一种水基钻井液用环保型抗超高温降滤失剂的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种水基钻井液用环保型抗超高温降滤失剂的制备方法，首先将纳米锂皂石和硅烷偶联剂反应，得到纳米交联剂；之后在纳米交联剂和引发剂的存在下，使用反相乳液聚合法，通过酰胺类单体、抗高温单体、阳离子单体、多烯单体聚合反应制得环保型抗超高温降滤失剂。本发明专利技术制备的降滤失剂能够抗高温，并且具有优异的降滤失效果和良好的环保性能。本发明专利技术的降滤失剂不仅适用于深层超深层油气钻探，而且适用于地热井、环境敏感区域的钻探。

【技术实现步骤摘要】
一种水基钻井液用环保型抗超高温降滤失剂的制备方法
本专利技术涉及一种水基钻井液用环保型抗超高温降滤失剂的制备方法，属于石油工业的油田化学领域。
技术介绍
抗高温水基钻井液是高温地层钻探的关键技术，对于深层超深层油气资源、地热资源的勘探开发和大陆科学钻探发挥着不可替代的重要作用。其中，在油气资源领域，随着勘探开发向深层超深层发展，地层温度越来越高，深部储层的温度可达200～260℃(钻井工程中，大于200℃被认为是超高温)。高温地层钻井工程中，钻井液的高温稳定性面临巨大的挑战，钻井液的高温稳定性差，容易引发井壁失稳、卡钻等复杂情况，严重影响钻井工程的安全、经济与高效。降滤失剂是抗高温钻井液的核心处理剂，目前具备抗高温性能的降滤失剂的主要研究和发展方向是合成聚合物类抗高温降滤失剂。高温作用下，高分子化合物分子链发生断裂，在钻井液水环境中，降解的形式主要是高温水解，温度、剪切作用、pH等因素会加剧水解。目前合成的聚合物类抗高温降滤失剂主要是烯基单体的共聚物，这些单体包括丙烯酸、丙烯酰胺、苯乙烯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、磺化苯乙烯钠盐(SSS)、N-乙烯基吡咯烷酮、二烯丙基二甲基氯化铵、丙烯酸酯类等。聚合物的分子结构决定着它的性能，合理的分子结构是聚合物耐一定高温的基础，目前优化聚合物分子结构的原则主要为以下三点：(1)使用稳定性强的主链结构，提高聚合物分子主链的热稳定性，例如使用碳碳主链可以显著提高聚合物的热稳定性；(2)向分子结构中引入大侧基和刚性侧基(如长链烷基、苯环等)，由于这些基团的位阻效应，分子运动阻力大，可增强主链刚性；(3)水基钻井液中，水解是聚合物降解的主要方式，高温加剧了水解速度，向分子结构中引入耐水解基团(-SO3-，-COOH等)增强聚合物的耐水解性也是提高聚合物高温稳定性的手段之一。但是依靠优化聚合物分子结构提高其高温稳定性能的研究已经取得了较大的进展，难以取得进一步的突破。通过共价键交联，使聚合物形成一定的网络结构可提高聚合物的抗温性，但是作为水溶性的降滤失剂，交联程度要小。美国专利US5789349提出了一种控制交联聚合物技术，以N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，对AM、AMPS共聚物进行适度交联，形成的聚合体交联结构在温度为204℃仍较为稳定。中国专利文件CN104119845A提供了一种油田钻井液用降滤失剂及其制备方法，该降滤失剂是由木质素、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸作为合成单体，在过硫酸钾和六水合硫酸亚铁铵、过氧化氢的分别引发下使其接枝共聚，并加入交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺增强了其高温条件下的稳定力，合成一种新型的抗高温降滤失剂。但是N,N-亚甲基双丙烯酰胺在钻井液环境中，酰胺键容易发生水解，从而导致交联效果不佳。目前，现有的聚合物降滤失剂存在以下缺点：(1)抗高温能力不足，高温条件下溶液降解失效，不能满足深部地层钻探需求；(2)环保性能差，不能满足环境敏感区域的钻井要求。因此，开发一种新的交联剂使烯基单体聚合物进行轻度交联得到具有抗超高温且无毒易生物降解的降滤失剂，具有重要的意义。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种水基钻井液用环保型抗超高温降滤失剂的制备方法。本专利技术将抗高温烯基单体进行聚合，使用具有抗高温结构特征的纳米交联剂对单体进行共价键轻度交联，制备了一种具有一定网络结构的水溶性抗高温聚合物降滤失剂。本专利技术的技术方案如下：一种水基钻井液用环保型抗超高温降滤失剂的制备方法，包括步骤如下：(1)将纳米锂皂石和硅烷偶联剂依次加入溶剂中，搅拌条件下进行反应；反应完成后，经过滤、洗涤、干燥、研磨得到纳米交联剂；(2)将Span80溶于白油中，之后加入步骤(1)制备的纳米交联剂，得到油相；(3)将酰胺类单体、抗高温单体、阳离子单体、多烯单体依次加入蒸馏水中，调节体系pH至6-9后，加入Tween80，得到水相；(4)将油相和水相混合，之后进行乳化，得到乳液；在氮气气氛下，向上述乳液中加入引发剂水溶液，搅拌条件下进行反应；反应完成后，向反应液中加入沉淀剂，经过滤、洗涤、干燥，得到水基钻井液用抗超高温降滤失剂。根据本专利技术，优选的，步骤(1)中所述的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)、乙烯基三甲氧基硅烷(KH-171)、乙烯基三(b-甲氧基乙氧基)硅烷(KH-172)中的一种或两种。根据本专利技术，优选的，步骤(1)中所述的纳米锂皂石为片状纳米颗粒，直径为15-25nm，厚度为1-2nm；所述的纳米锂皂石和硅烷偶联剂的质量比为2-10：1，进一步优选为4-6：1。根据本专利技术，优选的，步骤(1)中所述的溶剂为丙酮、甲苯、二甲苯、丁酮或石油醚。根据本专利技术，优选的，步骤(1)中所述的纳米锂皂石的质量与溶剂的体积之比为0.1-0.2g:1mL。根据本专利技术，优选的，步骤(1)中所述的搅拌速率为200-400r/min，进一步优选为300r/min；所述反应温度为60-80℃，反应时间为4-7h。根据本专利技术，优选的，步骤(1)中所述的洗涤为用乙醇进行洗涤；所述的研磨为将产物研磨成小于200目的粉末。根据本专利技术，优选的，步骤(2)中所述的Span80的质量与白油的体积之比为0.02-0.06g:1mL；所述的Span80与纳米交联剂的质量比为0.8-3.2:1，进一步优选为1-3:1。根据本专利技术，优选的，步骤(3)中所述的酰胺类单体为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-羟乙基丙烯酰胺或N-异丙基丙烯酰胺；所述酰胺类单体的质量与蒸馏水的体积之比为0.15-0.2g：1mL。根据本专利技术，优选的，步骤(3)中所述的抗高温单体为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、乙烯基磺酸钠、苯乙烯磺酸钠、烯丙基磺酸钠中的一种或两种以上的组合；所述的抗高温单体的质量与蒸馏水的体积之比为0.075-0.125g：1mL。根据本专利技术，优选的，步骤(3)中所述的阳离子单体为二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)中的一种或两种的组合；所述的阳离子单体的质量与蒸馏水的体积之比为0.01-0.025g：1mL。根据本专利技术，优选的，步骤(3)中所述的多烯单体为二乙烯基苯、三烯丙基异氰脲酸酯或二烯丙基二苯基硅烷；所述的多烯单体的质量与蒸馏水的体积之比为0.5-2.5g：1L。根据本专利技术，优选的，步骤(3)中采用质量分数为30％的NaOH溶液调节体系的pH。根据本专利技术，优选的，步骤(3)中所述的Tween80的质量与蒸馏水的体积之比为0.005-0.02g：1mL。根据本专利技术，优选的，步骤(4)中所述油相中的白油与水相中的蒸馏水的体积比例为3:1.5-2。根据本专利技术，优选的，步骤(4)中所述的乳化为使用剪切乳化机在2000r/min条件下乳化5min。根据本专利技术，优选的，步骤(4)中所述的引发剂为过硫酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水基钻井液用环保型抗超高温降滤失剂的制备方法，包括步骤如下：/n(1)将纳米锂皂石和硅烷偶联剂依次加入溶剂中，搅拌条件下进行反应；反应完成后，经过滤、洗涤、干燥、研磨得到纳米交联剂；/n(2)将Span 80溶于白油中，之后加入步骤(1)制备的纳米交联剂，得到油相；/n(3)将酰胺类单体、抗高温单体、阳离子单体、多烯单体依次加入蒸馏水中，调节体系pH至6-9后，加入Tween 80，得到水相；/n(4)将油相和水相混合，之后进行乳化，得到乳液；在氮气气氛下，向上述乳液中加入引发剂水溶液，搅拌条件下进行反应；反应完成后，向反应液中加入沉淀剂，经过滤、洗涤、干燥，得到水基钻井液用抗超高温降滤失剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种水基钻井液用环保型抗超高温降滤失剂的制备方法，包括步骤如下：
(1)将纳米锂皂石和硅烷偶联剂依次加入溶剂中，搅拌条件下进行反应；反应完成后，经过滤、洗涤、干燥、研磨得到纳米交联剂；
(2)将Span80溶于白油中，之后加入步骤(1)制备的纳米交联剂，得到油相；
(3)将酰胺类单体、抗高温单体、阳离子单体、多烯单体依次加入蒸馏水中，调节体系pH至6-9后，加入Tween80，得到水相；
(4)将油相和水相混合，之后进行乳化，得到乳液；在氮气气氛下，向上述乳液中加入引发剂水溶液，搅拌条件下进行反应；反应完成后，向反应液中加入沉淀剂，经过滤、洗涤、干燥，得到水基钻井液用抗超高温降滤失剂。


