專利名稱：：一種鉆井液用抗高溫聚合物降濾失劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于石油鉆井液用降濾失劑。技術(shù)背景隨著油氣勘探開發(fā)的縱深發(fā)展和鉆井行業(yè)向國外市場的日益拓展，超深井鉆井施工數(shù)量逐年增加。由于超深井鉆遇的地層復(fù)雜、井下高溫高壓以及作業(yè)周期長等，對超深井鉆井液技術(shù)提出了更高的要求。超深井鉆井液仍然面臨著高溫穩(wěn)定性(老化)、高固相含量下的鉆井液流變性及濾失性調(diào)控和多套壓力層系地層安全密度窗口窄等技術(shù)難題。目前，國內(nèi)鉆井液中常用的降濾失劑抗溫性能達(dá)不到深井超深井鉆探需要，尤其是沒有抗溫能力達(dá)到245。C的聚合物降濾失劑。因此，在目前深井超深井鉆井液的維護(hù)處理中加入的處理劑種類多、加量大，這使得鉆井液中抗溫性能不好的各組分之間在高溫高壓條件下發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)作用，影響鉆井液體系性能及其穩(wěn)定性。這是造成目前深井超深井水基鉆井液濾失性、流變性難以調(diào)控的關(guān)鍵因素，也是深井超深井鉆探中引起復(fù)雜事故的鉆井液方面的主要原因。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種抗溫、抗鹽能力強，降濾失效果好，同時兼有抑制泥頁巖水化分散作用的聚合物降濾失劑。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種鉆井液用抗高溫聚合物降濾失劑，是由烯基磺酸、烯基酰胺、烯基垸酮和烯基季銨鹽反應(yīng)生成的共聚物。其分子中含有800—1800個結(jié)構(gòu)單元，粘均分子量為500，000-1200，000。其中烯基磺酸是乙烯基磺酸、2-丙烯酰胺基十二垸基磺酸或2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸；烯基酰胺是N,N-二乙基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺或雙丙酮丙烯酰胺；烯基垸酮是(R)-4-芐基-2-惡唑烷酮、N-芐基-3-吡咯垸酮或N-乙烯基吡咯垸酮；烯基季銨鹽是二甲基二烯丙基氯化銨、二乙基二烯丙基氯化銨或烯丙基三甲基氯化銨。在本發(fā)明的一個具體實施方式中，提供一種鉆井液用抗高溫聚合物降濾失劑，是由N，N-二乙基丙烯酰胺、2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮與二甲基二烯丙基氯化銨聚合生成的共聚物，其結(jié)構(gòu)式如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>式中a=3-10，優(yōu)選a:4-7b=2-7，優(yōu)選b-3-5c=l-6，優(yōu)選c-2-4d=l-3，優(yōu)選d-l-2這個聚合物分子中有900-1,800個結(jié)構(gòu)單元，優(yōu)選1,200-1,500個結(jié)構(gòu)單元；摩爾比a:b:c:d=(3-io):(2-7):(1-6):(1-3)，優(yōu)選a:b:c:d=(4-7):(3-5):(2-4):(1-2);粘均分子量為500,000-1，100,000,優(yōu)選為750，000-950，000。