專利名稱：一種褐煤接枝共聚降濾失劑及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鉆井領(lǐng)域，進一步地說，是涉及一種褐煤接枝共聚降濾失劑及制備方法。
背景技術(shù)：
聚合物類降濾失劑可有效控制鉆井液的濾失量，能保證常規(guī)密度鉆井液的良好性能，在鉆井施工中發(fā)揮了重要的作用。但是，當(dāng)它們用于高密度和超高密度鉆井液時，往往因分子量大、粘度效應(yīng)大而使鉆井液變稠、流變性能惡化。
在超高密度鉆井液中，其加重材料的重量分數(shù)占到鉆井液總重量的70%左右(以 4. 2g/cm3密度的重晶石配制的密度為2. 5g/cm3的鉆井液為例計算)，而體系中的自由水相對較少，維持鉆井液良好性能的各種處理劑若使用不當(dāng)，會造成鉆井液的粘度及切力上升、 濾餅質(zhì)量變差、高溫高壓濾失量難以控制等問題，尤其是降濾失劑的使用，必須選用分子量小、粘度效應(yīng)低的產(chǎn)品。目前現(xiàn)場應(yīng)用的超低粘CMC、超低粘PAC等，在超高密度鉆井液中即使加量很小也會使其粘度、切力迅速增大，流動性變差。而現(xiàn)場常用的降濾失劑SMP，降粘劑 SMC、SMK,以及兩者兼有改性產(chǎn)品等，在固相含量高、礦化度高的情況下，往往需要將它們復(fù)配才可能發(fā)揮作用，而且需要加大處理劑的用量，處理劑多而雜，造成鉆井液成本增加，流變性變差，且勞動強度增大。尤其在高含鹽及高溫條件下其降濾失效果不太明顯。
由于褐煤資源豐富，價格低廉，以其為基本原料制備的產(chǎn)品在鉆井液中有較多應(yīng)用，如文獻“抗高溫抗鹽降濾失劑SHK-AN的合成及性能研究”中制備SHK-AN具有好的抗鹽、 抗高溫和降濾失作用，但是其合成工藝復(fù)雜，需要將褐煤粉硝酸氧解、堿抽提、磺甲基化，獲得的磺甲基腐植酸鉀再與腈綸廢絲水解后的丙烯腈進行接枝聚合，濃縮、干燥、粉碎制得 SHK-AN接枝共聚物，而且分子量較大，粘度效應(yīng)大；文獻“降濾失劑AMPS/AM/腐植酸鈉的合成與評價”中由褐煤制備腐植酸鈉，再和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺進行共聚，產(chǎn)物在淡水中具有好的降濾失能力，抗鹽性能不好，且其質(zhì)量分數(shù)I %的水溶液的粘度IOmPa · S，未見在高密度鉆井液中的評價結(jié)果；文獻“高溫抗鹽降濾失劑SHR的研究與應(yīng)用”中用褐煤和酰胺衍生物及絡(luò)合劑、交聯(lián)劑、甲醛、純堿、焦亞硫酸等反應(yīng)制備了特種樹脂 SHR，具有抗溫降濾失及稀釋能力強、造壁潤滑性能好的特點，最高應(yīng)用鉆井液密度1. 97g/ cm3,未見可用于更高密度鉆井液中。發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種褐煤接枝共聚降濾失劑及制備方法。所述降濾失劑在含高固相加重材料的鉆井液中降濾失效果好、粘度效應(yīng)低，能夠改善鉆井液的流變性，并具有抗溫、耐鹽的特性，用于深井、超深井以及超高壓地層鉆探。
本發(fā)明的目的之一是提供一種改性褐煤接枝共聚降濾失劑。
所述降濾失劑是由包括以下組分的原料聚合反應(yīng)而制得的
水100重量份
褐煤10 70重量份，優(yōu)選25 55重量份；
醒O. 5 20重量份,優(yōu)選I 10重量份
磺酸鹽聚合物 2 30重量份,優(yōu)選5 15重量份
所述褐煤為改性褐煤，優(yōu)選磺化褐煤、褐煤樹脂、腐植酸鈉、腐植酸鉀或硝基腐植酸鈉；
所述醛優(yōu)選為甲醛、乙醛或乙二醛；
所述磺酸鹽聚合物為分子鏈中含有磺酸基的鏈節(jié)不少于30%的共聚物。優(yōu)選分子量小于30萬的含有大量磺酸基的聚合物。更優(yōu)選申請文件(申請?zhí)?01010502681.3)中所述的磺酸鹽聚合物。
本發(fā)明的目的之二是提供一種褐煤接枝共聚降濾失劑的制備方法。
包括
將所述組分按所述用量攪拌混合均勻，進行聚合反應(yīng)、烘干粉碎后制得所述褐煤接枝共聚降濾失劑。
具體可包括以下步驟
(I)原料組成褐煤、醛、磺酸鹽聚合物、水的重量之比為褐煤醛磺酸鹽聚合物水=10 70 O. 5 20 2 30100 ；
(2)配制聚合液將磺酸鹽聚合物均勻溶解于水中，室溫下加入醛和褐煤，攪拌均勻；
