一種鉆井液用梳型聚合物乳液及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石油勘探鉆井過(guò)程中所使用的化學(xué)助劑領(lǐng)域，具體是一種鉆井液用梳型聚合物乳液及制備方法，主要用于水基鉆井液的提粘降濾失。
技術(shù)背景
[0002]目前，在油田的勘探和開(kāi)發(fā)過(guò)程中，國(guó)內(nèi)外諸多的大油田都進(jìn)入了后期開(kāi)發(fā)階段，一些復(fù)雜地層、非常規(guī)儲(chǔ)層相繼投入開(kāi)發(fā)。這些油藏的勘探開(kāi)發(fā)難度大，對(duì)鉆井液性能要求高。在鉆井過(guò)程中，鉆井液是必不可少的，它能起到攜帶和懸浮巖屑，穩(wěn)定井壁和平衡地層壓力，冷卻和潤(rùn)滑鉆頭、鉆具，傳遞水動(dòng)力等作用，鉆井液性能的好壞直接影響鉆井的井身質(zhì)量和鉆進(jìn)速度。
[0003]目前研制和商品化的絕大多數(shù)鉆井液用聚合物增粘降濾失劑，在高溫、高礦化度和細(xì)菌存在的條件下，特別是在高濃度二價(jià)金屬離子存在條件下，易于發(fā)生變化，相對(duì)分子質(zhì)量降低，酰胺基團(tuán)水解及分子形態(tài)變化，失去粘度，進(jìn)而鉆井液性能破壞。
[0004]梳型聚合物是在高分子側(cè)鏈同時(shí)帶親油基團(tuán)和親水基團(tuán)，由于親油基團(tuán)和親水基團(tuán)相互排斥，使得分子內(nèi)和分子間的卷曲、纏結(jié)減少，高分子鏈在水溶液中排列成梳子形狀。這將增大聚合物分子鏈的剛性和分子結(jié)構(gòu)的規(guī)整性，使聚合物分子鏈的卷曲困難，分子鏈旋轉(zhuǎn)的水力學(xué)半徑增大，增粘抗鹽能力得到很大提高。
[0005]但是，將梳型聚合物引入鉆井液作為增粘降濾失劑，存在很多問(wèn)題。一是目前梳型聚合物制備工藝比一般鉆井液用聚合物復(fù)雜，成本高；二市場(chǎng)上絕大多數(shù)梳型聚合物不能用于鉆井液，鉆井液用梳型聚合物相關(guān)研究、生產(chǎn)缺失。但是，將這一優(yōu)良聚合物種類引入鉆井液，對(duì)于打破國(guó)外高性能聚合物產(chǎn)品壟斷，豐富國(guó)內(nèi)鉆井液處理劑產(chǎn)品種類，增強(qiáng)石油勘探技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種具有固含較高、成本較低、使用方便的鉆井液可用的梳型聚合物乳液的制備方法。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案包括:
一種鉆井液用梳型聚合物乳液，乳液類型為油包水型，其各組分按下列配比:
a.白油20?80體積份；
b.水20?80體積份；
c.梳型聚合物占水的重量比1(Γ60%;
d.乳化劑占白油的體積比10?30%；
e.引發(fā)劑占梳型聚合物的重量比0.f 1%。
[0008]所述梳型聚合物由主鏈單體和側(cè)鏈單體利用自由基引發(fā)共聚反應(yīng)生成，其中:a.主鏈單體采用丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸之二種或以上；b.側(cè)鏈單體采用聚乙二醇單甲醚丙烯酸酯、聚乙二醇單甲醚馬來(lái)酸酯之一種或兩種。
[0009]所述白油為5#、7#、15#、25#之一種或幾種；乳化劑為司盤(pán)60、司盤(pán)80、吐溫60、吐溫80之一種或幾種。
[0010]所述弓I發(fā)劑為過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鉀、亞硫酸氫鈉之一種或兩種混合。
[0011]前述的鉆井液用梳型聚合物乳液的制備方法是:
(1)向反應(yīng)釜中加入白油、乳化劑，開(kāi)啟攪拌；
(2)控制反應(yīng)釜內(nèi)溫度低于20°C;
(3)向反應(yīng)釜依次滴加水及其它液體原料，然后少量多次加入燒堿，過(guò)程始終保持釜內(nèi)溫度低于20°C ；
(4)向反應(yīng)釜內(nèi)滴加引發(fā)劑溶液；
(5)升高反應(yīng)釜溫度至40°C以上，攪拌0.5-1.5小時(shí)；
(6)保溫反應(yīng)4-6小時(shí)，出料得鉆井液用梳型聚合物乳液。
[0012]本發(fā)明用反相乳液聚合的方法，制備一種鉆井液可用的梳型聚合物增粘降濾失齊U，產(chǎn)品形態(tài)為油包水乳液。將本產(chǎn)品加入水基鉆井液，達(dá)到一定的含量，能夠顯著提高水基鉆井液的粘切，從而提高鉆井液從井下懸浮、攜帶巖屑的能力，實(shí)現(xiàn)鉆井液更好的井眼凈化功能，在提粘的同時(shí)，能有效降低鉆井液的濾失，減少鉆井液中的液相侵入地層，避免引發(fā)井下復(fù)雜，保護(hù)油氣層。并且在井下溫度達(dá)到150°C時(shí)，仍能實(shí)現(xiàn)以上功能。
