钻井液用耐温耐盐纳米防塌降滤失剂及其制备方法.pdf

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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201510834438.4 (22)申请日 2015.11.25 C08F 220/14(2006.01) C08F 220/58(2006.01) C08F 226/10(2006.01) C08F 212/36(2006.01) C09K 8/035(2006.01) (71)申请人 中国石油集团渤海钻探工程有限公 司 地址 300457 天津市滨海新区开发区黄海路 106 号渤海钻探工程有限公司科技开 发处 (72)发明人 解洪祥 王绪美 刘音 王红科 赵福祥 左凤江 王家梁 程智 (74)专利代理机构 天津才智专利商标代理有限 。

2、公司 12108 代理人 王梦 (54) 发明名称 钻井液用耐温耐盐纳米防塌降滤失剂及其制 备方法 (57) 摘要 本发明公开了一种钻井液用耐温耐盐纳 米防塌降滤失剂及其制备方法， 该降滤失剂由 12 25wt的油溶性乙烯基单体， 3 11wt 的水溶性乙烯基单体， 0.05 0.2wt的交联 剂， 0.05 0.3wt的引发剂和余量的水采用无 皂乳液聚合的方法制备而成， 其中， 所述油溶性 乙烯基单体为丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯 ； 所 述水溶性乙烯基单体包括 1 3wt的 N- 乙烯 基吡咯烷酮和 2 8wt的 2- 丙烯酰胺 -2- 甲 基丙磺酸 ； 该钻井液用耐温耐盐纳米防塌降滤失 剂。

3、应用在钻井液中， 具有优越的降滤失功能和防 塌功能， 且抗温和抗盐性能显著优于已申请专利 CN201410141841.4 和 CN201410142391.0 中公开 的材料， 其抗温温度达到 240， 抗氯化钙的浓度 在 0.5wt以上， 抗氯化钠的浓度达饱和， 此外， 对钻井液的流变性影响较小。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图1页 CN 105330785 A 2016.02.17 CN 105330785 A 1/1 页 2 1.一种钻井液用耐温耐盐纳米防塌降滤失剂， 其特征在于， 由以下质量分数的各。

4、组分 制备而成 ： 所述油溶性乙烯基单体为丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯 ； 所述水溶性乙烯基单体包括 1 3wt的 N- 乙烯基吡咯烷酮和 2 8wt的 2- 丙烯酰胺 -2- 甲基丙磺酸。 2.根据权利要求 1 所述的钻井液用耐温耐盐纳米防塌降滤失剂， 其特征在于， 所述交 联剂为二乙烯基苯。 3.根据权利要求 1 所述的钻井液用耐温耐盐纳米防塌降滤失剂， 其特征在于， 所述引 发剂为过硫酸钾。 4.一种如权利要求 1 所述的钻井液用耐温耐盐纳米防塌降滤失剂的制备方法， 其特征 在于， 采用无皂乳液聚合法制成， 包括下述步骤 ： (1) 将水置于反应器中并升温至 65 75， 然后将油溶性乙烯。

5、基单体、 水溶性乙烯基 单体、 交联剂依次加入水中， 在氮气保护下， 高速搅拌 15min 后加入引发剂， 继续高速搅拌， 控制反应温度在 65 95之间， 反应 4 6h， 得到交联聚合乳液 ； (2) 将经步骤 (1) 得到交联聚合乳液喷雾干燥， 即得到耐温耐盐纳米防塌降滤失剂。 5.根据权利要求1所述的钻井液用耐温耐盐纳米防塌降滤失剂， 其特征在于， 步骤(1) 中， 所述高速搅拌的搅拌转速均为 300-400r/min。 权 利 要 求 书 CN 105330785 A 2 1/5 页 3 钻井液用耐温耐盐纳米防塌降滤失剂及其制备方法 技术领域 0001 本发明属于油气田钻完井中的钻井。

6、液和完井液领域， 特别涉及一种钻井液用耐温 耐盐纳米防塌降滤失剂及其制备方法。 背景技术 0002 钻井过程中井壁失稳问题一直是影响钻井顺利进行的主要因素。 地层中硬脆性泥 页岩的微裂缝发育是导致井壁失稳的一个主要原因。因此， 实现对硬脆性泥页岩微裂缝有 效封堵是解决井壁失稳问题的有效方法。 硬脆性泥页岩的微裂缝一般都在微米级甚至是纳 米级别， 所以采用纳米材料可实现对硬脆性泥页岩微裂缝的有效封堵。 0003 已公开专利CN103897094A和CN103936914A公开了两个可应用于钻井液领域的具 有防塌功能和降滤失功能的纳米材料及其制备方法， 该两篇专利中均采用无皂乳液聚合方 法， 由水。