(3)聚合在攪拌條件下升溫至180 220°C，反應(yīng)6 IOh ;
(4)烘干，粉碎將步驟(3)中得到的混合液在100 105°C的條件下烘干、粉碎得到高密度鉆井液用褐煤接枝共聚降濾失劑。
本發(fā)明的褐煤接枝共聚降濾失劑，經(jīng)“一步法”進行接枝共聚反應(yīng)，合成工藝簡單， 在超高密度鉆井液中降濾失效果好、粘度效應(yīng)低，有效改善超高密度鉆井液的流變性能，并具有優(yōu)良的抗溫、耐鹽的特性。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例，進一步說明本發(fā)明。
1、4%膠液表觀粘度的測定準確稱取16. Og褐煤接枝的聚合物降濾失劑，在玻璃棒攪拌下慢慢加入到400mL蒸餾水中，攪拌至全部溶解，用六速旋轉(zhuǎn)粘度計測定溶液600r/ min的讀數(shù)。表觀粘度按下式計算。Φ ΟΟ
AV=_2
式中AV——表觀粘度,單位為毫帕·秒(mPa · s)；
Φ_-旋轉(zhuǎn)粘度計600r/min下的讀數(shù)。
2、性能評價
(I)淡水加重基漿的配制量取300mL蒸餾水置于杯中，加入O. 75g無水碳酸鈉、 15g鉆井液實驗用鈉膨潤土，高速攪拌20min，在磨口瓶中25±3°C下養(yǎng)護24h。高速攪拌下加入756g的重晶石，高速攪拌lOmin，按照SY/T 5621規(guī)定測定基漿密度和濾失量，淡水加重基漿密度應(yīng)該2. 20±0. 05g/cm3范圍內(nèi)，常溫濾失量和120°C滾動16h濾失量應(yīng)在25 35mL。若不在范圍內(nèi)，可適當(dāng)調(diào)整重晶石的加量。
(2)鹽水加重基漿的配制量取300mL蒸餾水置于杯中，加入12g氯化鈉、1. 2g無水碳酸鈉，高速攪拌5min,待完全溶解后加入24g鉆井液實驗用鈉膨潤土,高速攪拌20min, 在磨口瓶中25±3°C下養(yǎng)護24h。高速攪拌下加入980g的重晶石，高速攪拌lOmin，作為鹽水加重基漿，備用。按照SY/T 5621規(guī)定測定基漿密度和濾失量，鹽水加重基漿密度應(yīng)該 2. 40±0. 05g/cm3范圍內(nèi)，常溫濾失量和120°C滾動16h濾失量應(yīng)在120 160mL。若不在范圍內(nèi)，可適當(dāng)調(diào)整重晶石的加量。
(3)淡水漿濾失量的測定取兩份淡水加重基漿，用玻璃棒攪拌下加入4. 8g高密度分散劑SMS-19，高速攪拌lOmin，加入4. 8g合成的褐煤接枝的聚合物降濾失劑，其中一份按照SY/T5621的規(guī)定測定常溫濾失量；另一份放入滾子加熱爐中，于120°C滾動16h，待冷卻至25±3°C，高速攪拌5min，按照SY/T5621的規(guī)定測定120°C熱滾16h后濾失量。
(4)鹽水漿中濾失量的測定取兩份鹽水加重基漿，用玻璃棒攪拌下加入13. Og高密度分散劑SMS-19，高速攪拌IOminjPA 5. 4g合成的褐煤接枝的聚合物降濾失劑，高速攪拌lOmin。其中一份按照SY/T5621的規(guī)定測定常溫濾失量；另一份放入滾子加熱爐中，于 120°C滾動16h，待冷卻至25±3°C，高速攪拌5min，按照SY/T5621的規(guī)定測定120°C熱滾 16h后濾失量。
實施例中所用原料如下
磺化褐煤大港油田集團油田化學(xué)有限公司，工業(yè)品；
甲醛北京化學(xué)試劑公司，分析純；
乙醛北京化學(xué)試劑公司，分析純；
磺酸鹽聚合物PFL-L :中國石化石油工程技術(shù)研究院，工業(yè)品；分子量范圍為 10-20萬，磺酸基的鏈節(jié)含量為40-60%
腐植酸鈉侯馬市佳友腐植酸有限公司，工業(yè)品；
褐煤樹脂河北華運鴻業(yè)化工有限公司，工業(yè)品；
氫氧化鈉北京化工廠,分析純；
氯化鈉北京化工廠，分析純；
Span-80 :西隴化工股份有限公司，化學(xué)純；
重晶石貴州凱里市龍騰礦業(yè)有限公司，密度4. 32g/cm3 ；
白油河北省辛集市景山石油化工廠，工業(yè)品；
鈉膨潤土 勝利油田博友泥漿技術(shù)有限責(zé)任公司產(chǎn)鉆井液試驗用鈉膨潤土 ；
低粘PAC :淄博技聯(lián)化工有限公司，工業(yè)品；
分散劑SMS-19 :自制，方法如下
