一种耐高温低黏型降滤失剂
阅读说明：本技术 一种耐高温低黏型降滤失剂 (High-temperature-resistant low-viscosity filtrate reducer ) 是由 余维初 宋永涛 舒文明 张颖 吴爱斌 周东魁 李玉敏 余镭 于 2021-07-22 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种耐高温低黏型降滤失剂,属石油化工材料技术领域。本发明通过引入全芳环、扭曲非共平面的联苯结构,使聚合物的分子链更加容易缠绕,提高聚合物的溶解性和稳定性,而不需要合成分子链过长的聚合物,对钻井液的黏度影响小；在钻井液中可以通过强静电作用吸附于粘土表面,起到抑制粘土颗粒膨胀、稳定胶体的作用,而分子链另一侧可以在粘土上形成一层粘弹性大分子的吸附膜,不仅可以束缚水分子的流动,使渗透率降低,而且可有效阻碍金属的侵入,从而在高盐高钙环境中保护粘土颗粒,提高其抗盐侵、钙侵的能力；适用于各种密度下钻井液的降滤失,具有较强的耐盐性和抑制性及有一定的稀释作用,可有效地控制钻井液高温条件下的降滤失性能。(The invention relates to a high-temperature-resistant low-viscosity fluid loss additive, belonging to the technical field of petrochemical materials. According to the invention, by introducing the biphenyl structure with full aromatic rings and distorted non-coplanar, the molecular chain of the polymer is easier to wind, the solubility and stability of the polymer are improved, the polymer with overlong molecular chain does not need to be synthesized, and the influence on the viscosity of the drilling fluid is small; the drilling fluid can be adsorbed on the surface of clay through strong static electricity to play roles in inhibiting expansion of clay particles and stabilizing colloid, and a layer of viscoelastic macromolecular adsorption film can be formed on the clay on the other side of a molecular chain, so that the flow of water molecules can be restrained, the permeability is reduced, and the invasion of metal can be effectively blocked, so that the clay particles are protected in a high-salt and high-calcium environment, and the salt invasion and calcium invasion resistance of the clay particles is improved; the additive is suitable for the fluid loss reduction of drilling fluids under various densities, has strong salt resistance and inhibitive performance and a certain dilution effect, and can effectively control the fluid loss reduction performance of the drilling fluids under the high-temperature condition.)
