本發(fā)明涉及化工產(chǎn)品制造
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種鉆井液流型調(diào)節(jié)劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
：江漢盆地為典型的內(nèi)陸斷陷鹽湖盆地地層特性：特殊的沉積環(huán)境，地層鹽膏發(fā)育，部分區(qū)塊純鹽層累計厚度達1800米以上；鹵水豐富；地溫梯度高；蒙脫石含量高；膏質(zhì)泥巖發(fā)育，水敏性強；地層水化分散性強、坍塌壓力高。隨著鹽間非砂巖、低滲透、巖性圈閉等特殊油藏的開發(fā)，大斜度井、定向井?dāng)?shù)量增多。根據(jù)江漢盆地特殊的地面及地質(zhì)條件，鉆井作業(yè)中一般使用飽和鹽水、復(fù)合鹽水配制聚合物鉆井液。但隨著含鹽量的增加，電解質(zhì)濃度增加，聚合物的水化基團的酸性越弱，去水化作用越強，使處理劑失效；同時使鉆井液中粘土顆粒的雙電層被壓縮，水化膜變薄，粘土顆粒之間形成絮凝，導(dǎo)致體系固相含量降低，粘度、切力下降，鉆井液性能變差，從而攜帶能力降低，嚴(yán)重影響鉆井速度。因此，為適應(yīng)江漢特色的鹽水鉆井液體系，需要開發(fā)能夠抗溫、抗飽和鹽水的鉆井液處理劑。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種鉆井液流型調(diào)節(jié)劑及其制備方法，通過在有機功能單體中引入有機磺酸基團和陽離子基團使調(diào)節(jié)劑分子具有鏈剛性和空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品具有較強的抗鹽、膏及其他污染能力，鉆井過程中，性能穩(wěn)定，易于調(diào)整，能滿足江漢特色的鹽水鉆井液體系的鉆井作業(yè)需要。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種鉆井液流型調(diào)節(jié)劑，由丙烯酰胺、丙烯酸鹽、有機功能單體在引發(fā)劑、催化劑和助劑的作用下共聚而成，所述有機功能單體為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸與丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨的混合物，所述催化劑為過渡金屬催化劑。根據(jù)以上方案，所述丙烯酰胺、丙烯酸鹽、有機功能單體的質(zhì)量比為13～15:2～4:3～9；所述2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸與丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨的質(zhì)量比為2～7:1～2。根據(jù)以上方案，所述丙烯酰胺、丙烯酸鹽、有機功能單體的質(zhì)量比為15:2.27～3.8:3.2～7.86；所述2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸與丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨的質(zhì)量比為2.2～6.53:1～1.33。根據(jù)以上方案，所述丙烯酸鹽為丙烯酸鉀，所述丙烯酸鉀由丙烯酸與氫氧化鉀制得。根據(jù)以上方案，所述引發(fā)劑為過硫酸銨與中高溫還原劑組成的氧化還原體系，所述助劑包括尿素、發(fā)泡劑。一種鉆井液流型調(diào)節(jié)劑的制備方法，包括以下步驟：1)將去離子水、丙烯酰胺、丙烯酸、氫氧化鉀、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、尿素、催化劑混合均勻后加入聚合槽中，調(diào)節(jié)pH為6～7；2)在氮氣的保護下，向聚合槽中加入引發(fā)劑、發(fā)泡劑后密閉反應(yīng)得到共聚膠塊；3)將共聚膠塊依次經(jīng)過絞碎、干燥、粉碎，得到成品。根據(jù)以上方案，所述聚合槽為帶有隔離膜的金屬聚合槽；所述發(fā)泡劑為無機鹽。