CN116589990A - 一种耐保高温泥浆及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐高温泥浆及制备方法,属于泥浆处理剂技术领域,包括:所述耐高温泥浆通过丙烯酰胺单体和磺甲基单体交联共聚得到;以酰胺基和磺甲基的摩尔数计,所述丙烯酰胺单体和磺甲基单体的摩尔比为1:1‑1:1.3;所述磺甲基单体来源于含有磺甲基的聚合物;所述含有磺甲基的聚合物选自磺甲基酚醛树脂。本方案制备得到的交联聚合物具有致密、球状的形态结构,相比较未交联的线性结构,这种特殊的球状结构使其具有空间稳定性,从而水解稳定性增加,抗污染和抗剪切能力增强,使泥浆体系具有良好的流变性和降失水能力。
Description
技术领域
本发明涉及泥浆处理剂技术领域,具体涉及一种耐高温泥浆及制备方法。
背景技术
地热能源是绿色环保节能发展的大趋势,地热资源在供暖、养殖、工业、发电等方面广泛应用,地热井钻探技术日新月异。高温水井含水地层不同变化,与之相适应的耐高温泥浆在地热钻进中维护孔壁的同时,保护环境污染至关重要。
高温水基泥浆的应用过去主要是在传统油剂泥浆使用过程中所出现问题的基础上发展起来的,过去对高温水基泥浆组分不断得到改进,采用天然改性产品并具有良好的性能,但如今对环境和钻井更高要求,迫使我们必须对这些产品进行更新。
天然改性泥浆中,钙、镁离子是具有很强螯合能力的阳离子,它们易于渗透聚合物周围的水化膜并与结构中的阴离子结合,从而产生聚合物盐析现象,这种现象可能发生在链内或链间,当析出量达到一定程度,聚合物就会不溶解而沉淀下来,从而失去流变性与降滤失性,同时使得泥浆体系受到固体污染。新型交联聚合物抗高温的同时,两个丙烯酰胺离子团之间易形成稳定的氢键,比丙酰胺单体与阴离子团稳定,因此交联共聚物内部结构束缚二价阳离子螯合,泥浆体系不易受二价阳离子沉淀污染,保持泥浆良好的流动性与降滤失功能。
传统新型抗高温降失水剂丙烯酸酰胺单体(A)、磺甲基单体(S)和一种交联剂(X)交联共聚而成,其交联程度直接影响聚合物的溶解性能,既而影响降失水作用。交联程度过大,聚合物难以溶解;交联程度过小,线性长链易断裂且抗污染能力差。
发明内容
一方面,为了解决现有技术的问题,本发明提供了一种合成聚合物环保高温泥浆,包括:1、一种耐高温泥浆,其特征在于,所述耐高温泥浆通过丙烯酰胺单体和磺甲基单体交联共聚得到。
进一步地,以酰胺基和磺甲基的摩尔数计,所述丙烯酰胺单体和磺甲基单体的摩尔比为1:1-1:1.3。
进一步地,所述磺甲基单体来源于含有磺甲基的聚合物;
所述含有磺甲基的聚合物选自磺甲基酚醛树脂。
进一步地,所述丙烯酰胺单体来源于能够水解得到丙烯酰胺单体的丙烯酰胺聚合物;
所述丙烯酰胺聚合物选自聚丙烯酰胺和聚丙烯酰胺衍生物中的任意一种;
优选地,所述丙烯酰胺聚合物选自聚丙烯酰胺钾盐和甲基聚丙烯酰胺中的任意一种。
进一步地,所述交联共聚过程采用的交联剂为酸酐类物质;
优选地,所述酸酐类物质选自顺丁烯二酸酐、丁二酸酐、苯磺酸中的任意一种;
所述交联剂的用量为9-11g。
进一步地,所述交联共聚过程中还加入抗氧化剂;
所述抗氧化剂选自亚硫酸钠和亚硫酸氢钠中的任意一种;
所述抗氧化剂的用量为14-16g。
进一步地,所述耐高温泥浆的微观结构为致密球状。
另一方面,本发明提供了一种耐高温泥浆的制备方法,其特征在于,所述方法至少包括以下步骤:
将含有丙烯酰胺单体、磺甲基单体的原料和溶剂混合物,在交联剂的作用下,交联反应得到所述耐高温泥浆。
进一步地,所述溶剂选用水;
