钻井泥浆膨润土抗温抗盐梳型聚合物降滤失剂制造技术

本发明专利技术提供一种钻井泥浆膨润土抗温抗盐梳型聚合物降滤失剂，由丙烯酰胺基烷基苯磺酸、丙烯酰胺基烷基苯磺酸盐表面活性剂、N

【技术实现步骤摘要】
钻井泥浆膨润土抗温抗盐梳型聚合物降滤失剂


[0001]本专利技术属于钻井泥浆膨润土外加剂
，具体涉及钻井泥浆膨润土抗温抗盐梳型聚合物降滤失剂。

技术介绍

[0002]石油与天然气是非常重要的化石能源资源，世界对油气资源需求量持续增加，但浅层油气资源日益枯竭，各国纷纷把开采的目光瞄向了深部地层油气。但深部地层地质结构复杂，且随着地层深度的增加，深井及超深井的井底温度一般都超过160℃，如此高的钻探温度给钻井液添加剂能否维持稳定的性能带来了极大的挑战。井越深，地层环境越复杂，这就对钻井液技术提出了更高的要求。在高温高压下，钻井液性能会发生恶化，如出现钻井液严重失水现象、处理剂的失效与降解等，从而极大的降低了钻井液的性能，可能导致钻探工作无法顺利进行。由于井深增加，井下作业时间增长，而使得停钻的难度增大，各种与钻井液相关的油田事故容易发生。同时，由于井深增加，地层环境复杂，地层中的油藏、气体、水、无机离子、粘土等都会对钻井液产生污染，而在高温高压条件下，这种污染会加剧。已有的油基钻井液添加剂具有抗温能力强及润滑性能好等优点，但也存在着易对环境造成污染，价格昂贵等问题。基于油气开采及环境可持续发展的需要，各国都对高温条件下性能稳定的水基钻井液添加剂的研究给予了高度重视，人们一直持续不断的研究以期从不断出现的大量各种新型物质中找到符合期望的外加剂，希望它们能够有效控制和改善钻井泥浆膨润土不够完美的质量。最近十几年，很多人提出了具有复杂功能和性能的各种钻井泥浆膨润土外加剂。特别是涉及钻井泥浆膨润土表观粘度、造浆率、滤失量、动切力、塑性指数等性能，但迄今钻井泥浆膨润土实际应用的外加剂中还没有见到能够同时满足上述各种性能指标的钻井泥浆膨润土外加剂。