7、溶性乙烯基单体和油溶性乙烯基单体为反应单体聚合而成， 抗温能够达到 220， 但是该两种纳米材料的抗盐性能较差， 尤其是抗二价金属盐的能力。 发明内容 0004 本发明的目的在于提供一种能够抗更高温度的兼具良好的防塌功能和降滤失功 能的钻井液用耐温耐盐纳米防塌降滤失剂。 0005 本发明还提供了一种通过无皂乳液聚合法来制备该钻井液用耐温耐盐纳米防塌 降滤失剂的制备方法。 0006 为了实现上述目的， 该钻井液用耐温耐盐纳米防塌降滤失剂， 由以下质量分数的 各组分制备而成 ： 0007 0008 所述油溶性乙烯基单体为丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯 ； 0009 所述水溶性乙烯基单体包括13wt的N。

8、-乙烯基吡咯烷酮和28wt的2-丙 烯酰胺 -2- 甲基丙磺酸。通过向反应体系中引入 N- 乙烯基吡咯烷酮和 2- 丙烯酰胺 -2- 甲 基丙磺酸两种水溶性乙烯基单体， 有效提高了聚合物微球的抗盐能力。 0010 其中 , 当水溶性乙烯基单体使用 N- 乙烯基吡咯烷酮和 2- 丙烯酰胺 -2- 甲基丙磺 酸两种单体按上述比例加入反应体系中， 制成的降滤失剂的各项性能最佳 ； 在大量探究试 验中， 如果水溶性乙烯基单体只使用 N- 乙烯基吡咯烷酮， 得到的纳米小球上水溶性单体含 说 明 书 CN 105330785 A 3 2/5 页 4 量很低， 产品降滤失和防塌效果也都一般 ； 而如果只用2。

9、-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸， 其防塌 和降滤失效果符合要求， 但合成过程中纳米小球容易聚集， 不稳定。 0011 优选地， 所述交联剂为二乙烯基苯。在反应体系中由于引入了二乙烯基苯为交联 剂， 使得最终得到的聚合物微球材料不会因温度过高而变形， 增强了材料的抗温能力。 0012 优选地， 所述引发剂为过硫酸钾。 0013 一种钻井液用耐温耐盐纳米防塌降滤失剂的制备方法， 采用无皂乳液聚合法制 成， 包括下述步骤 ： 0014 (1) 将水置于反应器中并升温至 65 75， 然后将油溶性乙烯基单体、 水溶性乙 烯基单体、 交联剂依次加入水中， 在氮气保护下， 高速搅拌 15min 后加入引发剂，。

10、 继续高速 搅拌， 控制反应温度在 65 95之间， 反应 4 6h， 得到交联聚合乳液 ； 0015 (2) 将步骤 (1) 得到交联聚合乳液经喷雾干燥、 造粒后， 即得到耐温耐盐纳米防塌 降滤失剂。 0016 优选地， 上述步骤 (1) 中， 所述高速搅拌的搅拌转速均为 300-400r/min。 0017 经上述步骤合成的钻井液用耐温耐盐纳米防塌降滤失剂为一种聚合物微球材料， 其粒径分布在 200nm 500nm 之间， 从外观上看为一种白色粉末状固体。 0018 该钻井液用耐温耐盐纳米防塌降滤失剂应用在钻井液中， 具有优越的降滤 失功能和防塌功能， 且抗温和抗盐性能显著优于已申请专利 。

11、CN201410141841.4 和 CN201410142391.0 中公开的材料， 其抗温温度达到 240， 抗氯化钙的浓度在 0.5wt以 上， 抗氯化钠的浓度达饱和， 此外， 对钻井液的流变性影响较小。 附图说明 0019 图 1 是本发明实施例 1 制备的耐温耐盐纳米防塌降滤失剂的扫描电镜照片。 具体实施方式 0020 下面结合具体实施方式对本发明的上述发明内容作进一步的详细描述。 但不应将 此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想情况 下， 根据本领域普通技术知识和惯用手段， 做出各种替换和变更， 均应包括在本发明的范围 内。 0021 实施例 1 。

12、0022 在 250mL 三口圆底烧瓶中加入 100g 蒸馏水， 水浴加热至 65， 然后依次加入 30g 甲基丙烯酸甲酯、 3g N- 乙烯基吡咯烷酮、 8g 2- 丙烯酰胺 -2- 甲基丙磺酸和 0.2g 二乙烯基 苯， 氮气保护， 高速搅拌 15min， 搅拌转速为 300-400r/min， 然后加入引发剂过硫酸钾 0.2g， 继续高速搅拌 (300 400r/min)， 水浴控温 65 70之间， 反应 6h， 反应完成后， 所得乳 液经喷雾干燥， 即得到抗高温抗盐聚合物微球防塌降滤失剂。 0023 实施例 2 0024 在 250mL 三口圆底烧瓶中加入 100g 蒸馏水， 水浴加。

