本發(fā)明屬于鉆井液處理劑技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鉆井液用降濾失劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
在石油勘探或鉆井作業(yè)中，鉆頭在巨大的壓力和摩擦力作用下極易損壞，所以要在鉆井作業(yè)中使用鉆井液來保護(hù)鉆頭，但是鉆井液在壓力下會滲濾到地層土壤中造成流失，這個過程通常稱為“失水”。大量的失水進(jìn)入土壤不僅會誘導(dǎo)井眼失穩(wěn)問題，而且會對油氣層產(chǎn)生損害，目前解決這一問題的方法就是在鉆井液中添加降濾失劑，降濾失劑可以全方位地堵塞鉆井液與土壤形成的泥餅中的毛細(xì)孔道，使其光滑而致密；增加泥餅負(fù)電荷密度使其形成強(qiáng)有力的極化水層；降濾失劑分子吸附于粘土晶體顆粒側(cè)面與其形成橋聯(lián)縮小毛細(xì)孔徑；改善泥餅毛細(xì)孔道的濕潤性，所以降濾失劑可以提高鉆井液的降失水能力。
目前廣泛使用的降濾失劑均以粉狀聚合物產(chǎn)品供應(yīng)和使用，實踐表明，粉狀聚合物使用時，有諸多缺點(diǎn)，例如：溶解速度慢，現(xiàn)場應(yīng)用的配膠液過程溶解速度慢導(dǎo)致工時增加甚至部分聚合物形成凝膠塊造成性能不穩(wěn)定且易被振動篩篩除，形成浪費(fèi)；另外，粉狀聚合物一般具有烘干、粉碎過程，生產(chǎn)周期長，而且由于降解、交聯(lián)等反應(yīng)會造成不利影響影響其性能，且在使用中不能直接加到鉆井液中，分散速度慢，現(xiàn)場泥漿工工作量大，鉆井液處理費(fèi)用高。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種鉆井液用降濾失劑及其制備方法，其是反相乳液聚合物降濾失劑，本發(fā)明生產(chǎn)過程簡單，溶解快速，并且降濾失性能優(yōu)良。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種鉆井液用降濾失劑，是包括水相與油相乳化形成的反相乳液聚合物；
所述水相包括以下重量份的原料：磺酸基單體45-56份、酰胺基團(tuán)單體25-38份、剛性結(jié)構(gòu)單體5-10份、水100-120份；所述水相還包括交聯(lián)劑以及引發(fā)劑，所述交聯(lián)劑占磺酸基單體、酰胺基團(tuán)單體及剛性結(jié)構(gòu)單體總質(zhì)量的0.008-0.015％；所述引發(fā)劑占磺酸基單體、酰胺基團(tuán)單體及剛性結(jié)構(gòu)單體總質(zhì)量的0.05-0.15％；
所述油相包括80-110重量份的基油，還包括占油相質(zhì)量4％-10％的乳化劑。
作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述水相還包括酸堿調(diào)節(jié)劑，用于將水相調(diào)節(jié)pH至6-9。
作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述反相乳液聚合物的分子量50-100萬。
作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述磺酸基單體選自對本乙烯磺酸鈉、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、2-丙烯酰氧基-2-甲基丙磺酸和丙烯磺酸鈉；所述酰胺基團(tuán)單體選自丙烯酰胺和N，N-二甲基丙烯酰胺；所述剛性結(jié)構(gòu)單體選自丙烯腈、苯乙烯和N,N-乙烯基吡咯烷酮。