在本發(fā)明的另一個具體實施方式中，提供一種鉆井液用抗高溫聚合物降濾失劑，是由N,N-二甲基丙烯酰胺、2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮與二乙基二烯丙基氯化銨聚合生成的共聚物，其結(jié)構(gòu)式如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>式中e=3-10，優(yōu)選e:4-7b=2-7，優(yōu)選b-3-5c=l-6，優(yōu)選c-2-4f=l-3，優(yōu)選f-l-2這個聚合物分子中有900-1,800個結(jié)構(gòu)單元，優(yōu)選1,300-1,600個結(jié)構(gòu)單元；摩爾比e:b:c:f=(3-io):(2-7):(1-6):(1-3)，優(yōu)選e:b:c:f==(4-7):(3-5):(2-4):(1-2);粘均分子量為500,000-1，100,000，優(yōu)選為750,000-900,000。本發(fā)明還提供上述抗高溫聚合物降濾失劑的制備方法，包括如下步驟將烯基磺酸、烯基酰胺、烯基垸酮和烯基季銨鹽加入裝有溶劑的反應(yīng)釜中，用堿調(diào)節(jié)pH，加熱反應(yīng)釜中的材料，加入聚合催化劑，維持反應(yīng)時間，終止反應(yīng)，分出溶劑，干燥粉碎得細(xì)顆粒狀產(chǎn)品。其中溶劑是水、乙醚、丙酮、乙醇或l，l,l-三氯乙烷；聚合催化劑是過氧化苯甲酰、過氧化氫、過硫酸鈉、過硫酸鉀、過硫酸銨或亞硫酸氫鈉；反應(yīng)物重量占反應(yīng)物與溶劑形成的溶液總重量的5-20wt%，優(yōu)選8-12wt%;催化劑加入量是反應(yīng)物重量的0.05-lwt%，優(yōu)選0.05-0.5wt%;聚合反應(yīng)溫度為20-130°C,優(yōu)選50-90°C;聚合反應(yīng)時間為30分鐘到10小時，優(yōu)選2-4小時；所用的堿是氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化銨，pH值調(diào)節(jié)到5-12，優(yōu)選6-8;干燥溫度為100-150°C，優(yōu)選110-120。C;粉狀產(chǎn)品粒度為10-80目，優(yōu)選20-60目。具體實施例方式實施例1:向裝有攪拌器、回流冷凝器、溫度計和加熱裝置的四口燒瓶中，加入200mL蒸餾水，邊攪拌邊加入N，N-二乙基丙烯酰胺16.3g、2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸21.07g、N-乙烯基吡咯垸酮7.6g和二甲基二烯丙基氯化銨15.7g，用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH^7.0，邊攪拌邊加熱至溫度為6(TC,加入過硫酸鉀0.04g，反應(yīng)3h。將反應(yīng)釜中粘稠液體烘干、粉碎過20目樣品篩即得抗高溫聚合物降濾失劑。此聚合物中a:b:c:d=6:5:3:2,聚合物粘均分子量約為85萬，結(jié)構(gòu)單元數(shù)約為1400。實施例2:向裝有攪拌器、回流冷凝器、溫度計和加熱裝置的四口燒瓶中，加入200mL蒸餾水，邊攪拌邊加入N，N-二甲基丙烯酰胺15.8g、2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸2L07g、N-乙烯基吡咯垸酮7.6g和二乙基二烯丙基氯化銨18.4g，用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH-7.0,邊攪拌邊加熱至溫度為6(TC，加入過硫酸銨0.03g,反應(yīng)3h。將反應(yīng)釜中粘稠液體烘干、粉碎過20目樣品篩即得抗高溫聚合物降濾失劑。此聚合物中e:b:c:f=5:3:2:l，聚合物粘均分子量約為90萬，結(jié)構(gòu)單元數(shù)約為1500。實施例3:抗溫性及降濾失效果評價測試方法采用GB/T16783-1997:水基鉆井液現(xiàn)場測試程序。1.在淡水基漿中測試基漿配制在高攪杯中加入400mL自來水，在不斷攪拌下加入0.8g無水碳酸鈉、16g二級膨潤土和12g評價土，攪拌20分鐘，密閉靜置24h即為基漿。實驗漿配制及測試分別向預(yù)水化好的基漿中加入1%的評價樣品(Driscal,實施例1樣，實施例2樣)，高速攪拌均勻，測其流變性及濾失性。