一种疏水膜结构固壁剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种疏水膜结构固壁剂及其制备方法与应用。该疏水膜结构固壁剂通过疏水改性丙烯酰胺、抗高温单体和阳离子单体在第一引发剂作用下进行自由基聚合制得；所述疏水改性丙烯酰胺的通过丙烯酸长链烷基酯与丙烯酰胺反应制得；所述抗高温单体选自乙烯基磺酸钠、2

【技术实现步骤摘要】
一种疏水膜结构固壁剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及石油钻井液领域，具体涉及一种疏水膜结构固壁剂及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]当前阶段，深水已然成为油气勘探开发的重要区域，而深水水基钻井液则是有效保证深水油气勘探开发的关键技术之一。深水区域远离海岸，风、河水和海水携带的沉积物越发细小，其沉积速度、压实方式以及含水量与陆地明显不同，因而活性大、欠压实。其中，地层欠压实会导致地层破裂压力低，因此在进行钻井作业过程中，钻井液的安全密度窗口变窄，容易出现钻井液漏失到地层，导致地层岩石产生水化膨胀和分散等问题，严重影响井壁失稳定性。通过在深水水基钻井液中加入固壁剂可以有效的改变岩石亲水性并提高海底岩石的强度，减少井壁失稳的风险。
[0003]固壁剂是钻井液中关键处理剂之一，对于适用于深水的水基钻井液用固壁剂提出了更高的性能要求，性能主要有：(1)具有较好的抗盐性能；(2)优异的抗温性能；(3)强吸附于岩石之上，增强岩石的强度和和岩石表面的疏水性。
[0004]专利申请CN106634884A提供了一种钻井液用仿生固壁剂及其制备方法，仿生固壁剂是由下述重量配比的原料制成的：蒸馏水85.215～85.237份，多酚蛋白9.129～9.140份，丙烯酰胺3.550～3.561份，二甲基二烯丙基氯化铵2.028～2.039份，过硫酸钾0.072～0.083份。该固壁剂虽然具有生物降解性，但是其抗温抗盐性能有一定的局限性。
[0005]专利申请CN108395529A通过自由基聚合法研制了一种钻井液用固壁剂改性树脂聚合物及其制备方法，改性树脂聚合物是由下述原料制成的：脂肪醇、环氧丙烷、硬脂酸、表面活性剂、偶氮类引发剂。虽然这种固壁剂可以有效减低滤失量，增强岩石间的胶结力，且具有环保性，生物降解性好，但是固壁剂的疏水能力和抗盐能力有限。
[0006]因此，现仍需改进适用于深水的水基钻井液用固壁剂，使其满足性能要求。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种疏水膜结构固壁剂及其制备方法与应用。
[0008]本专利技术针对海底泥页岩遇水易产生膨胀、分散的特点，利用自制疏水改性丙烯酰胺、抗高温单体和阳离子单体进行自由基聚合，合成了一种深水水基钻井液用疏水膜结构固壁剂；该固壁剂具有优异的抗温抗盐能力、可以在岩石表面形成疏水膜，阻止水分子的浸入，减弱水化作用，增加岩石强度。
[0009]为了实现以上目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]本专利技术一方面提供一种疏水膜结构固壁剂，该疏水膜结构固壁剂通过疏水改性丙烯酰胺、抗高温单体和阳离子单体在第一引发剂作用下进行自由基聚合制得；
[0011]所述疏水改性丙烯酰胺的通过丙烯酸长链烷基酯与丙烯酰胺反应制得；
[0012]所述抗高温单体选自乙烯基磺酸钠、2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸、苯乙烯磺酸
钠、烯丙基磺酸钠和N
‑
乙烯基己内酰胺中的一种或两种以上的组合；
[0013]所述阳离子单体选自3
‑
氯
‑2‑
羟丙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的中的一种或两种以上的组合。
[0014]本专利技术的疏水膜结构固壁剂中，改性疏水丙烯酰胺可以增加固壁剂聚合物的疏水性，阻止地层的水化分散；抗高温单体所提供的磺酸基团、阳离子单体所提供的季铵盐基团可以与井壁岩石表面发生强吸附，使固壁剂与地层岩石强结合在一起，不易脱离；使得本专利技术的疏水膜结构固壁剂适用于深水的水基钻井液。
[0015]所述丙烯酸长链烷基酯例如丙烯酸十二酯、丙烯酸十八酯，本专利技术优选丙烯酸十二酯；丙烯酸长链烷基酯与丙烯酰胺发生聚合反应，其中的长链烷基修饰丙烯酰胺，使丙烯酰胺具有疏水性能。
[0016]根据本专利技术的疏水膜结构固壁剂，优选地，所述第一引发剂选自偶氮二异丁腈、过硫酸钠、过硫酸铵、过氧化二异丙苯和叔丁基过氧化氢中的一种或两种以上的组合。
[0017]根据本专利技术的疏水膜结构固壁剂，优选地，所述疏水改性丙烯酰胺、抗高温单体和阳离子单体的质量比为(4
‑
7)：(5
‑
8)：(4
‑
6)。
