水基鉆井液的降濾失方法及降濾失劑的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及水基鉆井液的降濾失方法及降濾失劑的制備方法，其中的降濾失方法包括：(1)將聚合單體溶解在水中，調節(jié)pH值為8～12；(2)在上述溶液中加入自由基聚合引發(fā)劑，攪拌下，在30℃～80℃之間反應1～5小時；(3)將步驟(2)得到的聚合物水溶液在50℃～200℃之間處理1～10小時；(4)將步驟(3)得到的聚合物水溶液加入到水基鉆井液中。采用本發(fā)明的方法，既可以保證降濾失的效果，又不會影響鉆井液體系的流變學參數。
【專利說明】水基鉆井液的降濾失方法及降濾失劑的制備方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及油田水基鉆井液的降濾失方法及降濾失劑的制備方法。
【背景技術】
[0002]在鉆井過程中，由于壓差作用的存在，鉆井液中的水分不可避免地通過井壁濾失到地層中。如果濾失量過大，一方面會造成井壁失穩(wěn)，另一方面會造成給旋轉鉆造成較大的扭矩，易導致壓差卡鉆?？刂茷V失量是鉆井液的重要性能之一，通過加入降濾失劑可以控制鉆井液的濾失量。降濾失劑可分為顆粒材料、天然高分子及其改性產品和合成聚合物三類，其中的合成聚合物可分為加成聚合物和縮聚聚合物兩類。加成聚合物降濾失劑是由含有不飽和雙鍵的單體聚合而成，通常是由兩種以上的單體聚合而成。加成聚合物的單體主要有:①陰離子單體:丙烯酸(AA)、2_丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、衣康酸(IA)、甲基丙烯酸(MAA)、對苯乙烯丙磺酸等；②陽離子單體:3-甲基丙烯酰胺氧丙基三甲基氯化銨(MPTMA)、二甲基二烯丙基氯化銨(DMDAAC)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(MOTAC)、丙烯酰胺基乙基二甲基氯化銨(AEDMAC)、2_羥基-3-甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化銨(HMOPTA)等；③非離子單體:馬來酸酐、丙烯酰胺(AM)、N，N- 二甲基丙烯酰胺(DMAM)、N，N-二乙基丙烯酰胺(DEAM)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)等。
[0003]井壁失穩(wěn)一直是影響鉆井順利進行的主要因素，特別是面對井深4500m以上的深井和井深超過6000m的超深井。在深井和超深井中，井溫可達150 C以上，加之鉆遇鹽骨層，使得鉆井液在高溫高礦化度情況下如何滿足鉆井基本需求成為一個重要問題。合成聚合物降濾失劑可以按照溫度等要求進行分子設計，能夠更好的滿足對降濾失劑耐溫和耐鹽的要求。
[0004]增加聚合物的分`子量有利于提高降濾失劑的降濾失性能，但是分子量太高會導致降濾失劑粘度過大，造成加劑困難，并且加入降濾失劑后，會顯著改變鉆井液體系的流變學參數，進而影響鉆井液的性能，此時需要加入其它添加劑來調控鉆井液體系的流變學參數。
[0005]現有技術中，對降濾失劑的研究很多，制備方法也很豐富，但仍需在保證降濾失劑性能的前提下，進一步解決降濾失劑的增稠問題。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明提供了一種水基鉆井液的降濾失方法，該方法既可以保證降濾失的效果，又不會影響鉆井液體系的流變學參數。
[0007]本發(fā)明提供了一種水基鉆井液的降濾失方法，包括:
[0008](I)將聚合單體溶解在水中，調節(jié)pH值為8~12 ;
[0009](2)在上述溶液中加入自由基聚合引發(fā)劑，攪拌下，在30°C~80°C之間反應I~5小時；
[0010](3)將步驟⑵得到的聚合物水溶液在50°C~200°C之間處理I~10小時；
[0011](4)將步驟(3)得到的聚合物水溶液加入到水基鉆井液中；[0012]所述的聚合單體至少選自以下單體中的兩種，其中至少有一種單體含有酰胺基，至少有另一種單體含有羧基、酸酐基或磺酸基:丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、對苯乙烯丙磺酸、衣康酸、甲基丙烯酸、3-甲基丙烯酰胺氧丙基三甲基氯化銨、二甲基二烯丙基氯化銨、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、丙烯酰胺基乙基二甲基氯化銨、2-羥基-3-甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化銨、丙烯酰胺、N，N- 二甲基丙烯酰胺、N，N- 二乙基丙烯酰胺和N-乙烯基-2-吡咯烷基。
[0013]步驟(1)中，以聚合單體和水的總質量為基準，聚合單體的用量為20~40%。
