一种用于石油钻井液的改性降滤失剂转让专利
申请号 : CN202011602206.3
文献号 : CN112760086B
文献日 : 2022-03-25
发明人 : 封娜 , 党恒 , 王元有 , 华丽 , 胡博闻
申请人 : 扬州工业职业技术学院
摘要 :
权利要求 :
1.一种用于石油钻井液的改性降滤失剂,其特征在于,通过以下步骤制得:
1)制备端氨基超支化聚合物:在反应瓶中加入二乙烯三胺并置于冰水浴环境中,向反应瓶中持续通入氮气,将等摩尔量的丙烯酸甲酯与甲醇混合后逐滴加入到反应中,滴加完成后,室温条件下搅拌4h,旋蒸除去甲醇,随后将反应瓶置于油浴锅中进行缩聚合,得到端氨基超支化聚合物;
2)制备羧基化纤维素:在反应瓶中加入氢氧化钠碱化后的纤维素,在恒温水浴条件下,添加配制好的氯磺酸与氯仿进行磺化反应,得到纤维素磺酸钠;在反应瓶中加入催化剂高氯酸以及所述纤维素磺酸钠、马来酸酐,加入乙酸乙酯作溶剂,在60℃下搅拌回流4h,减压蒸馏除去溶剂,得到羧基化纤维素;
3)制备纤维素基超支化聚合物:将所述端氨基超支化聚合物溶解于乙醇,随后加入所述羧基化纤维素,然后该混合物在氮气氛围下搅拌回流,将所得产物离心、过滤,使用去离子水和乙醇洗涤3‑5次,随后真空干燥得到纤维素基超支化聚合物;
4)制备改性腐殖酸:在含有腐殖酸的反应瓶中加入过硫酸钾水溶液,反应瓶置于80℃环境中,搅拌条件下缓慢滴加对苯乙烯磺酸钠和2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸的混合单体水溶液,滴加完成后保温反应3h,即得改性腐殖酸;
5)制备季铵化壳聚糖:将壳聚糖和异丙醇加入到反应瓶中,65℃搅拌15min,随后升温至85℃,缓慢滴加环氧丙基三甲基氯化铵溶液,恒温反应12h,反应完成后过滤,洗涤、干燥得季铵化壳聚糖;
6)制备降滤失剂:将得到的纤维素基超支化聚合物、改性腐殖酸以及季铵化壳聚糖共混于水中,加入硅烷偶联剂和表面活性剂,高速分散,分散完毕后即得到用于石油钻井液的改性降滤失剂。
2.如权利要求1所述的用于石油钻井液的改性降滤失剂,其特征在于,所述步骤2)中,氯磺酸与氯仿的质量比为2~3:1;纤维素磺酸钠、马来酸酐与高氯酸的质量比为1~5:10:
0.1~0.2。
3.如权利要求1所述的用于石油钻井液的改性降滤失剂,其特征在于,所述步骤3)中,端氨基超支化聚合物溶解于乙醇的浓度为20g/L,羧基化纤维素与端氨基超支化聚合物的质量比为0.05:1,回流条件为在80‑90℃下回流12h。
4.如权利要求1所述的用于石油钻井液的改性降滤失剂,其特征在于,所述步骤4)中腐殖酸、对苯乙烯磺酸钠和2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸的质量比为2:0.5:1,过硫酸钾的用量为2%~4%。
5.如权利要求1所述的用于石油钻井液的改性降滤失剂,其特征在于,所述步骤5)中壳聚糖在异丙醇中的浓度为0.1g/ml,环氧丙基三甲基氯化铵溶液与异丙醇的体积比为1~
1.5:1。
6.如权利要求1所述的用于石油钻井液的改性降滤失剂,其特征在于,所述步骤6)中,纤维素基超支化聚合物、改性腐殖酸、季铵化壳聚糖、硅烷偶联剂、表面活性剂和水的重量份数为30~50份、20~30份、10~20份、5~10份、1~3份和30~50份。
7.如权利要求1所述的用于石油钻井液的改性降滤失剂,其特征在于,所述硅烷偶联剂选自KH550、KH560、A151或A171。
8.如权利要求1所述的用于石油钻井液的改性降滤失剂,其特征在于,所述表面活性剂选自壬基酚聚氧乙烯醚或辛基酚聚氧乙烯醚。
说明书 :
一种用于石油钻井液的改性降滤失剂
技术领域
背景技术
黏土颗粒表面的电位,并且在亲水基团的水化作用下形成较厚的水化膜,使黏土颗粒保持
稳定,不易聚结。高分子降滤失剂会提高滤液的粘度,滤液粘度的提高会导致钻井液滤失量
的降低,但是钻井液粘度的提高也可能会导致钻速的降低,不符合钻井的经济效益。
性后在降滤失、增粘、稳定井壁等方面有良好的效果。但通常抗温能力和抗盐能力有限,主
要应用于110℃以下的钻井作业。随着钻井作业的复杂程度逐年攀升,未来降滤失剂的研究
方向应着重于:在注重高温钻井液降滤失剂应用性能的同时,还需兼顾抗盐抗钙性能、防塌
性能以及其它对地层和环境的污染问题。
发明内容
加完成后,室温条件下搅拌4h,旋蒸除去甲醇,随后将反应瓶置于油浴锅中进行缩聚合,得
到端氨基超支化聚合物;
剂高氯酸以及所述纤维素磺酸钠、马来酸酐,加入乙酸乙酯作溶剂,在60℃下搅拌回流4h,
减压蒸馏除去溶剂,得到羧基化纤维素;
去离子水和乙醇洗涤3‑5次,随后真空干燥得到纤维素基超支化聚合物;