根據(jù)以上方案，按質(zhì)量份數(shù)計，具體包括以下步驟：1)將3.5～3.8份的氫氧化鉀用10份的去離子水溶解得到氫氧化鉀溶液；2)將2.0～4.0份的丙烯酸和2.0～7.0份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸混合物投入反應(yīng)器中，向反應(yīng)其中滴加氫氧化鉀溶液，滴加完畢后用氨水調(diào)pH為6～7；3)再向反應(yīng)器中投入13～15份的丙烯酰胺、1～2份的丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、0.3～0.35份的尿素、3ppm催化劑、34份的去離子水，混合均勻后將反應(yīng)器中的溶液倒入聚合槽中；4)向聚合槽中加入160ppm的引發(fā)劑、0.50～0.55份的發(fā)泡劑，在氮氣的保護下密閉反應(yīng)2～3h后得到共聚膠塊；5)將共聚膠塊絞碎，在100～120℃下干燥后粉碎，得到成品。本發(fā)明的有機功能單體中的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸含有有機磺酸基團、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨含有陽離子基團，有機磺酸基團對鹽不敏感、增強了流型調(diào)節(jié)劑分子鏈的剛性，提高了熱穩(wěn)定性；陽離子基團使流型調(diào)節(jié)劑分子鏈與粘土顆粒的吸附速度與強度顯著提高，實現(xiàn)完整包被、抑制粘土水化；丙烯酸鹽中的羧酸水化基團使粘土顆粒表面形成了溶劑化層，從而粘土顆粒之間形成靜電排斥作用，減弱了絮凝，提高了體系的穩(wěn)定性；鉀離子的存在，使聚合物具有了反聚電解質(zhì)效應(yīng)，在高鹽環(huán)境下粘度反而增大。因此在高溫、高鹽的環(huán)境下，鉆井液體系在具有強抑制性的同時保持了良好的流變性，并且與鉆井液中的降濾失劑羧甲基纖維素鈉鹽(CMC)，羧甲基淀粉(CMS)體系配伍性好；過渡金屬催化劑可降低整個體系的引發(fā)溫度至16℃以下，延長誘導(dǎo)期，利于分子鏈增長。本發(fā)明的有益效果是：1)本發(fā)明的有機功能單體中引入有機磺酸基團和陽離子基團使調(diào)節(jié)劑分子具有鏈剛性和空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；過渡金屬催化劑的使用降低引發(fā)溫度，以及降低引發(fā)的劑的用量；2)本發(fā)明的產(chǎn)品具有較強的抗鹽、膏及其他污染能力；抑制能力強，防塌效果好，鉆井過程中，性能穩(wěn)定，易于調(diào)整，可滿足復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下的鉆井作業(yè)需要；抑制能力強，防塌效果好，能有效控制地質(zhì)水敏性粘土、礦物水化膨脹、分散造獎；劣質(zhì)固相含量低，潤滑性好，可滿足井斜角小于20°的自然造斜井、定向井的施工要求；3)本發(fā)明的產(chǎn)品抗溫能力強，添加本發(fā)明產(chǎn)品后能使鹽水鉆井液體系的抗溫能力達到150℃以上。具體實施方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行說明。實施例1：本發(fā)明提供一種鉆井液流型調(diào)節(jié)劑A及其制備方法，包括如下步驟：1)將3.8g的氫氧化鉀用10g的去離子水溶解得到氫氧化鉀溶液；2)將3.8g的丙烯酸和2.2g的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸混合物投入反應(yīng)器中，向反應(yīng)其中滴加氫氧化鉀溶液，滴加完畢后用氨水調(diào)pH為6.5；3)再向反應(yīng)器中投入15g的丙烯酰胺、1g的丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、0.3g的尿素、3ppm過渡金屬催化劑、34g的去離子水，混合均勻后將反應(yīng)器中的溶液倒入帶有隔離膜的金屬聚合槽中；4)向聚合槽中加入160ppm的引發(fā)劑、0.53g的發(fā)泡劑，在氮氣的保護下密閉反應(yīng)2h后得到共聚膠塊；5)將共聚膠塊絞碎，100℃干燥后粉碎得到成品A。實施例2：本發(fā)明提供一種鉆井液流型調(diào)節(jié)劑B及其制備方法，包括如下步驟：1)將3.5g的氫氧化鉀用10g的去離子水溶解得到氫氧化鉀溶液；2)將2.27g的丙烯酸和6.53g的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸混合物投入反應(yīng)器中，向反應(yīng)其中滴加氫氧化鉀溶液，滴加完畢后用氨水調(diào)pH為6.3；3)再向反應(yīng)器中投入15g的丙烯酰胺、1g的丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、0.3g的尿素、3ppm過渡金屬催化劑、34g的去離子水，混合均勻后將反應(yīng)器中的溶液倒入帶有隔離膜的金屬聚合槽中；4)向聚合槽中加入160ppm的引發(fā)劑、0.53g的發(fā)泡劑，在氮氣的保護下密閉反應(yīng)3h后得到共聚膠塊；5)將共聚膠塊絞碎，110℃干燥后粉碎得到成品B。