技术实现思路

[0003]钻井实践证明，具有梳型结构的聚合物溶解在水溶液中时，可以形成极为规整的梳型结构，这种梳型结构使得聚合物有良好的耐温抗盐特性，同时，梳型聚合物的支链具有体积和电性相斥特性，聚合物分子不易卷缩和缠绕在一起，水力学半径较大，具有抗剪切和良好的分散特性。另外，聚合物降滤失剂分子中若含有足够多磺酸基团，那么相对于羧酸基、酰胺基、醚键、酯键等基团会有显著的抵抗钠、钙、镁等无机离子污染和耐受高温的能力。
[0004]为实现抗温、抗盐聚合物降滤失剂的目标，本专利技术抗温抗盐梳型聚合物降滤失剂的分子结构设计如下：
[0005](a)聚合物要有尽量规整的梳型分子结构。大量实践证明，梳型聚合物规整的分子构型可使本身和钻井泥浆具有较好的抗温抗盐降滤失性和流变学稳定性能。
[0006](b)聚合物分子要有良好抗高温降解能力的C
‑
C主链。
[0007]聚合物主链采用C
‑
C单链结构，不含有不饱和键。C
‑
C单键需要很高的能量才能破
坏，因此，C
‑
C键为主链的聚合物降滤失剂有内在抗高温的结构基础，抗高温降解性能好。
[0008](c)聚合物分子要含有大量抵抗高温去水化作用能力很强的
‑
SO3‑
基团。
[0009]采用亲水能力突出的离子基团
‑
SO3‑
作为水化基团可有效抵御高温的去水化作用，从而防止聚合物降滤失剂高温失水，防止钻井泥浆高温失水量增大的情况发生，同时，
‑
SO3‑
的抗盐、抗钙、抗温能力也远高于
‑
COO
‑
、
‑
CONH2等常见基团。
[0010](d)聚合物要有适当的分子量。
[0011]通过链转移剂和引发剂用量等因素调控所合成梳型聚合物的分子量，使所合成的聚合物有适度的分子量。聚合物过大的分子量会造成钻井液严重絮凝的情况；而聚合物分子量过小，由于无法起到桥联和包被的作用，降滤失效果也会较差。
[0012](e)通过引入苯环结构来提高梳形聚合物刚性，以提高抵御高温水解能力，增大梳形聚合物水力学体积而提高聚合物抗剪切能力。
[0013](f)采用能够使共聚物形成微交联结构的单体，微交联结构的共聚物容易在钻井泥浆中形成三维网状结构，提高泥浆的切力，圈闭住自由水，防止游离液析出，提高降滤失能力。
[0014]本专利技术的钻井泥浆膨润土抗温抗盐梳型聚合物降滤失剂，包括如下结构：
[0015][0016]式中，R1为亚辛基；R2为C8～C
16
烷基；R3为C6～C8烷基；l:m:n:p摩尔比为 40～45:2.5～5:37.5～45:20～30。
[0017]该钻井泥浆膨润土降滤失剂具有能长时间的抗温、抗盐等性能。本专利技术梳形聚合物上主要有四种侧链。第一种侧链是由丙烯酰胺基辛基苯磺酸共聚反应时引入的。引入丙烯酰胺基辛基苯磺酸这种侧链最显著的的作用是：(1)在水溶液中，由于磺酸基强水化作用和苯环的刚性，可使分子链扩张，增大分子链的流体力学体积，提高其水溶液的粘度；(2)提高梳型聚合物的亲水性和在水中的溶解速率；(3)不同分子上的苯磺酸基团间的静电排斥作用可对分散粘土粒子起稳定作用；(4)它的苯磺酸基团还可提高梳型聚合物抗钙镁离子以及抵抗聚合物高温失水能力。
[0018]梳形聚合物的第二种侧链是由丙烯酰胺基烷基苯磺酸盐表面活性剂共聚反应过程接枝到主链上的。它结构中的疏水部分有助于聚合物对钻井泥浆膨润土颗粒的吸附，而离子部分形成双电层以增加动电位并增强静电排斥以利于泥浆中膨润土颗粒分散的稳定性。钻井泥浆膨润土颗粒可以通过这种侧链亲水链节和疏水链节的吸附、静电排斥、空间位阻效应等而分散和稳定存在，提高梳形聚合物降失水能力。再者丙烯酰胺基烷基苯磺酸盐表面活性剂在主链上所形成较长侧链，由于侧链上苯环的刚性和磺酸基间的静电排斥作用，使梳形聚合物不易变形、不易卷缩和不易相互缠绕，同样赋予聚合物具有梳型结构特征，可明显增加聚合物的体积效应，保持和稳定聚合物流变性。同样其所提供的苯磺酸基团
使所形成的共聚物耐盐耐温耐钙能力进一步提高。
[0019]梳形聚合物的第三种侧链是氧代烷基丙烯酰胺共聚反应的过程中接枝主链上的。这种侧链含有两个非离子极性的羰基和较长的烃基，这种侧链使梳形聚合物分子中具有一定的疏水性，进而赋予梳形聚合物一定疏水缔合的性质，使梳形聚合物的疏水部分在水介质中以类似表面活性剂的方式聚集或缔合，使梳形聚合物在水溶液中形成可逆的物理网状结构。这种溶液结构使其水溶液对温度、盐等的影响显示出独特的稳定作用。
[0020]梳形聚合物的第四种侧链丙烯氰参与共聚时产生的。它带有非极性强吸附性基团，可与蒙脱土颗粒表面的羟基发生氢键作用，从而可以使梳型聚合物吸附在黏土颗粒表面。当带负电荷磺酸基团的梳型聚合物吸附在同样带负电荷的蒙脱止表面，蒙脱石颗粒间会产生静电排斥作用，实现泥浆稳定。同时丙烯氰侧链具有一定的疏水性能，通过缔合作用在分子间形成可逆的网络结构，从而形成超分子链聚集体，增大流体力学体积，使水溶液的粘度提高，进而提高聚合物的降滤失能力。
[0021]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钻井泥浆膨润土抗温抗盐梳型聚合物降滤失剂，其特征在于：包括如下结构：其中，R1为亚辛基；R2为C8～C
16
烷基；R3为C6～C8烷基；l:m:n:p摩尔比为40～45:2.5～5:37.5～45:20～30。2.一种权利要求1所述的钻井泥浆膨润土抗温抗盐梳型聚合物降滤失剂的合成方法，其特征在于：由丙烯酰胺基辛基苯磺酸、丙烯酰胺基烷基苯磺酸盐表面活性剂、N
‑
氧代烃基丙烯酰胺和丙烯腈按摩尔比为：40～50:2.5～5:37.5～45:20～30进行聚合反应得到或由所述四种单体和能够与它们发生聚合的其它单体进行聚合反应得到；或由所述四种单体和其它单体进行聚合反应得到；所述丙烯酰胺基烷基苯磺酸盐表面活性剂的化学式为CH2＝CH—CO(NH)—CHR2—CH2—C6H5—SO3M，式中R2为C8～C
16
的烷基，M为Na
+
或NH
4+
；所述N
‑
氧代烃基丙烯酰胺的化学式为CH2＝CH―CO(NH)―CH2―CH2―CO―R3，式中R3为C6～C8烷基。3.如权利要求2所述的钻井泥浆膨润土抗温抗盐梳型聚合物降滤失剂的合成方法，其特征在于：所述丙烯酰胺基烷基苯磺酸盐表面活性剂为2
‑
丙烯酰胺基十烷基苯磺酸钠、2
‑
丙烯酰胺基十一烷基苯磺酸钠、2
‑
丙烯酰胺基十二烷基苯磺酸钠、2
‑
丙烯酰胺基十三烷基苯磺酸钠、2
‑
丙烯酰胺基十四烷基苯磺酸钠、2
‑
丙烯酰胺基十五烷基苯磺酸钠、2
‑
丙烯酰胺基十六烷基苯磺酸钠、2
‑
丙烯酰胺基十七烷基苯磺酸钠和2
‑
丙烯酰胺基十八烷基苯磺酸钠中的一种或几种。4.如权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：付星豪，刘国彬，张鹰飞，吴桐，付卫东，张丽丽，
申请(专利权)人：建平天正矿业有限公司，
类型：发明
国别省市：