CN102898585A - 抗高温钻井液降滤失剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种油气田钻井液抗高温降滤失剂的制备方法。包括以下步骤：a、将淀粉和水加到反应器中，在70～100℃下搅拌均匀；b、待淀粉水分散体系变成透明后，降温到35～65℃，加入引发剂搅拌均匀；c、加入乙烯基单体继续搅拌反应2.5～7小时；d、将反应体系温度降至室温，加入抗氧剂和pH值调节剂，搅拌均匀。本发明提供的抗高温钻井液降滤失剂可生物降解，在150～170℃高温的钻井液环境下仍然具有优异的降滤失性能，并且抗盐至饱和。本发明方法操作简单，对设备与环境要求低，无需后处理，容易实现工业化。
Description
技术领域
本发明涉及一种油气田钻井液降滤失剂的制备方法，尤其是用抗氧剂共混改性乙烯基单体接枝淀粉的抗高温钻井液降滤失剂的制备方法。
背景技术
淀粉价格低廉，来源丰富并易生物降解。自从20世纪80年代起，淀粉及其衍生物就被作为环保型钻井液降滤失剂在国内外广泛使用。然而，淀粉很少直接被用作钻井液降滤失剂，通常在使用前要经过预胶化、醚化或者接枝三种方式改性。
在早期，预胶化工艺较方便且成本低，从而得到广泛应用。淀粉一般在碱性或者酸性介质下处理，目的是打破大分子间的氢键得到预胶化产品。由于它对热和细菌具有弱的抵抗力，其应用仅仅局限于较低温度的盐水钻井液体系。醚化淀粉，指的是淀粉上的羟基被醚键所取代。常见的是在碱性条件下，氯乙酸与淀粉反应制备羧甲基淀粉。除此之外，还有2-羟基-3-硫代丙基淀粉、羟乙基淀粉、以及羟丙基淀粉等产品。醚键取代度越大，越有利于降滤失，工业上往往使用醇取代大部分水作为反应介质来制备高醚化度的淀粉。接枝淀粉是指乙烯基单体在引发剂的存在下接枝到淀粉大分子上，该方法更容易进行分子设计，方便在淀粉大分子上引入各种功能基团以及提高产品分子量，达到人为裁定分子结构和性能的目的。并且，产品可以不进行后处理。
就使用温度而言，不管上述那种改性淀粉，它们在超过120℃的钻井液环境中就会或多或少降解失效。即便是性能较好的抗高温淀粉使用极限温度也才130～140℃。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术不足，提供一种用在大于150℃高温的钻井液环境下仍然具有优异的降滤失性能，并且抗盐至饱和，生产简单，无需后处理的抗高温钻井液降滤失剂的制备方法。
本发明的解决方案是：一种抗高温钻井液降滤失剂的制备方法，其特点是包括以下步骤：
a、将淀粉和水加到反应器中，在70～100℃下搅拌均匀；
b、待淀粉水分散体系变成透明后，降温到35～65℃，加入引发剂，加入后引发剂浓度为0.001～0.05摩尔/升；
c、加入乙烯基单体继续搅拌反应2.5～7小时；
d、将反应体系温度降至室温，加入抗氧剂和pH值调节剂，搅拌均匀；
其中：淀粉与乙烯基单体的质量比为0.5～1：1，水与淀粉加乙烯基单体的质量比为4～19：1，抗氧剂与淀粉加乙烯基单体的质量比为0.1～0.7：1，pH值调节剂的加量以调节降滤失剂pH值到7～10为准。
本发明的解决方案中，淀粉为玉米淀粉或马铃薯淀粉或红薯淀粉或上述任意比例的混合物。
本发明的解决方案中，引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾或硝酸铈铵或硫酸铈铵或上述任意比例的混合物。
本发明的解决方案中，乙烯基单体为丙烯酸或丙烯酰胺或2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸或上述任意比例的混合物。
本发明的解决方案中，抗氧剂为亚硫酸钠或亚硫酸氢钠或焦亚硫酸钠或乙醇胺或上述任意比例的混合物。
本发明的解决方案中，pH值调节剂为氢氧化钠或氢氧化钾或氨水或上述任意比例的混合物。
