專利名稱：一種鉆井液用抗高溫抗復(fù)合鹽降粘劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鉆井液用抗高溫抗復(fù)合鹽降粘劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
深井高密度水基鉆井液在井筒高溫條件下往往會發(fā)生增稠或膠凝、甚至固化，導(dǎo)致鉆井液流變性失控，嚴(yán)重制約深井安全、優(yōu)質(zhì)、高效鉆井的進(jìn)行。水基鉆井液高溫增稠的主要原因在于，鉆井液處理劑高溫降解、粘土顆粒高溫去水化，從而使得粘土顆粒膠體穩(wěn)定性下降，導(dǎo)致粘土顆粒絮凝或聚結(jié)；另外，當(dāng)鉆井液鉆遇鹽水層、鹽巖層、鹽膏層時，鹽和鈣等無機電解質(zhì)侵入鉆井液中，壓縮粘土顆粒表面的雙電層，加劇粘土顆粒的絮凝或聚結(jié)作用。因此，向鉆井液中加入抗高溫、抗復(fù)合鹽的高效降粘劑，有效拆散粘土顆粒以及與聚合物的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，釋放出被包裹的自由水，使粘土顆粒處于適度的絮凝和分散狀態(tài)，是高密度鉆井液高溫流變性調(diào)控的關(guān)鍵。目前，常用的抗高溫降粘劑有天然降粘劑及其改性產(chǎn)品以木質(zhì)素、栲膠、丹寧等天然原料為基礎(chǔ)的降粘劑；木質(zhì)素磺酸鹽與丙烯酸的接枝產(chǎn)品，具有良好的降粘效果，但抗溫最高達(dá)150°C ；將天然大分子提取物經(jīng)過化學(xué)改性后，控制一定的溫度和酸堿度，加入一種含磷化合物和乙烯類單體，再加入引發(fā)劑和鏈轉(zhuǎn)移劑，經(jīng)過中和、干燥、粉碎制得。雖然具有較好的抗高溫、抗鈣、降濾失降粘性能，但只適用于淡水低礦化度鉆井液。人工合成聚合物降粘劑主要是馬來酸(酐)類的降粘劑①丙烯酸(AA)-馬來酸酐(MA)共聚物降粘劑ΑΜΑ。在固相含量高達(dá)12%的海水鉆井液中仍有明顯的降粘效果。②聚合物鉆井液降粘劑PT-I。具有良好的高溫降粘效能，而且還有較強的耐鹽鈣污染的能力，無毒，對環(huán)境污染小。③磺化苯乙烯-馬來酸酐共聚物SSMA，一種優(yōu)良的抗高溫降粘劑。④特種降粘劑ΤΧ。該降粘劑能明顯降低水基鉆井液的粘度和切力，具有較強的抗鹽膏污染能力，適用于高溫、高礦化度、高固相含量及各種復(fù)雜地質(zhì)條件。含磺酸基團(tuán)的降粘劑①鉆井液降粘劑DSAA，加量為0. 時降粘率達(dá)到84% (淡水鉆井液)和64%鹽水鉆井液)，抗鈣污染性能良好。②AMPS/AA共聚物，該共聚物在鉆井液中具有很好的降粘作用，抗高溫抗鹽及抗高價離子污染能力強。③AMPS/AA/MA三元共聚物，MA用量為30 %時的三元共聚物，抗高溫抗鹽性與AMPS/AA 二元共聚物相當(dāng)。含陽離子基團(tuán)的兩性離子降粘劑①A0DAC/AA/AS兩性離子型聚合物降粘劑，抗高溫、抗復(fù)合鹽污染能力強，并具有一定的抑制頁巖水化分散的能力。
②復(fù)合離子聚合物降粘劑PX，是調(diào)整聚合物鉆井液流變性極為有效的處理劑之一，加量少，一般為0. 左右，水溶性好，使用方便，對環(huán)境無污染，現(xiàn)場使用該降粘劑維護(hù)費用低。③陽離子降粘降濾失劑PX-1，抗高溫180°C，抗鹽抗污染性能良好，頁巖回收率明顯高于水解丙烯腈鹽類。