[0014]步驟(1)中，聚合單體優(yōu)選為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺和對苯乙烯丙磺酸，各種單體的質量比為1: 2~4: 2~4。
[0015]步驟(1)中，聚合單體優(yōu)選為丙烯酸、丙烯酰胺和對苯乙烯丙磺酸，各種單體的質量比為1: 2~4: 1~3。
[0016]步驟(1)中，聚合單體優(yōu)選為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺和丙烯酸，四種單體的質量比為1: 2~4: 1~3。
[0017]步驟⑴中，聚合單體優(yōu)選為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺和N，N_ 二甲基丙烯酰胺，各種單體的質量比為1:1~3:1~3。
[0018]步驟(1)中，聚合單體優(yōu)選為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、N，N- 二甲基丙烯酰胺和丙烯酸，各種單體的質量比為2: I~2: 2~4: 2~4。
[0019]步驟(1)中，可以使用NaOH、KOH或CaOH2來調節(jié)pH值。
[0020]步驟⑵中，所述的自由基聚合引發(fā)劑包括過氧化合物引發(fā)劑、偶氮引發(fā)劑和氧化還原引發(fā)劑，優(yōu)選使用氧化還原引發(fā)劑。氧化還原引發(fā)劑是利用氧化劑和還原劑之間的電子轉移所生成的自由基引發(fā)聚合反應。所述的氧化還原引發(fā)劑包括過氧化苯甲酰/蔗糖、叔丁基過氧化氫/焦亞硫酸鈉、過氧化苯甲酰/N，N- 二甲基苯胺。過硫酸銨/亞硫酸氫鈉、過硫酸鉀/亞硫酸氫鈉、亞硫酸氫鈉和過硫酸鈉、過氧化氫/酒石酸、過硫酸銨/硫酸亞鐵、過氧化氫/硫酸亞鐵、過氧化苯甲酰//N，N- 二乙基苯胺、過氧化苯甲酰/焦磷酸亞鐵、過硫酸鉀/硝酸銀、過硫酸鹽/硫醇、異丙苯過氧化氫/氯化亞鐵、過硫酸鉀/氯化亞鐵、過氧化氫/氯化亞鐵和異丙苯過氧化氫/四乙烯亞胺，優(yōu)選使用亞硫酸氫鈉/過硫酸銨、亞硫酸氫鈉/過硫酸鈉或亞硫酸氫鈉/過硫酸鉀。
[0021]優(yōu)選的情況下，步驟(3)處理過程中，不使用攪拌或者采用無剪切的攪拌方式。
[0022]優(yōu)選的情況下，步驟(3)中，在密封狀態(tài)下對聚合物水溶液進行處理。
[0023]一種降濾失劑的制備方法，包括:將聚合物水溶液在50°C~200°C之間處理I~10小時；所述的聚合物為用于水基鉆井液降濾失劑的聚合物。
[0024]所述的聚合物水溶液中，聚合物的質量百分濃度優(yōu)選為20~40%。
[0025]所述的聚合物含有A和B兩種基團，A是酰胺基，B是羧基、酸酐基和磺酸基中的一種或幾種；所述的聚合物的聚合單體可選自丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、對苯乙烯丙磺酸、衣康酸、甲基丙烯酸、3-甲基丙烯酰胺氧丙基三甲基氯化銨、二甲基二烯丙基氯化銨、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、丙烯酰胺基乙基二甲基氯化銨、2-羥基-3-甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化銨、丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N，N-二乙基丙烯酰胺和N-乙烯基-2-吡咯烷基中的至少兩種。
[0026]優(yōu)選的情況下，對聚合物水溶液進行處理時，不使用攪拌或者采用無剪切的攪拌方式。
[0027]優(yōu)選的情況下，在密封狀態(tài)下對聚合物水溶液進行處理。
[0028]所述的聚合物的數均分子量優(yōu)選在10萬~200萬之間，更優(yōu)選在50萬~120萬之間。
[0029]所述的聚合物為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺和對苯乙烯丙磺酸的共聚物，三種單體的質量比為1: 2~4: 2~4。
[0030]所述的聚合物為丙烯酸、丙烯酰胺和對苯乙烯丙磺酸的共聚物，三種單體的質量比為1: 2~4: I~3。
[0031]所述的聚合物為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺和丙烯酸的共聚物，三種單體的質量比為1: 2~4: I~3。
[0032]所述的聚合物為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺和N，N- 二甲基丙烯酰胺的共聚物，三種單體的質量比為1:1~3: I~3。
[0033]所述的聚合物為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、N，N- 二甲基丙烯酰胺和丙烯酸的共聚物，四種單體的質量比為2: I~2: 2~4: 2~4。
[0034]所述的聚合物水溶液可采用以下方法制備:
[0035](I)將單體溶解在水中，調節(jié)pH值為8~12 ;
