一种钻井液用抗盐抗钙降滤失剂及其制备方法
【专利摘要】本发明公开一种钻井液用抗盐抗钙降滤失剂及其制备方法，由2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸、丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化铵以m(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸)：m(丙烯酸)：m(丙烯酰胺)：m(二甲基二烯丙基氯化铵)：m(引发剂)：m(分子量控制剂)＝(40～60)：(6-10)：(30～40)：(5～9)：(1～2)：(0.1～0.5)组成的原料和水制成。本发明制备方法制备出来的钻井液用抗盐抗钙降滤失剂分子量大幅增加，使得其包被性、抑制性、热稳定性与抗盐钙污染能力得到较大的提高，而且所述钻井液用抗盐抗钙降滤失剂可以使钻井液的流变性得到大大的提高，且所述钻井液用抗盐抗钙降滤失剂在150～180℃仍具有良好的抗温效果。
【专利说明】一种钻井液用抗盐抗钙降滤失剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种钻井液用降滤失剂及其制备方法，特别涉及一种钻井液用抗盐抗 钙降滤失剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 钻井液是用量最大的油田化学品之一，而降滤失剂则是钻井液中非常重要的一种 添加剂。钻井液滤失量过大时不仅会导致钻井液的流失，还会导致井壁坍塌，污染储层等严 重后果。降滤失剂的加入可以明显降低钻井液的滤失量，维护稳定井壁，确保钻井能快速安 全地进行。而随着石油资源消耗以及人们生产生活对石油不断增长的需求，采用深井和超 深井对更深地层油气的开采利用已经成为必然。但随着地层深度的增加，地层结构也逐渐 变得复杂，这就给钻井增加了困难，而且钻井过程中经常会遇到高压油气层和盐水层，这对 钻井液的抗盐性能提出了新的要求。而现有降滤失剂已满足不了复杂地层及较深地层钻井 对钻井液的要求，尤其是抗盐抗钙能力。
【发明内容】
[0003] 有鉴于此，本发明在于提供一种可以满足深层钻井对降滤失剂抗盐抗钙能力要求 的钻井液用抗盐抗钙降滤失剂及其制备方法，制得的钻井液用抗盐抗钙降滤失剂不仅具有 良好的抗盐性能、抗钙性能，而且热稳定性好，对环境无污染。
[0004] 为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：一种钻井液用抗盐抗钙降滤失剂，由 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸、丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵、引发剂和分子量 控制剂以质量比为m(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸）：m(丙烯酸）：m(丙烯酰胺）：m(二甲 基二烯丙基氯化铵）：m(引发剂）：m(分子量控制剂）=(40?60) "6-10) :(30?40): (5?9) : (1?2) : (0· 1?0· 5)组成的原料和水制成。
[0005] 上述钻井液用抗盐抗钙降滤失剂，m(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸）：m(丙烯酸）： m(丙稀酰胺）：m(二甲基二稀丙基氯化按）：m(引发剂）：m(分子量控制剂）=50 :8 :35 : 7 :1. 4 :0· 2〇
[0006] 钻井液用抗盐抗钙降滤失剂的制备方法，包括如下步骤：
[0007] (1)按照质量之比为m(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸）：m(丙烯酸）：m(丙烯酰胺）： m(二甲基二稀丙基氯化按）：m(引发剂）：m(分子量控制剂）=(40?60) :(6-10) :(30? 40) : (5 ?9) : (1 ?2) : (0. 1 ?0. 5)准备原料；
[0008] (2)将步骤⑴称量好的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和丙烯酸溶于水中形成阴离 子单体溶液，并用氢氧化钠溶液将所述阴离子单体溶液的PH调至8?9 ;