根據(jù)現(xiàn)有降粘劑的特點及使用效果來看，天然類降粘劑的降粘能力突出，但抗高溫能力或抗鹽、抗鈣能力有限；人工合成的降粘劑的分子結(jié)構(gòu)可以設(shè)計并調(diào)節(jié)，通過單體的選擇、合成工藝的優(yōu)選，可以制備滿足抗高溫、抗鹽、環(huán)境安全的降粘劑，但價格較高，抗高溫性能也不是很突出。針對目前降粘劑存在的問題，將天然類降粘劑和聚合物降粘劑的優(yōu)勢結(jié)合起來，研制了新型抗高溫抗復(fù)合鹽聚合物降粘劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種鉆井液用抗高溫抗復(fù)合鹽降粘劑及其制備方法。采用如下技術(shù)方案一種鉆井液用抗高溫抗復(fù)合鹽降粘劑的制備方法，包括以下步驟a.接枝聚合反應(yīng)按照以下重量份備料，去離子水丙烯酸丙烯腈順丁烯二酸酐木質(zhì)素磺酸鈣雙氧水=100 30-40 10-20 15-20 20-30 10-25，將去離子水加入反應(yīng)釜中，開動攪拌，緩慢加入丙烯酸、順丁烯二酸酐、丙烯腈和木質(zhì)素磺酸鈣，升溫至50-70°C，用滴加罐緩慢加入雙氧水，控制加入速度，保持微微沸騰，攪拌反應(yīng)Ih左右；b.絡(luò)合反應(yīng)將反應(yīng)液降溫至50°C左右，在攪拌狀態(tài)下向反應(yīng)釜中加入9-19重量份的硫酸亞鐵、5-15重量份的二氯氧鋯；c.氧化、銨化及二次聚合反應(yīng)停止加熱，向釜中加入20巧4重量份的氨水，氨水的質(zhì)量百分比濃度為20%，攪拌反應(yīng)1. Oh后，溫度自然升至75V，再加入22-48重量份的丙烯磺酸鉀和4. 8-18. 5重量份的過硫酸銨，反應(yīng)lh，加入24. 6-38. 8重量份的還原鐵粉，充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)池；d.出料裝入塑料桶，即為液體產(chǎn)品；液體產(chǎn)品經(jīng)過噴霧干燥，即為固體粉末產(chǎn)品。本發(fā)明研制的水基鉆井液用抗高溫抗復(fù)合鹽聚合物降粘劑由聚合物單體與改性木質(zhì)素進(jìn)行接枝共聚合反應(yīng)，然后進(jìn)行氧化、絡(luò)合反應(yīng)制成。改性木質(zhì)素類降粘劑在粘土顆粒邊緣上吸附，增加粘土顆粒水化性能，拆散粘土顆粒邊-邊、邊-面聯(lián)結(jié)，結(jié)合磺化聚合物分子，拆散高相對分子質(zhì)量的聚合物分子與粘土顆粒之間、以及高相對分子質(zhì)量的聚合物分子之間的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，完全消除高相對分子質(zhì)量的聚合物的提粘作用。該抗高溫、抗復(fù)合鹽降粘劑適用于各種水基鉆井液體系，降粘效果好，改善鉆井液流變性效率高，不僅具有優(yōu)異的抗高溫、抗鹽性能，而且抗鈣性能突出，并具有較強的抑制粘土水化膨脹性能，防止井壁坍塌，穩(wěn)定井壁性能顯著。在高溫深井鉆井過程中，能顯著提高高固相、高密度鉆井液的膠體穩(wěn)定性，使用量少，成本低，對鉆井液維持時間長，維護(hù)工作量少，且無毒、無污染，在自然環(huán)境中可無毒分解。


圖1為本發(fā)明工藝流程圖。
