一种抗高温水基钻井液用纳米复合降滤失剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种抗高温水基钻井液纳米复合降滤失剂，其制备方法：首先由原料单体苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯通过无皂乳液聚合合成纳米颗粒；然后，纳米颗粒与丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵、2

【技术实现步骤摘要】
一种抗高温水基钻井液用纳米复合降滤失剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及石油钻探钻井液
，尤其是一种抗高温水基钻井液纳米复合降滤失剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前油气勘探开发重心已由浅层勘探转向深层超深层的勘探。钻井深度的增加，钻井主要面对的挑战为应对极端温度。大多数深层地层都伴随着高温，一般认为超过150℃即为高温，高于180℃或200℃的温度被认为是超高温。高温条件经常恶化钻井液的流变性能，导致钻井液滤失量增大，造成无数钻井事故，如井下坍塌，卡钻、井喷等事故，严重阻碍了深部地层资源开发。提高钻井液抗高温性能的一般方法是在钻井液中加入聚合物处理剂，高温作用下，聚合物处理剂(如包被剂、降滤失剂、流型调节剂)的分子链易发生高温降解、高温解吸附和高温交联，使钻井液滤失量和流变性能趋于难控制，需要通过加入更多聚合物处理剂来维护钻井液性能，提高了钻井的成本。
[0003]为了提高钻井液处理剂的抗高温能力，科研人员尝试将钻井液处理剂纳米化来满足钻井液抗高温的需求。钻井液用聚合物纳米球多数以苯乙烯(St)为主料，2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸(AMPS)、N,N
‑
二甲基丙烯酰胺(DMAM)等具有抗高温耐水解单体为辅料，通过乳液聚合合成结构紧凑的聚合物纳米球。聚合物纳米球初始粒径为纳米级别，具有较好分散性和抗温性，可以作为封堵剂，在钻井压差和毛细管压力作用下，被挤压到页岩纳米级孔隙和裂缝中，形成致密的孔喉堵塞，降低钻井液滤失量。例如CN113046039A公开了一种海水钻井液用耐高温复合降滤失剂及其制备方法，采用特定制备方法制备得到纳米微晶纤维素，使用纳米微晶纤维素对降滤失剂主链进行接枝改性，并与耐热降滤失剂硝基腐殖酸钠以特定比例复配，制得的复合降滤失剂。原料中纳米微晶纤维素并非工业产品，在合成中大量使用硫酸，会产生大量酸废液，污染环境。同时该降滤失剂只进行了API测试，并没有进行HTHP测试，无法完全体现产品作为高温降滤失剂的效果。

