CN109852355A

CN109852355A - 一种聚合物降滤失剂

Info

Publication number: CN109852355A
Application number: CN201910201979.1A
Authority: CN
Inventors: 王刚毅; 胡亮; 范绍林
Original assignee: SICHUAN SHANGZHIDENG NEW MATERIALS CO Ltd
Current assignee: SICHUAN SHANGZHIDENG NEW MATERIALS CO Ltd
Priority date: 2019-03-18
Filing date: 2019-03-18
Publication date: 2019-06-07

Abstract

本发明公开了一种聚合物降滤失剂，由35‑60份接枝共聚物、10‑40份水解聚丙烯腈铵盐，20‑40份玉米淀粉经捏合机将其混合均匀后经造粒、真空干燥后得到白色或灰白色粉剂。本发明制得的降滤失剂不仅提高了降滤失性能，同时还具有抗复合盐能力以及对地层和环境的污染问题。可以应用于聚合物、聚磺、有机盐等目前国内常用钻井液体系，在120℃运用具有良好的流变性与降滤失作用，同时具有一定的抗复合盐能力，少量添加时即可有良好的效果，并且与其他处理剂配伍性良好，在钻井液中无大幅度增粘的不良影响，同时该产品应不含重金属等毒害物，对环境友好。

Description

一种聚合物降滤失剂

技术领域

本发明属于石油天然气钻井技术领域，具体公开了一种聚合物降滤失剂及其制备方法。

背景技术

随着石油工业的迅猛发展，石油钻井的难度越来越大，不仅井越钻越深，井型也越来越复杂，从单一的直井向多底井、定向井、水平井、大位移井发展，对钻井液材料要求越来越高。降滤失剂是油田钻井液中需要添加的化学品助剂，在钻井过程中，钻井液中的滤液侵入地层会引起泥页岩水化膨胀，严重时导致井壁不稳定和各种井下复杂情况，加入降滤失剂通过在井壁上形成低渗透率、柔韧、薄而致密的滤饼，尽可能降低钻井液的滤失量，来保证钻井液的性能稳定，减少有害液体侵入地层，以及稳定井壁、保护井径规则。

水基钻井液降滤失剂目前主要可分为三大类：天然高分子改性产品，合成树脂，聚合物降滤失剂，国内对降滤失剂的研究相对较晚，近年来的大量研究也取得了相应的成果，从国内外近年来对降滤失剂的研究进展来看，其发展方向为：（1）研制出具有经济使用价值的共聚物单体以及共聚物产品；（2）对现有降滤失剂合理复配使用；（3）改进已有聚合物性能，进一步提高生物聚合物和两性离子聚合物降滤失剂的抗温能力和防塌能力；（4）开展无机/有机聚合物处理剂研究，研制降滤失效果好且不增粘的降滤失剂。

目前行业中的降滤失剂要么抗复合盐能力不足，要么降滤失效果不佳，需要增加加量才能满足降滤失效果，但由于配伍性不佳，使钻井液粘度增加，影响流变性能，部分性能较好的降滤失剂价格昂贵，成本较高，不适合现场大量使用。目前国内同时兼具抗复合盐能力，加量少、效果佳，不影响钻井液流变性能并适用于多种油气田钻井液体系的降滤失剂较少。

基于上述分析，一种在120℃提高降滤失性、流变性，具有一定的抗复合盐能力（6%），适用于多种油气田钻井液体系且不会对地层和环境造成污染的降滤失剂。

发明内容

本发明的目的是提供一种钻井液聚合物降滤失剂，在注重降滤失性能的同时，还需兼具抗复合盐能力以及防止对地层和环境的污染问题。可以应用于聚合物、聚磺、有机盐等目前国内常用钻井液体系，在120℃运用具有良好的流变性与降滤失作用，淡水浆加量0.4%，6%复合盐水浆加量2%即可有良好的效果，并且与其他处理剂配伍性良好，在钻井液中无大幅度增粘的不良影响，同时该产品应不含重金属等毒害物，对环境友好。