技术领域
本发明涉及一种耐高温低黏型降滤失剂，属石油化工材料技术领域。
背景技术
钻井液的滤失性是指在钻井过程中，井筒中的钻井液会因为压力的原因扩散到地层中的现象。单位时间内滤失量过大，会引起钻井液的有效含量流失、井壁坍塌、井径缩小及钻井液的流变性不可控等一系列的问题，给原油的开采带来很大的困难，所以控制钻井液的滤失量尤为重要，目前的控制办法主要是通过加入降滤失剂来调节钻井液的滤失。随着油气储层进一步的开发，储层的温度起来越高。在超高温的条件下，钻井液的流变性随着时间变化呈现恶化的趋势，钻井液的黏度表现为高温降粘现象或高温增稠现象，引起钻井液的流变性不可控，导致一系列的事故。在钻井过程中对钻井液的要求越来越严格，钻井液性能的好坏直接影响到能否安全、迅速和经济地钻井，一种好的钻井液体系应具有良好的降滤失性能以及成膜性。
降滤失剂在钻井施工过程中发挥着至关重要的作用，是钻井液重要处理剂之一，根据其来源主要分为纤维素类、腐植酸类、丙烯酸类、淀粉类和树脂类等。在市场上，抗盐降滤失剂大多以有机聚合物为主，加入一些无机化合物、辅助聚合物等。虽然目前也有一些抗高温降滤失剂品种，但是存在对钻井液流变性影响大、成本过高、制备复杂等问题。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种耐高温低黏型降滤失剂；该降滤失剂通过引入全芳环、扭曲非共平面的联苯结构，使聚合物的分子链更加容易缠绕，提高聚合物的溶解性和稳定性，而不需要合成分子链过长的聚合物，对钻井液的黏度影响小；在钻井液中可以通过强静电作用吸附于粘土表面，起到抑制粘土颗粒膨胀、稳定胶体的作用，而分子链另一侧可以在粘土上形成一层粘弹性大分子的吸附膜，不仅可以束缚水分子的流动，使渗透率降低，起到降低钻井过程中钻井液向地层滤失的作用，而且可有效阻碍金属的侵入, 从而在高盐高钙环境中保护粘土颗粒, 提高其抗盐侵、钙侵的能力；在淡水浆、盐水浆中均具有较强的降滤失性，适用于各种密度下钻井液的降滤失，具有较强的耐盐性和抑制性及有一定的稀释作用，可有效地控制钻井液高温条件下的降滤失性能。
本发明是通过如下的技术方案来实现上述目的的：
一种耐高温低黏型降滤失剂，其特征在于，它由组分A、2-烯丙基-4-（4-（烯丙氧基）苯基）-2，3-二氮杂萘酮、组分B和分散剂经由自由基引发剂在水中引发聚合获得；
所述的组分A、2-烯丙基-4-（4-（烯丙氧基）苯基）-2，3-二氮杂萘酮、组分B、分散剂和水的重量百分比为：
组分A 2～16%
2-烯丙基-4-（4-（烯丙氧基）苯基）-2，3-二氮杂萘酮 0.5～1.5%
组分B 2～16%
分散剂 0.05～0.5%
自由基引发剂 0.0005～0.005%
水 余量；
其中：
所述的组分A为具有碳碳双键的水溶型单体，由下述重量比的原料构成∶丙烯酰胺∶丙烯腈∶苯乙烯 = 1～3∶1～3∶1；
所述的组分B为侧链含有刚性基团或者长链的单体，由下述重量比的原料构成∶N-乙烯基吡咯烷酮∶2 - 羟乙基丙烯酸酯∶乙氧基化-2-羟乙基丙烯酸酯∶2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸 = 1～4∶1～4∶1～4∶1；
所述的分散剂为聚乙烯醇、水解聚马来酸酐、吐温-80、聚丙烯酰胺中的任意一种；
所述的自由基引发剂为偶氮二异丁腈。
该耐高温低黏型降滤失剂用于钻井液的降滤失时，将该耐高温低黏型降滤失剂直接加入到钻井液中，加入比例为钻井液重量的1～5%。
本发明与现有技术相比的有益效果在于：