實施例3：本發(fā)明提供一種鉆井液流型調(diào)節(jié)劑C及其制備方法，包括如下步驟：1)將3.5g的氫氧化鉀用10g的去離子水溶解得到氫氧化鉀溶液；2)將3.8g的丙烯酸和2.2g的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸混合物投入反應(yīng)器中，向反應(yīng)其中滴加氫氧化鉀溶液，滴加完畢后用氨水調(diào)pH為6～7；3)再向反應(yīng)器中投入15g的丙烯酰胺、1.2g的丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、0.3g的尿素、3ppm過渡金屬催化劑、34g的去離子水，混合均勻后將反應(yīng)器中的溶液倒入帶有隔離膜的金屬聚合槽中；4)向聚合槽中加入160ppm的引發(fā)劑、0.53g的發(fā)泡劑，在氮氣的保護下密閉反應(yīng)3h后得到共聚膠塊；5)將共聚膠塊絞碎，120℃干燥后粉碎得到成品C。實施例4：本發(fā)明提供一種鉆井液流型調(diào)節(jié)劑D及其制備方法，包括如下步驟：1)將3.5g的氫氧化鉀用10g的去離子水溶解得到氫氧化鉀溶液；2)將3g的丙烯酸和4.5g的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸混合物投入反應(yīng)器中，向反應(yīng)其中滴加氫氧化鉀溶液，滴加完畢后用氨水調(diào)pH為6～7；3)再向反應(yīng)器中投入15g的丙烯酰胺、1.33g的丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、0.3g的尿素、3ppm過渡金屬催化劑、34g的去離子水，混合均勻后將反應(yīng)器中的溶液倒入帶有隔離膜的金屬聚合槽中；4)向聚合槽中加入160ppm的引發(fā)劑、0.53g的發(fā)泡劑，在氮氣的保護下密閉反應(yīng)3h后得到共聚膠塊；5)將共聚膠塊絞碎，120℃干燥后粉碎得到成品D。對本發(fā)明的產(chǎn)品鉆井液流型調(diào)節(jié)劑泥漿性能進行測定：1、鉆井液流型調(diào)節(jié)劑的配漿試驗步驟：a)飽和鹽水基漿配制和測量在兩個盛有350ml飽和鹽水的樣品杯中，加入1.75g無水碳酸氫鈉和35.00g鉆井液試驗鈉用膨潤土，在高速攪拌器上攪拌20min，其間至少應(yīng)中斷一次以刮下粘附在杯壁上的粘土。將其中一個倒入養(yǎng)護罐中在25℃±3℃下密閉養(yǎng)護24h。將基漿倒入樣品杯中，高速攪拌5min，用六速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)粘度計測定其在25℃±3℃時600r/min和300r/min的穩(wěn)定讀值，計算表觀粘度AV和動切力YP?；鶟{的粘度和切力應(yīng)符規(guī)定要求，否則增減鉆井液試驗用鈉膨潤土和無水碳酸氫鈉的加量，直至達到要求；b)試驗漿的配制和測量向另一個樣品杯中加入3.50g試樣，繼續(xù)高速攪拌20min，其間至少應(yīng)中斷一次以刮下粘附在杯壁上的試樣。將試驗漿倒入養(yǎng)護罐中在25℃±3℃下密閉養(yǎng)護，24h后將試驗漿倒入樣品杯中，高速攪拌5min，用六速旋轉(zhuǎn)粘度計測定其在25℃±3℃時600r/min和300r/min的穩(wěn)定讀值，計算塑性粘度PV和動切力YP；c)飽和鹽水漿濾失量測量在盛有350mL飽和鹽水的樣品杯中，加入1.00g碳酸氫鈉和35.00g鉆井液試驗用評價土，高速攪拌20min，其間至少中斷兩次以玻璃棒刮下粘附在杯壁上的粘土。將基漿轉(zhuǎn)入鉆井液養(yǎng)護罐中，在25℃±3℃下養(yǎng)護24h。將養(yǎng)護后的基漿倒入樣品杯中，高速攪拌5min，用鉆井液濾失量儀測定其在690kPa下7.5min～30min之間的濾液體積，計算其濾失量FL；d)1％濃度試驗漿濾失量測量在盛有350mL飽和鹽水的樣品杯中，加入1.00g碳酸氫鈉和35.00g鉆井液試驗用評價土，高速攪拌20min，其間至少中斷兩次以玻璃棒刮下粘附在杯壁上的粘土。加入3.50g試樣，高速攪拌20min，其間至少中斷二次以刮下粘附在杯壁上的試樣。