專利名稱：一種五元共聚物降濾失劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于油氣田鉆井工程中鉆井液與完井液的五元共聚物降濾失劑 及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著鉆遇地層日趨復(fù)雜，以及世界各國深井、特殊井、超深井和復(fù)雜井?dāng)?shù)量增加， 對(duì)鉆井液工藝技術(shù)提出了越來越高的要求。實(shí)踐表明，鉆井液處理劑是保證鉆井液優(yōu)良性 能的關(guān)鍵，為了實(shí)現(xiàn)鉆井作業(yè)的安全快速與較高的綜合效益，要求鉆井液具有合適的濾失 造壁性、流變性、穩(wěn)定井壁、抗高溫、耐鹽的功能，因而降濾失劑成為產(chǎn)銷量最大、研究開發(fā) 最活躍的鉆井液處理劑之一。目前常用的降濾失劑有膠乳，改性的纖維素、木質(zhì)素、褐煤、單 寧等改性天然高分子降濾失劑，聚乙烯醇、聚氧化乙烯、PVP等非離子型、聚胺類陽離子型， 水解聚丙烯氰、水解聚丙烯酸、聚磺酸鹽等陰離子型降濾失劑，這些降濾失劑已經(jīng)不能完全 滿足現(xiàn)在鉆井液工藝技術(shù)的要求。因此，開發(fā)適合現(xiàn)在鉆井要求的抗高溫、耐鹽、穩(wěn)定井壁、 抑制頁巖膨脹的降濾失劑是目前研究的熱點(diǎn)。主要研究的方向(1)對(duì)天然高分子產(chǎn)物進(jìn) 行改性，比如對(duì)淀粉進(jìn)行接枝共聚，通過接枝一些抗高溫、耐鹽的陰離子基團(tuán)(-so3_)、和研 制頁巖膨脹的陽離子基團(tuán)(-NH3+)。(2)通過優(yōu)選現(xiàn)有成本較低、原料易得的離子單體或者 開發(fā)新型特種單體，通過聚合得到兩性離子聚合物降濾失劑。(3)開發(fā)環(huán)保型降濾失劑，國 外對(duì)這方面研發(fā)較多，用可降解交聯(lián)劑交聯(lián)低分子量高分子得到高分子降濾失劑或者開發(fā) 與天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)類似，微生物可降解的合成高分子降濾失劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為了提高降濾失劑的抗高溫、抑制頁巖膨脹、耐鹽等性能，使制 備方法條件溫和、可控，特提供一種五元共聚物降濾失劑及其制備方法。一種五元共聚物降濾失劑，其特征在于制備該降濾失劑所用原料及組分的物質(zhì) 的量比如下，其中物質(zhì)的量的單位為摩爾，質(zhì)量單位為克，原料A為丙烯酰胺，原料B為丙烯 氰，原料C為丙烯酸，原料D為2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，原料E為乙烯基銨鹽陽離子單 體、是用甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨代號(hào)DMC或二甲基二烯丙基氯化銨代號(hào)DMDAAC ； 其中 A B C D E 的摩爾比為 66 3 13 10 8 或 63 4 15 10 8 ;pH 調(diào)節(jié)劑用質(zhì)量百分濃度為20%的NaOH溶液，pH值調(diào)至6 8 ；引發(fā)劑用氧化還原體系為過 硫酸銨和亞硫酸氫鈉、摩爾比為1 1，引發(fā)劑用量為單體總質(zhì)量的0.7% 1.6%;溶劑為 水，水的質(zhì)量與單體總質(zhì)量之比為7 3;提純?nèi)軇闊o水乙醇。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種五元共聚物降濾失劑的制備方法， 其特征在于如下步驟1)將丙烯酸與2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸與乙烯銨鹽陽離子單體摩爾比為 13 10 8或15 10 8，溶于水中，水的質(zhì)量與單體總質(zhì)量之比為7 3，然后用質(zhì)量 百分濃度為20%的氫氧化鈉溶液調(diào)整體系的pH值，pH值為6 8，得混合溶液G ；
