一种钻井液用抗高温防塌降滤失剂及其制备方法

摘要

本发明涉及一种钻井液用抗高温防塌降滤失剂及其制备方法，该防塌降滤失剂原料为丙烯酰胺单体、丙烯酸单体、阳离子单体、交联剂和引发剂，按如下方法制得：将丙烯酰胺、阳离子单体和交联剂加入水中，搅拌均匀；加入中和度为50-80％wt丙烯酸溶液和引发剂，所得混合溶液雾化成100微米以下的液滴，使之分散在50～70℃的油相介质中聚合反应3～5小时。本发明防塌降滤失剂的页岩回收率提高80％以上，API滤失量降低，抗温性能提高，高温高压滤失量低于30ml。

权利要求

1.防塌降滤失剂，其特征在于以100质量份计，原料的组分为：丙烯酰胺单体5-10份，丙烯酸单体1-3份，阳离子单体0.5-2份，交联剂0.05-0.10份，引发剂0.03-0.10份，其余为水；所述的引发剂是过硫酸铵或过硫酸钾；按如下方法制得：a、将丙烯酰胺、阳离子单体和交联剂加入水中，充分溶解，搅拌均匀；

b、用20％wt的氢氧化钠溶液中和丙烯酸，中和至中和度为50-80％wt；

c、将b步骤中配好的丙烯酸溶液加入到a步骤配好的液体中，加入引发剂；

d、用高压喷射法将混合溶液雾化成5～100微米的液滴，分散在50～70℃的油相介质白油中聚合反应3～5小时，静止2-3小时，产品从油相介质中沉淀，分离后即得钻井液用抗高温防塌降滤失剂。

2.如权利要求1所述的防塌降滤失剂，其特征在于所述的阳离子单体是二甲基二烯丙基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵或丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵。

3.如权利要求1所述的防塌降滤失剂，其特征在于所述的交联剂是N，N′-亚甲基双丙烯酰胺。

4.如权利要求1所述的防塌降滤失剂，其特征在于所述的白油选用工业级5#、7#、10#或15#白油。

5.权利要求1所述的防塌降滤失剂的制备方法，采用分散悬浮聚合，步骤如下：a、将丙烯酰胺、阳离子单体和交联剂加入水中，充分溶解，搅拌均匀；

b、用20％wt的氢氧化钠溶液中和丙烯酸，中和至中和度为50-80％wt；

c、将b步骤中配好的丙烯酸溶液加入到a步骤配好的液体中，加入引发剂；

d、用高压喷射法将混合溶液雾化成5～100微米的液滴，分散在50～70℃的油相介质中聚合反应3～5小时，静止2-3小时，产品从油相介质中沉淀，分离后即得钻井液用抗高温防塌降滤失剂。

说明书

技术领域

本发明涉及石油钻井过程中的钻井液用抗高温防塌降滤失剂及其制备方法，属于石油化工技术领域。

技术背景

钻井过程中井壁失稳一直是影响钻井顺利进行的主要因素，特别是在深井、超深井、定向井和大斜度井日益增多的情况下，上述问题显得更加突出。现场常采用同时加入防塌剂和降滤失剂解决这一问题。现在常用防塌剂有两类，一类是封堵类防塌剂，如沥青、石蜡和超细碳酸钙等，该类防塌剂通过封堵地层孔隙和微裂缝，减少钻井液中的自由水侵入地层而起到稳定井壁的作用；另一类防塌剂是能有效抑制泥页岩膨胀分散的防塌剂，该类防塌剂随钻井液自由水进入地层，通过抑制地层中的泥页岩水化膨胀、分散而起到稳定井壁的作用。降滤失剂主要通过护胶作用使钻井液中保持一定比例细颗粒的含量，使钻井液形成的泥饼渗透率降低，从而降低钻井液中的自由水向地层滤失而起到稳定井壁的作用。