[0009] (3)将配制好的阴离子单体溶液加入通氮气反应容器内，搅拌，然后依次加入步骤 (1)称量好的丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化铵，搅拌均匀，将所述反应容器内的溶液升温 至63?67°C，然后再向溶液内依次加入分子质量控制剂和引发剂，然后将通氮气反应容器 内的溶液温度升至70?80 °C，恒温2?5h。
[0010] 上述钻井液用抗盐抗钙降滤失剂的制备方法，所述引发剂包括氧化剂和还原剂， 所述氧化剂为过硫酸铵和过硫酸钾中的一种或两种，所述还原剂为亚硫酸钠和亚硫酸氢钠 中的一种或两种。
[0011] 上述钻井液用抗盐抗钙降滤失剂的制备方法，步骤（3)中：所述氧化剂和所述还 原剂分别溶解在水中配制成氧化引发剂溶液和还原引发剂溶液；在所述氧化引发剂溶液 中：所述氧化剂的质量百分比浓度为3% -8% ;在所述还原引发剂溶液中：所述还原剂的质 量百分比浓度为2% -6%。
[0012] 上述钻井液用抗盐抗钙降滤失剂的制备方法，所述分子质量控制剂为异丙醇。
[0013] 上述钻井液用抗盐抗钙降滤失剂的制备方法，步骤（2)中所用氢氧化钠溶液的质 量百分比浓度为40%。
[0014] 上述钻井液用抗盐抗钙降滤失剂的制备方法，步骤（3)中所述通氮气反应容器应 预先加入体积为所述通氮气反应容器体积五分之一的去离子水，然后通氮气10?20min， 然后搅拌4?6min，搅拌速度为200?400r/min。
[0015] 上述钻井液用抗盐抗钙降滤失剂的制备方法，向所述通氮气反应容器内加入所述 引发剂所需时间为大于Omin且小于或等于5min。
[0016] 上述钻井液用抗盐抗钙降滤失剂的制备方法，包括如下步骤：
[0017] (1)分别称量50克2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、8克丙烯酸、35克丙烯酰胺、7克 二甲基二烯丙基氯化铵、0. 8g过硫酸铵、0. 6克亚硫酸钠和0. 2克异丙醇；
[0018] (2)将步骤（1)称量好的50克2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和8克丙烯酸溶于200 克去离子水中形成阴离子单体溶液，然后用质量分数为40%的氢氧化钠溶液将所述阴离子 单体溶液的pH调至8?9 ;
[0019] (3)将步骤（1)称量好的过硫酸铵和亚硫酸钠分别溶于13克水中形成氧化引发 剂溶液和还原引发剂溶液；在配置有搅拌装置、冷凝管和氮气通入装置的500mL四口烧瓶 中，加入IOOmL去离子水，然后通氮气15min，搅拌5min，搅拌速度为300r/min ;再在搅拌条 件下将步骤（2)配好的阴离子单体溶液加入所述四口烧瓶中，搅拌15min ;然后在搅拌条件 下依次加入步骤（1)称量好的丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化铵，再将所述四口烧瓶中的 溶液升温至65°C ;然后加入异丙醇并搅拌3-5min，再在搅拌条件下同时分别将配好的氧化 引发剂溶液和还原引发剂溶液滴加进所述四口烧瓶中，氧化引发剂溶液和还原引发剂溶液 均在5min内滴加完毕，然后将所述四口烧瓶中的溶液升温至72°C，并恒温3-4小时，即得成 品。
[0020] 本发明制备出来的钻井液用抗盐抗钙降滤失剂具有以下优点：
[0021 ] 1.本发明的制备方法利用已知的化工原料，通过不同的合成方法、过程控制和原 料配比等，使得所合成的产品具有不同的特性，使得适合于高盐，高钙地层的降滤失。本发 明制得的目标产品具有较强的抗钙、镁等二价离子的能力，在2. 5%浓度的氯化钙溶液或 1. 7%氯化镁+0. 5%的氯化钙（仿海水）等基浆中仍然具有较好的降滤失效果。这是由于： 本发明制得的目标产品是一种即含有阳离子基团，又含有阴离子基团的高分子材料，即两 性离子聚合物；本发明的制备方法可以调节大分子链上的正负电荷数目，使之形成"反聚电 解质效应"，提高产品的抗盐性和抗钙性。
[0022] 另外，水溶性阴离子单体2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯酸（AMPS)易溶于水，可进一 步提高聚合物的溶解性，从而可相应提高聚合物中疏水单体含量，增强疏水效应。并且AMPS 单体极易与其它烯类单体共聚，且反应后生成的目标产品分子中含有对盐钙不敏感的-SO3 基团，因而可进一步提高所得目标产品的抗盐钙性。
[0023] 2.本发明制备的钻井液用抗盐抗钙降滤失剂还具有较高的抗温性能，而且在 150?180°C仍具有良好的抗温效果。