[0036](2)在上述溶液中加入自由基聚合引發(fā)劑，攪拌下，在30°C~80°C之間反應I~5小時。`
[0037]步驟⑴中，可使用NaOH、KOH或CaOH2來調節(jié)pH值。
[0038]步驟⑵中，所述的自由基聚合引發(fā)劑包括過氧化合物引發(fā)劑、偶氮引發(fā)劑和氧化還原引發(fā)劑，優(yōu)選使用氧化還原引發(fā)劑。氧化還原引發(fā)劑是利用氧化劑和還原劑之間的電子轉移所生成的自由基引發(fā)聚合反應。所述的氧化還原引發(fā)劑包括過氧化苯甲酰/蔗糖、叔丁基過氧化氫/焦亞硫酸鈉、過氧化苯甲酰/N，N- 二甲基苯胺。過硫酸銨/亞硫酸氫鈉、過硫酸鉀/亞硫酸氫鈉、亞硫酸氫鈉和過硫酸鈉、過氧化氫/酒石酸、過硫酸銨/硫酸亞鐵、過氧化氫/硫酸亞鐵、過氧化苯甲酰//N，N- 二乙基苯胺、過氧化苯甲酰/焦磷酸亞鐵、過硫酸鉀/硝酸銀、過硫酸鹽/硫醇、異丙苯過氧化氫/氯化亞鐵、過硫酸鉀/氯化亞鐵、過氧化氫/氯化亞鐵和異丙苯過氧化氫/四乙烯亞胺，優(yōu)選使用亞硫酸氫鈉/過硫酸銨、亞硫酸氫鈉/過硫酸鈉或亞硫酸氫鈉/過硫酸鉀。
[0039]本發(fā)明還提供了由上述方法制備的降濾失劑。
[0040]采用本發(fā)明的方法，既可以保證降濾失的效果，又不會影響鉆井液體系的流變學參數。
【具體實施方式】
[0041]以下通過實施例進一步說明本發(fā)明。
[0042]實施例1
[0043]取2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS) 50.0g、丙烯酰胺(AM) 100.0g和對苯乙烯丙磺酸(SSS) 100.0g溶解于400.0g水中，以NaOH調節(jié)體系pH為8.0。逐漸向體系加入亞硫酸氫鈉2.0g、過硫酸鈉2.0g，恒溫35°C，反應3小時，反應結束后，取樣分析、評價。將所得產品放入反應釜中密封于120°C下恒溫2小時，處理結束后自然降至室溫，取樣分析、評價。加熱處理后的樣品，放置一周后，取樣分析。
[0044]分析方法:將聚合物水溶液稀釋至質量分數為0.1 %，然后采用流變儀或粘度計測試溶液粘度。
[0045]降濾失性能評價方法:采用鉆井液測試程序GB/T 16783.1-2006評價降濾失效果；以聚合物水溶液為基準，聚合物用量為0.6 %。
[0046]分析及評價結果見表1。
[0047]表1
[0048]
【權利要求】
1.一種水基鉆井液的降濾失方法，包括: (1)將聚合單體溶解在水中，調節(jié)PH值為8~12; (2)在上述溶液中加入自由基聚合引發(fā)劑，攪拌下，在30°C~80°C之間反應I~5小時； (3)將步驟(2)得到的聚合物水溶液在50°C~200°C之間處理I~10小時； (4)將步驟(3)得到的聚合物水溶液加入到水基鉆井液中； 所述的聚合單體至少選自以下單體中的兩種，其中至少有一種單體含有酰胺基，至少有另一種單體含有羧基、酸酐基或磺酸基:丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、對苯乙烯丙磺酸、衣康酸、甲基丙烯酸、3-甲基丙烯酰胺氧丙基三甲基氯化銨、二甲基二烯丙基氯化銨、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、丙烯酰胺基乙基二甲基氯化銨、2-羥基-3-甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化銨、丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N，N-二乙基丙烯酰胺和N-乙烯基-2-吡咯烷基。
2.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中，以聚合單體和水的總質量為基準，聚合單體的用量為20~40%。
3.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中，聚合單體為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺和對苯乙烯丙磺酸，三種單體的質量比為1: 2~4: 2~4。
4.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中，聚合單體為丙烯酸、丙烯酰胺和對苯乙烯丙磺酸，三種單體的質量比為1: 2~4: I~3。
5.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中，聚合單體為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺和丙烯酸，三種單體的質量比為1: 2~4:1~3。
6.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中，聚合單體為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺和N，N-二甲基丙烯酰胺，三種單體的質量比為1:1~3:1 ~3。
