一种甜菜碱型共聚物作钻井液降滤失剂的合成方法技术

本发明专利技术涉及一种用于油气田水基钻井液的甜菜碱型共聚物降滤失剂的合成方法。它能解决现有钻井液降滤失剂存在的耐温抗盐能力差以及在高温下流变性能差的问题。其技术方案：先以乙烯基咪唑和1,3‑丙烷磺内酯为原料，四氢呋喃为溶剂，合成了一种甜菜碱乙烯基单体—3‑(3丙磺酸)丙基‑1‑乙烯基咪唑。然后以丙烯酰胺(AM)、2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸(AMPS)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)以及合成的单体为原料，过硫酸钾为引发剂，采用水溶液共聚法合成一种甜菜碱型共聚物作钻井液降滤失剂。该降滤失剂具有良好的降滤失性、耐温性以及稳定流体流变性能，其在饱和的NaCl和CaCl2基浆中皆具有很好的降滤失性能。

Synthesis method of betaine type copolymer as drilling fluid filtrate reducing agent

The invention relates to a synthesis method of betaine type copolymer filtrate loss reducer for water base drilling fluid in oil and gas field. The utility model can solve the problems of poor temperature resistance and salt resistance of the existing drilling fluid filtrate reducing agent and poor rheological performance at high temperature. The technical proposal: first with vinyl imidazole and 1,3 propane sultone as raw material, tetrahydrofuran, a betaine vinyl monomer synthesis (3 - 3 propylsulfonic acid) propyl vinyl imidazole 1. Then, using acrylamide (AM), 2 acrylamide 2 methyl propyl sulfonic acid (AMPS), two dimethyl diallyl ammonium chloride (DMDAAC) and monomers as raw materials, potassium persulfate as initiator by aqueous solution copolymerization to synthesize a betaine type copolymer as filtrate reducer for drilling fluid. The filtrate reducer has the advantages of good filtration loss, temperature resistance and stable rheological properties of the fluid, and it has good filtration performance in saturated NaCl and CaCl2 slurry.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于油气田水基钻井液的甜菜碱型聚合物降滤失剂的制备方法及应用，所制备的聚合物降滤失剂适用于淡水、盐水以及复合盐水钻井液体系，该降滤失剂的耐温性能良好。
技术介绍
常规油气开发已逐渐走向深部地层，除了对钻井工具提出了新的要求外，首要的问题就是解决深井、超深井井下高温高压环境对钻井液性能的影响。降滤失剂作为水基钻井液中用量最大的一类处理剂，对维护钻井液性能稳定、保障安全高效钻井和保护储层起着重要的作用。而随着地层深度的增加，地层温度会越来越高。并且在钻井过程中，经常会遭遇含盐地层。因此，研究适用于深井、超深井的耐高温、抗盐钙的降滤失剂成为了必要。聚合物降滤失剂分子主要通过侧链上的功能性基团与粘土颗粒作用，保证钻井液的稳定性与多级分散性，使钻井液在钻井过程中可以形成致密、低渗透率的泥饼，从而体系降低钻井液的滤失量。聚合物降滤失剂中两性离子聚合物类降滤失剂不仅具有良好的降滤失性，也具有好的抑制性而得到广泛应用，形成了两性离子聚合物钻井液体系。但其仍不能够满足深井、超深井的耐高温需求。降滤失剂作为钻井液处理剂，需要在高温高压高矿化度的环境下仍能够保持较好的降滤失效果。目前降滤失剂的种类虽然较多，但在这样严苛的环境下仅依靠降滤失剂单剂很难满足在控制钻井液体系失水量的同时稳定体系的流变性能。因此需要将降滤失剂与其它添加剂进行复配使用。
技术实现思路