本发明通过如下方法实现：

一种聚合物降滤失剂，由如下重量份的配比的原料组成：35-60份接枝共聚物，10-40份水解聚丙烯腈铵盐，20-40份玉米淀粉。

进一步的，所述降滤失剂由如下重量份的配比的原料组成：47.5份接枝共聚物，25份水解聚丙烯腈铵盐，30份玉米淀粉。

一种聚合物降滤失剂的制备方法，包括如下步骤：将接枝共聚物、水解聚丙烯腈铵盐与玉米淀粉放入捏合机中，维持温度在60℃，持续反应1.5h，即得一种降滤失剂。

进一步的，所述接枝聚合物由如下重量份配比的原料组成：2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠溶液5-10份，聚丙烯酸钾2-10份，聚阴离子纤维素10-40份，羧甲基纤维素10-40份。

进一步的，所述接枝聚合物由如下方法制成：将聚丙烯酸钾溶解于反应釜中，再加入2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠水溶液、羧甲基纤维素水溶液、聚阴离子纤维素水溶液，调节pH值为4，随后以氮气排除反应釜中的氧气，在60℃下缓慢搅拌1h，加入引发剂过硫酸铵，继续搅拌6h后，得到接枝共聚物，洗涤后备用。

进一步的，所述2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠溶液浓度为0.5mol/L。

进一步的，所述聚丙烯酸钾分子量为1600万。

进一步的，所述聚阴离子纤维素为低粘聚阴离子纤维素。

进一步的，所述羧甲基纤维素为低粘羧甲基纤维素。

进一步的，所述聚丙烯酸钾由如下方法制得，按重量份配比计，取35-40份碳酸钾和300-325份水加入反应釜中，搅拌均匀后加入30份丙烯酰胺和70份丙烯酸，搅拌均匀后调节pH至11，随后以氮气排除反应釜中的氧气，再加入引发剂，控制反应温度在10℃，得聚丙烯酸钾。

本发明的有益效果在于：

1、本降滤失剂在制备过程中，以聚丙烯酸钾、聚阴离子纤维素与低粘羧甲基纤维素，引入2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸进行接枝共聚，引入磺酸基团，提高抗温抗盐能力并降低其粘度，防止产物因分子量原因对钻井液性能造成较大影响。在共聚物基础上添加小分子量的水解聚丙烯腈铵盐，辅以玉米淀粉，使得不同分子量的聚合物在协同作用下形成较好的结构锁住水分子，最终达到形成低渗透率、柔韧、薄而致密的滤饼，降低钻井液的滤失量，保证钻井液的性能稳定的目的。

2、该降滤失剂应适用于淡水钻井液和盐水钻井液，盐水钻井液中可抗较高矿化度，在6%的复合盐水基浆中，2%的加量条件下，滤失量降低率达到90%以上，在盐水体系中，30%的NaCl加量中加入1.2%，滤失量降低率可达到80%以上。并且与其他处理剂配伍性良好，在钻井液淡水基浆、盐水基或体系中均无大幅度增粘的不良影响。

3、本发明制得的聚合物降滤失剂原材料环保，颜色白色或灰白色，同时该产品应不含重金属等毒害物，对环境友好。

4、本发明所需的原材料易于采购，少量添加时即可有良好的效果，在满足油气田钻井工程中钻井液性能要求的条件下，成本较低。

5、本发明适用于目前常用钻井液类型，包括：聚合物钻井液，磺化钻井液，聚磺/钾聚磺钻井液，复合盐水钻井液，有机盐钻井液等，在体系中评价效果良好。

具体实施方式

实施例1

一种聚合物降滤失剂的制备方法

（1）制备聚丙烯酸钾：取37kg碳酸钾和310kg水加入反应釜中，搅拌均匀后加入30kg丙烯酰胺和70kg丙烯酸，搅拌均匀后调节pH至11，随后以氮气排除反应釜中的氧气，再加入引发剂过硫酸铵、亚硫酸钠，控制反应温度在10℃，得聚丙烯酸钾；