作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述交聯(lián)劑為N,N-亞甲基雙丙烯酰胺，所述乳化劑為脂肪醇聚氧乙烯醚、失水山梨醇脂肪酸酯與聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯和/或烷基酚聚氧乙烯醚通過調(diào)節(jié)HLB值復(fù)配而成；所述酸堿調(diào)節(jié)劑選自氫氧化鈉和碳酸鈉。
作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述引發(fā)劑選自氧化劑、還原劑和偶氮類引發(fā)劑。
作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述氧化劑選自過硫酸銨和過硫酸鉀，所述還原劑選自亞硫酸氫鈉和亞硫酸氫銨，所述的偶氮類引發(fā)劑選自偶氮二異丁腈和偶氮二異丁基脒鹽酸鹽。
作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述基油為白油。
一種鉆井液用降濾失劑的制備方法，包括如下步驟：
(1)將所述磺酸基單體、酰胺基團(tuán)單體，剛性結(jié)構(gòu)單體、交聯(lián)劑溶解到水中，調(diào)節(jié)pH至所需的值，加入引發(fā)劑，在第一反應(yīng)釜中攪拌至無固相顆粒；
(2)在基油中加入乳化劑，置于第二反應(yīng)釜中攪拌均勻；
(3)將第一反應(yīng)釜中的溶液送入第二反應(yīng)釜中，通入惰性氣體乳化20-40min；將第二反應(yīng)釜溫度升至30-50℃，反應(yīng)1～1.5h，反應(yīng)結(jié)束得到均一粘稠的乳白色膠乳。
作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述惰性氣體為氮?dú)狻?/p>
本發(fā)明的有益效果是：
1)本發(fā)明反相乳液聚合物降濾失劑與現(xiàn)有粉體聚合物相比，溶解快速，且反相乳液聚合物生產(chǎn)過程中無烘干、粉碎環(huán)節(jié)，生產(chǎn)周期短，更容易實現(xiàn)綠色環(huán)保生產(chǎn)；同時，本發(fā)明反相乳液聚合物不僅可減少粉狀聚合物在烘干、粉碎過程中，由于降解、交聯(lián)等反應(yīng)造成的不利影響，且在使用中可直接加到鉆井液中，分散速度快，在達(dá)到同樣效果的情況下，減少了現(xiàn)場泥漿工工作量，大大減少用量，降低鉆井液處理費(fèi)用，特別適合中、低溫地區(qū)和海上等工況使用。另外，本發(fā)明反相乳液聚合物攜帶有三種功能基(即磺酸基團(tuán)、酰胺基團(tuán)、剛性雜環(huán)側(cè)鏈)，作為降濾失劑能與粘土顆粒間形成強(qiáng)有力的吸附，形成的泥餅薄而韌，降濾失性能優(yōu)良。
2)在高溫高鹽及高鈣環(huán)境中，本發(fā)明反相乳液聚合物降濾失劑含有的大量磺酸基團(tuán)與剛性雜環(huán)結(jié)構(gòu)使聚合物熱穩(wěn)定性更強(qiáng)，分子鏈不會斷裂，同時對鹽不敏感，能夠抗鹽至飽和，抗溫最高至170℃；同時抗鈣鎂性能較佳，可以較好的適應(yīng)于鹽水鉆井液中，解決高礦化度地層鉆井難題，在鹽水鉆井液體系中應(yīng)用前景廣闊。
3)本發(fā)明反相乳液聚合物中的油相和乳化劑在鉆井液體系中還具有一定的潤滑和消泡的效果(在淡水和鹽水漿中的密度恢復(fù)率均大于90％)，具有成為一種“復(fù)合”處理劑的潛力。
4)本發(fā)明反相乳液聚合物的分子量50-100萬，在作為降濾失劑使用時，加入適量即可以取的較好的降濾失效果。
具體實施方式
本發(fā)明通過提供一種鉆井液用降濾失劑及其制備方法，其是反相乳液聚合物降濾失劑，本發(fā)明生產(chǎn)過程簡單，溶解快速，并且降濾失性能優(yōu)良，能有效解決現(xiàn)有鉆井液用降濾失劑大多為粉末狀聚合物，存在溶解速度慢、潤滑效果差、耐溫抗鹽效果差，同時易造成資源的浪費(fèi)和能耗增加的問題。