[0024] 3.由于目标产品的分子量大幅增加，使得本发明的钻井液用抗盐抗钙降滤失剂的 包被性、抑制性、热稳定性与抗盐钙污染能力得到了较大的提高，而且本发明的钻井液用抗 盐抗钙降滤失剂可以使钻井液的流变性得到大大的提高。
[0025] 4.分子量控制剂异丙醇不会散发出难闻的气味，环境友好，制备过程中不会影响 技术人员作业。
[0026] 5.反应完即得目标产品，不需对反应产物进行后处理，施工方便，成本低廉。
【具体实施方式】
[0027] 本实施例钻井液用抗盐抗钙降滤失剂的制备方法如下：
[0028]
[0029] (1)分别称量50克2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、8克丙烯酸、35克丙烯酰胺、7克 二甲基二烯丙基氯化铵、0. 8g过硫酸铵、0. 6克亚硫酸钠和0. 2克异丙醇；
[0030] (2)将步骤（1)称量好的50克2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和8克丙烯酸溶于200 克去离子水中形成阴离子单体溶液，然后用质量分数为40%的氢氧化钠溶液将所述阴离子 单体溶液的pH调至8?9 ;
[0031] (3)将步骤（1)称量好的过硫酸铵和亚硫酸钠分别溶于13克水中形成氧化引发 剂溶液和还原引发剂溶液；在配置有搅拌装置、冷凝管和氮气通入装置的500mL四口烧瓶 中，加入IOOmL去离子水，然后通氮气15min，搅拌5min，搅拌速度为300r/min ;再在搅拌条 件下将步骤（2)配好的阴离子单体溶液加入所述四口烧瓶中，搅拌15min ;然后在搅拌条件 下依次加入步骤（1)称量好的丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化铵，再将所述四口烧瓶中的 溶液升温至65°C ;然后加入异丙醇并搅拌5min，再在搅拌条件下同时分别将配好的氧化引 发剂溶液和还原引发剂溶液滴加进所述四口烧瓶中，氧化引发剂溶液和还原引发剂溶液均 在5min内滴加完毕，然后将所述四口烧瓶中的溶液升温至72°C，并恒温3-4小时，即得成 品。
[0032] 本实施例制各m来的钴井液用抗盐抗钙降滤失剂的件能评价:
[0033] (1)本实施例制各m来的钴井液用抗盐抗钙降滤失剂抗钙件能评价：
[0034] 实验配方：2. 5% CaCl2基浆+1. 5%钻井液用抗盐抗钙降滤失剂。
[0035] 其中，所述2. 5% CaCl2S浆为每IOOmL水中加入15克钠基膨润土和2. 5克CaCl 2 充分搅拌均匀，在室温条件下经过24小时水化制成的基浆；所述1. 5%钻井液用抗盐抗钙 降滤失剂是以质量体积百分数计，即每IOOmL基浆中加入1. 5克钻井液用抗盐抗钙降滤失 剂。
[0036] 按所述实验配方配制6份添加有1. 5%钻井液用抗盐抗钙降滤失剂的钻井液（简 称第一加样浆），将6份所述第一加样浆分别在室温条件下，按GB/T16783规定的测定方法 测试其流变和失水性能，然后回收至老化罐中，再分别在120°C、150°C、180°C条件下热滚 16h (简化为120/16K150/16K 180°C /16h)，待钻井液冷却至室温后再分别回收至洁净的 泥衆杯中，高速搅拌5min，按GB/T16783规定的测定方法测试热滚后的所述第一加样衆的 流变和失水性能，具体数据见表1。
[0037] 表 1
[0038]
【权利要求】
1. 一种钻井液用抗盐抗钙降滤失剂，其特征在于，由2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙 烯酸、丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵、引发剂和分子量控制剂以质量比为m(2-丙烯酰 胺-2-甲基丙磺酸）：m(丙烯酸）：m(丙烯酰胺）：m(二甲基二烯丙基氯化铵）：m(引发剂）： m(分子量控制剂）=(40 ?60) : (6-10) : (30 ?40) : (5 ?9) : (1 ?2) : (0? 1 ?0? 5)组 成的原料和水制成。
2. 根据权利要求1所述的钻井液用抗盐抗钙降滤失剂，其特征在于，m(2-丙烯酰 胺-2-甲基丙磺酸）：m(丙烯酸）：m(丙烯酰胺）：m(二甲基二烯丙基氯化铵）：m(引发剂）： m(分子量控制剂）=50 :8 :35 :7 :1. 4 :0? 2。
