磺化苯乙烯-衣康酸共聚物超高温钻井液降粘剂的研制.pdf

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石油天然气学报(江汉石油学院学报)2009年10月第31卷第5期
fournal of Oil and Gas Technology (JJP1) Oct 2009 Vol 31 No 5
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磺化苯乙烯衣康酸共聚物超高温钴井液
降粘剂的研制
赵晓非,胡振峰(大庆石油学院化学化工学院,黑龙江大庆16318)
张娟娟(北京化工大学化学工程学院,北京10009)
温海飞(大庆油田责任有限公司采油工艺研究所,黑龙江大庆163453
李建军(大庆油田责任有限公司钻井一公司黑龙江大庆163000
[摘要]研究了水基钻井液降粘剂磺化苯乙烯一衣康酸共聚物的合成方法。以DMF(N,N-二甲基甲酰胺)
为溶剂,苯乙烯、衣康酸摩尔比1.0:1.2,引发剂BPO(过氧化苯甲酰)用量0.6%,溶液共聚温度
85℃、时间4h,得到苯乙烯一衣康酸共聚物,化学结构由红外光谱表征。该共聚物与过量20%发烟疏酸在
50℃进行磺化反应2h,生成降粘剂。常温下加入0.3% SSHIA(磺化苯乙烯一衣康酸共聚物)使淡水钻井
液的表观粘度由107mPa?s降至48mPa?s以下;加入0.3% SSHIA使淡水钻井液在260℃老化16h后,
表观粘度由59mPa·s降至32mPa?s以下,表明该剂具有良好的耐温性。
关键词]磺化苯乙烯一衣康酸共聚物;水溶性聚合物;降粘剂;钻井液处理剂;水基钻井液
[中图分类号]TE254.4
文献标识码]A[文章编号]1000-9752(2009)05-0105-04
钻井液降粘剂在石油钻井工程中被广泛应用。随着勘探颂域向深部地层延伸,所钻地层越来越复
杂,高温、高压、高含盐地层增多,必须寻求性能稳定、抗温、抗盐污染、密度大于2.0g/cm3、能提
高深井钻井速度的高密度钻井液体系和工艺技术。这一直是国内外深井钻井工艺技术的难点和研究的热
点,传统降粘剂〈强分散剂)虽能降低钻井液的粘度和切力,但钻井液的稳定周期短,处理频繁,常常
诱发井下事故或复杂情况。
深部地层井底温度高,如大庆油田松辽盆地北部深层徐家围子地区地层地温梯度高达4.1℃/100m,
井深为4000~600m,井底温度在180~240℃之间;新疆油田计划在克拉玛依莫索湾背斜上钻莫深1
井,该井设计井深为7380m,预计井底温度超过200C;胜利油田钻探8000多米的超深井,井底温度
预计超过220℃。中国现在使用的钻井液体系抗温性能一般低于200C,在200C以上的深井中使用困
难,主要表现在钻井液粘度不易控制,滤失量大,钻井液的固相容量限低,高密度下粘度太高且不能有
效地控制。钻井液抗高温技术已成为制约深部地层石油天然气资源探、开发的技术瓶颈。因此,研制
抗200C以上高温并且适用于各种密度的水基钻井液技术对加快中国深部地层石油天然气资源勘探、开
发具有重要意义[2。
1试验部分
1.1主要药品与仪器
药品有:衣康酸、苯乙烯、过氧化苯甲酰(BPO)、N,N-二甲基甲酰胺、1,2-二氯乙烷、20%发
烟硫酸、氢氧化钠、无水碳酸钠等。以上化学试剂均为分析纯。
仪器有: TENSOR27傅里叶红外光谱仪;ZNN-D6型六速旋转粘度仪;ZK-824型电热真空干燥
〔收稿日期]2009-06-16
基金项目】黑龙江省教育厅科学技术研究项目(1513008)
作者简介]赵晓非(1966-),男,1989年大学毕业,博士,教授,现主要从事油田化学剂的开发及应用工作。
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石油天然气学报(江汉石油学院学报)
2009年10月
箱;SXJQ-1型数显直流无级凋速搅拌器; Roller Oven702-40型滚子加热炉等
合成原理
衣康酸分子内部含有两个活浚的羧基和一个双键,双键和羧基呈共轭关系,这使得衣康酸的性质非
常活泼,除可自身聚合外,也可以和不同数目的其他单体聚合,形成聚合高分子。苯乙烯中的共轭双键
使其容易发生双烯聚合并且苯乙烯中的苯环是刚性结构,所以具有很好的耐高温能力。合成原理现如下
反应式
COOH
HーL
+c
C-CH+A-C
QOO
COOH
COOH
Hfor-gtat-tt4 o. to
oH1-QHはaH--C
COOH
COOH
SO.H
O00
ーH?2-M
Nao
al-@tt CH
000Na
1.3合成方法
在三口瓶中加入一定比例的衣康酸和BPO,以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂,在室温下搅拌至混合
物呈透明状。将反应混合物升温至85C,反应3~4h后将反应物冷却至室温,分离出溶剂,得到苯乙
烯一衣康酸共聚物
将共聚物分散在1,2-二氯乙烷中,升温至50C,慢慢滴加20%发烟硫酸,反应2h后用氢氧化钠
溶液将反应混合物中和至pH值为7,将中和后产物略干燥后放入压カ为30MPa、温度为76℃的真空干
燥箱中继续干燥6h,降温后粉碎过50目筛,得黄褐色粉末状磺化苯乙烯一衣康酸共聚物,即 SSHLA降
粘剂)。
1.4降粘性能评价方法
制备试验用高粘度钻井液。在钻井液中加一定量的 SSHIA,高搅30min后密闭放置养护24h,用
六速旋转粘度计在常温下测定 SSHIA钻井液的表观粘度,与原有空白样对比。后将加入产品的钻井液
放入养护罐中,在滚子加热炉中高温翻滚16h,测定钻井液表观粘度,再与高温翻滚后的空白样表观粘
度作对比。
2试验结果与分析
2.1萃乙烯一衣康酸共聚物红外光谱
如图1所示,在1779cm'和1708cm'处出现两个峰,应为聚合物中衣康酸的两个羧基,由于振动
耦合而分成2个比1760cm大和小的峰。1494cm~1和1453cm'应为苯环骨架的C=C伸缩共振的峰