一种抗温抗盐水基钻井液降滤失剂及其制备方法

本发明涉及油田化学
技术领域：
，尤其涉及一种抗温抗盐水基钻井液降滤失剂及其制备方法。
背景技术：
：随着石油资源的缺乏，目前钻井工作主要为深井与超深井钻井，在钻井工作中常常面临高温高盐的恶劣环境，严重破坏钻井液的性能。高温高盐导致聚合物处理剂发生降解、去水化等破坏作用，严重影响钻井液流变性能，使钻井液造壁性变差，滤失量增大，增大钻井难度，增大钻井工程安全风险。降滤失剂(filtratereducer)是一种可以应用于油田钻井过程中的、并且可以有效减小滤失量的处理剂，是钻井液处理剂中的关键材料。目前对聚合物降滤失剂的研究主要集中于提高其抗温抗盐能力。目前在钻井过程中使用的处理剂很多，其中核心处理剂降滤失剂大部分性能都无法满足当前深井钻井的需求。现场应用发现，当前常用降滤失剂大部分应用于180℃以下，当井底温度大于200℃时降滤失效果明显下降。为了满足钻井需求则会增加降滤失剂用量，增大钻井成本。当前钻井使用的高性能降滤失剂driscal-d、dristemp等均为进口产品，成本较高，国内常用的三磺体系抗温抗盐性能较差。技术实现要素：针对上述问题，本发明的一个目的是提供一种抗温抗盐性能良好的的水基钻井液用降滤失剂，为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种抗温抗盐水基钻井液降滤失剂，由包含丙烯酰胺、n-乙烯基吡咯烷酮、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和两性离子单体的原料在引发剂作用下经共聚反应生成。所述丙烯酰胺与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸摩尔比为8:2～4；所述丙烯酰胺与n-乙烯基吡咯烷酮的摩尔比为8:1～2；所述丙烯酰胺与两性离子单体摩尔比为8:0.5～1.8。所述降滤失剂的分子量为3～300万，其结构式如下：式中，r为两性离子单体；a、b、c、c为自然数；所述的两性离子单体为n,n-二甲基-n-(3-磺基丙基)-4-乙烯基苄基铵内盐、n,n-二乙基-n-(3-磺基丙基)-4-乙烯基苄基铵内盐、n,n-二甲基-n-(3-磺基丁基)-4-乙烯基苄基铵内盐、n,n-二乙基-n-(3-磺基丁基)-4-乙烯基苄基铵内盐中的一种或几种按任意比例的复配物。其采用《structuraldependenceofsalt-responsivepolyzwitterionicbrusheswithanti-polyelectrolyteeffect》(doi:10.1021/acs.langmuir.7b03667)论文中的方式制备，结构式如下：其中，(1)为n,n-二甲基-n-(3-磺基丙基)-4-乙烯基苄基铵内盐的机构式；(2)为n,n-二乙基-n-(3-磺基丙基)-4-乙烯基苄基铵内盐的结构式；(3)为n,n-二甲基-n-(3-磺基丁基)-4-乙烯基苄基铵内盐的结构式；(4)位n,n-二乙基-n-(3-磺基丁基)-4-乙烯基苄基铵内盐的结构式。本发明的的引发剂可以选择过硫酸铵与亚硫酸氢钠体系、过硫酸钾与亚硫酸氢钠体系、氯化锰与亚硫酸氢钠体系、过硫酸铵单剂引发或者过硫酸钾单剂引发。优选过硫酸铵与亚硫酸氢钠体系，其中过硫酸铵与亚硫酸氢钠摩尔比为1:0.8～1；所述全部反应单体总质量与过硫酸铵质量之比为100:0.2～0.9。