该耐高温低黏型降滤失剂的主链含有全芳环、扭曲非共平面的联苯结构，使的分子链更加容易缠绕，形成网状结构，在相同的分子量的情况下，可以抗更高的温度。在施工过程中，不会因为降滤失剂本身流变性能的大幅度改变，导致钻井液性能的不可控，引起携砂能力下降、卡钻等一系列的事故。且分子侧链含有一定的刚性结构，如苯环、吡咯烷酮等，保证降滤失剂在高温下的稳定性。同时在钻井液中，可以通过静电作用吸附于粘土表面，而分子链另一侧可以在粘土上形成一层粘弹性大分子的吸附膜，不仅可以束缚水分子的流动，使渗透率降低，起到降低钻井过程中钻井液向地层滤失的作用，而且可有效阻碍金属离子的侵入, 从而在高盐高钙环境中保护粘土颗粒, 提升钻井液抗盐侵、钙侵的能力。该耐高温低黏型降滤失剂适用于各种密度下钻井液的降滤失，具有较强的耐盐性和抑制性及兼有一定的稀释作用，直接加入到钻井液中，可有效控制钻井液高温条件下的滤失性能，增强钻井液的耐高温性，从而提高钻井效率，降低钻井液综合成本。解决了现有的抗高温降滤失剂对钻井液流变性影响大、生产使用成本过高、制备工艺复杂等问题。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式上的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1
所述降滤失剂由组分A（重量比按丙烯酰胺∶丙烯腈∶苯乙烯为3∶1∶1）、2-烯丙基-4-（4-（烯丙氧基）苯基）-2，3-二氮杂萘酮、组分B（重量比按N-乙烯基吡咯烷酮∶2 - 羟乙基丙烯酸酯∶乙氧基化-2-羟乙基丙烯酸酯∶2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸为1∶2∶1∶1）以及聚乙烯醇、偶氮二异丁腈，采用悬浮聚合的方式制备得到。
其制备步骤如下：
按以下重量百分比称取各原料：组分A8％，2-烯丙基-4-（4-（烯丙氧基）苯基）-2，3-二氮杂萘酮2％，组分B8％，水81.897％，聚乙烯醇0.1%，偶氮二异丁腈0.003％；将8％的组分A，2％的2-烯丙基-4-（4-（烯丙氧基）苯基）-2，3-二氮杂萘酮，8％的组分B和81.897％的水依次加入烧瓶中，再将0.1%的聚乙烯醇加入，充分搅拌均匀至完全溶解，制得混合溶液；将混合溶液通入氮气30分钟后，再加入0.003％的偶氮二异丁腈，在65℃温度下反应3小时，再将反应制得的胶状产物用乙醇洗涤2～3次，然后干燥粉碎，即得本发明的耐高温低黏型降滤失剂。
实施例2
所述降滤失剂是由组分A(重量比丙烯酰胺∶ 丙烯腈∶ 苯乙烯为2∶2∶1)、2-烯丙基-4-（4-（烯丙氧基）苯基）-2，3-二氮杂萘酮、组分B（重量比N-乙烯基吡咯烷酮∶2 - 羟乙基丙烯酸酯∶乙氧基化-2-羟乙基丙烯酸酯∶2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸为2∶1∶1∶1）以及水解聚马来酸酐、偶氮二异丁腈，采用悬浮聚合的方式制备得到。
其制备步骤如下：
按以下重量百分比称取各原料：组分A4％，2-烯丙基-4-（4-（烯丙氧基）苯基）-2，3-二氮杂萘酮2％，组分B6％，水87.785％，水解聚马来酸酐0.2%，偶氮二异丁腈0.015％；将4％的组分A，2％的2-烯丙基-4-（4-（烯丙氧基）苯基）-2，3-二氮杂萘酮，6％的组分B和87.785％的水依次加入烧瓶中，再将0.2%的水解聚马来酸酐加入，充分搅拌均匀至完全溶解，制得混合溶液；将混合溶液通入氮气30分钟后，再加入0.015％的偶氮二异丁腈，控制温度在65℃下反应2～3小时，将反应制得的胶状产物用乙醇洗涤2～3次，然后干燥粉碎，即得本发明的耐高温低黏型降滤失剂。
实施例3
所述降滤失剂是由组分A(重量比丙烯酰胺∶ 丙烯腈∶ 苯乙烯为2∶1∶1)、2-烯丙基-4-（4-（烯丙氧基）苯基）-2，3-二氮杂萘酮、组分B（重量比N-乙烯基吡咯烷酮∶2 - 羟乙基丙烯酸酯∶乙氧基化-2-羟乙基丙烯酸酯∶2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸为1∶1∶1∶1）以及吐温-80、偶氮二异丁腈，采用悬浮聚合的方式制备得到。
其制备步骤如下：