（2）制备接枝聚合物：将8kg分子量为1600万的聚丙烯酸钾溶解于反应釜中，再加入6kg浓度为0.5mol/L的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠水溶液、20kg低粘羧甲基纤维素水溶液、20kg低粘聚阴离子纤维素水溶液，调节pH值为4，随后以氮气排除反应釜中的氧气，在60℃下缓慢搅拌1h，加入引发剂过硫酸铵，继续搅拌6h后，得到接枝共聚物，洗涤后备用；

（3）制备降滤失剂：将接枝共聚物42kg，水解聚丙烯腈铵盐20kg，玉米淀粉38kg放入捏合机中，维持温度在60℃，持续反应1.5h，即得一种降滤失剂。

实施例2

一种聚合物降滤失剂的制备方法

（1）制备聚丙烯酸钾：取35kg碳酸钾和300kg水加入反应釜中，搅拌均匀后加入30kg丙烯酰胺和70kg丙烯酸，搅拌均匀后调节pH至11，随后以氮气排除反应釜中的氧气，再加入引发剂过硫酸铵、亚硫酸钠，控制反应温度在10℃，得聚丙烯酸钾；

（2）制备接枝聚合物：将6kg分子量为1600万的聚丙烯酸钾溶解于反应釜中，再加入8kg浓度为0.5mol/L的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠水溶液、15kg低粘羧甲基纤维素水溶液、25kg低粘聚阴离子纤维素水溶液，调节pH值为4，随后以氮气排除反应釜中的氧气，在60℃下缓慢搅拌1h，加入引发剂过硫酸铵，继续搅拌6h后，得到接枝共聚物，洗涤后备用；

（3）制备降滤失剂：将接枝共聚物50kg，水解聚丙烯腈铵盐15kg，玉米淀粉35kg放入捏合机中，维持温度在60℃，持续反应1.5h，即得一种降滤失剂。

实施例3

一种聚合物降滤失剂的制备方法

（1）制备聚丙烯酸钾：取38kg碳酸钾和315kg水加入反应釜中，搅拌均匀后加入30kg丙烯酰胺和70kg丙烯酸，搅拌均匀后调节pH至11，随后以氮气排除反应釜中的氧气，再加入引发剂过硫酸铵、亚硫酸钠，控制反应温度在10℃，得聚丙烯酸钾；

（2）制备接枝聚合物：将6kg分子量为1600万的聚丙烯酸钾溶解于反应釜中，再加入6kg浓度为0.5mol/L的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠水溶液、20kg低粘羧甲基纤维素水溶液、20kg低粘聚阴离子纤维素水溶液，调节pH值为4，随后以氮气排除反应釜中的氧气，在60℃下缓慢搅拌1h，加入引发剂过硫酸铵，继续搅拌6h后，得到接枝共聚物，洗涤后备用；

（3）制备降滤失剂：将接枝共聚物47kg，水解聚丙烯腈铵盐20kg，玉米淀粉33kg放入捏合机中，维持温度在60℃，持续反应1.5h，即得一种降滤失剂。

对比例1

取消水解聚丙烯腈铵盐的使用，其余同实施例3。

对比例2

取消玉米淀粉的使用，其余同实施例3。

对比例3

取消水解聚丙烯腈铵盐和玉米淀粉的使用，其余同实施例3。

试验例1：

技术指标如下表1：

表1 各实施例与对比例在淡水、盐水中的效果检测

。

从表1的实验数据可以看出，本发明制备的一种聚合物降滤失剂在淡水、6%的复合盐水中，失水量少，6%的复合盐水中加量2%时，失水量降低率达到90%以上，且没有大幅度增粘的不良影响。结合实施例3、对比例1~3可以看出，去掉其中的某一种或某两种成分，都会引发降滤失剂表观粘度增大、失水增加，由此可见，只有在水解聚丙烯腈铵盐和玉米淀粉协同接枝共聚物作用下，才能提升降滤失剂的表观粘度。