將實驗漿裝入高溫老化罐中，在245'C下熱滾老化16h，用同樣方法測量其流變性及濾失性。表l在淡水基漿中測試結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>注Driscal—進(jìn)口抗溫聚合物降濾失劑。2.在淡水加重基漿中測試基漿配制在高攪杯中加入400mL自來水，在不斷攪拌下加入1.28無水碳酸鈉、24g二級膨潤土、20g評價土和120g重晶石，攪拌20分鐘，密閉靜置24h即為基槳。實驗漿配制及測試分別向預(yù)水化好的基漿中加入1%的評價樣品(Driscal，實施例1樣，實施例2樣)，高速攪拌均勻，裝入高溫老化罐中，在245'C下熱滾老化16h，測量其流變性及濾失性。表2在淡水加重基漿中測試結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>3.在飽和鹽水基槳中測試基漿配制在高攪杯中加入400mL自來水，在不斷攪拌下加入l,2g無水碳酸鈉、24g二級膨潤土、40g評價土和120g氯化鈉，攪拌20分鐘，密閉靜置24h即為基漿。實驗漿配制及測試分別向預(yù)水化好的基漿中加入1.5%的評價樣品(Driscal，實施例1樣，實施例2樣)，高速攪拌均勻，裝入高溫老化罐中，在245'C下熱滾老化16h，測量其流變性及濾失性。表3在飽和鹽水基漿中測試結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>從1到3測試結(jié)果表明，本發(fā)明的抗高溫聚合物降濾失劑在淡水、淡水加重以及飽和鹽水鉆井液基漿中245'C熱滾老化16h前后均具有很好的降濾失效果，優(yōu)于國外進(jìn)口的同類產(chǎn)品。因此，在深井超深井超高溫高壓高礦化度條件下的鉆井液濾失性調(diào)控方面，具有不可取代的優(yōu)勢。本發(fā)明的抗高溫聚合物降濾失劑的作用機(jī)理主要有(1)在粘土顆粒上的吸附量大并且吸附牢固，在化學(xué)環(huán)境和溫度改變情況下，吸附量變化小；(2)老化(245°C/16h)前后均能明顯降低濾餅的滲透率和改善其可壓縮性；(3)改善鉆井液體系中的顆粒粒徑級配和增強體系的膠體穩(wěn)定性。權(quán)利要求1、一種鉆井液用抗高溫聚合物降濾失劑，是由烯基磺酸、烯基酰胺、烯基烷酮和烯基季銨鹽反應(yīng)生成的共聚物，其分子中含有800—1800個結(jié)構(gòu)單元，粘均分子量為500,000-1200,000。2、如權(quán)利要求1所述的鉆井液用抗高溫聚合物降濾失劑，其中烯基磺酸是乙烯基磺酸、2-丙烯酰胺基十二烷基磺酸或2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸;烯基酰胺是N,N-二乙基丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺或雙丙酮丙烯酰胺；烯基垸酮是(R)-4-芐基-2-惡唑烷酮、N-節(jié)基-3-吡咯烷酮或N-乙烯基吡咯烷酮；烯基季銨鹽是二甲基二烯丙基氯化銨、二乙基二烯丙基氯化銨或烯丙基三甲基氯化銨。3、如權(quán)利要求2所述的鉆井液用抗高溫聚合物降濾失劑，是由N,N-二乙基丙烯酰胺、2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮與二甲基二烯丙基氯化銨聚合生成的共聚物。4、如權(quán)利要求3所述的鉆井液用抗高溫聚合物降濾失劑，其分子中含有900—1800個結(jié)構(gòu)單元，以a、b、c和d分別代表分子中N,N-二乙基丙烯酰胺、2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸、N-乙烯基吡咯垸酮和二甲基二烯丙基氯化銨的摩爾數(shù)，摩爾比a:b:c:d=(3-10):(2-7):(1-6):(1-3)，粘均分子量為500，000-1100,000。