一种抗钙盐钻井液降滤失剂及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种抗钙盐钻井液降滤失剂及制备方法。降滤失剂是由包括以下组分的原料聚合而得：单体、碱和无机材料；单体为：含乙烯基的磺酸单体、丙烯酰胺和N‑乙烯基酰胺类单体；含乙烯基的磺酸单体、丙烯酰胺和N‑乙烯基酰胺类单体的摩尔百分数分别为：30～70％、5～50％、10～50％；单体、碱和无机材料三者的用量范围分别是70～90wt％、5～25wt％、3～15wt％。本发明专利技术的降滤失剂，通过控制聚合物分子链上吸附基团和水化基团的比例，在高钙盐下与粘土颗粒具有合理的相互作用，使其处于适度分散状态，形成低渗透率、柔韧、薄而致密的滤饼，降低钻井液的滤失量，更利于高密度下钻井液流型的控制。

An anti calcium salt drilling fluid filtrate reducer and its preparation method

The invention discloses an anti calcium salt drilling fluid filtrate reducer and a preparation method thereof. The filtrate loss agent is obtained from the following ingredients: monomer, alkali and inorganic material; monomers are vinyl sulfonic monomers, acrylamide and N vinyl amide monomers, and the molar percentages of vinyl sulfonic monomers, acrylamide and N vinyl amide monomers are 30 to 70%, 5~5 respectively. 0%, 10 ~ 50%; monomer, alkali and inorganic materials three, the range of consumption is 70 ~ 90wt%, 5 ~ 25wt%, 3 ~ 15wt%. By controlling the proportion of adsorption groups and hydrated groups on the polymer molecular chain, the invention has a reasonable interaction with clay particles under high calcium salt, making it in a moderate dispersion state, forming a low permeability, flexible, thin and dense filter cake, reducing the filtration loss of the drilling fluid, and is more conducive to high density. Control of the flow pattern of drilling fluid.

【技术实现步骤摘要】
一种抗钙盐钻井液降滤失剂及制备方法
本专利技术涉及钻井液领域，进一步地说，是涉及一种抗钙盐钻井液降滤失剂及制备方法。
技术介绍
降滤失剂是保证钻井液性能稳定的一类重要添加剂，有助于钻井液在井壁上形成低渗透率、薄而致密的滤饼，通过减少钻井液滤液向地层侵入，降低泥页岩水化膨胀，达到稳定井壁、保证井径规则、顺利钻探的目的。随着世界能源需求的增加和钻探技术的发展，钻遇的地层日趋复杂，钻井液面临高温、盐膏层、破碎地层以及高压盐水层等的挑战，传统的天然改性和合成的降滤失剂已不能满足安全钻井的需要，特别是急需应对高温下盐膏层和高压盐水层中高价金属离子对钻井液的污染问题。高价金属离子，如Ca2+、Mg2+等与钻井液中的处理剂相互作用，导致处理剂发生分子链或基团的不可逆变异或者破坏，从而影响其效用，导致钻井液性能恶化，高温下这种破坏作用更加严重。近年来，国内外开发了许多抗温抗盐的降滤失剂，以含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)单体的聚合物为代表的降滤失剂，在抗温抗盐性能方面虽然取得了长足进步，也具有较好的抗钙盐能力。