[0018]根据本专利技术的疏水膜结构固壁剂，优选地，所述抗高温单体为2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸或苯乙烯磺酸钠；优选为2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸。
[0019]根据本专利技术的疏水膜结构固壁剂，优选地，所述阳离子单体为3
‑
氯
‑2‑
羟丙基三甲基氯化铵或二甲基二烯丙基氯化铵；优选为3
‑
氯
‑2‑
羟丙基三甲基氯化铵。
[0020]2‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸中含有磺酸基团和酰胺基团，磺酸基团可以增加固壁剂的抗温性能，酰胺基团可以通过氢键作用有效吸附在粘土表面。3
‑
氯
‑2‑
羟丙基三甲基氯化铵中含有易取代的氯原子和阳离子基团，可以发生取代反应，固壁剂通过静电作用可以有效吸附于粘土上。
[0021]本专利技术另一方面提供一种以上疏水膜结构固壁剂的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
[0022]将疏水改性丙烯酰胺和乳化剂加入水中，并进行分散，制得前置液A；
[0023]将抗高温单体和阳离子单体加入水中，制得前置液B；
[0024]将前置液A和前置液B混合，并调节体系pH值恒定在7
‑
10(偏碱性)，随后加入第一引发剂进行自由基聚合，得到所述疏水膜结构固壁剂。碱性环境可以中和反应中HCl，使反应朝着正向进行。
[0025]根据本专利技术的制备方法，优选地，所述疏水改性丙烯酰胺通过以下过程制备：
[0026]将丙烯酰胺、丙烯酸长链烷基酯加入有机溶剂(优选乙二醇)中，加入第二引发剂进行反应，反应完成后分离出固体，用洗涤溶剂洗涤后烘干，即得到疏水改性丙烯酰胺。
[0027]在疏水改性丙烯酰胺的制备过程中，优选地，所述丙烯酰胺和丙烯酸长链烷基酯的质量比为(7
‑
14)：(24
‑
48)。
[0028]在疏水改性丙烯酰胺的制备过程中，优选地，所述第二引发剂为过硫酸铵。
[0029]在疏水改性丙烯酰胺的制备过程中，优选地，所述洗涤溶剂为乙醇等有机溶剂。
[0030]在疏水改性丙烯酰胺的制备过程中，优选地，加入第二引发剂进行反应时的反应温度为68
‑
74℃，反应时间为5h
–
8h；更优选地，将反应体系升温至50℃，加入引发剂，之后继续升温至68
‑
74℃反应5h
–
8h。
[0031]在疏水改性丙烯酰胺的制备过程中，优选地，所述第二引发剂使用25w本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种疏水膜结构固壁剂，其特征在于，该疏水膜结构固壁剂通过疏水改性丙烯酰胺、抗高温单体和阳离子单体在第一引发剂作用下进行自由基聚合制得；所述疏水改性丙烯酰胺的通过丙烯酸长链烷基酯与丙烯酰胺反应制得；所述抗高温单体选自乙烯基磺酸钠、2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸、苯乙烯磺酸钠、烯丙基磺酸钠和N
‑
乙烯基己内酰胺中的一种或两种以上的组合；所述阳离子单体选自3
‑
氯
‑2‑
羟丙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的中的一种或两种以上的组合。2.根据权利要求1所述疏水膜结构固壁剂，其特征在于，所述丙烯酸长链烷基酯为丙烯酸十二酯或丙烯酸十八酯，优选为丙烯酸十二酯；优选地，所述第一引发剂选自偶氮二异丁腈、过硫酸钠、过硫酸铵、过氧化二异丙苯和叔丁基过氧化氢中的一种或两种以上的组合。3.根据权利要求1所述疏水膜结构固壁剂，其特征在于，所述疏水改性丙烯酰胺、抗高温单体和阳离子单体的质量比为(4
‑
7)：(5
‑
8)：(4
‑
6)。4.根据权利要求1所述疏水膜结构固壁剂，其特征在于，所述抗高温单体选自2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸或苯乙烯磺酸钠；优选为2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸。5.根据权利要求1所述疏水膜结构固壁剂，其特征在于，所述阳离子单体选自3
‑
氯
‑2‑
羟丙基三甲基氯化铵或二甲基二烯丙基氯化铵；优选为3
‑
氯
‑2‑
羟丙基三甲基氯化铵。6.一种权利要求1
‑
5任一项所述疏水膜结构固壁剂的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：将疏水改性丙烯酰胺和乳化剂加入水中，并进行分散，制得...

【专利技术属性】
技术研发人员：王韧，王建龙，杨杰，汪奇兵，屈沅治，刘路漫，耿愿，
申请(专利权)人：中国石油集团工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：