所述溶剂的用量为900-1100g。
进一步地,所述交联反应条件为:
反应温度为50-70℃,反应时间为50-70mi n。
进一步地,所述方法还包括:
在交联反应后的体系中,加入抗氧化剂,混合均匀后,用pH调节剂调节pH,得到所述耐高温泥浆;
优选地,所述pH调节剂选用碱性溶液;
所述碱性溶液中的碱性物质选自碳酸氢钠、碳酸钠和氢氧化钠中的任意一种;
所述pH调节的要求为调节pH值为8.0-12.0。
本发明的有益效果:
本方案制备交联聚合物具有致密、球状的形态结构,相比较未交联的线性结构,这种特殊的球状结构使其具有空间稳定性,和未交联的线型聚合物溶解后仍保持致密的球状结构,这种特殊的结构使其具有空间稳定性,从而水解稳定性增加,抗污染和抗剪切能力增强,使泥浆体系具有良好的流变性和降失水能力。
交联聚合物的微观结构也是抗高温的重要因素,相邻的丙烯酸酰胺单体(A)形成稳定的氢键,而磺甲基单体(S)与聚丙烯酸酰胺(钾盐)水解的丙烯酰胺单体(A)在交联剂(X)作用下聚合,丙烯酸酰胺-磺甲基交替排列的聚合物,改善了钻井泥浆的稳定性、流变性、降滤失、降分解环保性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的制备流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明的目的是:应用新型聚合物在高温条件下发挥其特殊作用,通过两种聚合物的交联改变了传统泥浆中含铬离子和其它对环境有害物质,由于交联程度受温度与时间影响较小,温度越高交联程度略有提高,时间越长交联程度略微增大;交联程度受聚合物分子量、化学结构影响较大,与分子量大小成正比,与化学结构有关,线性结构易断裂且抗污染能力差,本申请制备的致密的球状结构具有良好的空间稳定性,从而水解稳定性增加,抗污染和抗剪切能力增强,从而保持泥浆稳定的流变性与降滤失功能。
实施例一
一种合成聚合物环保高温泥浆,包括:所述耐高温泥浆通过丙烯酰胺单体和磺甲基单体交联共聚得到;
在一些实施中,以酰胺基和磺甲基的摩尔数计,所述丙烯酰胺单体和磺甲基单体的摩尔比为1:1-1:1.3。
在一些实施中,所述磺甲基单体来源于含有磺甲基的聚合物;
所述含有磺甲基的聚合物选自磺甲基酚醛树脂。
在一些实施中,所述丙烯酰胺单体来源于能够水解得到丙烯酰胺单体的丙烯酰胺聚合物;
所述丙烯酰胺聚合物选自聚丙烯酰胺、聚丙烯酰胺衍生物中的任意一种;
优选地,所述丙烯酰胺聚合物选自聚丙烯酰胺钾盐和甲基聚丙烯酰胺中的任意一种。
在一些实施中,所述交联共聚过程采用的交联剂为酸酐类物质;
优选地,所述酸酐类物质选自顺丁烯二酸酐、丁二酸酐、苯磺酸中的任意一种;
所述交联剂的用量为9-11g。
在一些实施中,所述交联共聚过程中还加入抗氧化剂;
所述抗氧化剂选自亚硫酸钠、和亚硫酸氢钠中的任意一种;
所述抗氧化剂的用量为14-16g。
在一些实施中,所述耐高温泥浆的微观结构为致密球状。
需要说明的是,在制备高温泥浆时,使用的各组分及分量包括:磺甲基酚醛树脂5-7g、聚丙烯酰胺钾盐5-7g、交联剂顺丁烯二酸酐9-11g、抗氧化剂Na2SO314-16g、自来水900-1100g和NaCl 140-160g。
优选地,所述磺甲基酚醛树脂6g、聚丙烯酰胺钾盐/甲基聚丙烯酰胺6g、交联剂丁烯二酸酐/丁二酸酐/苯磺酸中10g、抗氧化剂亚硫酸钠/亚硫酸氢钠Na2SO314-16g、自来水1000g和NaCl 150g。
实施例二
参见图1,一种合成聚合物环保高温泥浆的制备方法,包括:
步骤1,取900g自来水,水温保持在50℃,在低速200rad/mi n搅拌下,加入交联剂顺丁二酸酐9g,搅拌9mi n;
步骤2,接着,加入磺甲基酚醛树脂和聚丙烯酰胺钾盐各5g,搅拌14-mi n,然后加入搅拌加入抗氧化剂亚硫酸钠14g,搅拌9mi n;
步骤3,接着,加入NaCl 140g,搅拌50mi n,用质量百分浓度为40%的碳酸钠溶液调节PH值至8.0,配制成密度为1.05g/cm3交联聚合物溶液;
其中,氯化钠的作用是模拟海水或卤盐地层盐侵时保持泥浆处理剂的稳定性。
实施例三
一种合成聚合物环保高温泥浆的制备方法,包括:
步骤1,取1000g自来水,水温保持在60℃,在低速300rad/mi n搅拌下,加入交联剂苯磺酸10g,搅拌10mi n;
步骤2,接着,加入磺甲基酚醛树脂和甲基聚丙烯酰胺各6g,搅拌15mi n,然后加入搅拌加入抗氧化剂亚硫酸氢钠15g,搅拌10mi n;
步骤3,接着,加入NaC l 150g,搅拌60mi n,用质量百分浓度为42%的碳酸氢钠溶液调节PH值至10.0,配制成密度为1.05g/cm3交联聚合物溶液。
实施例四
一种合成聚合物环保高温泥浆的制备方法,包括:
步骤1,取1100g自来水,水温保持在70℃,在低速400rad/mi n搅拌下,加入交联剂顺丁烯二酸酐11g,搅拌11mi n;
步骤2,接着,加入磺甲基酚醛树脂和聚丙烯酰胺钾盐各7g,搅拌16mi n,然后加入搅拌加入抗氧化剂亚硫酸钠16g,搅拌11mi n;
步骤3,接着,加入NaC l 160g,搅拌70mi n,用质量百分浓度为44%的氢氧化钠溶液调节PH值至12.0,配制成密度为1.05g/cm3交联聚合物溶液。
实施例五
实验研究粘度:在300g水中分别加入2g磺甲基酚醛树脂与聚丙稀酰胺搅拌15min,加入10g交联剂顺丁烯二酸酐搅拌10mi n,在PH值11条件下配制成交联聚合物;另外300g水中加入聚丙烯酰胺聚合物配制成未交联聚合物。测其粘度(见表1),交联作用降低聚合物粘度。(聚合物)
从表1可以看出,通过以上两种聚合物粘度对比,交联作用能够降低聚合物的粘度。
抗剪切能力:将4g未交联聚合物与交联聚合物分别加入500g清水中,用搅拌器搅拌15mi n后测其初始流变特性,然后将两种聚合物分别置于8000rad/mi n的高速搅拌器上搅拌1.0小时和2.0小时,在室温下测其流变性能(见表2),从表2可以看出剪切力增加,非交联聚合物粘度明显降低,而交联聚合物粘度变化不大。
其中,对比两种聚合物粘度可得出结论:在600rpm与300rpm粘度对比,非交联聚合物粘度明显降低,而交联聚合物更稳定粘度变化不大,抗剪切能力强,从而剪切稳定。
固体污染:分别取2g交联聚合物与非交联聚合物加入300g清水中,搅拌10mi n,然后加入300g重晶石粉充分搅拌15mi n后室温下测试初始流变性能,接着置于8000rad/mi n高速搅拌器中搅拌1小时,然后测量流变性能(见表3),从表3可以看出,聚合物2(交联)仍具有良好的流变性,而聚合物1(未交联)粘度明显降低,减低悬浮能力。试验证明,交联聚合物在加入一定量的固体以后仍具有良好的剪切稳定性。
从表3中可见,交联聚合物比未交联聚合物,溶液保持稳定,固体没沉降,没受到固体污染,仍保持良好的剪切稳定性。