木本木質(zhì)素18份，對甲酚10份，亞硫酸鈉8份，甲醛3份，對甲苯磺酸I份，水100 份，混合均勻后160 170°C下反應(yīng)8h，干燥后制得分散劑SMS-19
實施例1 :
超高密度鉆井液用褐煤接枝共聚降濾失劑由下述原料制備磺化褐煤28份，甲醛 2份，磺酸鹽聚合物11份，水100份，將混合均勻后20(TC下反應(yīng)6h，干燥、粉碎后制得褐煤接枝共聚降濾失劑A。
實施例2
超高密度鉆井液用褐煤接枝共聚降濾失劑由下述原料制備磺化褐煤35份，甲醛 4份，磺酸鹽聚合物8份，水100份，將混合均勻后190°C下反應(yīng)8h，干燥、粉碎后制得褐煤接枝共聚降濾失劑B。
實施例3
超高密度鉆井液用褐煤接枝共聚降濾失劑由下述原料制備磺化褐煤50份，乙醛2份，磺酸鹽聚合物11份，水100份，將混合均勻后210°C下反應(yīng)8h，干燥、粉碎后制得褐煤接枝共聚降濾失劑C。
實施例4
超高密度鉆井液用褐煤接枝共聚降濾失劑由下述原料制備腐植酸鈉40份，甲醛 4份，磺酸鹽聚合物6份，水100份，將混合均勻后190°C下反應(yīng)8h，干燥、粉碎后制得褐煤接枝共聚降濾失劑D。
實施例5
超高密度鉆井液用褐煤接枝共聚降濾失劑由下述原料制備褐煤樹脂40份，甲醛 8份，磺酸鹽聚合物14份，水100份，將混合均勻后190°C下反應(yīng)10h，干燥、粉碎后制得褐煤接枝共聚降濾失劑E。
以上實施例制備的褐煤接枝共聚降濾失劑的性能數(shù)據(jù)見表1.
表I
權(quán)利要求
1.一種褐煤接枝共聚降濾失劑，其特征在于所述降濾失劑是由包括以下組分的原料聚合反應(yīng)而制得的水褐煤100重量份10 70重量份0.5 20重量份2 30重量份磺酸鹽聚合物所述褐煤為改性褐煤。
2.如權(quán)利要求1所述的褐煤接枝共聚降濾失劑，其特征在于褐煤25 55重量份醒I 10重量份磺酸鹽聚合物5 15重量份。
3.如權(quán)利要求1所述的褐煤接枝共聚降濾失劑，其特征在于所述褐煤為磺化褐煤、褐煤樹脂、腐植酸鈉、腐植酸鉀或硝基腐植酸鈉。
4.如權(quán)利要求1所述的褐煤接枝共聚降濾失劑，其特征在于所述醛為甲醛、乙醛或乙二醛。
5.如權(quán)利要求1所述的褐煤接枝共聚降濾失劑，其特征在于所述磺酸鹽聚合物為分子鏈中含有磺酸基的鏈節(jié)不少于30%的低分子量共聚物。
6.如權(quán)利要求5所述的褐煤接枝共聚降濾失劑，其特征在于所述磺酸鹽聚合物的分子量小于30萬。
7.—種如權(quán)利要求1 6之一所述的褐煤接枝共聚降濾失劑的制備方法，包括將所述組分按所述用量攪拌混合均勻，進行聚合反應(yīng)、烘干粉碎后制得所述褐煤接枝共聚降濾失劑。
8.如權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于所述聚合反應(yīng)溫度為180 220°C，反應(yīng)時間為6 IOh。
9.如權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于所述烘干溫度為100 105°C。
10.如權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于將所述磺酸鹽聚合物均勻溶解于水中，再加入醛和褐煤，攪拌均勻。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種褐煤接枝聚合物類降濾失劑及制備方法。所述降濾失劑由包括以下組分的原料反應(yīng)而得褐煤10～70，醛0.5～20，磺酸鹽聚合物2～30，水100份。制備方法為所述組分混合均勻，在180～220℃反應(yīng)6～10h，干燥、粉碎。合成工藝簡單、易操作。采用本發(fā)明所述的褐煤接枝降濾失劑在含高固相加重材料的超高密度鉆井液中降濾失效果好、粘度效應(yīng)低，能夠改善鉆井液的流變性，并具有抗溫、耐鹽的特性。
文檔編號C09K8/035GK103013458SQ20111030122
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者王琳, 楊小華, 林永學(xué), 李勝, 錢曉琳, 王顯光, 柴龍, 石秉忠, 董曉強, 梅春桂, 李舟軍 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工程技術(shù)研究院