本發(fā)明實施例鉆井液用降濾失劑是包括水相與油相乳化形成的反相乳液聚合物；
所述水相包括以下重量份的原料：磺酸基單體45-56份、酰胺基團(tuán)單體25-38份、剛性結(jié)構(gòu)單體5-10份、水100-120份；所述水相還包括交聯(lián)劑以及引發(fā)劑，所述交聯(lián)劑占磺酸基單體、酰胺基團(tuán)單體及剛性結(jié)構(gòu)單體總質(zhì)量的0.008-0.015％；所述引發(fā)劑占磺酸基單體、酰胺基團(tuán)單體及剛性結(jié)構(gòu)單體總質(zhì)量的0.05-0.15％；
所述油相包括80-110重量份的基油，還包括占油相質(zhì)量4％-10％的乳化劑。
為了更好的理解上述技術(shù)方案，下面將結(jié)合具體的實施方式對上述技術(shù)方案做詳細(xì)的說明。
實施例1
本發(fā)明實施例1鉆井液用降濾失劑是包括水相與油相乳化形成的反相乳液聚合物。
本發(fā)明實施例1鉆井液用降濾失劑的制備方法包括如下步驟：
在反應(yīng)釜1中加入120kg的去離子水，加入高純度2-丙烯酰氧基-2-甲基丙磺酸粉末(磺酸基單體)51Kg，丙烯酰胺(酰胺基團(tuán)單體)34kg，苯乙烯(剛性結(jié)構(gòu)單體)6kg，N,N-亞甲基雙丙烯酰胺(交聯(lián)劑)9.1g以及1kg質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的偶氮二異定咪唑啉鹽酸鹽(引發(fā)劑)攪拌至全部溶解，再加入碳酸鈉和氫氧化鈉(酸堿調(diào)節(jié)劑)調(diào)節(jié)pH至8.0，制得澄清無固相顆粒的溶液；在反應(yīng)釜2中加入白油100kg，開啟攪拌，緩慢加入脂肪醇聚氧乙烯醚(乳化劑)0.5kg，失水山梨醇脂肪酸酯(乳化劑)6.8kg，攪拌均勻；開啟電泵，將反應(yīng)釜1中溶液緩慢抽送至反應(yīng)釜2中，開啟氮?dú)馄?，通氮除氧乳?0min，將反應(yīng)釜2中溫度升至40℃，反應(yīng)1-1.5h，反應(yīng)結(jié)束后，放料得到均一粘稠的乳白色膠乳。
實施例2
本發(fā)明實施例2鉆井液用降濾失劑的制備方法包括如下步驟：
在反應(yīng)釜1中加入120kg的去離子水，加入高純度對本乙烯磺酸鈉粉末(磺酸基單體)47Kg，丙烯酰胺(酰胺基團(tuán)單體)38kg，丙烯腈(剛性結(jié)構(gòu)單體)6kg，N,N-亞甲基雙丙烯酰胺(交聯(lián)劑)9.1g，1.365kg質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的偶氮二異定咪唑啉鹽酸鹽、0.2kg亞硫酸氫銨(引發(fā)劑)攪拌至全部溶解，加入碳酸鈉和氫氧化鈉(酸堿調(diào)節(jié)劑)調(diào)節(jié)pH至8.0，制得澄清無固相顆粒的溶液；在反應(yīng)釜2中加入白油90kg，開啟攪拌，緩慢加入聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯(乳化劑)0.5kg，失水山梨醇脂肪酸酯(乳化劑)6.8kg，攪拌均勻；開啟電泵，將反應(yīng)釜1中溶液緩慢抽送至反應(yīng)釜2中，開啟氮?dú)馄?，通氮除氧乳?0min，將反應(yīng)釜2中溫度升至50℃，反應(yīng)1-1.5h，反應(yīng)結(jié)束后，放料得到均一粘稠的乳白色膠乳。
實施例3
本發(fā)明實施例3鉆井液用降濾失劑的制備方法包括如下步驟：