2)在混合溶液G中，加入丙烯酰胺和丙烯氰，摩爾比為66 3或63 4的，其中 A B C D E 的摩爾比為 66 3 13 10 8 或 63 4 15 10 8，得混合 溶液H，混合溶液H的質(zhì)量百分濃度為30% ；3)將混合溶液H加熱升溫到40 55°C，依次加入引發(fā)劑過硫酸銨和亞硫酸氫鈉、 摩爾比為1 1，引發(fā)劑用量為單體總質(zhì)量的0.7% 1.6%，不斷攪拌下反應(yīng)lOmin，觀察 粘度，在恒溫水浴中靜置反應(yīng)3 5h ；4)將上面所得產(chǎn)物取出，用無水乙醇提純，得到乳白色膠狀固體，將固體產(chǎn)物剪切 造粒，于120°C下烘干、粉碎即得五元共聚物降濾失劑產(chǎn)品。所述的丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、丙烯腈(AN)、2_丙烯酰胺_2_甲基丙磺酸 (AMPS)、乙烯基銨鹽陽離子單體(CM)，過硫酸銨，亞硫酸氫鈉，氫氧化鈉均為分析純，成都科 龍化工試劑廠生產(chǎn)。將上述的五元共聚物降濾失劑產(chǎn)品用于淡水、鹽水、飽和鹽水、復(fù)合鹽水基漿中， 有優(yōu)異的降濾失性能。1. 0%的降濾失劑使淡水基漿中的濾失量達(dá)到7. 2mL/30min, 180°C 熱滾老化16h后的濾失量為10. 6mL/30min。2. O %的降濾失劑使鹽水基漿中的濾失量從 78. 6mL降到14. 4mL。達(dá)到1. 0%的降濾失劑120°C熱滾16h后頁巖回收率73. 4%0表面此 降濾失劑抗高溫強(qiáng)、耐鹽較好、頁巖抑制性較好。本發(fā)明的有益效果是1、本發(fā)明的五元共聚物降濾失劑中的陰離子基團(tuán)(_S03_)，具有良好的抗溫和抗鹽 效果，從而保證其在高溫及高鹽濃度下的降濾失性；此降濾失劑中的陰離子基團(tuán)(-C00—)， 大大增加了水化基團(tuán)與吸附能力，提高聚合物的降濾失性能；還有此降濾失劑中的陽離子 基團(tuán)(-NH3+)能增強(qiáng)降濾失劑在粘土表面的吸附，抑制粘土水化膨脹，-NH3+能卡入粘土晶格 中的網(wǎng)眼，增加降濾失劑分子堵塞毛細(xì)孔的幾率，提高濾失性能。2、本發(fā)明方法，產(chǎn)率較高，重現(xiàn)性好，條件溫和可控，丙烯酰胺和丙烯酸和2-丙烯 酰胺-2-甲基丙磺酸來源廣泛，成本低。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 一種五元共聚物降濾失劑及其制備方法，它包括如下步驟1)將丙烯酸0. 041mol、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸0. 032mol、甲基丙烯酰氧乙基 三甲基氯化銨0. 025mol，溶于70mL水中，然后用質(zhì)量百分濃度為20%的氫氧化鈉溶液調(diào)整 體系的PH值，pH值為7，得混合溶液G ；2)在混合溶液G中，加入丙烯酰胺0. 208mol、丙烯氰0. OlOmol，得混合溶液H，混 合溶液H的質(zhì)量百分濃度為30% ；3)將混合溶液H加熱升溫到50°C，依次加入引發(fā)劑過硫酸銨和亞硫酸氫鈉、摩爾 比為1 1，引發(fā)劑用量為單體總質(zhì)量的1.6%，不斷攪拌下反應(yīng)lOmin，觀察粘度，在恒溫水 浴中靜置反應(yīng)3h ；4)將上面所得產(chǎn)物取出，用無水乙醇提純，得到乳白色膠狀固體，將固體產(chǎn)物剪切 造粒，于120°C下烘干、粉碎即得五元共聚物降濾失劑產(chǎn)品。所述的丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、丙烯腈(AN)、2_丙烯酰胺_2_甲基丙磺酸