[0013]梳型聚合物的主鏈原料溶解于水，側(cè)鏈原料溶解于白油，然后向水、乳化劑、白油形成溶液中加入自由基引發(fā)劑，各原料發(fā)生共聚合反應(yīng)，控制聚合反應(yīng)的溫度、時(shí)間，得到需要的梳型聚合物乳液。調(diào)整主鏈各原料和側(cè)鏈各原料的比例，可以得到不同的梳型聚合物乳液。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)勢(shì):
該梳型聚合物乳液具有較高的聚合物含量，可達(dá)50% ;該梳型共聚物乳液在鉆井液中的有效加量較低，為0.5%或更低；該梳型共聚物乳液制備工藝簡(jiǎn)單，與其它聚合物粉劑相t匕，制備成本較低；該梳型聚合物乳液使用簡(jiǎn)單，可以直接加入鉆井液循環(huán)系統(tǒng)，不必先配制膠液后使用。該梳型聚合物通過(guò)引入大側(cè)基的方式，加強(qiáng)了分子鏈的剛性，提高了聚合物的抗溫抗鹽能力。與現(xiàn)有鉆井液用聚合物相比，分子鏈不易斷裂，粘度保持率較高，能夠在更加苛刻的復(fù)雜地層鉆井液中使用，提高鉆井液的性能。該發(fā)明的梳型聚合物乳液是一種性能優(yōu)良的鉆井液增粘降濾失劑。在5% 土漿中加量0.5%，可將其表觀粘度提高至30 mPa.s以上，API濾失降至1ml以下。上述鉆井液在氯化鈉含量達(dá)10%，150°C老化16小時(shí)條件下，表觀粘度仍高于20 mPa.S、API濾失量低于10ml。
[0015]【具體實(shí)施方式】:
下面將通過(guò)具體實(shí)施對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明:
實(shí)施例(I)向反應(yīng)釜內(nèi)加入100ml5#白油、5ml司盤(pán)80、5ml吐溫80，開(kāi)啟攪拌；反應(yīng)釜通冷卻水，保持溫度20°C以下，加入130ml水、分批次加入20g燒堿，緩慢滴加丙烯酸35g，分批次加入丙烯酰胺30g、聚乙二醇單甲醚丙烯酸酯5g ;過(guò)硫酸鉀2.28g、亞硫酸氫鈉
1.04g，溶于10ml水，取1ml加入反應(yīng)釜，設(shè)定反應(yīng)釜溫度40°C，繼續(xù)攪拌I小時(shí)；保溫反應(yīng)5小時(shí)，出料得鉆井液用梳型聚合物乳液I。
[0016]取25g配漿土，溶于500ml水，攪拌20min，放置24h。稱量2.5g梳型聚合物乳液I加入上述土漿，攪拌20min。使用鉆井液常規(guī)測(cè)試用六速粘度計(jì)，測(cè)得土漿表觀粘度為37mPa.s。使用鉆井液常規(guī)測(cè)試用API中壓濾失儀測(cè)得API濾失量為10ml。
[0017](2)向反應(yīng)釜內(nèi)加入70ml5#白油、15ml司班80、5ml吐溫80，開(kāi)啟攪拌；反應(yīng)釜通冷卻水，保持溫度20°C以下，加入130ml水、分批次加入5g燒堿，分批次加入2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸25g、丙烯酰胺35g、聚乙二醇單甲醚丙烯酸酯5g ;稱量過(guò)硫酸鉀2.28g、亞硫酸氫鈉1.04g，溶于10ml水，取1ml加入反應(yīng)釜，設(shè)定反應(yīng)釜溫度40°C，繼續(xù)攪拌I小時(shí)；保溫反應(yīng)5小時(shí)，出料得鉆井液用梳型聚合物乳液2。
[0018]取25g配漿土，溶于500ml水，攪拌20min，放置24h。稱量2.5g梳型聚合物乳液2加入上述土漿，攪拌20min。使用鉆井液常規(guī)測(cè)試用六速粘度計(jì)，測(cè)得土漿表觀粘度為42mPa.S。使用鉆井液常規(guī)測(cè)試用API中壓濾失儀測(cè)得API濾失量為6ml。上述鉆井液加入50g氯化鈉，測(cè)得表觀粘度為50.5mPa.S、API濾失量為8ml。
[0019](3)向反應(yīng)釜內(nèi)加入120ml5#白油、16ml司班80、4ml吐溫80，開(kāi)啟攪拌；反應(yīng)釜通冷卻水，保持溫度20°C以下，加入130ml水、分批次加入25g燒堿，緩慢滴加丙烯酸35g，分批次加入2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸25g、丙烯酰胺15g、聚乙二醇單甲醚丙烯酸酯5g ；稱量過(guò)硫酸鉀2.28g、亞硫酸氫鈉1.04g，溶于10ml水，取1ml加入反應(yīng)釜，設(shè)定反應(yīng)釜溫度40°C，繼續(xù)攪拌I小時(shí)；保溫反應(yīng)5小時(shí)，出料得鉆井液用梳型聚合物乳液3。
