钻井液用强力包被抑制剂及其制备方法与流程

2021-02-02 19:02:38|

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本发明属于石油天然气钻井领域，具体涉及钻井液用强力包被抑制剂及其制备方法。
背景技术：
：包被抑制剂是水基聚合物钻井液中一种非常重要的处理剂，包被抑制剂的加入可以有效防止黏土水化分散，该处理剂通过静电作用和氢键作用很快的吸附在黏土和钻屑的表面，将其缠绕包裹起来，防止钻屑与水分子接触发生水化分散；并且这种包被膜又能减缓钻屑颗粒由于机械碰撞而发生的破碎，促使粘土颗粒不再分散成更细小颗粒，通过使用固控设备及时将钻屑颗粒分离出钻井液，确保钻井液性能稳定。包被剂在钻井液中通过有效地抑制钻屑、井壁的水化分散，起到维持井壁稳定、清除无用固相、维持低固相的目的。目前，油田钻井液体系中常用的包被剂为聚丙烯酰胺类包被剂，这类包被剂大多数都是阴离子型的，并且分子量较大，大多数都在300-500万之间，这类包被剂一般都是做成粉末状固体进行使用的。在使用过程中会溶解困难的情况，溶解过程中一部分漂浮在钻井液罐表面，相互粘结成几乎不再溶解的团块，一部分混入钻井液来不及完全溶解就被固控设备除掉，只有部分溶解并发挥作用，这样致使钻井液得不到及时处理，也影响施工。针对溶解困难的问题，又研发出乳液型包被剂，乳液型包被剂虽然解决了包被剂溶解慢的问题，也有利于现场施工，但乳液型包被剂的有效含量低，大部分都是水，这就增加了产品的包装和运输成本，价格偏高。上述包被剂均为阴离子型聚合物，在黏土和钻屑表面的吸附性若，因此其作用持效性短。针对阴离子型包被剂存在的吸附性若的问题，又开发出阳离子型包被剂，但所开发的阳离子型包被剂均为线性分子，这种线性分子虽然能够长效的吸附在黏土和钻屑表面，但它们是以线条的方式对钻屑进行包裹，分子与分子之间也只是通过氢键等进行连接，并没有实现全方位的包裹。因此，为增强包被抑制效果，实现对钻屑的全方位包裹，需要一种网状结构、溶解迅速、性能优异的包被剂。技术实现要素：本发明的目的之一在于提供一种钻井液用强力包被抑制剂。本发明的目的之二在于提供一种钻井液用强力包被抑制剂的制备方法。为了解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案来实现上述目的的。本发明提供的钻井液用强力包被抑制剂，粘均分子量为50万-150万；阳离子质量百分含量为6%-20%。本发明所述的钻井液用强力包被抑制剂，采用丙烯酸、阳离子单体、抗温单体、交联剂、引发剂、助溶剂为原料，通过水溶液自由基聚合工艺制得。所述单体质量浓度为20%-45%，其中丙烯酸、阳离子单体、抗温单体的物质的量的比为80-95：3-9：2-12。所述聚合温度为30-60℃，反应时间为2~5h。所述阳离子单体选自二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、二乙基二烯丙基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的一种或两种。所述抗温单体选自n-乙烯基吡咯烷酮、n,n-二甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺基叔丁基磺酸盐的一种。所述交联剂选自n,n-亚甲基双丙烯酰胺、乙二醛、戊二醛、甲基丙烯酰胺二甲氨基乙酯的一种；交联剂的加量为单体总质量的0.01%-0.05%。所述助溶剂选自氯化铵、尿素、硫脲、壬基酚聚氧乙烯醚np-10的一种；助溶剂的加量为单体总质量的0.3%~2%。所述引发剂选自氧化-还原体系过硫酸铵-亚硫酸氢钠、过硫酸钠-亚硫酸氢钠、过硫酸铵-季戊四醇的至少一对；发剂的加量为单体总质量的0.05%~0.4%。本发明还提供了钻井液强力包被抑制剂的制备方法：在反应器中按比例加入丙烯酸、阳离子单体、非离子单体、助溶剂、去离子水，搅拌使其完全溶解，通氮气30min，然后将引发剂配成水溶液，采取多点缓慢滴加方式加入，滴加完成后升至反应温度，然后再加交联剂，保温一定时间。