接枝改性黄原胶及其制备方法和应用技术

技术编号:24324242 阅读:55 留言:0更新日期:2020-05-29 17:37
本发明专利技术提供了接枝改性黄原胶及其制备方法和在高温微泡钻井液中的应用。制备接枝改性黄原胶的方法包括:将丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)和2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸(AMPS)加入水中,丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)和2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸(AMPS)的总质量为第一质量,搅拌溶解,调节溶液的pH至7‑8,加热至45‑55℃,搅拌并且通入惰性气体,持续第一时间;加入第二质量的还原剂、第三质量的氧化剂、第四质量的黄原胶,保持45‑55℃的温度,搅拌并且通入惰性气体,持续第二时间,得到接枝改性黄原胶。

【技术实现步骤摘要】
接枝改性黄原胶及其制备方法和应用
本专利技术涉及化学领域,更具体地,涉及接枝改性黄原胶及其制备方法和在高温微泡钻井液中的应用。
技术介绍
随着常规油气储量的减少,在枯竭的油气藏中进行钻探面临诸多挑战。近年来,一种使用微泡钻井液的近平衡钻井技术有效解决了枯竭油气储层及其他低压区钻探存在的压差卡钻、严重漏失、储层伤害等问题。微泡钻井液是由表面活性剂和生物聚合物通过高速搅拌制备的含10-100μm粒径的微气泡的一种气体钻井液。该技术主要具有以下优势:(1)具有极高的低剪切粘度,有利于携带岩屑和清洁井孔;(2)与其他气体钻井液液相比,不需要昂贵的气体注入设备;(3)微泡可作为封堵材料堵塞地层孔隙,减少钻井液滤液和固相颗粒的侵入;(4)微气泡可循环至地表,进一步减少对储层的伤害。随着钻探深度的增加,井底温度增大,通常将井底温度在150-200℃的井称为高温井,近年来关于微泡钻井液耐温性的研究及在高温井中的应用是有限的。目前制备微泡钻井液时,除了用于起泡的表面活性剂外,还需要加入生物聚合物作为增粘剂和稳定剂,生物聚合物能够在微泡外部提供保护膜,使其在高温高压环境下保持长时间的稳定状态,因此提高聚合物的耐温性是研制高温微泡钻井液的重要途径。常用的生物聚合物包括黄原胶、淀粉、羧甲基纤维素、聚阴离子纤维素,其中黄原胶已被证明是制备微泡钻井液最良好的材料。黄原胶是一种由黄单胞菌分泌、由五糖重复单元构成的天然多糖,由于其具有良好的增黏、环保可降解性,目前在美国和西欧,约有近40%的黄原胶用于钻井和采油。然而黄原胶的最适用温度通常在120℃以内,黄原胶在>90℃的转换温度时,微观结构由稳定的双螺旋结构转变为无序、不稳定的结构,发生严重的粘度衰减,粘度损失甚至达到60%以上,这是黄原胶高温失效的主要原因。鉴于黄原胶支链中含有大量的-OH、-COOH等活性基团,使得接枝改性提高黄原胶耐温性成为一种简便的方式。目前已经报道了较多关于黄原胶接枝改性的研究,接枝产物用于金属离子(Cu2+、Cr3+、Pb2+)的吸附、高吸水性树脂制备、固沙抑尘、食品添加剂、药物传输、染料等方面,受应用领域限制,以上关于接枝黄原胶的应用未对产物的耐高温性能提出要求。在石油领域,改性黄原胶应用于压裂液、固井水泥等,而将改性黄原胶应用于耐高温微泡钻井液中的研究是未有过的。
技术实现思路
现有的研究中关于微泡钻井液耐温性的研究仍局限于150℃以内,随着钻井深度的增加,耐高温(>150℃)微泡钻井液的研究是必要且欠缺的。本专利技术通过接枝改性的方法向聚合物支链中引入三种刚性耐温单体,即丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS),得到改性产物黄原胶-g-AA/AM/AMPS,来提高黄原胶的耐温性,使用改性黄原胶产物制备微泡钻井液,进而获得耐高温的微泡钻井液。本专利技术提供了一种制备接枝改性黄原胶的方法,包括:将丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)加入水中,丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)的总质量为第一质量,搅拌溶解,调节溶液的pH至7-8,加热至45-55℃,搅拌并且通入惰性气体,持续第一时间;加入第二质量的亚硫酸氢钠、第三质量的过硫酸铵、第四质量的黄原胶,保持45-55℃的温度,搅拌并且通入氮气(例如,氮气),持续第二时间,得到接枝改性黄原胶。本专利技术采用氧化还原型引发剂来引发本专利技术的上述单体的聚合,本专利技术对所述氧化还原型引发剂体系的种类并无特别的限定,可以采用本领域常规的各种氧化还原型引发剂体系。所述氧化还原型引发剂中的氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾、过氧化氢、次氯酸钠、高锰酸钾中的一种或多种,优选为过硫酸铵、过硫酸钾和过硫酸钠中的一种或多种。所述氧化还原型引发剂中的还原剂为亚硫酸氢钠、亚硫酸钾、硫代硫酸钠、硫代硫酸钾、硫化钠中的一种或多种,优选为亚硫酸氢钠和过硫酸钾。更优选地:质量比为2:1的过硫酸铵和亚硫酸氢钠。