泥浆流变性:天然的褐煤、木质素磺酸盐虽然对泥浆具有良好的分散性,但在钻进中容易发生地层损害和固相颗粒环境污染。而传统的合成稳定剂像丙烯酸、马来酸酐以及普通磺化产品具有低分子量和高电荷的共聚物,产生固体污染物或Ca、Mg污染物。新型交联聚合物的磺化部分进行了改性,具体是将磺化单体与丙烯酰胺单体交联,聚合物结构由线性改变成球状的改性,从而使其具有良好的稳定性与抗高温性,从而不用加入传统的抗高温剂。新型交联聚合物的淡水泥浆比丙烯酸盐共聚物淡水泥浆具有更好的流变性与稳定性(见表4)。
从表4可以看出,通过对丙烯酸、马来酸酐及普通磺化产品(AMPS)-丙烯酸盐共聚物与新型交联聚合物在相同温度条件下对比,新型交联聚合物的PV和YP值均低于AMPS,说明交联聚合物泥浆保持更好的流变性与稳定性。
在实验室对新型聚合物泥浆置于高温和固体污染物一定时间后,对其热稳定性研究。浆液1和2不加固体污染物,3和4加入固体污染物。由于井下地温梯度变化较大,因此实验室在40-220℃不同剪切速率下4种钻井液配方进行比较,其中1和3配方老化16小时,2和4配方老化64小时。新型聚合物泥浆性能稳定(见表5)。
从表5中可以看出,泥浆研究结果,对于新型交联聚合物泥浆,在高温下不同老化时间,加入或不加入惰性固体污染物,新型泥浆的流变性均为稳定,即,初切、终切变化不大。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种耐高温泥浆,其特征在于,所述耐高温泥浆通过丙烯酰胺单体和磺甲基单体交联共聚得到。
2.根据权利要求1所述的耐高温泥浆,其特征在于,以酰胺基和磺甲基的摩尔数计,所述丙烯酰胺单体和磺甲基单体的摩尔比为1:1-1:1.3。
3.根据权利要求1所述的耐高温泥浆,其特征在于,所述磺甲基单体来源于含有磺甲基的聚合物;
所述含有磺甲基的聚合物选自磺甲基酚醛树脂。
4.根据权利要求1所述的耐高温泥浆,其特征在于,所述丙烯酰胺单体来源于能够水解得到丙烯酰胺单体的丙烯酰胺聚合物;
所述丙烯酰胺聚合物选自聚丙烯酰胺、聚丙烯酰胺衍生物中的任意一种;
优选地,所述丙烯酰胺聚合物选自聚丙烯酰胺钾盐和甲基聚丙烯酰胺中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的耐高温泥浆,其特征在于,所述交联共聚过程采用的交联剂为酸酐类物质;
优选地,所述酸酐类物质选自顺丁烯二酸酐、丁二酸酐、苯磺酸中的任意一种;
所述交联剂的用量为9-11g。
6.根据权利要求1所述的耐高温泥浆,其特征在于,所述交联共聚过程中还加入抗氧化剂;
所述抗氧化剂选自亚硫酸钠和亚硫酸氢钠中的任意一种;
所述抗氧化剂的用量为14-16g。
7.根据权利要求1所述的耐高温泥浆,其特征在于,所述耐高温泥浆的微观结构为致密球状。
8.权利要求1-7任一项所述的耐高温泥浆的制备方法,其特征在于,所述方法至少包括以下步骤:
将含有丙烯酰胺单体、磺甲基单体的原料和溶剂混合物,在交联剂的作用下,交联反应得到所述耐高温泥浆。
9.根据权利要求8所述的耐高温泥浆的制备方法,其特征在于,所述溶剂选用水;
所述溶剂的用量为900-1100g。
10.根据权利要求8所述的耐高温泥浆的制备方法,其特征在于,所述交联反应条件为:
反应温度为50-70℃,反应时间为50-70min;
在交联反应后的体系中,加入抗氧化剂,混合均匀后,用pH调节剂调节pH,得到所述耐高温泥浆;
优选地,所述pH调节剂选用碱性溶液;
所述碱性溶液中的碱性物质选自碳酸氢钠、碳酸钠和氢氧化钠中的任意一种;
所述pH调节的要求为调节pH值为8.0-12.0。
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