本专利技术的目的：为解决目前钻井液用降滤失剂存在的抗高温、抗盐钙能力差，以及钻井液在高温条件下流变性能变差等问题，提供一种甜菜碱型聚合物降滤失剂的制备方法及应用。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种甜菜碱共聚物作钻井液降滤失剂的合成方法，其制备步骤如下：单体O的制备，单体的标号为O按照由以下组分按重量份数比组成：A8份～22份、B11份～20份、C50份～81份。合成方法为将A倒入三口烧瓶中，加入溶剂C，在加热磁力搅拌器上搅拌5分钟。在冰浴条件下将B以4.5秒每滴的速度缓慢滴入烧瓶中，搅拌30min后将清液转入另一干净的三口烧瓶中。将三口烧瓶放于油浴锅中缓慢升温至42.5℃～60℃，恒温反应8h～36h后得白色固体。产物经减压抽滤后用等体积的C洗涤三次，所得白色固体在45℃的真空干燥箱中烘干至恒重即得粉末状的O。甜菜碱型聚合物降滤失剂的制备方法如下：共聚物的标号为P按照由以下组分按重量份数比组成：D40份～66份、E21份～42份、F5份～17份、O1份～8份、G45份～80份。合成方法为先将计量的E溶解在G中，用I调节体系的pH为5.5～9.0，依次加入已称量的D、F和O，搅拌使溶液充分溶解，用G将其配制成D、E、F和O总质量百分浓度为20％～55％的溶液；通氮气30min后加入H，H加入量占D、E、F和O总重量的0.1％～0.45％，反应温度设为50℃～71℃，恒温反应2h～10h后得到淡黄色的凝胶状产物；产物用J反复洗涤，剪切造粒，于70℃的真空干燥箱中烘干至恒重，得颗粒状的降滤失剂产品P。与现有的降滤失剂产品相比，本专利技术提供的降滤失剂具有较良好的耐温抗盐性。该甜菜碱型降滤失剂加量为基浆质量分数的1.25％时，基浆体系经200℃老化16h后的常温中压滤失量为较小的17.6mL，其在饱和的K和L基浆中皆能有效控制基浆体系的滤失量在8.0mL以内。试验选用的原料碳酸钠、氯化钠、氯化钙、过硫酸钾、氢氧化钠、四氢呋喃、无水乙醇、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和丙烯酰胺均为分析纯，由成都科龙化工试剂厂生产；N-乙烯基咪唑和1,3-丙烷磺内酯为分析纯，购自上海泰坦科技股份有限公司；二甲基二烯丙基氯化铵为分析纯，由上海阿拉丁生化科技股份有限公司获得；膨润土购自新疆中非夏子街膨润土有限责任公司。试验使用的DJM-B12K型双轴变频高速搅拌机和BRDL-7型变频滚子加热炉为青岛同春石油仪器有限公司生产；ZNS-2型泥浆失水仪由青岛宏祥石油机械制造有限公司制造；ZNN-D6型旋转粘度计由上海翼悾机电有限公司制造；78-1型磁力加热搅拌器为上海双捷实验设备有限公司制造。具体实施方式实施例1：甜菜碱型共聚物降滤失剂的制备方法，其包括如下步骤：(1)甜菜碱单体的制备，单体的标号为O1按照由以下组分按重量份数比组成：A占8份、B11占份、C占81份。合成方法为将A倒入三口烧瓶中，加入溶剂C，在加热磁力搅拌器上搅拌5分钟。冰浴条件下将B以4.5秒每滴的速度缓慢滴入烧瓶中，搅拌30min后将清液转入另一干净的三口烧瓶中。将三口烧瓶放于油浴锅中缓慢升温至42.5℃，恒温反应8h后得白色固体。产物经减压抽滤后用等体积的C洗涤三次，所得白色固体在45℃的真空干燥箱中烘干至恒重即得粉末状的单体O1。(2)共聚物的制备，共聚物的标号为P1按照以下组分按重量份数比组成：D8.0占份、E占8.4份、F占3.4份、O1占0.2份、G占80份。合成方法为先将计量的E溶解在G中，用I调节体系的pH＝5.5，依次加入已称量的D、F和O1，搅拌使溶液充分溶解，用G将其配制成D、E、F和O1总质量百分浓度为20％的溶液；通氮气30min后加入H，H加入量占D、E、F和O1总重量的0.1％，反应温度设为50℃，反应温度设为50℃，恒温反应2h后得到淡黄色的凝胶状产物；产物用J反复洗涤，剪切造粒，于70℃的真空干燥箱中烘干至恒重，得颗粒状的降滤失剂产品P1。实施例2本实施例中，合成O2时，按重量份数比A占12份、B占15份、C占73份，反应温度为34℃，反应时间为12h。合成P2时，按重量份数比D占11份、E占9.75份、F占3.75份、O2占0.5份、G占75份，H加入量占D、E、F和O2总重量的0.15％，体系pH＝6.0，反应温度为53℃，反应时间为3h，单体总浓度为25％。O2和P2合成的其它方法及歩骤同实施例1。实施例3本实施例中，合成O3时，按重量份数比A占10份、B占15份、C占75份，反应温度为38℃，反应时间为16h。合成P3时，按重量份数比D占14.4份、E占10.8份、F占3.9份、O3占0.9份、G占70份，H加入量占D、E、F和O3总重量的0.2％，体系pH＝6.5，反应温度为56℃，反应时间为4h，单体总浓度为30％。O3和P3合成的其它方法及歩骤同实施例1。实施例4本实施例中，合成O4时，按重量份数比A占14份、B占16份、C占70份，反应温度为42℃，反应时间为20h。合成P4时，按重量份数比D占18.2份、E占11.55份、F占3.85份、O4占1.4份、G占65份，H加入量占D、E、F和O4总重量的0.25％，体系pH＝7.0，反应温度为59℃，反应时间为5h，单体总浓度为35％。O4和P4合成的其它方法及歩骤同实施例1。实施例5本实施例中，合成O5时，按重量份数比A占16份、B占19份、C占65份，反应温度为46℃，反应时间为24h。合成P5时，按重量份数比D占22.4份、E占12份、F占3.6份、O5占2份、G占60份，H加入量占D、E、F和O5总重量的0.3％，体系pH＝7.5，反应温度为62℃，反应时间为6h，单体总浓度为40％。O5和P5合成的其它方法及歩骤同实施例1。实施例6本实施例中，合成O6时，按重量份数比A占18份、B占21份、C占61份，反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种甜菜碱共聚物作钻井液降滤失剂的合成方法，其特征在于：本专利技术先采用原料A、B和C合成甜菜碱单体O，通过O与D、E、F在G溶液中进行共聚制得一种甜菜碱型共聚物P作为水基钻井液降滤失剂。其中，聚合反应以H作为引发剂，采用I调节体系的pH值。原料按重量份数(g)计，组分为：AN‑乙烯基咪唑、B 1,3‑丙烷磺内酯、C四氢呋喃、D丙烯酰胺、E 2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸、F二甲基二烯丙基氯化铵、G三级去离子水、H过硫酸钾、I NaOH质量分数为20％的碱液、J无水乙醇、K氯化钠、L氯化钙、M碳酸钠、N膨润土。