技术实现思路

[0004]为了进一步提升水基钻井液用降滤失剂的抗温性能，解决聚合物纳米球在高温条件下易降解，粒径变小，失去降滤失效果的问题，本专利技术提供了一种新型的抗高温水基钻井液纳米复合降滤失剂。
[0005]本专利技术提供的抗高温水基钻井液纳米复合降滤失剂，首先由原料单体苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯通过无皂乳液聚合合成纳米颗粒；然后，纳米颗粒与丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵、2
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丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸通过半连续滴加聚合共聚反应，制成纳米复合降滤失剂。
[0006]具体制备方法步骤如下：
[0007]S1、将碳酸氢钠和乳化剂加入硅酸镁锂水溶液中；
[0008]S2、向步骤S1制备的溶液中加入苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯，水浴加热，高速搅拌形
成乳状液，随后通入氮气20
‑
30min，并将水浴锅升温至60～80℃，加入引发剂A，无皂乳液聚合反应20
‑
40min，得到含纳米颗粒的溶液；其中，上述两个步骤中，碳酸氢钠、乳化剂、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯的摩尔比为1:1:50:50。
[0009]S3、将原料单体丙烯酰胺、2
‑
丙烯酰胺基
‑
2甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化铵溶于水中，调节pH至7，得到溶液A；将引发剂B溶于水中，得到溶液B；丙烯酰胺、2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化铵的摩尔比为(70～50)：(20～30)：(10～15)。
[0010]S4、将溶液A和溶液B匀速滴加到步骤S2得到的溶液，滴液时间控制在50
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70min内，滴加结束后，反应6～12h，然后将反应后溶液转移入乙醇溶液中，沉淀，提纯，粉碎造粒，烘干，得到抗高温水基钻井液纳米复合降滤失剂。
[0011]优选的是，所述乳化剂为2
‑
丙烯酰胺基
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2甲基丙磺酸。
[0012]优选的是，所述引发剂A和B均选自过硫酸钾、过硫酸铵或偶氮二异丁氰中的一种。
[0013]优选的是，所述烘干操作在80℃条件下进行，烘干至乙醇与水含量均低于5％。
[0014]优选的是，制备的降滤失剂的分子量为3～200万，过筛后粒径为100～400目。
[0015]制备的纳米复合降滤失剂分子结构式如下：
[0016][0017]式中：代表的基团如下：
[0018][0019]代表的基团如下：
[0020][0021]其中，p、q、x、y、z为自然数，代表各原料单体的摩尔数。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益之处在于：
[0023](1)本专利技术的纳米复合降滤失剂中含有刚性基团苯环和抗温水化磺酸基团可提高合成聚合物的抗温性抗盐性。同时纳米复合降滤失剂中聚合物纳米球在高温环境下可以通过牺牲外围聚合物网链，来保护纳米颗粒运送到地层的微纳米孔隙，进行封堵，防止钻井液流失和井壁不稳定。而且，纳米颗粒可以增强黏土的结构和抗温性，提高聚合物的性能及钻井液性能。通过引入聚合物链对纳米聚合物球保护，提高聚合物纳米球的抗温能力至240℃。
[0024](2)二甲基二烯丙基氯化铵含有季铵阳离子，可以通过静电作用吸附在黏土颗粒表面，起到降滤失的效果。且本专利技术中降滤失剂通过先将苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯进行无皂乳液聚合引入了纳米颗粒，有助于降低钻井液的滤失量。
[0025](3)本专利技术的纳米复合降滤失剂为深井超深井高温水基钻井液提供处理剂的技术支持，降低深井水基钻井液体系中聚合物处理剂发生高温降解破坏作用的机率，减少钻井液侵入地层，使钻井液性能良好，满足钻井工程的要求。
[0026]本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
[0027]图1、抗高温水基钻井液纳米复合降滤失剂合成效果图。
[0028]图2、抗高温纳米复合降滤失剂红外谱图。
[0029]图3、抗高温纳米复合降滤失剂水溶液的粒度分布图。
具体实施方式
[0030]以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0031]实施例1
[0032]一种抗高温水基钻井液纳米复合降滤失剂的制备：
[0033](1)烧杯1中加入40g去离子水、0.1g硅酸镁锂，超声处理20min；然后加入0.004mol
碳酸氢钠、0.0004mol 2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸，搅拌溶解。
[0034](2)向上一步骤得到的溶液中加入0.02mol苯乙烯、0.02mol甲基丙烯酸甲酯；将混合液转移入配有恒压漏斗1和恒压漏斗2的三口烧瓶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗高温水基钻井液纳米复合降滤失剂，其特征在于，由原料单体苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵、2
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丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸聚合而成；降滤失剂的分子结构式如下：式中：代表的基团如下：代表的基团如下：代表的基团如下：其中，p、q、x、y、z为自然数，代表各原料单体的摩尔数。2.如权利要求书1所述的抗高温水基钻井液纳米复合降滤失剂，其特征在于，降滤失剂的分子量为3～200万。3.一种如权利要求1或2所述的抗高温水基钻井液纳米复合降滤失剂的制备方法，其特征在于，首先由原料单体苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯通过无皂乳液聚合合成纳米颗粒；然后，纳米颗粒与丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵、2
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丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸通过半连续滴加聚合共聚反应，制成纳米复合降滤失剂。4.如权利要求3所述的抗高温水基钻井液纳米复合降滤失剂的制备方法，其特征在于，
步骤如下：S1、将碳酸氢钠和乳化剂加入硅酸镁锂水溶液中；S2、向步骤S1制备的溶液中加入苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯，水浴加热，高速搅拌形成乳状液，随后通入氮气20
‑
30min，并将水浴锅升温至60～80℃，加入引发剂A，无皂乳液聚合反应20
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40min，得到含纳米颗粒的溶液；S3、将原料单体丙烯酰胺、2
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丙烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：林凌，罗源皓，罗平亚，熊贵霞，许成元，王美荣，古晗，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：