胶体造粒，烘干粉碎，即得到粉状钻井液强力包被抑制剂。本发明的有效益果和特点：（1）本发明制备的钻井液用强力包被剂分子量适中，具有耐温单体、阳离子单体，具有网状分子结构，网格中嵌有助溶剂分子，具有溶解速度快，耐温性好，吸附性强，抑制岩屑分散性能强且持久的优点；（2）本发明采用水溶液聚合物，无三废，有利于环保。具体实施方式为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明发明的内容，但本发明的内容不仅限于下面的实施例。实施例1将装有搅拌器、温度计、恒压漏斗和通气管的聚合反应器置于恒温水浴中，加入丙烯酸115.2g、二甲基二烯丙基氯化铵25.84g、n-乙烯基吡咯烷酮15.4g、尿素0.4693g、去离子水615.8g，搅拌使其完全溶解，通氮气30mim，使溶液内温度降到5℃以下，然后缓慢滴加含0.6258g过硫酸铵-亚硫酸氢钠的水溶液10g，滴加完成后，缓慢升温至30℃，然后加乙二醛0.0156g，后反应3h，出料。胶体造粒，烘干粉碎，即得到粉状钻井液强力包被抑制剂1#。粘均分子量70万，阳离子含量16.5%。实施例2将装有搅拌器、温度计、恒压漏斗和通气管的聚合反应器置于恒温水浴中，加入丙烯酸136.8g、二甲基二烯丙基氯化铵9.69g、n-乙烯基吡咯烷酮4.44g、氯化铵0.6037g、去离子水442.8g，搅拌使其完全溶解，通氮气30mim，使溶液内温度降到5℃以下，然后缓慢滴加含过硫酸钠-亚硫酸氢钠0.0776g的水溶液10g，滴加完成后，缓慢升温至40℃，然后加如n,n-亚甲基双丙烯酰胺0.0302g，后反应2h，出料。胶体造粒，烘干粉碎，即得到粉状钻井液强力包被抑制剂2#。粘均分子量100万，阳离子含量6.4%。实施例3将装有搅拌器、温度计、恒压漏斗和通气管的聚合反应器置于恒温水浴中，加入丙烯酸129.6g、二甲基二烯丙基氯化铵16.15g、n-乙烯基吡咯烷酮11.1g、硫脲0.7843g、去离子水356g，搅拌使其完全溶解，通氮气30mim，使溶液内温度降到5℃以下，然后缓慢滴加含过硫酸铵-季戊四醇0.4706g的水溶液10g，滴加完成后，缓慢升温至35℃，然后加甲基丙烯酰胺二甲氨基乙酯0.0627g，滴加完后反应5h，出料。胶体造粒，烘干粉碎，即得到粉状钻井液强力包被抑制剂3#。粘均分子量130万，阳离子含量10.29%。实施例4将装有搅拌器、温度计、恒压漏斗和通气管的聚合反应器置于恒温水浴中，加入丙烯酸118.08g、二甲基二烯丙基氯化铵29.07g、n-乙烯基吡咯烷酮17.82g、壬基酚聚氧乙烯醚np-100.9898g、去离子水296.4g，搅拌使其完全溶解，通氮气30mim，使溶液内温度降到5℃以下，然后缓慢滴加含过硫酸铵-亚硫酸氢钠0.132g的水溶液10g，滴加完成后，缓慢升温至50℃，然后加0.0495g戊二醛，滴加完后反应4h，出料。胶体造粒，烘干粉碎，即得到粉状钻井液强力包被抑制剂4#。粘均分子量80万，阳离子含量17.62%。实施例5将装有搅拌器、温度计、恒压漏斗和通气管的聚合反应器置于恒温水浴中，加入丙烯酸136.8g、丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵17.79g、丙烯酰胺基叔丁基磺酸盐8.28g、尿素1.3029g、去离子水234.3g，搅拌使其完全溶解，通氮气30mim，使溶液内温度降到5℃以下，然后缓慢滴加含过硫酸铵-亚硫酸氢钠0.3257g的水溶液10g，滴加完成后，缓慢升温至60℃，然后乙二醛0.0814g，滴加完后反应4.5h，出料。胶体造粒，烘干粉碎，即得到粉状钻井液强力包被抑制剂5#。粘均分子量65万，阳离子含量10.92%。