[0020]取25g配漿土，溶于500ml水，攪拌20min，放置24h。稱量2.5g梳型聚合物乳液3加入上述土漿，攪拌20min。使用鉆井液常規(guī)測(cè)試用六速粘度計(jì)，測(cè)得土漿表觀粘度為50mPa.S。使用鉆井液常規(guī)測(cè)試用API中壓濾失儀測(cè)得API濾失量為4.4ml。上述鉆井液加入50g氯化鈉，測(cè)得表觀粘度為44mPa.S、API濾失量為4ml。上述鉆井液經(jīng)150°C老化16小時(shí)，冷卻后，測(cè)表觀粘度為24mPa.S、API濾失量為8.4ml。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鉆井液用梳型聚合物乳液，乳液類型為油包水型，其特征在于各組分按下列配比: a.白油20?80體積份; b.水20?80體積份； c.梳型聚合物占水的重量比10飛0%； d.乳化劑占白油的體積比10?30%； e.引發(fā)劑占梳型聚合物的重量比0.廣1%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井液用梳型聚合物乳液，其特征在于梳型聚合物由主鏈單體和側(cè)鏈單體利用自由基引發(fā)共聚反應(yīng)生成，其中:主鏈單體采用丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸之二種或以上；側(cè)鏈單體采用聚乙二醇單甲醚丙烯酸酯、聚乙二醇單甲醚馬來(lái)酸酯之一種或兩種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井液用梳型聚合物乳液，其特征在于:白油為5#、7#、15#、25 #之一種或幾種；乳化劑為司盤(pán)60、司盤(pán)80、吐溫60、吐溫80之一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井液用梳型聚合物乳液，其特征在于:引發(fā)劑為過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鉀、亞硫酸氫鈉之一種或兩種。
5.依照權(quán)利要求1或2、3、4所述的鉆井液用梳型聚合物乳液的制備方法，其特征在于: (1)向反應(yīng)釜中加入白油、乳化劑，開(kāi)啟攪拌； (2)控制反應(yīng)釜內(nèi)溫度低于20°C； (3)向反應(yīng)釜依次滴加水及其它液體原料，然后少量多次加入燒堿，過(guò)程始終保持釜內(nèi)溫度低于20°C ； (4)向反應(yīng)釜內(nèi)滴加引發(fā)劑溶液； (5)升高反應(yīng)釜溫度至40°C以上，攪拌0.5-1.5小時(shí)； (6)保溫反應(yīng)4-6小時(shí)，出料得鉆井液用梳型聚合物乳液。
【專利摘要】本發(fā)明涉及鉆井過(guò)程中使用的一種鉆井液用梳型聚合物乳液，其在鉆井液中的主要作用為提粘降濾失。該梳型聚合物乳液的類型為油包水型，其特點(diǎn)具有聚合物含量高，可達(dá)50%以上，乳液加量低，在鉆井液中的有效加量低于0.5%。該梳型共聚物乳液制備工藝簡(jiǎn)單，與其它聚合物粉劑相比，制備成本較低；該梳型聚合物乳液使用簡(jiǎn)單，可以直接傾倒入鉆井液循環(huán)系統(tǒng)，不必先配制膠液后使用。該梳型聚合物通過(guò)引入大側(cè)基的方式，加強(qiáng)了分子鏈的剛性，提高了聚合物的抗溫抗鹽能力，與現(xiàn)有鉆井液用聚合物相比，分子鏈不易斷裂，粘度保持率較高，能夠在更加苛刻的復(fù)雜地層鉆井液中使用，提高鉆井液的性能。
【IPC分類】C08F290-06, C08F220-58, C08F2-24, C08F220-06, C09K8-035, C08F220-56
【公開(kāi)號(hào)】CN104559960
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310511262
【發(fā)明人】鄭成勝, 藍(lán)強(qiáng), 張虹, 李公讓, 張鵬, 徐運(yùn)波, 李海斌, 武學(xué)芹
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油化工集團(tuán)公司, 中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2013年10月27日