王中华等开发的AMPS/AM/AN三元共聚物、AMPS/IPAM/AM三元共聚物以及AMPS/DEAM二元共聚物，在含钙钻井液中均具有很好的抗温降滤失性能；专利CN201410777862.5公开了一种由AMPS、AA、AM、DMDAAC共聚的钻井液用抗盐抗钙降滤失剂及其制备方法，分子量的大幅增加，使得其包被性、抑制性、热稳定性与抗盐钙污染能力得到较大的提高。蒋官澄等引入纳米二氧化硅(nano-SiO2)合成了钻井液降滤失剂P(AM-AMPS-AA-DMDAAC)/nano-SiO2，耐温、抗盐、抗钙性能良好。但国内目前的降滤失剂只能在150℃下Ca2+含量1.4×104mg/L以内有效控制滤失量，缺乏在更高钙离子含量下具有较高抗温能力的降滤失剂，而且对相对分子质量控制不足，往往过高引起钻井液静结构力过强，不利于高温高密度钻井液流型控制。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种抗钙盐钻井液降滤失剂及其制备方法。按所述方法制备的降滤失剂，通过控制聚合物分子链上吸附基团和水化基团的比例，在高钙盐下与粘土颗粒具有合理的相互作用，使其处于适度分散状态，形成低渗透率、柔韧、薄而致密的滤饼，降低钻井液的滤失量，同时控制一定的分子量范围，更利于高密度下钻井液流型的控制。本专利技术的目的之一是提供一种抗钙盐钻井液降滤失剂。所述降滤失剂是由包括以下组分的原料聚合而得：单体、碱和无机材料；所述单体为：含乙烯基的磺酸单体、丙烯酰胺和N-乙烯基酰胺类单体；含乙烯基的磺酸单体、丙烯酰胺和N-乙烯基酰胺类单体的摩尔百分数分别为：30～70％、5～50％、10～50％；优选：40～65％、10～40％、15～35％。单体、碱和无机材料三者的用量范围分别是70～90wt％、5～25wt％、3～15wt％；优选：75～85wt％、10～20wt％、5～10wt％；所述无机材料为二氧化硅、凹凸棒土、海泡石或活性白土；所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾或氨水；所述含乙烯基的磺酸单体为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸或2-丙烯酰氧基-2-甲基丙磺酸；所述N-乙烯基酰胺类单体为N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基乙酰胺或N-甲基-N-乙烯基乙酰胺。其中，碱的作用是与含乙烯基的磺酸单体进行酸碱中和，调节聚合体系的pH值。无机材料中二氧化硅、凹凸棒土、海泡石或活性白土的加入，可使单体能够在无机材料表面或片层中间进行聚合反应，从而提高聚合物降滤失剂的抗温能力和抗钙盐能力。本专利技术的目的之二是提供一种所述抗钙盐钻井液降滤失剂的制备方法。包括：(1)将无机材料分散于水中，加入碱，搅拌、溶解均匀后得混合溶液A；混合溶液A中无机材料的浓度为2～15％；(2)在混合溶液A中加入丙烯酰胺、含乙烯基的磺酸单体、N-乙烯基酰胺类单体，溶解均匀，通氮气0.5～2小时得混合溶液B，混合溶液B中单体的总浓度为20～70％；(3)混合溶液B在温度30℃～70℃、pH值5～10、加入引发剂与分子量控制剂条件下进行反应，反应时间为0.2小时～4小时，得凝胶状产物，其中引发剂为单体总重量的0.03～0.3％；分子量控制剂为混合溶液B重量的0.05～0.3％；所述引发剂为氧化-还原引发剂；所述分子量控制剂为叔十二碳硫醇、3-巯基丙酸、乙酸钠或异丙醇；(4)将步骤(3)中得到的凝胶状产物在造粒、干燥、粉碎后制得所述抗高温抗钙盐聚合物降滤失剂，干燥温度：60℃～150℃，干燥时间10小时～36小时。其中，优选：步骤(1)中混合溶液A中无机材料的浓度为5～10％。步骤(2)单体的总重量浓度为30～60％；通氮气的时间为0.5小时～1小时。步骤(3)中混合溶液B的反应温度为30℃～50℃、pH值为6～9；反应时间优选0.5小时～2小时；上述步骤(3)中所述氧化-还原引发剂是由过氧化氢、过硫酸铵、过硫酸钾三者中之一与亚硫酸氢钠组成的。引发剂为单体总重量的0.05～0.15％；分子量控制剂为混合溶液B重量的0.05～0.1％。步骤(4)中凝胶状产物的干燥温度为70℃～100℃。本专利技术的抗温抗钙盐聚合物降滤失剂在高钙盐下对粘土颗粒具有较好的护胶作用，可形成低渗透率、柔韧、薄而致密的滤饼，降低含高钙离子的钻井液的滤失量，可用于高温(150℃)的高钙盐的钻井液体系。同时该降滤失剂具有适当的分子量及分布，更利于高密度下钻井液流型的控制。