3. 钻井液用抗盐抗钙降滤失剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： (1) 按照质量之比为m(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸）：m(丙烯酸）：m(丙烯酰胺）： m(二甲基二稀丙基氯化按）：m(引发剂）：m(分子量控制剂）=(40?60) :(6-10) :(30? 40) : (5 ?9) : (1 ?2) : (0. 1 ?0. 5)准备原料； (2) 将步骤（1)称量好的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和丙烯酸溶于水中形成阴离子单 体溶液，并用氢氧化钠溶液将所述阴离子单体溶液的pH调至8?9 ; (3) 将配制好的阴离子单体溶液加入通氮气反应容器内，搅拌，然后依次加入步骤（1) 称量好的丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化铵，搅拌均匀，将所述反应容器内的溶液升温至 63?67°C，然后再向溶液内依次加入分子质量控制剂和引发剂，然后将通氮气反应容器内 的溶液温度升至70?80 °C，恒温2?5h。
4. 根据权利要求3所述的钻井液用抗盐抗钙降滤失剂的制备方法，其特征在于，所述 引发剂包括氧化剂和还原剂，所述氧化剂为过硫酸铵和过硫酸钾中的一种或两种，所述还 原剂为亚硫酸钠和亚硫酸氢钠中的一种或两种。
5. 根据权利要求4所述的钻井液用抗盐抗钙降滤失剂的制备方法，其特征在于，步骤 (3)中：所述氧化剂和所述还原剂分别溶解在水中配制成氧化引发剂溶液和还原引发剂溶 液；在所述氧化引发剂溶液中：所述氧化剂的质量百分比浓度为3% -8% ;在所述还原引发 剂溶液中：所述还原剂的质量百分比浓度为2% -6%。
6. 根据权利要求3所述的钻井液用抗盐抗钙降滤失剂的制备方法，其特征在于，所述 分子质量控制剂为异丙醇。
7. 根据权利要求3所述的钻井液用抗盐抗钙降滤失剂的制备方法，其特征在于，步骤 (2) 中所用氢氧化钠溶液的质量百分比浓度为40%。
8. 根据权利要求3所述的钻井液用抗盐抗钙降滤失剂的制备方法，其特征在于，步骤 (3) 中所述通氮气反应容器应预先加入体积为所述通氮气反应容器体积五分之一的去离子 水，然后通氮气10?20min，然后搅拌4?6min，搅拌速度为200?400r/min。
9. 根据权利要求3所述的钻井液用抗盐抗钙降滤失剂的制备方法，其特征在于，向所 述通氮气反应容器内加入所述引发剂所需时间为大于Omin且小于或等于5min。
10. 根据权利要求3?9任一所述的钻井液用抗盐抗钙降滤失剂的制备方法，其特征在 于，包括如下步骤： (1) 分别称量50克2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、8克丙烯酸、35克丙烯酰胺、7克二甲 基二烯丙基氯化铵、0. 8g过硫酸铵、0. 6克亚硫酸钠和0. 2克异丙醇； (2) 将步骤（1)称量好的50克2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和8克丙烯酸溶于200克 去离子水中形成阴离子单体溶液，然后用质量分数为40%的氢氧化钠溶液将所述阴离子单 体溶液的pH调至8?9 ; (3)将步骤（1)称量好的过硫酸铵和亚硫酸钠分别溶于13克水中形成氧化引发剂溶液 和还原引发剂溶液；在配置有搅拌装置、冷凝管和氮气通入装置的500mL四口烧瓶中，加入 100mL去离子水，然后通氮气15min，搅拌5min，搅拌速度为300r/min ;再在搅拌条件下将步 骤（2)配好的阴离子单体溶液加入所述四口烧瓶中，搅拌15min ;然后在搅拌条件下依次加 入步骤（1)称量好的丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化铵，再将所述四口烧瓶中的溶液升温 至65°C ;然后加入异丙醇并搅拌3-5min，再在搅拌条件下同时分别将配好的氧化引发剂溶 液和还原引发剂溶液滴加进所述四口烧瓶中，氧化引发剂溶液和还原引发剂溶液均在5min 内滴加完毕，然后将所述四口烧瓶中的溶液升温至72°C，并恒温3-4小时，即得成品。
【文档编号】C08F220/58GK104497995SQ201410777862
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月16日 优先权日:2014年12月16日
【发明者】王欣, 张金龙, 周文欣, 张晓坡, 徐云鹏, 柴奎, 冯素敏 申请人:北京奥凯立科技发展股份有限公司