5、如權(quán)利要求4所述的鉆井液用抗高溫聚合物降濾失劑，其分子中含有1，200-1，500個結(jié)構(gòu)單元；摩爾比a:b:c:d=(4-7):(3-5):(2-4):(1-2);粘均分子量為750，000-950，000。6、如權(quán)利要求2所述的鉆井液用抗高溫聚合物降濾失劑，是由N,N-二甲基丙烯酰胺、2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮與二乙基二烯丙基氯化銨聚合生成的共聚物。7、如權(quán)利要求6所述的鉆井液用抗高溫聚合物降濾失劑，其分子中含有900-l,800個結(jié)構(gòu)單元；以e、b、c和份別代表分子中N，N-二甲基丙烯酰胺、2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮和二乙基二烯丙基氯化銨的摩爾數(shù)，摩爾比e:b:c:f=(3-io):(2-7):(1-6):(1-3);粘均分子量為500，000-1,100,000。8、如權(quán)利要求7所述的鉆井液用抗高溫聚合物降濾失劑，其分子中含有1，300-1，600個結(jié)構(gòu)單元；摩爾比e:b:c:f=(4-7):(3-5):(2-4):(1-2);粘均分子量為750,000-900,000。9、如權(quán)利要求1一8中任一項所述的鉆井液用抗高溫聚合物降濾失劑的制備方法，包括如下步驟將烯基磺酸、烯基酰胺、烯基院酮和烯基季銨鹽加入裝有溶劑的反應(yīng)釜中，用堿調(diào)節(jié)pH，加熱反應(yīng)釜中的材料，加入聚合催化劑，維持反應(yīng)時間，終止反應(yīng)，分出溶劑，干燥粉碎得細(xì)顆粒狀產(chǎn)品。10、如權(quán)利要求9所述的制備方法，其中溶劑是水、乙醚、丙酮、乙醇或l，l,l-三氯乙垸；聚合催化劑是過氧化苯甲酰、過氧化氫、過硫酸鈉、過硫酸鉀、過硫酸銨或亞硫酸氫鈉；反應(yīng)物重量占反應(yīng)物與溶劑形成的溶液總重量的5-20wtM;催化劑加入量是反應(yīng)物重量的0.05-lwt%;聚合反應(yīng)溫度為20-13(TC;聚合反應(yīng)時間為30分鐘到10小時；堿是氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化銨，pH值調(diào)節(jié)到5-12;干燥溫度為100-15(TC;這里所說的細(xì)顆粒狀產(chǎn)品粒度為10-80目。11、如權(quán)利要求10所述的制備方法，反應(yīng)物重量占反應(yīng)物與溶劑形成的溶液總重量的8-12wt%;催化劑加入量是反應(yīng)物總重量的0.05-0.5wtM;聚合反應(yīng)溫度為50-9(TC;聚合反應(yīng)時間為2-4小時；pH值調(diào)節(jié)到6-8;干燥溫度為110-12(TC;細(xì)顆粒狀產(chǎn)品粒度為20-60目。全文摘要一種鉆井液用抗高溫聚合物降濾失劑及其制備方法，其特征在于，本發(fā)明的抗高溫聚合物降濾失劑是一種由烯基磺酸、烯基酰胺、烯基烷酮和烯基季銨鹽反應(yīng)生成的共聚物，其分子中含有800-1800個結(jié)構(gòu)單元，粘均分子量為500，000-1200，000。這種聚合物降濾失劑在鉆井液中抗溫達(dá)245℃以上，對鉆井液的護(hù)膠性能好，改善濾餅質(zhì)量，在淡水、淡水加重以及鹽水等鉆井液中均具有良好的降濾失效果，同時能抑制粘土水化分散、具有良好的流變性。文檔編號C08F220/56GK101531887SQ20091002069公開日2009年9月16日申請日期2009年4月20日優(yōu)先權(quán)日2009年4月20日發(fā)明者軍喬,劉寶鋒,徐加放,李公讓,琳江,薛玉志,趙懷珍,邱正松,黃維安申請人:中國石油大學(xué)(華東);中國石化集團(tuán)勝利石油管理局鉆井工藝研究院