具體實施例方式以下結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。實施例1按照去離子水丙烯酸丙烯腈順丁烯二酸酐木質(zhì)素磺酸鈣雙氧水=100 30 10 15 20 10的比例(質(zhì)量比)備料。a.接枝聚合反應(yīng)例如，將IOOOkg去離子水加入3000L搪瓷反應(yīng)釜中，開動攪拌，緩慢加入300kg丙烯酸、150kg順丁烯二酸酐、IOOkg丙烯腈和200kg木質(zhì)素磺酸鈣，升溫至55°C，用滴加罐緩慢加入雙氧水100kg，控制加入速度，保持微微沸騰，攪拌反應(yīng)Ih左右，生成黃色液體。注意該步反應(yīng)控制反應(yīng)溫度是關(guān)鍵，如果反應(yīng)過于劇烈，應(yīng)將雙氧水的滴加速度減緩。b.絡(luò)合反應(yīng)將反應(yīng)液降溫至50°C左右，在攪拌狀態(tài)下向反應(yīng)釜中加入92. 5kg硫酸亞鐵、55. 5kg 二氯氧鋯，用亞鐵離子和鋯離子絡(luò)合羧酸基團(tuán)、酚羥基團(tuán)、從而提高合成產(chǎn)品的抗高溫穩(wěn)定性和抗復(fù)合鹽性能。c.氧化、銨化及二次聚合反應(yīng)停止加熱，向釜中加入200kg質(zhì)量百分比濃度為20%的氨水，攪拌反應(yīng)0.證后，溫度自然升至70°C，再加入220kg的丙烯磺酸鉀和48kg的過硫酸銨，反應(yīng)0. 5h，加入246kg的還原鐵粉，充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)lh。d.出料裝入塑料桶，可得到2500kg液體產(chǎn)品；液體產(chǎn)品經(jīng)過噴霧干燥，可得到875kg固體粉末產(chǎn)品。實施例2按照去離子水丙烯酸丙烯腈順丁烯二酸酐木質(zhì)素磺酸鈣雙氧水=100 40 20 20 30 25的比例(質(zhì)量比)備料。a.接枝聚合反應(yīng)例如，將IOOOkg去離子水加入5000L搪瓷反應(yīng)釜中，開動攪拌，緩慢加入400kg丙烯酸、200kg順丁烯二酸酐、200kg丙烯腈和300kg木質(zhì)素磺酸鈣，升溫至60°C，用滴加罐緩慢加入雙氧水250kg，控制加入速度，保持微微沸騰，攪拌反應(yīng)Ih左右，生成黃色液體。注意該步反應(yīng)控制反應(yīng)溫度是關(guān)鍵，如果反應(yīng)過于劇烈，應(yīng)將雙氧水的滴加速度減緩。b.絡(luò)合反應(yīng)將反應(yīng)液降溫至50°C左右，向反應(yīng)釜中分別加入硫酸亞鐵188kg、二氯氧鋯141kg，用亞鐵離子和鋯離子絡(luò)合羧酸基團(tuán)、酚羥基團(tuán)、從而提高合成產(chǎn)品的抗高溫穩(wěn)定性和抗復(fù)合鹽性能。c.氧化、銨化及二次聚合反應(yīng)停止加熱，向釜中加入53 質(zhì)量百分比濃度為20%的氨水，攪拌反應(yīng)l.Oh后，溫度自然升至80°C，再加入482kg的丙烯磺酸鉀和185kg過硫酸銨，反應(yīng)lh，加入388kg的還原鐵粉，充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)池。d.出料裝入塑料桶，可得到4000kg液體產(chǎn)品；液體產(chǎn)品經(jīng)過噴霧干燥，可得到1600kg固體粉末產(chǎn)品。實施例3按照去離子水丙烯酸丙烯腈順丁烯二酸酐木質(zhì)素磺酸鈣雙氧水=100 35 15 18 25 20的比例(質(zhì)量比)備料。a.接枝聚合反應(yīng)例如，將IOOOkg去離子水加入3000L搪瓷反應(yīng)釜中，開動攪拌，緩慢加入350kg丙烯酸、180kg順丁烯二酸酐、150kg丙烯腈和250kg木質(zhì)素磺酸鈣，升溫至60°C，用滴加罐緩慢加入雙氧水200kg，控制加入速度，保持微微沸騰，攪拌反應(yīng)Ih左右，生成黃色液體。注意該步反應(yīng)控制反應(yīng)溫度是關(guān)鍵，如果反應(yīng)過于劇烈，應(yīng)將雙氧水的滴加速度減緩。