上述表1中，淡水、盐水的表观粘度、低温低压滤失量检测方法如下：

淡水：在高搅杯中加入400mL蒸馏水，1.0g无水碳酸钠，14.0g钻井液用试验用土，高速搅拌20min，期间应多次取下刮试杯壁；在（25±1）℃密闭养护24h后再次高速搅拌5min按照GB/T16783.1-2014方法测定表观粘度与低温低压滤失量，其性能值需达到表1中数值，否则可调整钻井液用试验用土的加量，直至达标为止。取上述已养护好的基浆，在高速搅拌的情况下缓慢加入样品1.6g（以干基计）；高速搅拌30min，期间需取下用玻璃棒刮试杯壁。在25℃恒温下养护24h后高速搅拌5min，按照GB/T16783.1-2014方法测定其表观粘度与低温低压滤失量。

盐水：在高搅杯中加入400mL 蒸馏水，18.0g氯化钠、2.0g无水氯化钙、5.2g氯化镁使其溶解后再加入3.6g无水碳酸钠，76.0g钻井液用试验用土，高速搅拌20min，期间应多次取下刮试杯壁；在（25±1）℃密闭养护24h后再次高速搅拌5min按照GB/T16783.1-2014方法测定其表观粘度与低温低压滤失量，其性能值需达到表1中数值，不合适可调整钻井液用试验土的加量，直至合适为止。取上述已养护好的基浆，在高速搅拌的情况下缓慢加入样品8.0g（以干基计）；高速搅拌30min，期间需取下用玻璃棒刮试杯壁。取一份在25℃恒温下养护24h后高速搅拌5min，按照GB/T16783.1-2014方法测定其表观粘度与低温低压滤失量。另外一份放入滚子炉中在120℃条件下老化16h后，冷却至室温，按照GB/T16783.1-2014方法测定其低温低压滤失量。

试验例2：

本试验例选择实施例3的样品进行测试，聚磺盐水抗高温钻井液体系配方：

3%搬土+0.25%纯碱+0.2%烧碱+0.6%两性离子聚合物强包被剂FA-367+1.2%样品+0.6%钻井液用两性离子聚合物降粘剂XY-27+3%钻井液用磺化酚醛树脂SMP-1+30%NaCl+62%重晶石。

实验方法如下：

在4个高搅杯中加入400 mL蒸馏水后加入12g钻井液用钙膨润土，高速搅拌20min，期间应多次取下刮试杯壁；在（25±1）℃密闭养护24h。

取两份分别依次加入1g无水碳酸钠、0.8g氢氧化钠、2.4gFA-367、2.4gXY-27、12gSMP-1、120g氯化钠、248g重晶石，每加完一种药品先用玻棒搅匀，再高速搅拌15min，搅拌过程中中断两次，以刮下粘糊在容器壁上的粘附物。

另外两份分别依次加入1g 无水碳酸钠、0.8g氢氧化钠、2.4gFA-367、2.4gXY-27、4.8g聚合物降滤失剂样品、12gSMP-1、120g氯化钠、248g重晶石，每加完一种药品先用玻棒搅匀，再高速搅拌15min，搅拌过程中中断两次，以刮下粘糊在容器壁上的粘附物。

将配置好的4份试验浆装入老化罐中，放入滚子炉中在（120±5）℃下恒温滚动老化16h，取出老化罐冷至室温，试验浆高速搅拌5min后，按GB/T16783.1-2014中规定测定试验浆表观粘度、API中压滤失量和（120±3）℃高温高压滤失量。

实验数据如表2所示：

表2 聚磺盐水抗高温钻井液体系实验数据

。

由表2可知，加入实施例3的样品前后，表观粘度与塑性粘度相差不大，而API FL和HTHP FL明显降低，API FL降低率超过70%，HTHP FL降低率超过80%，说明该聚合物降滤失剂在聚磺盐水抗高温钻井液体系中加入不会对流变性能造成较大影响，配伍性良好，且降滤失效果优异。

