钻井液用抗高温抗复合盐聚合物的降失水剂及其制备方法
【专利摘要】本发明提出了一种钻井液用抗高温抗复合盐聚合物的降失水剂及其制备方法。它由以下重量百分比的原料组成：丙烯酸10-15%，氢氧化钠6-8.5%，去离子水60-65%，丙烯酰胺4-8%，四苯乙烯磺酸钠5-6%，N-乙烯基吡咯烷酮6-8%，引发剂0.1-0.5%。与现有技术相比，本发明的有益效果是它能显著降低钻井液高温高压滤失量，同时整体提高钻井液体系的抗温及抗盐钙污染能力。并通过改善泥饼质量，提高渗透率恢复值，有效保护油气层。能抗180℃高温及复合盐，可用作深井、钻进盐膏层和海水钻井的降失水剂。
【专利说明】钻井液用抗高温抗复合盐聚合物的降失水剂及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种降失水剂，特别涉及一种钻井液用抗高温抗复合盐聚合物的降失水剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着油气井钻探深度的增加，井底温度、压力不断升高，对钻井液处理剂的要求越来越高。由于超深井所钻遇的地层复杂、井下高温高压以及作业周期长等，对钻井液技术提出了更高的要求。高温超深井钻井液所面临的主要技术难题如下:第一，钻井液高温稳定性问题尤为突出。因为在高温作用下，钻井液中的主要有机处理剂可逐渐变质、降解和失效，如淀粉类处理剂在温度超过120°C时容易发酵，纤维素类和常用高聚合物类处理剂在温度超过140°C时就会降解失效等。高温下这些处理剂的物理、化学作用，最终引起钻井液性能的变化或失效，可导致钻井工程无法正常进行。第二，高固相含量下的钻井液流变性及滤失性难以控制。高的地层压力要求钻井液必须高密度，固相含量也相当高，且固相粒度级配不合理时，使得钻井液流变性及滤失性更难控制。为保持高温高密度钻井液的性能稳定，不得不加入多种较高浓度的处理剂，但由于各类处理剂间的高温复杂反应，使钻井液性能难以维护和调控。第三，往往要钻遇多套压力层系地层，安全密度窗窄，地层承压能力差，塌、漏、卡等复杂情况共存。另外，常遇到的盐膏泥混层的井壁稳定问题较突出，这对钻井液的抗盐、抗钙、抗固相污染能力提出了更高的要求。
[0003]在国内，高温超深井数量近年越来越多。降失水剂是用量最大的钻井液处理剂之一。为实现钻井作业的安全快速与较高的综合效益，要求钻井液具有合适的滤失造壁性能，因而降滤失剂成为产销量最大、研究开发最活跃的钻井液处理剂之一。钻井液在深井高温条件下能否保持较低的滤失量，关键要看降滤失剂的耐温性是否良好。对于钻穿高含钙地层用的或用海水处理的钻井液 ，要保证钻井液的性能符合要求，必须研制抗盐钙的降滤失剂。
【发明内容】
[0004]本发明提出了一种钻井液用抗高温抗复合盐聚合物的降失水剂及其制备方法，解决了现有技术中的不足，针对目前国内使用的钻井液用降失水剂普遍存在抗盐、抗高温能力差的缺陷，以丙烯酸、丙烯酰胺、四苯乙烯磺酸钠和N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)为改性单体，合成了抗高温抗复合盐四元共聚物降失水剂。
[0005]本发明的技术方案是这样实现的:一种钻井液用抗高温抗复合盐聚合物的降失水剂，它由以下重量百分比的原料组成:丙烯酸10-15%，氢氧化钠6-8.5%，去离子水60-65%，丙烯酰胺4-8%，四苯乙烯磺酸钠5-6%，N-乙烯基吡咯烷酮6-8%，引发剂0.1-0.5%。
