烧瓶中，加入100mL水、40g苯乙烯、10g甲基丙烯酸甲酯、 0. 5g二乙烯基苯、0. 5g非离子表面活性剂0P-10和0. 5g阴离子表面活性剂十二烷基硫酸 钠，加热至80°C，在氮气保护、1200rpm搅拌条件下加入0. lg偶氮二异丁腈；
[0044] (2)维持80°C，在1200rpm搅拌下继续反应6h，即得到所述油基钻井液降滤失剂产 品；
[0045] (3)用电加热鼓风烘箱将产品烘干，再将固体用粉碎机粉碎，过100目筛，得到油 基钻井液降滤失剂成品。
[0046] 实施例7
[0047] (1)在500mL四口圆底烧瓶中，加入100mL水、20g甲基丙烯酸甲酯、20g苯乙烯和 20g4-甲基苯乙烯，加热至80°C，在氮气保护、700rpm搅拌条件下加入0. 5gK2S208 ;
[0048] (2)维持80°C，在700rpm搅拌下继续反应12h，即得到所述油基钻井液降滤失剂产 品；
[0049] (3)用电加热鼓风烘箱将产品烘干，再将固体用粉碎机粉碎，过100目筛，得到油 基钻井液降滤失剂成品。
[0050] 性能测试：
[0051] (1)扫描电镜观察：对由实施例1获得的油基钻井液降滤失剂固体粉末成品进行 扫描电镜观察，如图1所示，固体粉末在镜下呈现球形结构，平均粒径为730nm。
[0052] (2)性能评价：按如下配方配制钻井液体系：钻井液配方：360mL5号白油+10g有 机土 +l〇g主乳化剂（聚异丁烯丁二酰亚胺）+5g辅乳化剂（硬脂酸酯）+10g油基钻井液 降滤失剂+10gCa0+40mLCaCl 2(20%水溶液）+673g加重剂（重晶石粉），钻井液的密度为 1.90g/cm3。对钻井液体系的表观粘度（AV)、塑性粘度（PV)、动切力（YP)、高温高压降滤失 量（HTHP FL，于200°C，3. 5MPa下测定）以及破乳电压（ES)进行测定，并与空白体系（不添 加油基钻井液降滤失剂的上述钻井液体系）进行比较。结果见表1。
[0053] 表1钻井液性能测试比较结果
[0054]
【权利要求】
1. 一种油基钻井液降滤失剂，其特征在于：由以下质量分数的组分制成： 油溶性单体 3%?50% 表面活性剂 〇?5% 交联剂 0?5% 自由基引发剂 0.005%?2% 余重为水。
2. 根据权利要求1所述的油基钻井液降滤失剂，其特征在于：所述油溶性单体为丙烯 酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸-2-乙基己酯、甲基 丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异丙酯、甲 基丙烯酸-2-乙基己酯、苯乙烯、4-甲基苯乙烯、4-甲氧基苯乙烯、3, 4-二甲氧基苯乙烯、 2-甲基苯乙稀、a -甲基苯乙稀、4-乙基苯乙稀、4-正半基苯乙稀，4-二氣甲基苯乙稀、对 氯苯乙烯、对氟苯乙烯中的任意一种或多种以任意比例组成的混合物。
3. 根据权利要求1所述的油基钻井液降滤失剂，其特征在于：所述表面活性剂为阴离 子表面活性剂、阳离子表面活性剂或非离子表面活性剂中的任意一种或多种以任意比例组 成的混合物。
4. 根据权利要求3所述的油基钻井液降滤失剂，其特征在于：所述阴离子表面活性剂 为具有如下结构通式的化合物：(R-X) Y，式中R为C8?C2tl的饱和或不饱和的直链或支链烷 基；X为C6H4SO3' -O-SO3' SCV或CCV ;Y为H+或碱金属阳离子。
5. 根据权利要求3所述的油基钻井液降滤失剂，其特征在于：所述阳离子表面活性剂 为C8?C2tl的饱和或不饱和直链或支链烷基取代季铵盐。
6. 根据权利要求3所述的油基钻井液降滤失剂，其特征在于：所述非离子表面活性剂 为C8?C2tl的饱和或不饱和烷基醇聚氧乙烯醚、C8?C2tl的饱和或不饱和烷基酚聚氧乙烯 醚、Span系列非离子表面活性剂或Tween系列非离子表面活性剂。
7. 根据权利要求1所述的油基钻井液降滤失剂，其特征在于：所述交联剂为N，N' -亚 甲基双丙烯酰胺、二甲基丙烯酸乙二醇酯、二丙烯酸乙二醇酯、二丙烯酰乙二胺、N，N-二甲 基丙烯酰乙二胺或二乙烯基苯。
8. 根据权利要求1所述的油基钻井液降滤失剂，其特征在于：所述自由基引发剂为偶 氮二异丁腈、偶氮二异丁腈脒盐酸盐、过氧化二苯甲酰、Na2S208、K 2S208、（NH4)2S 2O8，或以下氧 化 / 还原引发体系中的任意一种：Na2S208/NaHS0 3、K2S208/NaHS03、(NH 4)2S208/NaHS03、Na 2S208/ FeSO4, K2S208/FeS04, (NH4) 2S208/FeS04, Na2S208/Na2S20 3, K2S208/Na2S20 3, (NH4) 2S208/Na2S20 3, Na2S208/Na2S03、K 2S208/Na2S03、（NH 4) 2S208/Na2S03,所述氧化/还原引发体系中，氧化剂与还原 剂的质量比为1 :1?1 :2。
9. 一种权利要求1所述油基钻井液降滤失剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤： (1)将所述油溶性单体、表面活性剂、交联剂和水混合后加热至30?90°C，之后在氮气 保护以及不低于300rpm的搅拌下加入所述自由基引发剂； (2)维持加热后的温度，在不低于300rpm的搅拌下继续反应1?12h，即得到所述油基 钻井液降滤失剂产品。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：还包括如下后续加工步骤：将所述油基 钻井液降滤失剂产品烘干、粉碎，过100目筛，得到固体粉末成品。
【文档编号】C08F212/12GK104327808SQ201410577838
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月24日 优先权日:2014年10月24日
【发明者】解洪祥, 左凤江, 王绪美, 刘艳, 薛丽, 刘学玲, 贾东民, 赵福祥, 贾立军, 刘彦妹 申请人:中国石油集团渤海钻探工程有限公司