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CN107903881B - 一种高温高密度高矿化度水基钻井液的聚合物降滤失剂 - Google Patents

一种高温高密度高矿化度水基钻井液的聚合物降滤失剂 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高温高密度高矿化度水基钻井液的聚合物降滤失剂。该聚合物降滤失剂的原料组成包括：聚合物A、聚合物B和聚合物C；聚合物A包括：丙烯酰胺、2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸、N‑乙烯基吡洛烷酮和氧化还原引发剂；聚合物B包括：丙烯酰胺、2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸、N‑乙烯基吡洛烷酮、交联单体和氧化还原引发剂；聚合物C包括：水相、油相、引发剂和表面活性剂。本发明的降滤失剂是一种适用于高温、高压、高密度和高矿化度的钻井液降滤失剂。

Description

一种高温高密度高矿化度水基钻井液的聚合物降滤失剂
技术领域
本发明涉及一种降滤失剂，尤其涉及一种高温高密度高矿化度水基钻井液的聚合物降滤失剂，属于石油勘探钻井技术领域。
背景技术
滤失控制是钻井液的一种重要性能。聚合物降滤失剂是水基钻井液的一种重要添加剂，用于提高水基钻井液滤失性能，减少钻井液在钻井过程中的滤失量。
目前市场上适用于高温高压水基钻井液体系的聚合物降滤失剂通常为含有丙烯酰胺-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸或N-乙烯基吡洛烷酮的水溶性共聚物。然而，在高浓度的盐水体系中，特别是氯离子浓度为150000-180000mg/L以上时，在高温(150℃或更高温度)高压以及高密度(1.8以上)的条件下，单一的降滤失剂通常无法提供有效的滤失控制。
因此，提供可用于高温高压高密度条件下聚合物降滤失剂体系，是降低高浓度盐水钻井液体系滤失性能的关键。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种适用于高温(150℃-205℃)、高压、高密度(水基钻井液的密度为1.8kg/L-2.4kg/L)和高矿化度(水基钻井液的含盐量为150000mg/L-190000mg/L)的钻井液降滤失剂。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种高温高密度高矿化度水基钻井液的聚合物降滤失剂，以该聚合物降滤失剂的总质量为100％计，该聚合物降滤失剂的原料组成包括：30％-50％的聚合物A、30％-50％的聚合物B和10％-30％的聚合物C，该聚合物降滤失剂中各原料的质量百分比之和为100％；其中，
以聚合物A的总质量为100％计，聚合物A的原料组成包括：30％-80％的丙烯酰胺、10％-50％的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、5％-30％的N-乙烯基吡洛烷酮和0.02％的氧化还原引发剂，聚合物A中各原料的质量百分比之和为100％；
以聚合物B的总质量为100％计，聚合物B的原料组成包括：30％-80％的丙烯酰胺、10％-50％的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、5％-30％的N-乙烯基吡洛烷酮、0.05％-0.5％的交联单体和0.02％的氧化还原引发剂，聚合物B中各原料的质量百分比之和为100％；
以聚合物C的总质量为100％计，聚合物C的原料组成包括：60％-80％的水相、20％-40％的油相、0.01％-0.1％的引发剂和1％-5％的表面活性剂，所述聚合物C中各原料的质量百分比之和为100％。
在上述聚合物降滤失剂中，优选地，以聚合物C的总质量为100％计，采用的油相包括1wt％-5wt％的吐温-81(更优选为4wt％)、25wt％的石蜡油。
在上述聚合物降滤失剂中，优选地，水相包括：30％-80％的丙烯酰胺、20％-70％的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和0.1％-1％的交联单体。