[0006]进一步的，它由以下重量百分比的原料组成:丙烯酸12-13%，氢氧化钠7-8%，去离子水62-63%，丙烯酰胺5-7%，四苯乙烯磺酸钠5.2-5.8%，N-乙烯基吡咯烷酮6.5-7.5%，引发剂 0.2-0.4%ο[0007]更进一步的，它由以下重量百分比的原料组成:丙烯酸12.2%，氢氧化钠7.2%，去离子水62.3%，丙烯酰胺5.5%，四苯乙烯磺酸钠5.5%，N-乙烯基吡咯烷酮7%，引发剂0.3%。
[0008]进一步的，所述弓丨发剂为氧化还原引发体系。
[0009]进一步的，所述氧化还原引发体系为过硫酸盐-亚硫酸氢盐引发体系或过硫酸盐-亚硫酸盐引发体系。 [0010]进一步的，所述过硫酸盐-亚硫酸氢盐引发体系中过硫酸盐和亚硫酸氢盐加入的重量比为1:1。
[0011]进一步的，所述过硫酸盐-亚硫酸盐引发体系中过硫酸盐和亚硫酸盐加入的重量比为1:1
[0012]更进一步的，所述过硫酸盐为过硫酸铵或过硫酸钾；所述亚硫酸氢盐为亚硫酸氢钠；所述亚硫酸盐为亚硫酸钠。
[0013]上述的钻井液用抗高温抗复合盐聚合物的降失水剂的制备方法，它包括以下步骤:
[0014](I)将引发剂用去离子水重量的20-30%溶解，待用；
[0015](2)将丙烯酸加入反应釜中，在冷却的条件下加入氢氧化钠至反应釜中中和PH值至6.5-7.5，然后依次加入剩下的去离子水、丙烯酰胺、四苯乙烯磺酸钠和N-乙烯基吡咯烷酮，搅拌加热至55-65°C ；
[0016](3 )将步骤(1)中溶解的引发剂加入到反应釜中，在55-65 °C下保温搅拌7_9小时，得到无色透明或浅黄色粘稠液体，继续在55-65°C下保温搅拌1.5-2.5小时，灌装出料。
[0017]进一步的，所述步骤(2 )中将丙烯酸加入反应釜中，在冷却的条件下加入氢氧化钠至反应釜中中和PH值至7.0。
[0018]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0019](I)本发明中的钻井液用抗高温抗复合盐聚合物降失水剂因带有内酰胺基等官能团，具有良好的抗温性，能抗180°C高温；
[0020](2)本发明中的钻井液用抗高温抗复合盐聚合物降失水剂携带对盐不敏感的基团，所以具有较好的抗盐钙性能；
[0021](3)本发明中的钻井液用抗高温抗复合盐聚合物降失水剂通过改善体系中颗粒粒径级配，增强滤饼可压缩性从而降低滤饼渗透率，提高渗透率恢复值，大幅提高油气层保护效果；
[0022](4)本发明中的钻井液用抗高温抗复合盐聚合物降失水剂能有效降低钻井液体系滤失量，与常规处理剂配伍性好，可满足深井、钻进盐膏层和海水钻井的工艺要求。
[0023](5)本发明中的钻井液用抗高温抗复合盐聚合物降失水剂能有效降低摩阻，具有良好的润滑性能；
[0024](6)钻井液用抗高温抗复合盐聚合物降失水剂能降低粘切力，对钻井液其它流变性影响不大。
【具体实施方式】
[0025]下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的其中的几个实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0026]实施例1:
