专利名称：一种钻井液用高温高盐降滤失剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种石油钻井施工用的钻井液用降滤失剂，更具体地说，是一种聚合物型的抗高温高盐的钻井液降滤失剂及其制备方法，可用于高温高盐地层的钻井施工。
背景技术：
降滤失剂是石油钻井过程中重要的钻井液处理剂，通过在井壁上形成低渗透率、 柔韧、薄而致密的滤饼，尽可能降低钻井液的滤失量，减少有害液体向地层滤失，以保证钻井的顺利进行。随着世界能源需求的增加和钻探技术的发展，钻遇的地层日趋复杂，特殊井、超深井和复杂井数量增加，对钻井液工艺技术提出了越来越高的要求。由于深井井底温度可达200°C以上，对水基钻井液性能的影响十分显著，因而深井水基钻井液的主要问题是抗高温，其核心就是抗高温的处理剂。聚合物降滤失剂是保证钻井液性能的关键处理剂之一，目前现场应用的聚合物降滤失剂由于相对分子质量高，为了在盐水钻井液和高温条件下起到降滤失作用，就必须提高加入量，但当加入量增大时会使钻井液粘度提高，给现场应用带来麻烦，限制了聚合物处理剂的应用；现有的聚合物降滤失剂抗温能力不够，导致钻井液体系在高温环境中流变性发生较大变化，高温时表现为稠化或降解，使钻井施工不能顺利进行。现有的高温高盐降滤失剂磺化酚醛树脂(SMP)等基本可以满足200°C以内钻井的需求，但是不能满足超高温条件下盐水和饱和盐水钻井液的高温高压滤失量及流变性控制的需要。现有技术已经开发了多种适合不同地层条件的抗高温降滤失剂，并在现场得到了应用。王中华等在“超高温钻井液体系研究(II)-聚合物降滤失剂的合成与性能评价” 《石油钻探技术》(PETROLEUM DRILLING TECHNIQUES 2009.7)中介绍了采用丙烯酰氧丁基磺酸、2-丙烯酰氧-2-乙烯基甲基丙磺酸钠和N，N- 二甲基丙烯酰胺与丙烯酰胺、丙烯酸等单体共聚，合成了不同组成及不同相对分子质量的聚合物处理剂，该处理剂热稳定性好，在淡水、盐水钻井液中均具有较好的降滤失作用。孙金声等在“抗高温成膜降滤失剂CMJ-I的研制及其性能”《石油钻探技术》(PETROLEUM DRILLING TECHNIQUES 2004.3)中介绍了以乙烯、乙酸、甲醇和磺化剂为主要原料，通过高温氧化、酯化、聚合、醇解及磺化合成了一种新型抗高温水基钻井液降滤失剂CMJ-1，能形成致密隔离膜，抗温达180°C。US 5，789，349公开了一种含有可控交联聚合物降失水剂的改进型水基钻井液体系，具有较好的热稳定性，其中可控交联聚合物是由丙烯酰胺、含有磺酸基的单体、阴离子型的非磺酸基单体以及一定浓度的交联剂共聚而成，抗温可达到200°C。US 6，465，587公开了一种可以用于控制钻井流体性能的共聚物，由丙烯酰胺、3_a Ilyloxyhydroxypropanesulfonate(AHPS)和其他单体聚合而成，AHPS单体在高PH值和饱和盐条件下热稳定性和水解稳定性好，特别适用于高温下水泥浆的流变性和滤失量的控制。
US 7，651，980公开了一种能够控制高温滤失、主要由含丙烯酰胺的单体共聚而成的水溶性聚合物组成的水基钻井液体系，该体系由淡水、(21 58) kg/m3浓度的封堵剂以及一定量的桥堵剂组成，具有良好的流变特性，其中桥堵剂由水溶性聚合物构成，在钻遇含一价盐浓度不高于IOOOOppm的地层时，该钻井液具有良好的降滤失特性，钻井液经260°C静态老化16h后，HTHP(149°C )滤失量不大于25ml。总体说来，随着钻遇地层的日趋复杂，深井、超深井越来越多，井底温度可达 (200 250) ！或更高，对钻井液性能提出了更高的要求，降滤失剂是保证钻井液性能的关键处理剂之一。现有技术的聚合物降滤失剂相对分子质量高，为了在盐水钻井液和高温条件下起到降滤失作用，就必须提高加入量，由此带来的不利影响或者是使钻井液粘度提高， 或者由于聚合物的高温稠化或降解导致钻井液体系的流变性不易控制。现有的高温高压降滤失剂磺化酚醛树脂(SMP)等基本可以满足200°C以内钻井的需求，但是不能满足超高温条件下盐水和饱和盐水钻井液高温高压滤失量及流变性控制的需要。
发明内容
本发明为了克服现有技术的缺陷，提供一种降滤失剂及其制备方法，该种降滤失剂具有一定的分子量范围、能够控制钻井液的高温稠化，并具有很好的抗盐、抗钙污染能力，可应用于井底温度高QOO 250) °C、以及高盐(饱和盐)环境下的钻井施工中，通过在井壁上形成低渗透率、柔韧、薄而致密的滤饼，降低钻井液的滤失量，减少有害液体向地层滤失。本发明的目的之一在于提供上述的降滤失剂，该降滤失剂在高温高盐条件下具有较好的降滤失特性。本发明的一种钻井液用高温高盐降滤失剂，是由丙烯酰胺、丙烯酸、含有丙烯酰氧基的烷基磺酸盐的聚合单体经共聚反应而得的无规共聚物，该共聚物具有以下结构通式