4(AMPS)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DMC)，過硫酸銨，亞硫酸氫鈉，氫氧化鈉均為分析 純，成都科龍化工試劑廠生產(chǎn)。實(shí)施例2 一種五元共聚物降濾失劑及其制備方法，它包括如下步驟1)將丙烯酸0. 047mol、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸0. 032mol、二甲基二烯丙基氯 化銨0. 025mol,溶于70mL水中，然后用質(zhì)量百分濃度為20%的氫氧化鈉溶液調(diào)整體系的pH 值，PH值為7，得混合溶液G ；2)在混合溶液G中，加入丙烯酰胺0. 199mol、丙烯氰0. 012mol，得混合溶液H，混 合溶液H的質(zhì)量百分濃度為30% ；3)將混合溶液H加熱升溫到50°C，依次加入引發(fā)劑過硫酸銨和亞硫酸氫鈉、摩爾 比為1 1，引發(fā)劑用量為單體總質(zhì)量的1.6%，不斷攪拌下反應(yīng)lOmin，觀察粘度，在恒溫水 浴中靜置反應(yīng)3h;4)將上面所得產(chǎn)物取出，用無水乙醇提純，得到乳白色膠狀固體，將固體產(chǎn)物剪切 造粒，于120°C下烘干、粉碎即得五元共聚物降濾失劑產(chǎn)品。所述的丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、丙烯腈(AN)、2_丙烯酰胺_2_甲基丙磺酸 (AMPS)、二甲基二烯丙基氯化銨(DMDAAC)，過硫酸銨，亞硫酸氫鈉，氫氧化鈉均為分析純，成 都科龍化工試劑廠生產(chǎn)。實(shí)施例3 一種五元共聚物降濾失劑及其制備方法，它包括如下步驟1)將丙烯酸0. 043mol、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸0. 033mol、甲基丙烯酰氧乙基 三甲基氯化銨0. 026mol，溶于70mL水中，然后用質(zhì)量百分濃度為20%的氫氧化鈉溶液調(diào)整 體系的PH值，pH值為8，得混合溶液G ；2)在混合溶液G中，加入丙烯酰胺0. 217mol、丙烯氰0. OlOmol，得混合溶液H，混 合溶液H的質(zhì)量百分濃度為30% ；3)將混合溶液H加熱升溫到45°C，依次加入引發(fā)劑過硫酸銨和亞硫酸氫鈉、摩爾 比為1 1，引發(fā)劑用量為單體總質(zhì)量的1.0%，不斷攪拌下反應(yīng)lOmin，觀察粘度，在恒溫水 浴中靜置反應(yīng)5h ；4)將上面所得產(chǎn)物取出，用無水乙醇提純，得到乳白色膠狀固體，將固體產(chǎn)物剪切 造粒，于120°C下烘干、粉碎即得五元共聚物降濾失劑產(chǎn)品。所述的丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、丙烯腈(AN)、2_丙烯酰胺_2_甲基丙磺酸 (AMPS)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DMC)，過硫酸銨，亞硫酸氫鈉，氫氧化鈉均為分析 純，成都科龍化工試劑廠生產(chǎn)。實(shí)施例4 —種五元共聚物降濾失劑及其制備方法，它包括如下步驟1)將丙烯酸0. 049mol、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸0. 033mol、二甲基二烯丙基氯 化銨0. 026mol,溶于70mL水中，然后用質(zhì)量百分濃度為20%的氫氧化鈉溶液調(diào)整體系的pH 值，PH值為8，得混合溶液G ；2)在混合溶液G中，加入丙烯酰胺0. 207mol、丙烯氰0. 013mol，得混合溶液H，混 合溶液H的質(zhì)量百分濃度為30% ；