具体实施方式下面结合实施例，进一步说明本专利技术。实施例所用原料如下：2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸：寿光润德化工有限公司丙烯酰胺：江西昌九农科化工有限公司N-乙烯基甲酰胺：日本东京化成工业株式会社(TCI)二氧化硅：上海晶炼新材料有限公司凹凸棒土：江苏盱眙中材凹凸棒石粘土有限公司过硫酸铵：国药集团化学试剂公司亚硫酸氢钠：国药集团化学试剂公司3-巯基丙酸：上海阿拉丁生化科技股份有限公司异丙醇：国药集团化学试剂公司乙酸钠：天津市光复科技发展有限公司氯化钙：国药集团化学试剂公司钠膨润土：新疆夏子街膨润土有限责任公司钙质膨润土：河北宣化县宏宇膨润土有限公司抗高温抗盐降滤失剂DSP-1：山东得顺源石油科技有限公司实施例11.抗温抗钙盐聚合物降滤失剂的制备(1)将8g二氧化硅分散于100g水中，搅拌下加入12g氢氧化钠，搅拌、溶解均匀后得120g混合溶液A，混合溶液A中二氧化硅的质量浓度为6.8％。(2)分别取62g2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、10.5g丙烯酰胺、10.5gN-乙烯基甲酰胺，溶解均匀，三种单体的摩尔百分比依次为50％、25％、25％。通氮气0.5小时得203g的混合溶液B，混合溶液B中三种单体的总质量浓度为40.9％。(3)将混合溶液B在40℃、pH7、加入引发剂过硫酸铵和亚硫酸氢钠各0.05g与0.2g分子量控制剂乙酸钠条件下反应0.5小时，得凝胶状产物，其中过引发剂为单体总重量的0.12％；乙酸钠为混合溶液B重量的0.09％；(4)将凝胶状产物剪切造粒后在80℃干燥12小时，得固体产物，粉碎即得抗温抗钙盐聚合物降滤失剂产品①。2.降滤失效果评价所用两种基浆配方如下(各实施例所用两种基浆配方相同)：(1)高钙膨润土盐水基浆：在高搅杯中加入300mL自来水，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗钙盐钻井液降滤失剂，其特征在于所述降滤失剂是由包括以下组分的原料聚合而得：单体、碱和无机材料；所述单体为：含乙烯基的磺酸单体、丙烯酰胺和N‑乙烯基酰胺类单体；含乙烯基的磺酸单体、丙烯酰胺和N‑乙烯基酰胺类单体的摩尔百分数分别为：30～70％、5～50％、10～50％；单体、碱和无机材料三者的用量范围分别是70～90wt％、5～25wt％、3～15wt％。

【技术特征摘要】
1.一种抗钙盐钻井液降滤失剂，其特征在于所述降滤失剂是由包括以下组分的原料聚合而得：单体、碱和无机材料；所述单体为：含乙烯基的磺酸单体、丙烯酰胺和N-乙烯基酰胺类单体；含乙烯基的磺酸单体、丙烯酰胺和N-乙烯基酰胺类单体的摩尔百分数分别为：30～70％、5～50％、10～50％；单体、碱和无机材料三者的用量范围分别是70～90wt％、5～25wt％、3～15wt％。2.如权利要求1所述的抗钙盐钻井液降滤失剂，其特征在于：所述无机材料为二氧化硅、凹凸棒土、海泡石或活性白土；所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾或氨水；所述含乙烯基的磺酸单体为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸或2-丙烯酰氧基-2-甲基丙磺酸；所述N-乙烯基酰胺类单体为N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基乙酰胺或N-甲基-N-乙烯基乙酰胺。3.如权利要求1所述的抗钙盐钻井液降滤失剂，其特征在于：含乙烯基的磺酸单体、丙烯酰胺和N-乙烯基酰胺类单体的摩尔百分数分别为：40～65％、10～40％、15～35％。4.如权利要求1所述的抗钙盐钻井液降滤失剂，其特征在于：单体、碱和无机材料三者的用量范围为75～85wt％、10～20wt％、5～10wt％。5.一种如权利要求1～4之一所述的抗钙盐钻井液降滤失剂的制备方法，其特征在于所述方法包括：(1)将无机材料分散于水中，加入碱，搅拌、溶解均匀后得混合溶液A；混合溶液A中无机材料的浓度为2～15％；(2)在混合溶液A中加入丙烯酰胺、含乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琳，杨小华，何剑，金军斌，林永学，王海波，徐江，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11