按以下重量百分比称取各原料：组分A8％，2-烯丙基-4-（4-（烯丙氧基）苯基）-2，3-二氮杂萘酮2％，组分B8％，水81.699％，吐温-80 0.3%，偶氮二异丁腈0.001％；将8％的组分A，2％的2-烯丙基-4-（4-（烯丙氧基）苯基）-2，3-二氮杂萘酮，8％的组分B和81.699％的水依次加入烧瓶中，再将0.3%的吐温-80加入，充分搅拌均匀至完全溶解，制得混合溶液；将混合溶液通入氮气30分钟后，再加入0.001％的偶氮二异丁腈，控制温度在55℃下反应2～3小时，将反应制得的胶状产物干燥粉碎用乙醇洗涤2～3次，即得本发明的耐高温低黏型降滤失剂。
实施例4
所述降滤失剂是由组分A(重量比丙烯酰胺∶ 丙烯腈∶苯乙烯为1∶2∶1)、2-烯丙基-4-（4-（烯丙氧基）苯基）-2，3-二氮杂萘酮、组分B（重量比N-乙烯基吡咯烷酮∶2 - 羟乙基丙烯酸酯∶乙氧基化-2-羟乙基丙烯酸酯∶2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸为1∶1∶3∶1）以及聚丙烯酰胺、偶氮二异丁腈，采用悬浮聚合的方式制备得到。
其制备步骤如下：
按重量百分比称取以下原料：组分A4％，2-烯丙基-4-（4-（烯丙氧基）苯基）-2，3-二氮杂萘酮2％，组分B10％，水83.698%，聚丙烯酰胺0.3%，偶氮二异丁腈0.002％；将4％的组分A，2％的2-烯丙基-4-（4-（烯丙氧基）苯基）-2，3-二氮杂萘酮，10％的组分B和83.698%的水依次加入烧瓶中，再将0.3%的聚丙烯酰胺加入，充分搅拌均匀至完全溶解，制得混合溶液；将混合溶液通入氮气30分钟后，再加入0.002％的偶氮二异丁腈，控制温度在55℃下反应2～3小时，将反应制得的胶状产物用乙醇洗涤2～3次，然后干燥粉碎，即得本发明的耐高温低黏型降滤失剂。
下面为本发明的耐高温低黏型降滤失剂在现场的应用测试情况。
淡水基浆的配制：
在高速搅拌器的样品杯中加入350mL自来水，在搅拌状态下加入16g钙搬土，充分搅拌后再加入2.4g碳酸钠，高速搅拌0.5h，搅拌期间分2次刮下黏附在塑料桶壁上的搬土，养护24h后备用。按照上述方法配制5份基浆，4份基浆加入1%的降滤失剂，一份是空白样。用高速搅拌器以3000r/min转速搅拌混合30min后，参照国家标说明书 6/7页8CN112625661A准GB/T16783-2014，用SN-6A型钻井液降滤失量测定仪测定常温中压滤失量和流变性能，于压力为0.69MPa条件下，测试钻井液的API滤失量数据；随后于温度为180℃条件下，热滚16h，再次测定钻井液的API滤失量数据和流变性能，具体结果见表1：
盐水基浆的配制：
在高速搅拌器的样品杯中加入350mL自来水，在搅拌状态下加入16g钙搬土，充分搅拌后再加入2.4g碳酸钠和120g氯化钠，高速搅拌0.5h，搅拌期间分2次刮下黏附在塑料桶壁上的搬土，养护24h后备用。按照上述方法配制5份基浆，4份基浆加入1%降滤失剂，一份空白样。用高速搅拌器以3000r/min转速搅拌混合30min后，参照国家标说明书 6/7页8CN112625661A准GB/T16783-2014，用SN-6A型钻井液降滤失量测定仪测定常温中压滤失量和流变性能，于压力为0.69MPa条件下，测试钻井液的API滤失量数据；随后于温度为180℃条件下，热滚16h，再次测定钻井液的API滤失量和流变性能，具体结果见表2：
表1
表2
由表1、表2测试结果可知，在1%的加量，180℃老化前后的降滤失性能优异，且对钻井液的流变性影响较小。本发明所得产品具有良好的抗温、抗盐和降滤失性能，这些性能够满足高温钻井的施工要求。
以上所述只是本发明的较佳实施例而已，上述举例说明不对本发明的实质内容作任何形式上的限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了本说明书后依据本发明的技术实质对以上具体实施方式所作的任何简单修改或变形，以及可能利用上述揭示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实施例，均仍属于本发明技术方案的范围内，而不背离本发明的实质和范围。