3)將混合溶液H加熱升溫到45°C，依次加入引發(fā)劑過硫酸銨和亞硫酸氫鈉、摩爾 比為1 1，引發(fā)劑用量為單體總質(zhì)量的1.0%，不斷攪拌下反應(yīng)lOmin，觀察粘度，在恒溫水 浴中靜置反應(yīng)5h ；4)將上面所得產(chǎn)物取出，用無水乙醇提純，得到乳白色膠狀固體，將固體產(chǎn)物剪切 造粒，于120°C下烘干、粉碎即得五元共聚物降濾失劑產(chǎn)品。所述的丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、丙烯腈(AN)、2_丙烯酰胺_2_甲基丙磺酸 (AMPS)、二甲基二烯丙基氯化銨(DMDAAC)，過硫酸銨，亞硫酸氫鈉，氫氧化鈉均為分析純，成 都科龍化工試劑廠生產(chǎn)。實(shí)施例5 一種五元共聚物降濾失劑的性能分析，將實(shí)施例1制備的五元共聚物降濾失劑進(jìn) 行性能評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果如下1.抗高溫性及流變性評(píng)價(jià)為了評(píng)價(jià)合成共聚物的抗溫性，將含有降濾失劑的淡水鉆井液、鹽水鉆井液 (1L 6%鈉膨潤土基漿中加入4%的NaCl)、飽和鹽水鉆井液(1L 6%的鈉膨潤土基漿 中加入36%的NaCl)和復(fù)合鹽水鉆井液(1L蒸餾水中加入45g NaCl，5g無水氯化鈣， 13gMgCl2 6H20,150g鈣膨潤土和9g無水碳酸鈉)在180°C高溫下滾動(dòng)老化16h評(píng)價(jià)老化 前后鉆井液性能對(duì)降濾失劑的高溫降失水性能以及流變性能。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示表1經(jīng)聚合物處理的不同類型的泥漿180°C熱滾老化16h前后的性能 由表1可知，室溫下淡水基漿，鹽水基漿，飽和鹽水基漿和復(fù)合鹽水基漿中加入降 濾失劑均有提高鉆井液的表觀粘度和塑性粘度的作用，在淡水基漿中提高幅度更大。在進(jìn) 行16小時(shí)180°C老化后濾失量明顯降低，與室溫下濾失量相比變化不大?？梢姡私禐V失劑 的抗溫性能很好。
2.抑制性評(píng)價(jià)性能良好的鉆井液處理劑不僅具有良好的降濾失能力，還應(yīng)具有較好的抑制能 力。為此，進(jìn)行了頁巖滾動(dòng)回收率試驗(yàn)，將五元共聚物降濾失劑加入清水中120°C下，滾動(dòng) 16h后，用40目標(biāo)準(zhǔn)篩回收，烘干后稱重。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2所示表2頁巖滾動(dòng)回收率試驗(yàn)結(jié)果 從表2可看出，頁巖空白清水中、加量0.5%、加量的五元聚合物熱滾后的一次 回收率分別為14.2%、51.0%、73.4%。然后，將回收烘干的40目頁巖分別加入到清水中， 同樣于120°C下熱滾16h，用40目標(biāo)準(zhǔn)篩回收，烘干后稱重，求得二次回收率，加量0. 5%, 加量的五元聚合物分別為40.8%、67.0%。在清水中回收率僅14. 2%表明頁巖很容易 水化分散，而在加量1. 0%的五元聚合物回收率達(dá)73. 4%，其二次回收率也達(dá)到67. 0%，表 明此降濾失劑具有良好的抑制作用。表明所合成的五元共聚物在頁巖表面有良好的吸附能 力，具有良好的抑制性，能有效控制泥頁巖水化分散，有利于對(duì)油氣層的保護(hù)。