基、羰基等,如下式中给出腐殖酸的一个结构单元(R代表其它包含不同活性官能团的结构
单元),在本发明中利用羟基可以进行乙烯基类单体的原位自由基共聚。在含有腐殖酸的反
应瓶中加入过硫酸钾水溶液,反应瓶置于80℃环境中,搅拌条件下缓慢滴加对苯乙烯磺酸
钠和2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸的混合单体水溶液,滴加完成后保温反应3h,即得改性腐殖
酸;
干燥得季铵化壳聚糖;
液的改性降滤失剂。
和80~150份。
于石油钻井作业中时性能欠佳,因此,本发明分别对其进行化学改性以提高抗高温、耐盐等
性能。
物链中含有丰富的酰胺键。相对于线性结构而言,高度支化的聚合物链尺寸较小,没有分子
链内或链间的链结缠绕,因此宏观上其粘度相对线性聚合物较低,流动性强,不易聚集,从
而在保证其降滤失性能的同时,对钻井作业时的钻速不会造成影响,具有较好的经济效益;
通过酰胺键吸附黏土颗粒至网状聚合物链上,提高了黏土的分散性,使黏土颗粒保持稳定,
不易聚结;且聚合物链的尺寸相对较小能够有效封堵滤饼空隙,形成致密的滤饼,减少钻井
液的滤失;同时超支化聚合物接枝后的纤维素改变了其空间结构,也提高了聚合物的耐热
性。本发明的纤维素基超支化聚合物可用作一般钻井作业时的降滤失剂。但是在高温高盐
环境下仍存在一定的缺陷,因此,本发明通过复配有改性腐殖酸以及季铵化的壳聚糖进一
步的提高了其耐热耐盐性能和稳定性。
聚合物与黏土颗粒的稳定性,引入的苯环可有效提高改性腐殖酸在高温下的粘接强度,从
而提高其耐热性能;酰胺基可以提高聚合物高温下的吸附能力,磺酸基团则对盐不敏感,进
一步提高其耐盐能力。并且,在本发明中选择的单体聚合之后具有一定的规整性,苯环和酰
胺键及磺酸基之间有一定的间隙,避免因空间位阻效应导致性能减弱,同时磺酸基设置于
侧链的末端,有利于进入到超支化聚合物链中,牢牢吸附住纤维素基超支化聚合物,从而提
高其耐热抗盐能力。
进一步提高了降滤失剂的性能。
具体实施方式
术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范
围。
加完成后,室温条件下搅拌4h,旋蒸除去甲醇,随后将反应瓶置于油浴锅中进行缩聚合,得
到端氨基超支化聚合物;
反应瓶中加入催化剂高氯酸(10ml)以及所述纤维素磺酸钠(100mg)、马来酸酐(1g),加入乙
酸乙酯作(100ml)溶剂,在60℃下搅拌回流4h,减压蒸馏除去溶剂,得到羧基化纤维素;
回流,将所得产物离心、过滤,使用去离子水和乙醇洗涤3‑5次,随后真空干燥得到纤维素基
超支化聚合物。
液,滴加完成后保温反应3h,即得改性腐殖酸。
滤,洗涤、干燥得季铵化壳聚糖;
分散完毕后即得到用于石油钻井液的改性降滤失剂。
失剂。
失剂。
拌30min,测其老化16h后常温和高温(260℃)下的滤失量。
羧基化纤维素或端氨基超支化聚合物降滤失的效果均较差,应用例4仅添加纤维素基超支
化聚合物,其常压失水量的效果与应用例1接近,并且可以看到应用例5及应用例6的常温常
压失水量均与应用例1接近,比应用例4略低,说明在本发明中纤维素基超支化聚合物能够
应用于一般性的钻井作业;应用例5中进行了三组试验,在对腐殖酸进行改性时共添加了两
种单体,当仅添加对苯乙烯磺酸钠单体时,常温和高温下的降滤失性效果与应用例1相当,
说明该单体中的刚性基团和磺酸基起到了耐高温作用,而未进行改性的腐殖酸直接使用
时,高温下的滤失量有所增大,但影响效果不及改性纤维素;应用例6未改性的壳聚糖在淡
水基浆中的影响力较弱;应用例7采用未改性的天然高分子直接应用,显然降滤失的效果较
差。
性;应用例3中选用羧基化纤维素或端氨基超支化聚合物降滤失的效果均较差,应用例4仅
添加纤维素基超支化聚合物,其常温常压和高温高盐环境中的滤失量增大明显,即纤维素
基超支化聚合物不适用于高盐环境中;应用例5中进行三组试验,当单体仅为对苯乙烯磺酸
钠时,其常温常压和高温高压下的失水量均有所增长,当仅添加2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸
单体时,降滤失效果与应用例1相当,说明该单体中的酰胺基和磺酸基起到了耐高温抗盐的
作用,但应用例5三组试验的整体滤失效果较好,反观应用例6;采用未改性的壳聚糖其滤失
量在本组试验中相对较高,说明季铵化的壳聚糖在高盐条件下,起到重要的降滤失作用;应
用例7为未改性的天然高分子直接使用,显然降滤失的效果较差。
实现另外的修改,因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限
于特定的细节。