7.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中，聚合單體為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺和丙烯酸，各種單體的質量比為2: I ~2: 2 ~4: 2 ~4。
8.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)中，所述的自由基聚合引發(fā)劑為亞硫酸氫鈉/過硫酸銨、亞硫酸氫鈉/過硫酸鈉或亞硫酸氫鈉/過硫酸鉀。
9.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(3)處理過程中，不使用攪拌或者采用無剪切的攪拌方式。
10.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(3)中，在密封狀態(tài)下對聚合物水溶液進行處理。
11.一種降濾失劑的制備方法，包括:將聚合物水溶液在50°C~200°C之間處理I~10小時；所述的聚合物為用于水基鉆井液降濾失劑的聚合物。
12.按照權利要求11所述的方法，其特征在于，所述的聚合物水溶液中，聚合物的質量百分濃度為20~40%。
13.按照權利要求11所述的方法，其特征在于，對聚合物水溶液進行處理時，不使用攪拌或者采用無剪切的攪拌方式。
14.按照權利要求11所述的方法，其特征在于，所述的聚合物含有A和B兩種基團，A是酰胺基，B是磺酸基、羧基和酸酐基中的一種或幾種；所述的聚合物的聚合單體選自丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、對苯乙烯丙磺酸、衣康酸、甲基丙烯酸、3-甲基丙烯酰胺氧丙基三甲基氯化銨、二甲基二烯丙基氯化銨、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、丙烯酰胺基乙基二甲基氯化銨、2-羥基-3-甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化銨、丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N，N- 二乙基丙烯酰胺和N-乙烯基-2-吡咯烷基中的至少兩種。
15.按照權利要求11所述的方法，其特征在于，在密封狀態(tài)下對聚合物水溶液進行處理。
16.按照權利要求11所述的方法，其特征在于，所述的聚合物的數均分子量在10萬~200萬之間。
17.按照權利要求16所述的方法，其特征在于，所述的聚合物的數均分子量在50萬~120萬之間。
18.按照權利要求11所述的方法，其特征在于，所述的聚合物為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺和對苯乙烯丙磺酸的共聚物，三種單體的質量比為1: 2~4: 2~4。
19.按照權利要求11所述的方法，其特征在于，所述的聚合物為丙烯酸、丙烯酰胺和對苯乙烯丙磺酸的共聚物，三種單體的質量比為1: 2~4: I~3。
20.按照權利要求11所述的方法，其特征在于，所述的聚合物為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺和丙烯酸的共聚物，三種單體的質量比為1: 2~4:1~3。
21.按照權利要求11所述的方法，其特征在于，所述的聚合物為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺和N，N-二甲基丙烯酰胺的共聚物，三種單體的質量比為1:1~3: 1- ~3。
22.按照權利要求11所述的方法，其特征在于，所述的聚合物為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺和丙烯酸的共聚物，四種單體的質量比為2: I ~2: 2 ~4: 2 ~4。
23.按照權利要求11所述的方法，其特征在于，所述的聚合物水溶液采用以下方法制備: (1)將單體溶解在水中，調節(jié)PH值為8~12; (2)在上述溶液中加入自由基聚合引發(fā)劑，攪拌下，在30°C~80°C之間反應I~5小時。
24.按照權利要求11所述的方法，其特征在于，步驟(2)中，所述的引發(fā)劑為亞硫酸氫鈉/過硫酸銨、亞硫酸氫鈉/過硫酸鈉或亞硫酸氫鈉/過硫酸鉀。
25.按照權利要求11所述方法制備的降濾失劑。
【文檔編號】C08F212/14GK103509535SQ201210219904
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月29日 優(yōu)先權日:2012年6月29日
【發(fā)明者】李財富, 余偉發(fā), 高敏, 秦冰, 李本高 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油化工科學研究院