实施例6将装有搅拌器、温度计、恒压漏斗和通气管的聚合反应器置于恒温水浴中，加入丙烯酸132.48g、丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵23.72g、甲基丙烯酰胺6.8g、氯化铵1.63g、去离子水189.2g，搅拌使其完全溶解，通氮气30mim，使溶液内温度降到5℃以下，然后缓慢滴加含过硫酸钠-亚硫酸氢钠0.163g的水溶液10g，滴加完成后，缓慢升温至45℃，然后加n,n-亚甲基双丙烯酰胺0.0815g，滴加完后反应3.5h，出料。胶体造粒，烘干粉碎，即得到粉状钻井液强力包被抑制剂6#。粘均分子量50万，阳离子含量14.55%。实施例7将装有搅拌器、温度计、恒压漏斗和通气管的聚合反应器置于恒温水浴中，加入丙烯酸126.72g、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵16.56g、n,n二甲基丙烯酰胺15.84g、尿素2.3868g、去离子水522.7g，搅拌使其完全溶解，通氮气30mim，使溶液内温度降到5℃以下，然后缓慢滴加含过硫酸铵-亚硫酸氢钠0.0955g的水溶液10g，滴加完成后，缓慢升温至40℃，然后加戊二醛0.0636g，滴加完后反应5h，出料。胶体造粒，烘干粉碎，即得到粉状钻井液强力包被抑制剂7#。粘均分子量90万，阳离子含量10.4%。实施例8将装有搅拌器、温度计、恒压漏斗和通气管的聚合反应器置于恒温水浴中，加入丙烯酸115.2g、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵33.12g、n,n二甲基丙烯酰胺23.76g、尿素3.4416g、去离子水678.3g，搅拌使其完全溶解，通氮气30mim，使溶液内温度降到5℃以下，然后缓慢滴加含过硫酸铵-亚硫酸氢钠0.1549g的水溶液10g，滴加完成后，缓慢升温至50℃，然后加n,n-亚甲基双丙烯酰胺0.0516g，滴加完后反应2.5h，出料。胶体造粒，烘干粉碎，即得到粉状钻井液强力包被抑制剂8#。粘均分子量60万，阳离子含量19.24%。实施例9将装有搅拌器、温度计、恒压漏斗和通气管的聚合反应器置于恒温水浴中，加入丙烯酸122.4g、二乙基二烯丙基氯化铵20.95g、n-乙基吡咯烷酮22.2g、氯化铵2.1522g、去离子水577g，搅拌使其完全溶解，通氮气30mim，使溶液内温度降到5℃以下，然后缓慢滴加含过硫酸钠-亚硫酸氢钠0.1987g的水溶液10g，滴加完成后，缓慢升温至55℃，然后加乙二醛0.0166g，滴加完后反应4h，出料。胶体造粒，烘干粉碎，即得到粉状钻井液强力包被抑制剂9#。粘均分子量55万，阳离子含量12.65%。实施例10将装有搅拌器、温度计、恒压漏斗和通气管的聚合反应器置于恒温水浴中，加入丙烯酸136.8g、二乙基二烯丙基氯化铵12.57g、n-乙基吡咯烷酮4.44g、氯化铵2.1533g、去离子水348.9g，搅拌使其完全溶解，通氮气30mim，使溶液内温度降到5℃以下，然后缓慢滴加含过硫酸铵-亚硫酸氢钠0.0615g的水溶液10g，滴加完成后，缓慢升温至40℃，然后加0.0307g戊二醛，滴加完后反应4.5h，出料。胶体造粒，烘干粉碎，即得到粉状钻井液强力包被抑制剂10#。粘均分子量150万，阳离子含量8.17%。实施例11将装有搅拌器、温度计、恒压漏斗和通气管的聚合反应器置于恒温水浴中，加入丙烯酸136.8g、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵11.616g、n-乙基吡咯烷酮4.44g、硫脲1.6814g、去离子水448.6g，搅拌使其完全溶解，通氮气30mim，使溶液内温度降到5℃以下，然后缓慢滴加含过硫酸铵-亚硫酸氢钠0.2293g的水溶液10g，滴加完成后，缓慢升温至50℃，然后加0.01528g戊二醛，滴加完后反应5h，出料。胶体造粒，烘干粉碎，即得到粉状钻井液强力包被抑制剂11#。粘均分子量60万，阳离子含量7.59%。