一种耐高温的水基流型调节剂及其制备方法与流程

1.本发明涉及一种耐高温的水基流型调节剂及其制备方法，属于石油天然气钻井领域。


背景技术：

2.流型调节剂是一种重要的石油化工产品，某些油气钻探条件复杂，钻井作业对钻井液体系的抗温性要求也越来越高。目前国内抗高温钻井液体系多是油基流型调节剂，其钻井废弃物处理难以达到环保标准。而环保型的常规水基流型调节剂无法承受150℃以上的高温，开发耐高温的水基流型调节剂在高温钻井领域有着良好的英语前景。
3.黄原胶的耐温性可达120℃，然而当温度高于120℃时，黄原胶快速降解，失去粘度，丧失流型调节剂的功能。中国专利申请(cn201410198623.4)公开了一种钻井液用有机-无机复合型弱凝胶流型调节剂：常温条件下黄原胶的流变性虽然很高，但是在120℃后完全失效，其采用有机无机复合弱凝胶制备了一种120℃热滚之后依然能够保持良好的流变性能的流型调节剂。因此开发耐温性更好的水基流型调节剂是有必要的。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种耐150℃以上高温的流型调节剂，可应对深水深层水基钻井液的低温低粘粘和高温高粘的使用需求，实现水基钻井液在深水领域应用的技术突破。
5.本发明所提供的流型调节剂由下述质量份的组分制成：
6.黄原胶20～50份；聚乙二醇10～40份；葡聚糖10～40份；式a所示有机物5～35份；式b所示聚合物2～10份；过氧化物自由基引发剂0.05～0.5份；
[0007][0008]
式a中，n为1～15之间的自然数；
[0009][0010]
式b中，m为2000～20000之间的自然数。
[0011]
其中，所述聚乙二醇的分子量为20000～600000；
[0012]
所述葡聚糖的分子量为5000～20000；
[0013]
式a中，n为4～6之间的自然数；
[0014]
式b中，m为2000～4000之间的自然数。
[0015]
所述过氧化物自由基引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酰叔丁酯或过氧化甲乙酮。
[0016]
本发明流型调节剂的组成优选为下述任一种：
[0017]
1)黄原胶20～30份；聚乙二醇20～25份；葡聚糖20～30份；式a所示有机物19～25份；式b所示聚合物5份；过氧化物自由基引发剂0.1份；
[0018]
2)黄原胶20～30份；聚乙二醇20份；葡聚糖25～30份；式a所示有机物19.9～25份；式b所示聚合物5份；过氧化物自由基引发剂0.1份；
[0019]
3)黄原胶20份；聚乙二醇20份；葡聚糖30份；式a所示有机物24.9份；式b所示聚合物5份；过氧化物自由基引发剂0.1份；
[0020]
4)黄原胶30份；聚乙二醇25份；葡聚糖20份；式a所示有机物19.9份；式b所示聚合物5份；过氧化物自由基引发剂0.1份；
[0021]
5)黄原胶30份；聚乙二醇20份；葡聚糖25份；式a所示有机物19.9份；式b所示聚合物5份；过氧化物自由基引发剂0.1份。
[0022]
本发明流型调节剂可按照下述方法进行制备：
[0023]
按照配比将所述黄原胶、所述聚乙二醇、所述葡聚糖、式a所示有机物、式b所示聚合物和所述过氧化物自由基引发剂混合，搅拌均匀即得；
[0024]
优选在25～90℃的条件下进行混合。
[0025]
本发明提供的流型调节剂，能够耐150℃以上高温，其耐高温机理是，在120℃下，黄原胶可以提供粘度，在高温》120℃时，黄原胶发生降解，然而式a所示有机物的加入，苄基所连的甲羟基能够在高温下发生消除反应，发生消除反应，生成双键基团，在自由基引发剂的作用下，发生聚合，形成大分子聚合物，对高温段的粘度进行了良好的补充，自由基聚合为用自由基引发，使链增长(链生长)自由基不断增长的聚合反应；式b所示聚合物链端接枝了季铵盐的聚乙二醇，聚乙二醇段在高温下疏水作用增加，式b所示聚合物起到表面活性剂的作用，使其不会析出，保证粘度的稳定性。
具体实施方式
[0026]
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
[0027]
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
[0028]
实施例1、
[0029]
黄原胶20份，聚乙二醇20000 20份，葡聚糖(分子量5000)30份，式a(n为4)24.9份，式b(m为4000)5份，过氧化苯甲酰(bpo)0.1份，在25℃下混合均匀即可。
[0030]
实施例2、
[0031]
黄原胶30份，聚乙二醇20000 25份，葡聚糖(分子量5000)20份，式a(n为4)19.9份，式b(m为4000)5份，过氧化苯甲酰(bpo)0.1份，混合均匀即可。
[0032]
实施例3、
[0033]
黄原胶30份，聚乙二醇20000 20份，葡聚糖(分子量5000)25份，式a(n为6)19.9份，
式b(m为2000)5份，过氧化苯甲酰(bpo)0.1份，混合均匀即可。
[0034]
对比例1、
[0035]
黄原胶20份，聚乙二醇20000 20份，葡聚糖(分子量5000)30份，式a(n为4)24.9份，聚乙二醇4000 5份，过氧化苯甲酰(bpo)0.1份，在25℃下混合均匀即可。
[0036]
对比例2、
[0037]
黄原胶20份，聚乙二醇20000 20份，葡聚糖(分子量5000)30份，对苯乙烯磺酸钠24.9份，式b(m为4000)5份，过氧化苯甲酰(bpo)0.1份，在25℃下混合均匀即可。
[0038]
对比例3、
[0039]
黄原胶20份，聚乙二醇20000 20份，葡聚糖(分子量5000)30份，对苯乙烯磺酸钠24.9份，聚乙二醇4000 5份，过氧化苯甲酰(bpo)0.1份，在25℃下混合均匀即可。
[0040]
流变性能的测试方法如下：
[0041]
流变仪：marsⅲ，haake；六速旋转粘度计：nn-d6，青岛森欣机电设备有限公司。
[0042]
依据美国石油协会标准(api rp 13i，2004)，使用六速旋转粘度计对流变性进行测试。
[0043]
θ_600和θ_300分别是旋转粘度计在转速为600rpm和300rpm时的值。
[0044]
根据宾汉模式，测定并计算体系的表观黏度(av)、塑性黏度(pv)以及动切力(yp)，计算公式如下：
[0045]
av＝θ_600/2(mpa
·
s)
[0046]
pv＝θ_600-θ_300(mpa
·
s)
[0047]
yp＝av
–
pv
[0048]
取10g流型调节剂，缓慢加入到高速搅拌的475ml去离子水种，再加入15g氯化钠，搅拌24h后，得到含有2％的流型调节剂的3％的盐水溶液，进行测试并计算。随后将其放入滚子加热炉中，150℃下滚动16h，取出冷却至室温，再高速搅拌5min，进行测试并计算。
[0049]
测试结果如表1所示。
[0050]
表1本发明流型调节剂的流变性能
[0051][0052][0053]
由表1中的数据可以看出，实施例1-3在热滚前后的yp保持基本的稳定，证明所制备的流型调节剂有良好的耐高温性。对比例1加入有机物a，将有机物b替换为基础分子聚乙二醇，其热滚前后的yp值下降了一半。对比例2中，将有机物a替换为基础分子对苯乙烯磺酸钠，yp值由11下降至3。对比例3中，将有机物a和有机物b均替换成基础分子，热滚后，其θ_300和θ_600数值显示其粘度显著下降。以上实验证明了有机物a和有机物b的加入增加了流型调节剂的耐温性能。