將試驗漿轉(zhuǎn)入鉆井液養(yǎng)護罐中，在25℃±3℃下養(yǎng)護24h。將養(yǎng)護后的試驗漿倒入樣品杯中，高速攪拌5min，用鉆井液濾失量儀測定其在690kPa下7.5min～30min之間的濾液體積，計算其濾失量FL。為了進一步測試產(chǎn)品性能，在溫度120℃，熱滾16h后再次進行測量，測量方法、步驟與上述常溫下的方法、步驟相同。本發(fā)明產(chǎn)品的流型調(diào)節(jié)劑泥漿性能見表1：表1本發(fā)明產(chǎn)品的泥漿性能表中字母含義為：AV：鉆井液的表觀粘度，PV：鉆井液的塑性粘度，F(xiàn)L：濾失量，YP/PV：動塑比。2、本發(fā)明產(chǎn)品的抑制性實驗本發(fā)明產(chǎn)品抑制鉆屑水化分散能力的測定：試驗用荊沙組泥巖巖屑，按Q/SH0323-2009標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，測相對抑制率，數(shù)據(jù)見表2。量取350mL蒸餾水兩份，其中一份加入1.05g碳酸鈉，另一份加入1.5％試樣和1.05g碳酸鈉，高速攪拌5min。兩份中均加入35.00g鈣膨潤土，高速攪拌20min，在120℃滾動16h，冷卻后高速攪拌5min，按GB/T16783.1—2006的規(guī)定測定100r/min下粘度計的讀值(基漿100r/min讀值應(yīng)在110±10范圍內(nèi)，否則應(yīng)更換鈣膨潤土)。表2流型調(diào)節(jié)劑實施例相對抑制率(％)1.5％調(diào)節(jié)劑A91.11.5％調(diào)節(jié)劑B93.61.5％調(diào)節(jié)劑C92.71.5％調(diào)節(jié)劑D94.6上述結(jié)果及現(xiàn)場試用表明，本發(fā)明產(chǎn)品具有如下特性：1、較強的抗鹽、膏及其他污染能力，鉆井過程中，性能穩(wěn)定，易于調(diào)整，可滿足復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下的鉆井作業(yè)需要；2、抑制能力強，防塌效果好，能有效控制地質(zhì)水敏性粘土、礦物水化膨脹、分散造漿；3、劣質(zhì)固相含量低，潤滑性好，可滿足井斜角小于20°的自然造斜井、定向井的施工要求；4、抗溫能力強，鹽水鉆井液體系的抗溫能力達到150℃以上。3、現(xiàn)場應(yīng)用實例通過室內(nèi)大量實驗數(shù)據(jù)評價，現(xiàn)場分別在鐘市、馬王廟、沔陽、江陵等地區(qū)試驗4口井，①陵斜181井是口滾動勘探井，完井2200m，244.5mm套管下深550m，未封住下部的荊沙組和新溝嘴組(易水化分散及剝落坍塌等復(fù)雜)，二開使用鹽水體系，使用流型調(diào)節(jié)劑A代替?zhèn)鹘y(tǒng)的增粘劑后，鉆至荊沙組后砂樣代表性好，無明顯掉塊現(xiàn)象，井下正常，泥漿性能穩(wěn)定(數(shù)據(jù)見表3)。全井施工非常順利，無任何復(fù)雜。②鐘市地區(qū)易事故復(fù)雜多發(fā)生區(qū)塊鐘8斜-30、鐘8斜-31井是兩口整拖井，鐘8斜-30二開鹽水采用常規(guī)增粘劑等護膠劑，在施工中出現(xiàn)異常；而鐘8斜-31井使用流型調(diào)節(jié)劑B后井下正常。③馬84斜-7井是在馬84斜-5井基礎(chǔ)上的整拖井，二開堵采用鹽水體系，后者使用流型調(diào)節(jié)劑C代替?zhèn)鹘y(tǒng)增粘劑，井下正常，而前者完井電測遇阻2280m(數(shù)據(jù)見表格)。④沔45斜-8、沔45斜-9井是整拖井，二開使用鹽水體系，使用流型調(diào)節(jié)劑D維護性能，井下都正常。表3現(xiàn)場應(yīng)用數(shù)據(jù)統(tǒng)計通過各區(qū)塊幾口井的現(xiàn)場試驗，本發(fā)明產(chǎn)品代替?zhèn)鹘y(tǒng)的增粘劑取得很好效果，可以現(xiàn)場推廣應(yīng)用。以上實施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，盡管上述實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：可以對本發(fā)明進行修改或者同等替換，但不脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改和局部替換均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3