本发明的又一目的是提供一种抗温抗盐水基钻井液降滤失剂的制备方法，用于制备上述降滤失剂，本制备方法包括如下步骤：s1、搅拌条件下，将原料丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-二甲基丙磺酸、n-乙烯基吡咯烷酮、两性离子单体依次溶于水中；s2、向s1制备的溶液中加入naoh或氨水调节其ph至6～11，随后通入氮气脱氧，并同时加热至45～65℃；s3、向s2处理后的溶液中加入引发剂，继续通入氮气，搅拌条件下反应4～10h后加入乙醇，取出固体产物烘干、粉碎，制得抗温抗盐水基钻井液降滤失剂。优选的，步骤s1中所述原料总质量与水的质量之比为1:2～4。优选的，所述烘干操作在50～80℃条件下进行，烘干至溶剂含量低于7％，这里的溶剂包含水和乙醇。优选的，所述搅拌速度300rpm～600rpm，速度过低时产物会明显形成凝胶，失去溶解性。与现有的技术相比，本发明的有益效果如下：本发明中两性离子单体含有磺酸基和季铵阳离子基团，且含有刚性基团苯环，有助于提高本降滤失剂的抗温抗盐能力；本降滤失剂中两性离子单体具有刚性结构与n-乙烯基吡咯烷酮在侧链上存在时提高了聚合物的耐温能力，而其侧链的季铵阳离子和磺酸基大大提高了聚合物的抗盐能力，且由于两性离子单体中季铵阳离子与磺酸基为1：1比例，在未加盐情况下倾向于两种基团的吸引，此时聚合物表现为阴离子聚合物特性，而加盐之后，侧链更加舒展，聚合物抗盐能力得到增强。总体而言，本发明降滤失剂抗温、抗盐性能好，抗温达到230℃、抗盐达到饱和氯化钠36％。附图说明图1是实施例1所制抗温抗盐水基钻井液降滤失剂的红外图谱；图2是实施例2所制抗温抗盐水基钻井液降滤失剂的红外图谱；图3是实施例1所制的抗温抗盐水基钻井液降滤失剂的核磁图谱。具体实施方式下面将结合实例对本发明的具体实施方式进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本实施例中的百分数如没有特殊说明，均为质量百分数。下面结合实施例对本发明作进一步描述：(一)制备抗温抗盐水基钻井液用降滤失剂实施例1向装有搅拌器、回流冷凝器、温度计及加热装置的四口烧瓶，依次加入520g水、60g丙烯酰胺、43.6g2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸、11.7gn-乙烯基吡咯烷酮、15g两性离子单体(1)号，开动搅拌器，待所有单体都溶解。再加入naoh调节ph至6.0，随后通入氮气驱氧，通入氮气后加热，待温度升温至45℃，加入0.26g过硫酸铵，加入0.095g亚硫酸氢钠，继续通入氮气，半小时后停止通入氮气。反应持续4个小时，固定搅拌速度为300rpm，4小时后将半固态聚合物倒入乙醇溶液中提纯，剪碎造粒，随后放入50℃烘箱中烘干。实施例2在此实例中，向装有搅拌器、回流冷凝器温度计及加热装置的四口烧瓶，依次加入489g水、60g丙烯酰胺、58g2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸，15gn-乙烯基吡咯烷酮，30g两性离子单体(2)号，开动搅拌器，待所有单体都溶解。再加入naoh调节ph至7.0，随后通入氮气驱氧，通入氮气后加热，待温度升温至50℃，加入0.815g过硫酸铵，加入0.340g亚硫酸氢钠，继续通入氮气，半小时后停止。反应持续8个小时，固定搅拌速度为400rpm，8小时后将半固态聚合物倒入乙醇溶液中提纯，剪碎造粒，随后放入65℃烘箱中烘干，烘干后得到白色颗粒即为降滤失剂。实施例3在此实例中，向装有搅拌器、回流冷凝器温度计及加热装置的四口烧瓶，依次加入306g水、40g丙烯酰胺、58.3g2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸，15.6gn-乙烯基吡咯烷酮，37.47g两性离子单体(3)号，开动搅拌器，待所有单体都溶解。