權(quán)利要求
一種五元共聚物降濾失劑，其特征在于制備該降濾失劑所用原料及各組分的物質(zhì)的量比如下，其中物質(zhì)的量的單位為摩爾，質(zhì)量單位為克，原料A為丙烯酰胺，原料B為丙烯氰，原料C為丙烯酸，原料D為2 丙烯酰胺 2 甲基丙磺酸，原料E為乙烯基銨鹽陽離子單體、是用甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨代號(hào)DMC或二甲基二烯丙基氯化銨代號(hào)DMDAAC；其中A∶B∶C∶D∶E的摩爾比為66∶3∶13∶10∶8或63∶4∶15∶10∶8；pH調(diào)節(jié)劑用質(zhì)量百分濃度為20％的NaOH溶液，pH值調(diào)至6～8；引發(fā)劑用氧化還原體系為過硫酸銨和亞硫酸氫鈉、摩爾比為1∶1，引發(fā)劑用量為單體總質(zhì)量的0.7％～1.6％；溶劑為水，水的質(zhì)量與單體總質(zhì)量之比為7∶3；提純?nèi)軇闊o水乙醇。
2.一種如權(quán)利要求1所述降濾失劑的制備方法，其特征是先將丙烯酸與2-丙烯酰 胺-2-甲基丙磺酸和乙烯基銨鹽陽離子單體溶于水中，其C D E的摩爾比為13 10 8 或15 10 8，水的質(zhì)量與單體總質(zhì)量之比為7 3;然后用20%的NaOH溶液調(diào)節(jié)體系的 pH至6 8，得混合溶液G ；其次在混合溶液G中，加入丙烯酰胺和丙烯氰，其A B的摩爾 比為66 3或63 4，得混合溶液H，混合溶液H的質(zhì)量百分濃度為30%;再將混合溶液H 加熱升溫到40 55°C，依次加入引發(fā)劑過硫酸銨和亞硫酸氫鈉，引發(fā)劑用量為單體總質(zhì)量 的0. 7% 1. 6%，不斷攪拌下反應(yīng)lOmin，觀察粘度，在恒溫水浴中靜置反應(yīng)3 5h ；最后 將上面所得產(chǎn)物取出，用無水乙醇提純，得到乳白色膠體固體，再將固體產(chǎn)物剪切、造粒，于 120°C烘干、粉碎，制得本發(fā)明產(chǎn)品五元共聚物降濾失劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于油氣田鉆井工程中鉆井液與完井液的五元共聚物降濾失劑及其制備方法。它能提高降濾失劑的抗高溫、抑制頁巖膨脹、耐鹽等性能。其技術(shù)方案是制備該降濾失劑的原料是丙烯酰胺A、丙烯氰B、丙烯酸C、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸D、乙烯基銨鹽陽離子單體E，以水為溶劑，NaOH溶液為pH值調(diào)節(jié)劑，以(NH4)2S2O8和NaHSO3為引發(fā)劑。先將C與D與E摩爾比為13～15∶10∶8溶于水，用NaOH溶液調(diào)pH至6～8；再加入A與B，摩爾比為66～63∶3～4；將混合液加熱至40～55℃，加入引發(fā)劑，攪拌反應(yīng)10min，恒溫靜置反應(yīng)3～5h；最后用乙醇提純，產(chǎn)物剪切造粒烘干得產(chǎn)品。它具有良好的抗溫和耐鹽效果，本方法產(chǎn)率高，用于鉆井液和完井液。
文檔編號(hào)C08F220/56GK101928556SQ201010244719
公開日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2010年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月2日
發(fā)明者劉健, 葉紅超, 馬喜平 申請(qǐng)人:西南石油大學(xué)