现有防塌剂和降滤失剂的抗温能力普遍不高，一般不超过180℃，且防塌剂和降滤失剂同时加入既增加了钻井液成本，又增加了工人的劳动强度，同时使钻井液成份复杂，维护处理难度增加。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种抗高温防塌降滤失剂及其制备方法。本发明的产品在具有良好防塌性能的同时，兼具有很好降滤失作用，与钻井液配伍性好，不污染环境，抗温能力达200℃以上。
本发明的技术方案如下：
防塌降滤失剂，以100质量份计，原料的组分为：丙烯酰胺单体5-10份，丙烯酸单体1-3份，阳离子单体0.5-2份，交联剂0.05-0.10份，引发剂0.03-0.10份，其余为水。按如下方法制得：
将丙烯酰胺、阳离子单体和交联剂加入水中，搅拌均匀；加入中和度为50-80％wt丙烯酸溶液和引发剂，所得混合溶液在50～70℃温度下雾化成100微米以下的液滴，使之分散在油相介质中聚合反应3～5小时。
所述的阳离子单体是二甲基二烯丙基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵或丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵。
所述的交联剂是N，N′-亚甲基双丙烯酰胺。
所述的引发剂是过硫酸铵或过硫酸钾。
所述的油相介质优选白油。所述白油工业级即可，可以选用5#、7#、10#或15#白油。
本发明的防塌降滤失剂制备方法，采用分散悬浮聚合，步骤如下：
a、将丙烯酰胺、阳离子单体和交联剂加入水中，充分溶解，搅拌均匀；
b、用20％wt的氢氧化钠溶液中和丙烯酸，中和至中和度为50-80％wt；
c、将b步骤中配好的丙烯酸溶液加入到a步骤配好的液体中，加入引发剂；
d、用高压喷射法将混合溶液雾化成5～100微米的液滴，分散在50～70℃的油相介质中聚合反应3～5小时，静止2-3小时，产品从油相介质中沉淀，分离后即得钻井液用抗高温防塌降滤失剂。油相介质可以回收再利用。
本发明所述方法制得的钻井液用抗高温防塌降滤失剂外观为白色或淡黄色粘稠液体，无异味，在水中具有很好的分散作用。
本发明所述方法制得的钻井液用抗高温防塌降滤失剂，页岩回收率提高率大于80％，相对抑制性小于0.5，API滤失量降低值大于10ml(150℃/16h)，高温高压滤失量低于30ml，抗温能力达200℃以上。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述，但不限于此。各实施例中组分的含量以重量份计，工业级白油抚顺盛威石化销售公司售。
实施例1：
在室温下，将5份丙烯酰胺、1份二甲基二烯丙基氯化铵(阳离子单体)、0.03份引发剂(过硫酸铵)和0.05份N，N′-亚甲基双丙烯酰胺(交联剂)加入水中，充分溶解，搅拌均匀后加入2份中和度为70％的丙烯酸。将上述反应液用高压喷射法雾化成5～30微米的液滴，分散在60℃的7#工业级白油(油相介质)中聚合反应3.5小时，静止2小时，产品从油相介质中沉淀，分离后即得钻井液用抗高温防塌降滤失剂。其性能检测结果如下表所示。
  项目   指标   外观   无色粘稠液体   API滤失量降低值(150℃/16h)，mL   12.6   API滤失量降低值(200℃/16h)，mL   10.3   高温高压滤失量(150℃/3.5MPa)，mL   22.3   相对抑制性   0.32   页岩回收提高率，％   89.6
本发明涉及的抗高温防塌降滤失剂的性能测试方法如下：
(1)API滤失量的测定
配制两份基浆，量取400mL蒸馏水，加入16.0g钠膨润土和1.0g无水碳酸钠，用高速搅拌器搅拌5min，取下容器，刮下粘附在容器上的膨润土，继续搅拌15min，累计搅拌时间为20min。在24±3℃条件下在密闭容器中养护24h，作为基浆。