再加入naoh调节ph至11，随后通入氮气驱氧，通入氮气后加热，待温度升温至65℃，加入1.36g过硫酸铵，加入0.663g亚硫酸氢钠，继续通入氮气，半小时后停止。反应持续10个小时，固定搅拌速度为600rpm，10小时后将半固态聚合物倒入乙醇溶液中提纯，剪碎造粒，随后放入80℃烘箱中烘干，烘干后得到白色颗粒即为降滤失剂。(二)性能测试实验在此实例中，使用实例1～3中所制备降滤失剂进行实验。淡水基浆的配置：在搪瓷杯中加入400g自来水，在不断搅拌下加入16g膨润土，0.8g碳酸钠，以600r/min的速度搅拌30min，然后转移至高搅杯中以12000r/min的速度搅拌10min，在室温下养护24h，得到淡水基浆。为了验证聚合物降滤失剂分子链上的基团，对实施例1和实施例2进行红外测试，测试结果如图1、图2所示，经分析红外峰位置可知，此聚合物含有酰胺基、磺酸基、甲基、苯环等结构，与预期结构相符，证明此实施方法成功合成抗温抗盐水基钻井液降滤失剂。为进一步确认聚合物组成结构，对实施例1进行核磁氢谱测试，结果如图3，图谱显示，其聚合物中含有酰胺结构、2-甲基丙磺酸基团、苯环，与红外测试结果符合。测试例1取三份预水化的淡水基浆，在不断搅拌条件下向淡水基浆中加入1wt％的降滤失剂(实施例1～3的产物)，高速搅拌均匀，记为1降滤失剂淡水基浆、2降滤失剂淡水基浆、3降滤失剂淡水基浆。分别对淡水基浆、1降滤失剂淡水基浆、2降滤失剂淡水基浆、3降滤失剂淡水基浆进行流变性测试和滤失量测试，结果如表1所示。表1降滤失剂常温下流变性和滤失量测试表实验浆av(mpa·s)pv(mpa·s)yp(pa)flapi(ml)淡水基浆32.50.5381降滤失剂淡水基浆8052286.82降滤失剂淡水基浆4521244.83降滤失剂淡水基浆62.54319.57表1中，av为表观粘度，pv为塑性粘度，yp指动切力，flapi指常温常压钻井液滤失量。由表1可知，本发明的降滤失剂在加量很小的情况下就具有良好的降滤失性能。测试例2将取三份预水化的淡水基浆，在不断搅拌条件下向淡水基浆中加入1wt％的降滤失剂(实例1～3的产物)，高速搅拌均匀，记为1降滤失剂淡水基浆、2降滤失剂淡水基浆、3降滤失剂淡水基浆。分别对淡水基浆(无降滤失剂添加)、1降滤失剂淡水基浆、2降滤失剂淡水基浆、3降滤失剂淡水基浆进行230℃的热滚老化实验，实验后取出淡水基浆(无降滤失剂添加)、1降滤失剂淡水基浆、2降滤失剂淡水基浆、3降滤失剂淡水基浆进行进行流变性测试和滤失量测试，结果如表2所示。表2降滤失剂高温下流变性和滤失量测试表实验浆av(mpa·s)pv(mpa·s)yp(pa)flapi(ml)淡水基浆54.50.5541降滤失剂淡水基浆10.591.513.42降滤失剂淡水基浆660123降滤失剂淡水基浆119.51.514.2由表2可知，本发明的降滤失剂在淡水基浆、230℃条件下仍然具有良好的降滤失性能，说明该降滤失剂具有很好的抗温性能。测试例3配置36％氯化钠的盐水浆基浆：在搪瓷杯中加入400g自来水，在不断搅拌下加入16g膨润土，0.8g碳酸钠，144g氯化钠，以600r/min的速度搅拌30min，然后转移至高搅杯中以12000r/min的速度搅拌10min，在室温下养护24h，得到盐水基浆。实验浆的配置：取三份预水化的盐水基浆，在不断搅拌条件下向盐水基浆中加入2wt％的降滤失剂(实例1～3的产物)，高速搅拌均匀，记为1降滤失剂盐水基浆、2降滤失剂盐水基浆、3降滤失剂盐水基浆。分别对盐水基浆、1降滤失剂盐水基浆、2降滤失剂盐水基浆、3降滤失剂盐水基浆进行流变性测试和滤失量测试，结果如表3所示。