本发明的优点：本发明在优化乙烯基单体接枝淀粉的配方和工艺的基础上，加入抗氧剂进行共混改性制备降滤失剂，从而达到抑制淀粉高温降解（尤其是淀粉大分子中醚键的断裂）的目的。利用本发明方法得到的抗高温钻井液降滤失剂可生物降解，在150～170℃高温的钻井液环境下仍然具有优异的降滤失性能，并且抗盐至饱和。本发明方法操作简单，对设备与环境要求低，无需后处理，容易实现工业化。
具体实施方式
实施例1：
将16公斤红薯淀粉和500升水注入到密闭反应器中，在90℃下搅拌均匀。降温到50℃，加入过硫酸钾0.22公斤和硫酸铈铵0.27公斤并搅拌均匀。再加入丙烯酰胺26公斤和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸2公斤，继续搅拌反应5小时。之后，将反应混合物温度降至室温，加入亚硫酸氢钠22公斤和氢氧化钠0.3公斤，搅拌均匀即得抗高温钻井液降滤失剂。
本实施例所述方法制得的抗高温钻井液降滤失剂能够完全满足以下性能指标：
| 实验浆料 | 150℃热滚老化16小时后，浆料API滤失量降低率 |
| 4%盐水浆 | ≥90% |
| 饱和盐水浆 | ≥90% |
上述两种实验浆料配制如下：
4%盐水浆：室温下，在350ml水中依次添加1g碳酸氢钠，35g评价土，4g钠土和氯化钠14g，在高速搅拌机中搅拌20min，常温养护24小时，作为基浆。再往其中加入3.5g（按干基计）本发明抗高温钻井液降滤失剂，在高速搅拌机中搅拌20min。API滤失量降低率为≥90%。
饱和盐水浆：室温下，在350ml水中依次添加1g碳酸氢钠，35g评价土，4g钠土和氯化钠122g，在高速搅拌机中搅拌20min，常温养护24小时，作为基浆。再往其中加入3.5g（按干基计）本发明抗高温钻井液降滤失剂，在高速搅拌机中搅拌20min。API滤失量降低率为≥90%。
实施例2：
将16公斤玉米淀粉和400升水注入到密闭反应器中，在80℃下搅拌均匀。降温到60℃，加入过硫酸钾0.432公斤和硫酸铈铵0.535公斤并搅拌均匀。再加入丙烯酰胺30公斤，继续搅拌反应4小时。之后，将反应混合物温度降至室温，加入亚硫酸钠19公斤，氢氧化钾0.4公斤，搅拌均匀即得抗高温钻井液改性淀粉降滤失剂。
Claims (6)
1.一种抗高温钻井液降滤失剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
a、将淀粉和水加到反应器中，在70～100℃下搅拌均匀；
b、待淀粉水分散体系变成透明后，降温到35～65℃，加入引发剂，加入后引发剂浓度为0.001～0.05摩尔/升；
c、加入乙烯基单体继续搅拌反应2.5～7小时；
d、将反应体系温度降至室温，加入抗氧剂和pH值调节剂，搅拌均匀；
其中：淀粉与乙烯基单体的质量比为0.5～1：1，水与淀粉加乙烯基单体的质量比为4～19：1，抗氧剂与淀粉加乙烯基单体的质量比为0.1～0.7：1，pH值调节剂的加量以调节降滤失剂pH值到7～10为准。
2.根据权利要求1所述的抗高温钻井液降滤失剂的制备方法，其特征在于所述的淀粉为玉米淀粉或马铃薯淀粉或红薯淀粉或上述任意比例的混合物。
3.根据权利要求1所述的抗高温钻井液降滤失剂的制备方法，其特征在于所述的引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾或硝酸铈铵或硫酸铈铵或上述任意比例的混合物。
4.根据权利要求1所述的抗高温钻井液降滤失剂的制备方法，其特征在于所述的乙烯基单体为丙烯酸或丙烯酰胺或2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸或上述任意比例的混合物。
5.根据权利要求1所述的抗高温钻井液降滤失剂的制备方法，其特征在于所述的抗氧剂为亚硫酸钠或亚硫酸氢钠或焦亚硫酸钠或乙醇胺或上述任意比例的混合物。
6.根据权利要求1所述的抗高温钻井液降滤失剂的制备方法，其特征在于所述的pH值调节剂为氢氧化钠或氢氧化钾或氨水或上述任意比例的混合物。
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