取其中一份加入8g试样，然后将基浆和加样浆高速搅拌20min，放入老化罐中在滚子加热炉中150℃(或200℃)滚动16h，取出冷却至24±3℃，高速搅拌5min，按GB/T 16783-1997的规定测其在24±3℃条件下的API滤失量。按下式计算API滤失量降低值：
ΔFL＝FL2-FL1
式中：FL1--加样浆的API滤失量，ml
FL2--基浆的API滤失量，ml
(2)高温高压滤失量的测定
基浆配制：在24±3℃条件下，按水∶钠土∶评价土∶无水碳酸钠＝100∶6∶2∶0.1的比例配制基浆，高速搅拌20min，再密闭养护24h。取配好的基浆400mL，加入12.0g试样高速搅拌20min，装入高温罐，150℃下恒温热滚16h，取出冷却。高速搅拌5min，测定高温高压(150℃/3.5MPa)滤失量。
(3)相对抑制性
称取(105±3)℃下烘4h的钻井液试验用钠膨润土10.00g装入页岩膨胀筒中，在压力机上加4MPa压力，并保持5min，取下安装在页岩膨胀仪上，分别测定5％KCl溶液和2％样品溶液浸泡岩心7h的膨胀高度。按下式计算相对抑制性：
$Y=\frac{h_1}{h_2}$
式中：Y——相对抑制性；
h1——2％样品溶液浸泡后岩心膨胀高度，mm；
h2——5％KCl溶液浸泡后岩心膨胀高度，mm。
(4)页岩回收提高率的测定
称取50g(称准至0.1g)6～0目的已风干的泥页岩岩屑(在蒸馏水中的回收率为20～40％)试样两份，分别装入已盛入350mL蒸馏水和350mL加入5％试样水溶液的高温罐中盖紧。放入77℃的滚子炉中滚动16h，取出冷却，然后倒入0.45mm标准筛(40目)中用清水漂洗后，收集筛余岩屑于表面皿中，在(105±3)℃恒温烘干4h，取出冷却，并在空气中放置24h后称量。按下式计算页岩回收提高率：
$F=\frac{m_H-m_W}{m_W}\times 100$
式中：
F——页岩回收提高率，％；
mH——从试样溶液中回收的岩屑质量，g；
mW——从蒸馏水中回收的岩屑质量，g。
实施例2：
在室温下，将7份丙烯酰胺、1.5份甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(阳离子单体)、0.05份引发剂(过硫酸钾)和0.06份N，N′-亚甲基双丙烯酰胺(交联剂)加入水中，充分溶解，搅拌均匀后加入1份中和度为70％的丙烯酸。将上述反应液用高压喷射法雾化成10～50微米的液滴，分散在55℃的10#工业级白油(油相介质)中聚合反应4小时，静止2.5小时，产品从油相介质中沉淀，分离后即得钻井液用抗高温防塌降滤失剂。
取上述方法制备的抗高温防塌降滤失剂，检测其性能，结果如下表所示。
  项目   指标   外观   无色粘稠液体   API滤失量降低值(150℃/16h)，mL   11.6   API滤失量降低值(200℃/16h)，mL   8.5   高温高压滤失量(150℃/3.5MPa)，mL   25.2   相对抑制性   0.42   页岩回收提高率，％   91.7
实施例3：
在室温下，将10份丙烯酰胺、1份丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(阳离子单体)、0.07份引发剂(过硫酸铵)和0.09份N，N′-亚甲基双丙烯酰胺(交联剂)加入水中，充分溶解，搅拌均匀后加入0.5份中和度为70％的丙烯酸。将上述反应液用高压喷射法雾化成20～60微米的液滴，分散在60℃的15#工业级白油(油相介质)中聚合反应5小时，静止2小时，产品从油相介质中沉淀，分离后即得钻井液用抗高温防塌降滤失剂。性能检测结果如下表所示。
  项目   指标   外观   无色粘稠液体   API滤失量降低值(150℃/16h)，mL   15.2   API滤失量降低值(200℃/16h)，mL   11.8   高温高压滤失量(150℃/3.5MPa)，mL   26.4   相对抑制性   0.27   页岩回收提高率，％   83.7