表3降滤失剂常温高盐条件下流变性和滤失量测试表实验浆av(mpa·s)pv(mpa·s)yp(pa)flapi(ml)盐水基浆550711降滤失剂盐水基浆3124712.42降滤失剂盐水基浆36261011.73降滤失剂盐水基浆40.5319.510.8由表3所示，本发明的降滤失剂在15％盐水中有较好的降滤失性能，且加量小。测试例4取三份测试例3制备的预水化的盐水基浆，在不断搅拌条件下向盐水基浆中加入2wt％的降滤失剂(实例1～3的产物)，高速搅拌均匀，记为1降滤失剂盐水基浆、2降滤失剂盐水基浆、3降滤失剂盐水基浆。分别对淡水基浆(无降滤失剂添加)、1降滤失剂盐水基浆、2降滤失剂盐水基浆、3降滤失剂盐水基浆进行180℃的热滚老化实验，实验后取出盐水基浆(无降滤失剂添加)、1降滤失剂盐水基浆、2降滤失剂盐水基浆、3降滤失盐水剂基浆进行进行流变性测试和滤失量测试，结果如表4所示。表4降滤失剂高温高盐条件下流变性和滤失量测试表实验浆av(mpa·s)pv(mpa·s)yp(pa)flapi(ml)盐水基浆6511101降滤失剂盐水基浆76116.42降滤失剂盐水基浆87.50.518.73降滤失剂盐水基浆66017.8由表4所示，本发明的降滤失剂产品在高温高盐条件下仍然具有良好的降滤失性能。测试例4取4份淡水基浆，分别在不断搅拌条件下向预水化的淡水基浆中，加入1wt％的实例2中所制备的降滤失剂和三种进口降滤失剂(driscal-d、dristemp、polydrill)，其中driscal-d、dristemp为丙烯酰胺类聚合物降滤失剂，polydrill为磺化类聚合物降滤失剂。高速搅拌均匀，记为自制降滤失剂淡水基浆、driscal-d淡水基浆、dristemp淡水基浆、polydrill淡水基浆，分别测试其流变性能和滤失量。结果如表5所示表5不同滤失剂常温流变性能和滤失量测试表实验浆av(mpa·s)pv(mpa·s)yp(pa)flapi(ml)自制降滤失剂淡水基浆4521244.8driscal-d淡水基浆46212513.5dristemp淡水基浆4726218.4polydrill淡水基浆3.530.515.6由表5所示，在常温条件下，本发明所制备降滤失及在同浓度时效果均优于进口降滤失剂，证明其有较好的降滤失效果。测试例5取4份淡水基浆，分别在不断搅拌条件下向预水化的淡水基浆中，加入1wt％的实例2中所制备的降滤失剂和三种进口降滤失剂(driscal-d、dristemp、polydrill)，其中driscal-d、dristemp为丙烯酰胺类聚合物降滤失剂，polydrill为磺化类聚合物降滤失剂。高速搅拌均匀，记为自制降滤失剂淡水基浆、driscal-d淡水基浆、dristemp淡水基浆、polydrill淡水基浆，分别对四种淡水基浆进行200℃热滚老化实验，老化后分别测试其流变性能和滤失量。结果如表6所示：表6不同滤失剂高温流变性能和滤失量测试表实验浆av(mpa·s)pv(mpa·s)yp(pa)flapi(ml)自制降滤失剂淡水基浆66010driscal-d淡水基浆87198dristemp淡水基浆22.5202.526polydrill淡水基浆12.5111.574由表6所示，本发明所制备的抗温抗盐降滤失剂与另外3种进口降滤失剂比较，老化后明显优于进口降滤失剂，抗温性能良好。以上所述仅为本发明的优选实施方案，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做若干改进和修饰，这些改进和修饰也应该视为本发明的保护范围。当前第1页12