2.根据权利要求1所述的水基钻井液用环保型抗超高温降滤失剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)、乙烯基三甲氧基硅烷(KH-171)、乙烯基三(b-甲氧基乙氧基)硅烷(KH-172)中的一种或两种；
所述的纳米锂皂石为片状纳米颗粒，直径为15-25nm，厚度为1-2nm；
所述的纳米锂皂石和硅烷偶联剂的质量比为2-10：1，优选为4-6：1。


3.根据权利要求1所述的水基钻井液用环保型抗超高温降滤失剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的溶剂为丙酮、甲苯、二甲苯、丁酮或石油醚；所述的纳米锂皂石的质量与溶剂的体积之比为0.1-0.2g:1mL。


4.根据权利要求1所述的水基钻井液用环保型抗超高温降滤失剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的搅拌速率为200-400r/min，优选为300r/min；所述反应温度为60-80℃，反应时间为4-7h；所述的洗涤为用乙醇进行洗涤；所述的研磨为将产物研磨成小于200目的粉末。


5.根据权利要求1所述的水基钻井液用环保型抗超高温降滤失剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的Span80的质量与白油的体积之比为0.02-0.06g:1mL；所述的Span80与纳米交联剂的质量比为0.8-3.2:1，优选为1-3:1。


6.根据权利要求1所述的水基钻井液用环保型抗超...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄贤斌，孙金声，吕开河，金家锋，刘敬平，白英睿，王金堂，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37