在上述聚合物降滤失剂中，优选地，以聚合物C的总质量为100％计，引发剂的添加量为0.04％。
在上述聚合物降滤失剂中，优选地，采用的引发剂为偶氮二异丁腈。
在上述聚合物降滤失剂中，优选地，聚合物B中采用的交联单体为N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、二甲基丙烯酸乙二醇酯、二乙烯基砜、二乙二醇二烯丙醚、聚乙二醇(200)丙烯酸酯、聚乙二醇(400)丙烯酸酯、聚亚甲基二醇双丙烯酸酯、乙二醇双丙烯酸酯和聚乙二醇双丙烯酸酯中的一种或几种的组合。
采用的交联单体中的各物质由Sigma-Aldrich生产。
在上述聚合物降滤失剂中，优选地，氧化还原引发剂包括质量比为1:1的氧化剂和还原剂，其中，采用的氧化剂为溴酸钠、过硫酸钠和有机过氧化物；采用的还原剂为亚硫酸氢钠。
在上述聚合物降滤失剂中，优选地，采用的表面活性剂为吐温-80，吐温-60，吐温-81，吐温-85，吐温-61，SPAN-80，SPAN-60中的一种或几种的组合。
在上述聚合物降滤失剂中，优选地，聚合物A是通过以下步骤制备得到的：
将丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N-乙烯基吡洛烷酮溶于水中，形成含有30％-40％聚合物单体的混合液；
通入氮气以除去混合液中的氧气，加入氧化还原引发剂，形成凝胶，经过粉碎、干燥和研磨，得到聚合物A的粉末。
在上述聚合物降滤失剂中，优选地，聚合物B是通过以下步骤制备得到的：
将丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N-乙烯基吡洛烷酮、交联单体溶于水中，形成含有30％-40％聚合物单体的混合液；
通入氮气以除去混合液中的氧气，加入氧化还原引发剂，形成凝胶，经过粉碎、干燥和研磨，得到聚合物B的粉末。
在上述聚合物降滤失剂中，优选地，聚合物C是通过以下步骤制备得到的：
将油相在350rpm-700rpm(更优选为350rpm)的转速下搅拌10min-30min(更优选地10min)；
调节水相pH至8-9；
搅拌状态下，将处理后的水相加入到油相中，调节转速至500rpm-750rpm(更优选500rpm)，搅拌30min-60min(更优选30min)，加入引发剂；
通入氮气，500rpm-750rpm(更优选500rpm)的转速下升温至40℃-48℃(更优选45℃)，调节温度至60℃-70℃反应6h，升温75℃-80℃(更优选75℃)，反应1h-3h(更优选2h)；
冷却至35℃-45℃(更优选40℃)，加入表面活性剂，搅拌30min-60min(更优选30min)，冷却至室温，得到聚合物C。
在上述聚合物降滤失剂中，优选地，氮气的流速为20mL/min-30mL/min。
根据本发明的具体实施方式，将聚合物A、聚合物B和聚合物C按比例混合，即可得到高温高密度高矿化度水基钻井液的聚合物降滤失剂。
本发明的上述高温高密度高矿化度水基钻井液的聚合物降滤失剂适用于温度为150℃-205℃，水基钻井液的含盐量为150000mg/L-190000mg/L，水基钻井液的密度为1.8kg/L-2.4kg/L的水基钻井液。
上述高温高密度高矿化度水基钻井液的聚合物降滤失剂具体用于水基钻井液时，将聚合物A、聚合物B和聚合物C按比例加入水基钻井液(以水基钻井液的总质量为100％计，本发明的高温高密度高矿化度水基钻井液的聚合物降滤失剂的加入量为2％-6％)中，形成降滤失剂。
本发明的高温高密度高矿化度水基钻井液的聚合物降滤失剂采用三种聚合物(聚合物A，丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和N-乙烯基吡洛烷酮共聚物；聚合物B，交联的丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和N-乙烯基吡洛烷酮共聚物；以及聚合物C，交联的丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸共聚物反相乳液)，适用于温度为150℃-205℃，水基钻井液的含盐量为150000mg/L-190000mg/L，水基钻井液的密度为1.8kg/L-2.4kg/L的水基钻井液，可以很好的控制水基钻井液在高温、高浓度盐水条件下的滤失性能。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了本发明提供了一种高温高密度高矿化度水基钻井液的聚合物降滤失剂，以该聚合物降滤失剂的总质量为100％计，该聚合物降滤失剂的原料组成包括：聚合物A、聚合物B和聚合物C；其中，聚合物A为35％；聚合物B为40％，聚合物C为25％