实施例12将装有搅拌器、温度计、恒压漏斗和通气管的聚合反应器置于恒温水浴中，加入丙烯酸136.8g、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵11.616g、n-乙基吡咯烷酮3.96g、硫脲2.7428g、去离子水447.1g，搅拌使其完全溶解，通氮气30mim，使溶液内温度降到5℃以下，然后缓慢滴加含过硫酸钠-亚硫酸氢钠0.1219g的水溶液10g，滴加完成后，缓慢升温至40℃，然后加n,n-亚甲基双丙烯酰胺0.0762g，滴加完后反应2h，出料。胶体造粒，烘干粉碎，即得到粉状钻井液强力包被抑制剂12#。粘均分子量85万，阳离子含量7.62%。实施例13将装有搅拌器、温度计、恒压漏斗和通气管的聚合反应器置于恒温水浴中，加入丙烯酸129.6g、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵19.36g、丙烯酰胺基叔丁基磺酸盐20.7g、硫脲2.7145g、去离子水385.9g，搅拌使其完全溶解，通氮气30mim，使溶液内温度降到5℃以下，然后缓慢滴加含过硫酸铵-亚硫酸氢钠0.4242g的水溶液10g，滴加完成后，缓慢升温至35℃，然后加n,n-亚甲基双丙烯酰胺0.0678g，滴加完后反应4h，出料。胶体造粒，烘干粉碎，即得到粉状钻井液强力包被抑制剂13#。粘均分子量140万，阳离子含量11.41%实施例14将装有搅拌器、温度计、恒压漏斗和通气管的聚合反应器置于恒温水浴中，加入丙烯酸129.6g、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵9.68g、二甲基二烯丙基氯化铵8.075g、n-乙基吡咯烷酮11.1g、尿素1.1091g、去离子水284.3g，搅拌使其完全溶解，通氮气30mim，使溶液内温度降到5℃以下，然后缓慢滴加含过硫酸铵-亚硫酸氢钠0.5546g的水溶液10g，滴加完成后，缓慢升温至40℃，然后加甲基丙烯酰胺二甲氨基乙酯0.0475g，滴加完后反应5h，出料。胶体造粒，烘干粉碎，即得到粉状钻井液强力包被抑制剂14#。粘均分子量110万，阳离子含量11.2%。实施例15将装有搅拌器、温度计、恒压漏斗和通气管的聚合反应器置于恒温水浴中，加入丙烯酸129.6g、丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵14.825g、二甲基二烯丙基氯化铵8.075g、n-乙基吡咯烷酮11.1g、尿素1.4724g、去离子水480.8g，搅拌使其完全溶解，通氮气30mim，使溶液内温度降到5℃以下，然后缓慢滴加含过硫酸铵-亚硫酸氢钠0.6544g的水溶液10g，滴加完成后，缓慢升温至60℃，然后加甲基丙烯酰胺二甲氨基乙酯0.0327g，滴加完后反应3h，出料。胶体造粒，烘干粉碎，即得到粉状钻井液强力包被抑制剂15#。粘均分子量95万，阳离子含量13.9%。实施例16将装有搅拌器、温度计、恒压漏斗和通气管的聚合反应器置于恒温水浴中，加入丙烯酸115.2g、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵15.448g、二甲基二烯丙基氯化铵12.92g、n-乙基吡咯烷酮26.64g、尿素2.5531g、去离子水427.7g，搅拌使其完全溶解，通氮气30mim，使溶液内温度降到5℃以下，然后缓慢滴加含过硫酸铵-亚硫酸氢钠0.5957g的水溶液10g，滴加完成后，缓慢升温至50℃，然后加戊二醛0.017g，滴加完后反应3h，出料。胶体造粒，烘干粉碎，即得到粉状钻井液强力包被抑制剂16#。粘均分子量125万，阳离子含量16.6%。