[0027]1.1 一种钻井液用抗高温抗复合盐聚合物的降失水剂，它由以下重量百分比的原料组成:丙烯酸12.2%，氢氧化钠7.2%，去离子水62.3%，丙烯酰胺5.5%，四苯乙烯磺酸钠5.5%，N-乙烯基吡咯烷酮7%，引发剂0.3%。
[0028]制备本发明的钻井液用抗高温抗复合盐聚合物的降失水剂1000kg，具体的原料及用量为:丙烯酸122kg，氢氧化钠72kg，去离子水623kg，丙烯酰胺55kg，四苯乙烯磺酸钠55kg, N-乙烯基吡咯烷酮7kg，引发剂3kg，其中引发剂为过硫酸铵1.5kg，亚硫酸钠1.5kg。
[0029]1.2制备步骤:
[0030](I)将130kg去离子水加入反应釜中，搅拌，加入过硫酸铵和亚硫酸钠，搅拌0.5h,泵入计量罐待用；
[0031 ] (2)将丙烯酸加入反应釜中，在冷却的条件下加入氢氧化钠至反应釜中中和PH值至7，然后依次剩下的去离子水493kg、丙烯酰胺、四苯乙烯磺酸钠和N-乙烯基吡咯烷酮，搅拌加热至58 °C ；
[0032](3)将步骤(1)中溶解的引发剂缓慢加入反应釜中，在58°C下保温搅拌8小时，得到浅黄色透明液体，继续在58°C下保温搅拌2小时，灌装出料。
[0033]实施例2:
[0034]2.1 一种钻井液用抗高温抗复合盐聚合物的降失水剂，它由以下重量百分比的原料组成:丙烯酸12.0%，氢氧化钠7.0%，`去离子水62.0%，丙烯酰胺7.0%，四苯乙烯磺酸钠5.3%，N-乙烯基吡咯烷酮6.5%，引发剂0.2%。
[0035]制备本发明的钻井液用抗高温抗复合盐聚合物的降失水剂1000kg，具体的原料及用量为:丙烯酸120kg,氢氧化钠70kg,去离子水620kg,丙烯酰胺70kg,四苯乙烯磺酸钠53kg, N-乙烯基吡咯烧酮65kg,引发剂2kg,其中引发剂为过硫酸钾Ikg,亚硫酸氢钠1kg。
[0036]2.2制备步骤:
[0037](I)将186kg去离子水加入反应釜中，搅拌，加入过硫酸钾和亚硫酸氢钠，搅拌
0.5h，泵入计量罐待用；
[0038](2)将丙烯酸加入反应釜中，在冷却的条件下加入氢氧化钠至反应釜中中和PH值至6.5，然后依次剩下的去离子水434kg、丙烯酰胺、四苯乙烯磺酸钠和N-乙烯基吡咯烷酮，搅拌加热至65 °C ；
[0039](3)将步骤(1)中溶解的引发剂缓慢加入反应釜中，在65°C下保温搅拌7小时，得到浅黄色透明液体，继续在65°C下保温搅拌1.5小时，灌装出料。
[0040]实施例3:
[0041]3.1 一种钻井液用抗高温抗复合盐聚合物的降失水剂，它由以下重量百分比的原料组成:丙烯酸15.0%，氢氧化钠8.5%，去离子水60.0%，丙烯酰胺4.0%，四苯乙烯磺酸钠
5.6%，N-乙烯基吡咯烷酮6.5%，引发剂0.4%。
[0042]制备本发明的钻井液用抗高温抗复合盐聚合物的降失水剂1000kg，具体的原料及用量为:丙烯酸150kg,氢氧化钠85kg,去离子水600kg,丙烯酰胺40kg,四苯乙烯磺酸钠56kg, N-乙烯基吡咯烧酮65kg,引发剂4kg,其中引发剂为过硫酸铵2kg,亚硫酸氢钠2kg。[0043]3.2制备步骤:
[0044](I)将150kg去离子水加入反应釜中，搅拌，加入过硫酸钾和亚硫酸氢钠，搅拌
0.5h，泵入计量罐待用；
[0045](2)将丙烯酸加入反应釜中，在冷却的条件下加入氢氧化钠至反应釜中中和PH值至7.5，然后依次剩下的去离子水450kg、丙烯酰胺、四苯乙烯磺酸钠和N-乙烯基吡咯烷酮，搅拌加热至60°C ；