13、热至 75， 然后依次加入 15g 丙烯酸甲酯、 2g N- 乙烯基吡咯烷酮、 5g 2- 丙烯酰胺 -2- 甲基丙磺酸和 0.1g 二乙烯基苯， 氮气保护， 高速搅拌15min， 搅拌转速为300400r/min， 然后加入引发剂过硫酸钾0.1g， 继 续高速搅拌 (300 400r/min)， 水浴控温 75 -80之间， 反应 4h， 反应完成后， 所得乳液 说 明 书 CN 105330785 A 4 3/5 页 5 经喷雾干燥， 即得到抗高温聚合物微球防塌降滤失剂。 0025 性能评价 ： 0026 (1) 宏观结构与微观结构 ： 0027 实施里 1 2 所得的聚合物微球防塌降滤失。

14、剂从外观上看是白色粉末状固体。 0028 如图 1 所示分别为实施例 1 制备的耐温耐盐纳米防塌降滤失剂的扫描电镜照片。 从图 1 中可以看出， 该耐温耐盐纳米防塌降滤失剂为球形， 粒径在 200nm 260nm 之间。 0029 (2) 页岩膨胀抑制率测试 0030 对上述实施例 1 2 得到的降滤失剂进行了页岩膨胀抑制率测试。 0031 (1) 在饱和盐水中的页岩膨胀抑制率测试方法 ： 首先在 400g 去离子水中加入 1g Na2CO3和 144g NaCl， 充分搅拌溶解， 然后向其中加入 5.4g 实施例 1 2 制得的聚合物微球 材料， 充分搅拌， 使其分散均匀， 取300g样品在。

15、240条件下热滚16h ； 然后利用页岩膨胀率 测试仪对上述热滚前和热滚后的样品进行页岩膨胀抑制率测试， 测试时间为 8h， 读出最后 的读数， 最后与饱和盐水的膨胀率读数对照计算出页岩膨胀抑制率。测试结果如下表 1 所 示 ： 0032 表 1 聚合物微球材料在饱和盐水中的页岩膨胀抑制评价 ： 0033 0034 0035 由表 1 中的测试数据可知， 用该方法合成的聚合物微球材料在饱和盐水中页岩膨 胀抑制率均大于 65， 且 240热滚后， 页岩膨胀抑制率与热滚前相当， 说明该方法合成的 聚合物微球具有显著的抗温和抗一价盐作用。 0036 (2) 在复合盐水中的页岩膨胀抑制率测试方法 ： 。

16、首先在 400g 去离子水中加入 1g Na2CO3、 2g CaCl2和 16g NaCl， 充分搅拌溶解， 然后向其中加入 4g 实施例 1 2 制得的聚合 物微球材料， 充分搅拌， 使其分散均匀， 取 300g 样品在 240条件下热滚 16h ； 然后利用页 岩膨胀率测试仪对上述热滚前和热滚后的样品进行页岩膨胀抑制率测试， 测试时间为 8h， 读出最后的读数， 最后与氯化钙 / 氯化钠复合盐水的膨胀率读数对照计算出页岩膨胀抑制 率。测试结果如下 ： 0037 表 2 聚合物微球材料在复合盐水中的页岩膨胀抑制评价 0038 说 明 书 CN 105330785 A 5 4/5 页 6 0。

17、039 由表 2 中测试数据可知， 用该方法合成的聚合物微球材料在复合盐水中页岩膨胀 抑制率均大于 65， 且 240热滚后， 页岩膨胀抑制率与热滚前相当， 说明该方法合成的聚 合物微球具有显著的抗温和抗二价盐作用。 0040 (3) 降滤失性能和流变性能测试 ： 0041 饱和盐水基浆配方 ： 400mL自来水+0.25无水碳酸钠+6二级膨润土+10评价 土 +30氯化钠， 水化分散 24h。 0042 CaCl2、 NaCl 复合盐水基浆配方 ： 400mL 自来水 +0.25无水碳酸钠 +4二级膨润 土 +10评价土 +0.5氯化钙 +4氯化钠， 水化分散 24h。 0043 将 4g 。

18、聚合物微球材料加入到上述配制好的基浆中， 在高速搅拌器上搅拌 20min， 然后在 240条件下热滚 16h， 再测中压滤失量和流变性能。测试结果如下表 3 所示 ： 0044 表 3 聚合物微球材料的降滤失性能和流变性能评价 0045 0046 其中， AV 为表观粘度 ； PV 为塑性粘度 ； FLAPI 为中压滤失量。 0047 由表 3 中测试数据可知， 用该方法合成的聚合物微球材料抗温达 240， 同时展现 说 明 书 CN 105330785 A 6 5/5 页 7 出优越的降滤失性能和抗盐性能， 且对流变性影响较小 ； 具体地， 其在含 0.5wt的 CaCl2 和 4wt的 NaCl 复合盐水基浆中加入 1的上述聚合物微球材料， 可实现 85以上的滤失 降低率 ； 在含饱和氯化钠盐水基浆中加入 1wt的上述聚合物微球材料， 可实现 85以上 的滤失降低率 0048 本发明的内容并不局限在上述的实施例中， 相同领域内的技术人员可以在本发明 技术指导思想之内轻易提出其它实施例， 但这种实施例都包括在本发明的范围之内。 说 明 书 CN 105330785 A 7 1/1 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 105330785 A 8 。