以聚合物A的总质量为100％计，聚合物A的原料组成包括：50％的丙烯酰胺、34.98％的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、15％的N-乙烯基吡洛烷酮和0.02％的氧化还原引发剂(质量比为1:1的溴酸钠和亚硫酸氢钠)；
以聚合物B的总质量为100％计，聚合物B的原料组成包括：49.7％的丙烯酰胺、35％的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、14.98％的N-乙烯基吡洛烷酮、0.3％的交联单体和0.02％的氧化还原引发剂(质量比为1:1的溴酸钠和亚硫酸氢钠)；
以聚合物C的总质量为100％计，聚合物C的原料组成包括：69％水相、29％油相、0.04％的偶氮二异丁腈和1.96％的表面活性剂(吐温-81)；其中，水相包括：49.8％的丙烯酰胺、50％的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和0.2％的交联单体；油相包括4wt％的吐温-81、25wt％的石蜡油。
聚合物A是通过以下步骤制备得到的：
将丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N-乙烯基吡洛烷酮溶于水中，形成混合液；
通入氮气以除去混合液中的氧气，加入氧化还原引发剂，形成凝胶，经过粉碎、干燥和研磨得到所述聚合物A粉末。
聚合物B是通过以下步骤制备得到的：
将丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N-乙烯基吡洛烷酮、交联单体溶于水中，形成混合液；
通入氮气以除去混合液中的氧气，加入氧化还原引发剂，形成凝胶，经过粉碎、干燥和研磨得到所述聚合物B粉末。
聚合物C是通过以下步骤制备得到的：
将油相在350rpm的转速下搅拌10min以上；
调节水相pH至8-9；
搅拌状态下，将处理后的水相加入到油相中，调节转速至500rpm，搅拌30min，加入引发剂；
通入氮气(流速为20mL/min-30mL/min)，500rpm的转速下升温至45℃，调节温度至60℃-70℃反应6h，升温75℃，反应2h；
冷却至40℃，加入表面活性剂，搅拌30min，冷却至室温，得到聚合物C。
本实施例提供了如表1所示的水基钻井液，测试其在180℃下热滚老化16小时前后的性能测试结果，包括钻井液的密度、酸碱度和流变性能以及高温高压滤失量，具体结果如表2所示。
表1
钻井液配方 单位 实验1 实验2 实验3
饱和盐水 克 286 294 293
碳酸氢钠 克 0.5 0.5 0.5
氢氧化钠 克 1.5 1.5 1.5
聚合物A 克 2 2 2
聚合物B 克 4 2 3
聚合物C 克 2 2 3
亚硫酸钠 克 1.50 1.50 1.50
石墨 克 4 4 4
重晶石 克 376 380 375
黄原胶 克 0.12 0.15 0.15
超细钙 克 23 13 13
表2
Figure BDA0001462499420000051
Figure BDA0001462499420000061
以上实施例说明，本发明的高温高密度高矿化度水基钻井液的聚合物降滤失剂适用于高温、高压、高密度和高矿化度的水基钻井液，可以很好的控制水基钻井液在高温、高浓度盐水条件下的滤失性能。

Claims (11)

1.一种高温高密度高矿化度水基钻井液的聚合物降滤失剂，其特征在于，以该聚合物降滤失剂的总质量为100％计，该聚合物降滤失剂的原料组成包括：30％-50％的聚合物A、30％-50％的聚合物B和10％-30％的聚合物C，该聚合物降滤失剂中各原料的质量百分比之和为100％；其中，
以所述聚合物A的总质量为100％计，所述聚合物A的原料组成包括：30％-80％的丙烯酰胺、10％-50％的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、5％-30％的N-乙烯基吡咯烷酮和0.02％的氧化还原引发剂，所述聚合物A中各原料的质量百分比之和为100％；