试验例3

与同类产品在钻井液中表观粘度、API中压滤失量和（120±3）℃高温高压滤失量对比：

本试验例选择实施例3的样品进行测试，聚合物-钾聚磺钻井液：3%膨润土+0.2%烧碱+0.3%包被抑制剂IND-30+0.4%样品+0.2%聚丙烯腈铵盐NH₄PAN+0.5%润滑剂+2%磺化酚醛树脂+2%磺化褐煤树脂+2%磺化沥青+5%KCl+加重剂。

实验方法如下：

在4个高搅杯中加入400 mL蒸馏水后加入12g钻井液用钙膨润土，高速搅拌 20min，期间应多次取下刮试杯壁；在（25±1）℃密闭养护24h。

取两份分别依次加入0.4g烧碱，1.2g包被抑制剂IND-30，1.6g同类产品，0.8gNH₄PAN，2g润滑剂，8g磺化酚醛树脂，8g磺化褐煤树脂，8g磺化沥青，20gKCl，重晶石（密度保持在1.90g/cm³），每加完一种药品先用玻棒搅匀，再高速搅拌15min，搅拌过程中中断两次，以刮下粘糊在容器壁上的粘附物。

另外两份分别依次加入0.4g烧碱，1.2g包被抑制剂IND-30，1.6g本发明样品，0.8gNH₄PAN，2g润滑剂，8g磺化酚醛树脂，8g磺化褐煤树脂，8g磺化沥青，20gKCl，重晶石（密度保持在1.90g/cm³），每加完一种药品先用玻棒搅匀，再高速搅拌15min，搅拌过程中中断两次，以刮下粘糊在容器壁上的粘附物。

将配置好的4份试验浆装入老化罐中，放入滚子炉中在（120±5）℃下恒温滚动老化 16 h，取出老化罐冷至室温，试验浆高速搅拌 5 min后，按GB/T16783.1-2014中规定测定试验浆表观粘度、API中压滤失量和（120±3）℃高温高压滤失量。实验数据如表3所示：

表3 聚合物-钾聚磺钻井液体系实验数据

。

由表3可知，实施例3的表观粘度AV、塑性粘度PV与同类产品相差不大，而API FL和HTHP FL则显著低于同类产品，由此可见：实施例3的聚合物降滤失剂相对于同类产品具有更优异的降滤失效果。

Claims

1.一种聚合物降滤失剂，其特征在于，该降滤失剂由如下重量份的配比的原料组成：35-60份接枝共聚物，10-40份水解聚丙烯腈铵盐，20-40份玉米淀粉。

2.根据权利要求1所述的聚合物降滤失剂，其特征在于，所述降滤失剂由如下重量份的配比的原料组成：47.5份接枝共聚物，25份水解聚丙烯腈铵盐，30份玉米淀粉。

3.一种根据权利要求1或2所述聚合物降滤失剂的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：将接枝共聚物、水解聚丙烯腈铵盐与玉米淀粉放入捏合机中，维持温度在60℃，持续反应1.5h，即得一种降滤失剂。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述接枝聚合物由如下重量份配比的原料组成：2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠溶液5-10份，聚丙烯酸钾2-10份，聚阴离子纤维素10-40份，羧甲基纤维素10-40份。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述接枝聚合物由如下方法制成：将聚丙烯酸钾溶解于反应釜中，再加入2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠水溶液、羧甲基纤维素水溶液、聚阴离子纤维素水溶液，调节pH值为4，随后以氮气排除反应釜中的氧气，在60℃下缓慢搅拌1h，加入引发剂过硫酸铵，继续搅拌6h后，得到接枝共聚物，洗涤后备用。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠溶液浓度为0.5mol/L。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯酸钾分子量为1600万。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述聚阴离子纤维素为低粘聚阴离子纤维素。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述羧甲基纤维素为低粘羧甲基纤维素。

10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯酸钾由如下方法制得，按重量份配比计，取35-40份碳酸钾和300-325份水加入反应釜中，搅拌均匀后加入30份丙烯酰胺和70份丙烯酸，搅拌均匀后调节pH至11，随后以氮气排除反应釜中的氧气，再加入引发剂过硫酸铵、亚硫酸钠，控制反应温度在10℃，得聚丙烯酸钾。