R
I
^CH2-CH ]b [ CH2-C^^
CONH2COOMC=O
I
0
1
(JH-CCHa)IiCH3 CH 厂 SQ3M其中，M 为 Na+或 K+;R 为 H 或 CH3 ;n = 0、1、2 ；其中当 η = 0 时，R 为 H ；a b C = O 8) 1 (0. 5 5. 0)，其共聚物的相对分子质量为(50 70)万。本发明的目的之二在于提供所述的钻井液用高温高盐降滤失剂的制备方法。本发明的制备方法包括以下制备步骤(1)将聚合单体加入盛有水的反应器中，所述聚合单体为丙烯酰胺、丙烯酸和含有丙烯酰氧基的烷基磺酸盐；加入分子量调节剂，并在该水溶液中加入碱性物质来调节聚合体系的PH值为碱性；其中，所述的碱性物质可选用现有技术中常用的调节pH值的碱性物质，优选为氢氧化钠、氢氧化钾等；(2)向聚合体系中加入引发剂，引发聚合反应；(3)将步骤⑵中得到的共聚物剪切造粒、烘干、粉碎。其中，所述制备方法步骤(1)中的聚合单体的加入量，即丙烯酸、丙烯酰胺与含有丙烯酰氧基的烷基磺酸盐的加入量的重量比为1 0 8) 0 10)，优选1 (3 6) 0 8)。其中所述的含有丙烯酰氧基的烷基磺酸盐是一种耐温抗盐的单体，其结构通式如下
权利要求
1.一种钻井液用高温高盐降滤失剂，其特征在于所述的降滤失剂为一种无规共聚物，该共聚物具有以下结构通式
2.如权利要求1所述的降滤失剂的制备方法，包括以下制备步骤(1)将聚合单体加入盛有水的反应器中，所述聚合单体为丙烯酰胺、丙烯酸和含有丙烯酰氧基的烷基磺酸盐；加入分子量调节剂，并在该水溶液中加入碱性物质来调节聚合体系的PH值为碱性；(2)向聚合体系中加入引发剂，引发聚合反应；(3)将步骤O)中得到的共聚物剪切造粒、烘干、粉碎。
3.如权利要求2所述的降滤失剂的制备方法，其特征在于所述降滤失剂的制备方法步骤(1)中的聚合单体加入量，即丙烯酸、丙烯酰胺与含有丙烯酰氧基的烷基磺酸盐的加入量的重量比为1 0 8) 0 10)。
4.如权利要求3所述的降滤失剂的制备方法，其特征在于所述降滤失剂的制备方法步骤(1)中的聚合单体加入量，即丙烯酸、丙烯酰胺与含有丙烯酰氧基的烷基磺酸盐的加入量的重量比为1 (3 6) 0 8)。
5.如权利要求2所述的降滤失剂的制备方法，其特征在于所述降滤失剂的制备方法步骤(1)中的分子量调节剂为C3 C12硫醇类化合物，其用量为聚合单体总量的(o. 1 1. 0)wt%。
6.如权利要求2所述的降滤失剂的制备方法，其特征在于所述降滤失剂的制备方法步骤O)中的引发剂为氧化-还原引发剂，由氧化剂和还原剂构成，其用量为聚合单体总量的(0. 4 3. 0)wt%，其中所述的氧化剂与还原剂的重量比为(0. 5 2. 0) 1。
7.如权利要求6所述的降滤失剂的制备方法，其特征在于所述的引发剂中的氧化剂选自过硫酸钾、过硫酸铵、双氧水中的至少一种； 所述的引发剂中的还原剂选自亚硫酸氢钠、亚硫酸钠、硫代硫酸钠、四甲基乙二胺、氯化亚铁、氯化亚铜中的至少一种。
8.如权利要求2 7之一所述的降滤失剂的制备方法，其特征在于所述降滤失剂的聚合反应的起始温度为20 70°C，反应温度为50 95°C ； 所述降滤失剂的聚合体系的PH值为9. 0 11. 0。
9.如权利要求8所述的降滤失剂的制备方法，其特征在于 所述降滤失剂的聚合反应的时间为10 25分钟。
全文摘要
本发明提供一种钻井液用高温高盐降滤失剂及其制备方法。本发明的降滤失剂，由丙烯酰胺、丙烯酸、含有丙烯酰氧基的烷基磺酸盐经共聚反应而得，为一种无规共聚物，该共聚物的相对分子质量为50～70万，其中共聚物中丙烯酰胺组分、丙烯酸组分和含有丙烯酰氧基的烷基磺酸盐组分的摩尔比为(2～8)∶1∶(0.5～5.0)。本发明的高温高盐降滤失剂在高温高盐条件下具有较好的降滤失特性，且在水溶液中溶解速度快，应用非常方便。
文档编号C09K8/035GK102559156SQ20111030002
公开日2012年7月11日 申请日期2011年9月29日 优先权日2010年9月29日
发明者任立伟, 李家芬, 李胜, 杨小华, 王显光, 王琳, 苏长明, 钱晓琳 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工程技术研究院