b.絡(luò)合反應(yīng)將反應(yīng)液降溫至50°C左右，向反應(yīng)釜中分別加入硫酸亞鐵150kg、二氯氧鋯lMkg，用亞鐵離子和鋯離子絡(luò)合羧酸基團(tuán)、酚羥基團(tuán)、從而提高合成產(chǎn)品的抗高溫穩(wěn)定性和抗復(fù)合鹽性能。c.氧化、銨化及二次聚合反應(yīng)停止加熱，向釜中加入^Ag質(zhì)量百分比濃度為20%的氨水，攪拌反應(yīng)l.Oh后，溫度自然升至75°C，再加入32 的丙烯磺酸鉀和90kg過硫酸銨，反應(yīng)lh，加入310kg的還原鐵粉，充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)池。d.出料裝入塑料桶，可得到3200kg液體產(chǎn)品；液體產(chǎn)品經(jīng)過噴霧干燥，可得到IlOOkg固體粉末產(chǎn)品。應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種鉆井液用抗高溫抗復(fù)合鹽降粘劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:a.接枝聚合反應(yīng)按照以下重量份備料，去離子水丙烯酸丙烯腈順丁烯二酸酐木質(zhì)素磺酸鈣雙氧水=100 30-40 10-20 15-20 20-30 10-25，將去離子水加入反應(yīng)釜中，開動攪拌，緩慢加入丙烯酸、順丁烯二酸酐、丙烯腈和木質(zhì)素磺酸鈣，升溫至50-70°C，用滴加罐緩慢加入雙氧水，控制加入速度，保持微微沸騰，攪拌反應(yīng)Ih左右；b.絡(luò)合反應(yīng)將反應(yīng)液降溫至50°C左右，在攪拌狀態(tài)下向反應(yīng)釜中加入9-19重量份的硫酸亞鐵、5-15重量份的二氯氧鋯；c.氧化、銨化及二次聚合反應(yīng)停止加熱，向釜中加入20巧4重量份的氨水，氨水的質(zhì)量百分比濃度為20%，攪拌反應(yīng)1. Oh后，溫度自然升至75°C，再加入22-48重量份的丙烯磺酸鉀和4. 8-18. 5重量份的過硫酸銨，反應(yīng)lh，加入24. 6-38. 8重量份的還原鐵粉，充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)池；d.出料裝入塑料桶，即為液體產(chǎn)品；液體產(chǎn)品經(jīng)過噴霧干燥，即為固體粉末產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法制得的鉆井液用抗高溫抗復(fù)合鹽降粘劑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鉆井液用抗高溫抗復(fù)合鹽降粘劑及其制備方法，本產(chǎn)品是由改性木質(zhì)素與丙烯類單體經(jīng)過共聚、磺化、氧化、絡(luò)合反應(yīng)制成。在高溫深井鉆井過程中，能顯著提高高密度、高固相鉆井液的膠體穩(wěn)定性，改善鉆井液的流變性，使用量少，成本低，對鉆井液維持時間長，維護(hù)工作量少，且無毒、無污染，在自然環(huán)境中可無毒分解。
文檔編號C08F220/06GK102391436SQ20111026003
公開日2012年3月28日 申請日期2011年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月5日
發(fā)明者王力, 王富華, 王成文, 王瑞和 申請人:中國石油大學(xué)(華東)