【技术特征摘要】
1.一种甜菜碱共聚物作钻井液降滤失剂的合成方法，其特征在于：本发明先采用原料A、B和C合成甜菜碱单体O，通过O与D、E、F在G溶液中进行共聚制得一种甜菜碱型共聚物P作为水基钻井液降滤失剂。其中，聚合反应以H作为引发剂，采用I调节体系的pH值。原料按重量份数(g)计，组分为：AN-乙烯基咪唑、B1,3-丙烷磺内酯、C四氢呋喃、D丙烯酰胺、E2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、F二甲基二烯丙基氯化铵、G三级去离子水、H过硫酸钾、INaOH质量分数为20％的碱液、J无水乙醇、K氯化钠、L氯化钙、M碳酸钠、N膨润土。2.一种甜菜碱共聚物作钻井液降滤失剂的合成方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：(1)甜菜碱单体的制备，单体的标号为O按照由以下组分按重量份数比组成：A8份～22份、B11份～20份、C50份～81份。合成方法为将A倒入三口烧瓶中，加入溶剂C，在78-1型磁力加热搅拌器上以1000转每转的转速下搅拌5分钟。在冰浴条件下将B以4...

【专利技术属性】
技术研发人员：马喜平，朱忠祥，石伟，胡莹莹，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51