实施例17将装有搅拌器、温度计、恒压漏斗和通气管的聚合反应器置于恒温水浴中，加入丙烯酸136.8g、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵3.872g、二乙基二烯丙基氯化铵8.38g、n,n-二甲基丙烯酰胺3.96g、氯化铵0.765g、去离子水383.5g，搅拌使其完全溶解，通氮气30mim，使溶液内温度降到5℃以下，然后缓慢滴加含过硫酸铵-季戊四醇0.153g的水溶液10g，滴加完成后，缓慢升温至40℃，然后加乙二醛0.0765g，滴加完后反应2h，出料。胶体造粒，烘干粉碎，即得到粉状钻井液强力包被抑制剂17#。粘均分子量145万，阳离子含量8%。实施例18将装有搅拌器、温度计、恒压漏斗和通气管的聚合反应器置于恒温水浴中，加入丙烯酸122.4g、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵10.375g、二甲基二烯丙基氯化铵8.075g、n-乙基吡咯烷酮22.2g、硫脲0.6522g、去离子水234.6g，搅拌使其完全溶解，通氮气30mim，使溶液内温度降到5℃以下，然后缓慢滴加含过硫酸铵-季戊四醇0.0978g的水溶液10g，滴加完成后，缓慢升温至60℃，然后加n,n-亚甲基双丙烯酰胺0.0489g，滴加完后反应5h，出料。胶体造粒，烘干粉碎，即得到粉状钻井液强力包被抑制剂18#。粘均分子量150万，阳离子含量11.3%。实施例19耐温性能评价：通过评价粘度保留率实验评价了钻井液强力包被抑制剂的耐温性，并与油田常用聚合物包被剂进行比较。具体方法如下：在不同温度条件下将3%钻井液强力包被抑制剂的水溶液热滚16h，然后通过六速旋转粘度计测试表观粘度，根据与热滚前表观粘度的对比，评价其耐温性。粘度保留率越高，说明其抗温性越好。实验结果见表1。表1钻井液强力包被剂的耐温性注：19为油田常用聚合物包被剂。实施例20包被抑制性能评价：通过岩屑滚动回收率实验评价钻井液用强力包被抑制剂抑制岩屑水化分散的能力，并与油田常用包被剂进行比较。具体方法如下：在300ml0.3%（wt）的钻井液用强力包被抑制剂的水溶液中加入6-10目的岩屑50g，然后在120℃下热滚16h后过40目筛，清水漂洗，将岩屑烘干，称重，计算一次滚动回收率。在300ml去离子水中加入一次滚动后的岩屑，在120℃下热滚16h后过40目筛，清水漂洗，将岩屑烘干，称重，计算二次滚动回收率。在300ml去离子水中加入二次滚动后的岩屑，在120℃下热滚16h后过40目筛，清水漂洗，将岩屑烘干，称重，计算三次滚动回收率。结果见表2。表2岩屑滚动回收率实验名称一次滚动回收率/%二次滚动回收率/%三滚动回收率/%清水5.242.482.101#95.6595.595.162#95.9595.995.43#93.9693.4944#95.194.8945#94.1593.6591.656#96.295.594.97#95.495.194.88#95.394.2594.19#94.994.4594.310#94.793.4193.211#95.494.594.312#94.693.293.113#95.895.494.614#95.795.394.315#96.596.295.816#96.896.395.817#97.697.2596.918#97.597.296.819#93.2519.028.32注：19为油田常用聚合物包被剂。实施例21溶解性能评价：将0.3g钻井液用强力包被剂缓慢加入到250ml去离子水中，在30℃水浴，搅拌速度400r/min的条件下，观察钻井液用强力包被剂的溶解情况，溶液中没有胶团，说明其溶解完全，记录溶解时间，并与油田常用包被剂进行对比，结果见表3。表3包被抑制剂溶解时间名称溶解时间/min1#52#73#84#5.55#46#37#88#49#3.510#811#412#413#714#615#516#617#718#719#30注：19为油田常用聚合物包被剂。当前第1页1 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