在反應(yīng)釜1中加入120kg的去離子水，加入高純度2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸粉末(磺酸基單體)56Kg，N，N-二甲基丙烯酰胺(酰胺基團(tuán)單體)25kg，苯乙烯(剛性結(jié)構(gòu)單體)6kg，N,N-亞甲基雙丙烯酰胺(交聯(lián)劑)8.7g，控制反應(yīng)釜1中溫度處于25℃以下，加入0.1kg過硫酸銨(引發(fā)劑)、0.03kg亞硫酸氫鈉(引發(fā)劑)攪拌至全部溶解，加入碳酸鈉和氫氧化鈉(酸堿調(diào)節(jié)劑)調(diào)節(jié)pH至8.0，制得澄清無固相顆粒的溶液；在反應(yīng)釜2中加入白油110kg，開啟攪拌，緩慢加入0.5kg烷基酚聚氧乙烯醚(乳化劑)，6.8kg失水山梨醇脂肪酸酯(乳化劑)，攪拌均勻；開啟電泵，將反應(yīng)釜1中溶液緩慢抽送至反應(yīng)釜2中，開啟氮?dú)馄浚ǖ跞榛?0min，將反應(yīng)釜2中溫度升至50℃，反應(yīng)1-1.5h，反應(yīng)結(jié)束后，放料得到均一粘稠的乳白色膠乳。
實施例4
本發(fā)明實施例4鉆井液用降濾失劑的制備方法包括如下步驟：
在反應(yīng)釜1中加入120kg的去離子水，加入高純度2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸粉末(磺酸基單體)56Kg，N，N-二甲基丙烯酰胺(酰胺基團(tuán)單體)25kg，6kgN,N-乙烯基吡咯烷酮(剛性結(jié)構(gòu)單體)，8.7gN,N-亞甲基雙丙烯酰胺(交聯(lián)劑)，控制反應(yīng)釜1中溫度處于25℃以下，加入0.02kg過硫酸銨(引發(fā)劑)、0.02kg亞硫酸氫鈉(引發(fā)劑)攪拌至全部溶解，加入碳酸鈉和氫氧化鈉(酸堿調(diào)節(jié)劑)調(diào)節(jié)pH至8.0，制得澄清無固相顆粒的溶液；在反應(yīng)釜2中加入白油105kg，開啟攪拌，緩慢加入聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯(乳化劑)0.5kg，失水山梨醇脂肪酸酯(乳化劑)6.8kg，攪拌均勻；開啟電泵，將反應(yīng)釜1中溶液緩慢抽送至反應(yīng)釜2中，開啟氮?dú)馄?，通氮除氧乳?0min，將反應(yīng)釜2中溫度升至50℃，反應(yīng)1-1.5h，反應(yīng)結(jié)束后，放料得到均一粘稠的乳白色膠乳。
實施例5
本發(fā)明實施例5鉆井液用降濾失劑的制備方法包括如下步驟：
在反應(yīng)釜1中加入120kg的去離子水，加入高純度丙烯磺酸鈉粉末(磺酸基單體)45Kg，N，N-二甲基丙烯酰胺(酰胺基團(tuán)單體)25kg，5kgN,N-乙烯基吡咯烷酮(剛性結(jié)構(gòu)單體)，6gN,N-亞甲基雙丙烯酰胺(交聯(lián)劑)，控制反應(yīng)釜1中溫度處于25℃以下，加入0.1kg偶氮二異丁腈(引發(fā)劑)、0.0125kg亞硫酸氫鈉(引發(fā)劑)攪拌至全部溶解，加入碳酸鈉和氫氧化鈉(酸堿調(diào)節(jié)劑)調(diào)節(jié)pH至9.0，制得澄清無固相顆粒的溶液；在反應(yīng)釜2中加入白油80kg，開啟攪拌，緩慢加入聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯(乳化劑)0.2kg，失水山梨醇脂肪酸酯(乳化劑)3.0kg，攪拌均勻；開啟電泵，將反應(yīng)釜1中溶液緩慢抽送至反應(yīng)釜2中，開啟氮?dú)馄?，通氮除氧乳?0min，將反應(yīng)釜2中溫度升至50℃，反應(yīng)1-1.5h，反應(yīng)結(jié)束后，放料得到均一粘稠的乳白色膠乳。
實施例6
本發(fā)明實施例1鉆井液用降濾失劑的制備方法包括如下步驟：