以所述聚合物B的总质量为100％计，所述聚合物B的原料组成包括：30％-80％的丙烯酰胺、10％-50％的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、5％-30％的N-乙烯基吡咯烷酮、0.05％-0.5％的交联单体和0.02％的氧化还原引发剂，所述聚合物B中各原料的质量百分比之和为100％；
以所述聚合物C的总质量为100％计，所述聚合物C的原料组成包括：60％-80％的水相、20％-40％的油相、0.01％-0.1％的引发剂和1％-5％的表面活性剂，所述聚合物C中各原料的质量百分比之和为100％；
以所述聚合物C的总质量为100％计，所述油相包括1wt％-5wt％的吐温-81、25wt％的石蜡油；
以所述聚合物C的总质量为100％计，所述水相的原料组成包括：30％-80％的丙烯酰胺、20％-70％的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和0.1％-1％的交联单体。
2.根据权利要求1所述的聚合物降滤失剂，其特征在于，以所述聚合物C的总质量为100％计，所述引发剂的添加量为0.04％。
3.根据权利要求2所述的聚合物降滤失剂，其特征在于，所述引发剂为偶氮二异丁腈。
4.根据权利要求1所述的聚合物降滤失剂，其特征在于，所述聚合物B中的交联单体为N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、二甲基丙烯酸乙二醇酯、二乙烯基砜、二乙二醇二烯丙醚、聚乙二醇(200)丙烯酸酯、聚乙二醇(400)丙烯酸酯、乙二醇双丙烯酸酯中的一种或几种的组合。
5.根据权利要求1所述的聚合物降滤失剂，其特征在于，所述氧化还原引发剂包括氧化剂和还原剂，其中，所述氧化剂为溴酸钠、过硫酸钠和有机过氧化物，所述还原剂为亚硫酸氢钠。
6.根据权利要求1所述的聚合物降滤失剂，其特征在于，表面活性剂为吐温-80，吐温-60，吐温-81，吐温-85，吐温-61，SPAN-80，SPAN-60中的一种或几种的组合。
7.根据权利要求1所述的聚合物降滤失剂，其特征在于，所述聚合物A是通过以下步骤制备得到的：
将丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮溶于水中，形成含有30％-40％聚合物单体的混合液；
通入氮气以除去混合液中的氧气，加入氧化还原引发剂，形成凝胶，经过粉碎、干燥和研磨，得到所述聚合物A的粉末。
8.根据权利要求1所述的聚合物降滤失剂，其特征在于，所述聚合物B是通过以下步骤制备得到的：
将丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮、交联单体溶于水中，形成含有30％-40％聚合物单体的混合液；
通入氮气以除去混合液中的氧气，加入氧化还原引发剂，形成凝胶，经过粉碎、干燥和研磨，得到所述聚合物B的粉末。
9.根据权利要求1所述的聚合物降滤失剂，其特征在于，所述聚合物C是通过以下步骤制备得到的：
将油相在350rpm-700rpm的转速下搅拌10min-30min；
调节水相pH至8-9；
搅拌状态下，将处理后的水相加入到油相中，调节转速至500rpm-750rpm，搅拌30min-60min，加入引发剂；
通入氮气，500rpm-750rpm的转速下升温至40℃-48℃，调节温度至60℃-70℃反应6h，升温75℃-80℃，反应1h-3h；
冷却至35℃-45℃，加入表面活性剂，搅拌30min-60min，冷却至室温，得到聚合物C。
10.根据权利要求9所述的聚合物降滤失剂，其特征在于，氮气的流速为20mL/min-30mL/min。
11.权利要求1-10任一项所述的高温高密度高矿化度水基钻井液的聚合物降滤失剂的应用，其特征在于，该聚合物降滤失剂适用于温度为150℃-205℃，水基钻井液的含盐量为150000mg/L-190000mg/L，水基钻井液的密度为1.8kg/L-2.4kg/L的水基钻井液中。
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