[0046](3)将步骤(1)中溶解的引发剂缓慢加入反应釜中，在60°C下保温搅拌9小时，得到浅黄色透明液体，继续在60°C下保温搅2.5小时，灌装出料。
[0047]将本发明实施例1-3中所得的降失水剂同现有技术中的两种降失水剂(即降失水剂A和降失水剂B)做性能对比，得到结果如下表:
[0048]
【权利要求】
1.一种钻井液用抗高温抗复合盐聚合物的降失水剂，其特征在于:它由以下重量百分比的原料组成:丙烯酸10-15%，氢氧化钠6-8.5%，去离子水60-65%，丙烯酰胺4-8%’四苯乙烯磺酸钠5-6%，N-乙烯基吡咯烷酮6-8%，引发剂0.1-0.5%。
2.根据权利要求1所述的钻井液用抗高温抗复合盐聚合物的降失水剂，其特征在于:它由以下重量百分比的原料组成:丙烯酸12-13%，氢氧化钠7-8%，去离子水62-63%，丙烯酰胺5-7%，四苯乙烯磺酸钠5.2-5.8%，N-乙烯基吡咯烷酮6.5-7.5%，引发剂0.2-0.4%。
3.根据权利要求2所述的钻井液用抗高温抗复合盐聚合物的降失水剂，其特征在于:它由以下重量百分比的原料组成:丙烯酸12.2%，氢氧化钠7.2%，去离子水62.3%，丙烯酰胺5.5%，四苯乙烯磺酸钠5.5%，N-乙烯基吡咯烷酮7%，引发剂0.3%。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的钻井液用抗高温抗复合盐聚合物的降失水剂，其特征在于:所述引发剂为氧化还原引发体系。
5.根据权利要求4所述的钻井液用抗高温抗复合盐聚合物的降失水剂，其特征在于:所述氧化还原引发体系为过硫酸盐-亚硫酸氢盐引发体系或过硫酸盐-亚硫酸盐引发体系O
6.根据权利要求5所述的钻井液用抗高温抗复合盐聚合物的降失水剂，其特征在于:所述过硫酸盐-亚硫酸氢盐引发体系中过硫酸盐和亚硫酸氢盐加入的重量比为1:1。
7.根据权利要求5所述的钻井液用抗高温抗复合盐聚合物的降失水剂，其特征在于:所述过硫酸盐-亚硫酸盐引发体系中过硫酸盐和亚硫酸盐加入的重量比为1:1。
8.根据权利要求5所述的钻井液用抗高温抗复合盐聚合物的降失水剂，其特征在于:所述过硫酸盐为过硫酸铵或过硫酸钾；所述亚硫酸氢盐为亚硫酸氢钠；所述亚硫酸盐为亚硫酸钠。`
9.根据权利1-3中任意一项所述的钻井液用抗高温抗复合盐聚合物的降失水剂的制备方法，其特征在于:它包括以下步骤: (1)将引发剂用去离子水重量的20-30%溶解，待用； (2)将丙烯酸加入反应釜中，在冷却的条件下加入氢氧化钠至反应釜中中和PH值至6.5-7.5，然后依次加入剩下的去离子水、丙烯酰胺、四苯乙烯磺酸钠和N-乙烯基吡咯烷酮，搅拌加热至55-65 °C ； (3 )将步骤(1)中溶解的引发剂加入到反应釜中，在55-65 °C下保温搅拌7-9小时，得到无色透明或浅黄色粘稠液体，继续在55-65°C下保温搅拌1.5-2.5小时，灌装出料。
10.根据权利要求9所述的钻井液用抗高温抗复合盐聚合物的降失水剂的制备方法，其特征在于:所述步骤(2)中将丙烯酸加入反应釜中，在冷却的条件下加入氢氧化钠至反应釜中中和PH值至7.0。
【文档编号】C09K8/035GK103555296SQ201310543270
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月5日 优先权日:2013年11月5日
【发明者】宋芳 申请人:库尔勒同益工贸有限责任公司