在反應(yīng)釜1中加入120kg的去離子水，加入高純度2-丙烯酰氧基-2-甲基丙磺酸粉末(磺酸基單體)51Kg，丙烯酰胺(酰胺基團(tuán)單體)34kg，苯乙烯(剛性結(jié)構(gòu)單體)10kg，N,N-亞甲基雙丙烯酰胺(交聯(lián)劑)14.25g以及1kg質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的偶氮二異丁腈(引發(fā)劑)攪拌至全部溶解，再加入碳酸鈉和氫氧化鈉(酸堿調(diào)節(jié)劑)調(diào)節(jié)pH至6.0，制得澄清無固相顆粒的溶液；在反應(yīng)釜2中加入白油100kg，開啟攪拌，緩慢加入脂肪醇聚氧乙烯醚(乳化劑)0.5kg，失水山梨醇脂肪酸酯(乳化劑)6.8kg，攪拌均勻；開啟電泵，將反應(yīng)釜1中溶液緩慢抽送至反應(yīng)釜2中，開啟氮?dú)馄浚ǖ跞榛?0min，將反應(yīng)釜2中溫度升至30℃，反應(yīng)1-1.5h，反應(yīng)結(jié)束后，放料得到均一粘稠的乳白色膠乳。
下面對上述實施例1-6得到的產(chǎn)品進(jìn)行鉆井液應(yīng)用性能評價，結(jié)果見表1。
基漿組成：
(1)飽和鹽水水基漿：350mL飽和鹽水+10％評價土+1.0g碳酸鈉，高速攪拌20min，室溫養(yǎng)護(hù)24小時。
(2)復(fù)合鹽水基漿：350mL水+4.5％氯化鈉+0.5％氯化鈣+1.3％氯化鎂+10％評價土+1.0g碳酸氫鈉，高速攪拌20min，室溫養(yǎng)護(hù)24小時。
(3)海水基漿：350mL渤海灣海水+10％評價土+1.0g碳酸氫鈉，高速攪拌20min，室溫養(yǎng)護(hù)24h。
表1經(jīng)170℃老化16h的鉆井液性能
從表1可以看出，合成的實施例1-6樣品在飽和鹽水基漿、復(fù)合鹽水基漿以及海水基漿中經(jīng)170℃老化16h后鉆井液濾失量均小于15mL，降濾失效果明顯，因此該合成的實施例1-6樣品在170℃地層溫度下，可以抗飽和NaCl的污染以及復(fù)合鹽的污染，同時可以在海水配制的鉆井液中取得較佳的降濾失效果。
上述本申請實施例中的技術(shù)方案，至少具有如下的技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：
1)本發(fā)明反相乳液聚合物降濾失劑與現(xiàn)有粉體聚合物相比，溶解快速，且反相乳液聚合物生產(chǎn)過程中無烘干、粉碎環(huán)節(jié)，生產(chǎn)周期短，更容易實現(xiàn)綠色環(huán)保生產(chǎn)；同時，本發(fā)明反相乳液聚合物不僅可減少粉狀聚合物在烘干、粉碎過程中，由于降解、交聯(lián)等反應(yīng)造成的不利影響，且在使用中可直接加到鉆井液中，分散速度快，在達(dá)到同樣效果的情況下，減少了現(xiàn)場泥漿工工作量，大大減少用量，降低鉆井液處理費(fèi)用，特別適合中、低溫地區(qū)和海上等工況使用。另外，本發(fā)明反相乳液聚合物攜帶有三種功能基(即磺酸基團(tuán)、酰胺基團(tuán)、剛性雜環(huán)側(cè)鏈)，作為降濾失劑能與粘土顆粒間形成強(qiáng)有力的吸附，形成的泥餅薄而韌，降濾失性能優(yōu)良。
2)在高溫高鹽及高鈣環(huán)境中，本發(fā)明反相乳液聚合物降濾失劑含有的大量磺酸基團(tuán)與剛性雜環(huán)結(jié)構(gòu)使聚合物熱穩(wěn)定性更強(qiáng)，分子鏈不會斷裂，同時對鹽不敏感，能夠抗鹽至飽和，抗溫最高至170℃；同時抗鈣鎂性能較佳，可以較好的適應(yīng)于鹽水鉆井液中，解決高礦化度地層鉆井難題，在鹽水鉆井液體系中應(yīng)用前景廣闊。
3)本發(fā)明反相乳液聚合物中的油相和乳化劑在鉆井液體系中還具有一定的潤滑和消泡的效果(在淡水和鹽水漿中的密度恢復(fù)率均大于90％)，具有成為一種“復(fù)合”處理劑的潛力。
4)本發(fā)明反相乳液聚合物的分子量50-100萬，在作為降濾失劑使用時，加入適量即可以取的較好的降濾失效果。
盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。