根据本专利技术,优选情况下,所述共聚合反应的条件包括:溶液的pH值为7-8,反应体系的pH值可以采用本领域常规的酸和碱进行调节,由于接枝单体AMPS的强酸性,通常上述单体提供的反应体系为酸性,为此可以采用碱金属氢氧化物(例如氢氧化钠、氢氧化钾等)进行调节。根据本专利技术,在进行共聚合反应前,还包括对反应体系进行除氧,以此保持本专利技术所采用的氧化还原型引发剂的活性,例如采用通入惰性气体(氮气、氦气、氖气、氩气等中的一种或多种)的方式,所述第一时间为10-60min,优选地,为30min。在上述方法中,其中,丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)的摩尔比为1:1:1至5:5:1,优选地,3:3:1。在上述方法中,其中,,所述第二时间为1h-4h,优选地,1h-2.5h。在上述方法中,其中,所述第二质量与所述第一质量的比为0.05%-0.2%,所述第三质量与所述第一质量的比为0.1%-0.3%,所述第四质量与所述第一质量的比为4%-6%。在上述方法中,还包括对所述接枝改性黄原胶进行干燥,所述干燥在50-100℃下进行48-72h。对干燥的方式并无特别的限定,可以采用本领域常规的各种干燥方式进行,例如烘干法、冷冻干燥法和喷雾干燥法。本专利技术还提供了通过上述方法制备的接枝改性黄原胶。本专利技术还提供了一种使用上述改性黄原胶制备的耐高温微泡钻井液及其方法,方法包括:向3-5L的水中加入0.2%-0.4%的碳酸钠,搅拌,然后加入水溶液质量的3%-5%的钻井液用粘土,继续搅拌,静置,制得钻井液基浆;取300-400mL钻井液基浆,边搅拌边加入钻井液基浆的质量的0.5%-2%的接枝改性黄原胶,搅拌;加入钻井液基浆的质量的0.1%-0.3%的表面活性剂,继续以5000-12000rpm转速搅拌,制得微泡钻井液。根据本专利技术,本专利技术对上述耐温微泡钻井液体系中的粘土没有特别的限定,可以为本领域常规的各种粘土,如膨润土、凹凸棒土、海泡石、高岭石、伊利石等一种或多种。优选地,采用分散性良好的膨润土或耐温耐盐性良好的凹凸棒土,更优选地,采用钠基膨润土。根据本专利技术,本专利技术对上述耐温微泡钻井液体系中的表面活性剂没有特别的限定,可以为本领域常规的各种表面活性剂,如阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、α-烯烃磺酸盐、十二烷基苯磺酸钠,阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵,非离子表面活性剂十二烷基二甲基氧化铵、椰油酰胺丙基甜菜碱等,其中的一种或多种。优选地,十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠和十六烷基三甲基溴化铵;更优选地,十二烷基磺酸钠。对比常规微泡钻井液中使用的稳定增粘剂,本专利技术合成了一种接枝改性的黄原胶产物黄原胶-g-AA/AM/AMPS,并使用该产品制备了耐高温微泡钻井液,突破了高温对微泡钻井液的限制,将微泡钻井液体系的耐温性提升至180℃。通过上述技术方案,本专利技术具有如下的有益效果:(1)有效解决了高温粘度衰减问题,提高了微泡钻井液的表观粘本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种制备接枝改性黄原胶的方法,包括:/n将丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)加入水中,丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)的总质量为第一质量,搅拌溶解,调节溶液的pH至7-8,加热至45-55℃,搅拌并且通入惰性气体,持续第一时间;/n加入第二质量的还原剂、第三质量的氧化剂、第四质量的黄原胶,保持45-55℃的温度,搅拌并且通入惰性气体,持续第二时间,得到接枝改性黄原胶。/n

【技术特征摘要】
1.一种制备接枝改性黄原胶的方法,包括:
将丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)加入水中,丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)的总质量为第一质量,搅拌溶解,调节溶液的pH至7-8,加热至45-55℃,搅拌并且通入惰性气体,持续第一时间;
加入第二质量的还原剂、第三质量的氧化剂、第四质量的黄原胶,保持45-55℃的温度,搅拌并且通入惰性气体,持续第二时间,得到接枝改性黄原胶。


2.根据权利要求1所述的方法,其中,丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)的摩尔比为1:1:1至5:5:1。


3.根据权利要求1所述的方法,其中,所述第一时间为10-60min,所述第二时间为1-4h。


4.根据权利要求1所述的方法,其中,所述第二质量与所述第一质量的比为0.05%-0.2%,所述第三质量与所述第一质量的比为0.1%-0.3%,所述第四质量与所述第一质量的比为4%-6%。


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【专利技术属性】
技术研发人员:朱文茜郑秀华
申请(专利权)人:中国地质大学北京
类型:发明
国别省市:北京;11

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