專利名稱：一種環保型油基鉆井液增粘劑及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種環保型油基鉆井液增粘劑及其制備方法，屬于石油開采技術領域。
背景技術：
油基鉆井液是一種以油作為連續相的鉆井液，分為油包水型油基鉆井液和全油基鉆井液兩種類型，其主要由基礎油、有機土、乳化劑、潤濕劑、增粘劑及加重劑等組成。油基鉆井液具有良好的抑制性、抗溫性和穩定性，能夠較好地滿足復雜地層鉆井、取心作業以及欠平衡鉆井、大長度水平井等特殊情況的需要，可為油氣田的安全高效開發提供可靠的技術保障。油基鉆井液增粘劑是油基鉆井液的重要組成成分，其主要作用是提高油基鉆井液的粘度和切力，保證油基鉆井液具有良好的懸浮、攜巖及降失水性能。目前，國內外對鉆井液增粘劑研究主要集中在水基鉆井液增粘劑領域，已開發出了 HV-CMC、PAC、HEC、GEL-30及生物聚合物XC等水基鉆井液增粘劑，較好地滿足了水基鉆井液對增粘劑的需求。但在油基鉆井液增粘劑的技術領域，目前的研究主要存在以下技術問題:其一、水基鉆井液增粘劑不適用于油基鉆井液。HV-CMC、PAC、生物聚合物XC等水基鉆井液增粘劑，其在水中可有效伸展，充分溶解，從而提高鉆井液的粘度和切力，但在油基鉆井液中，特別是全油基鉆井液中，由于全油基鉆井液不含水，這些水基鉆井液增粘劑聚合物分子無法伸展，因而無法起到增粘提切的作用。其二、缺少有效的油基鉆井液增粘劑。油基鉆井液的增粘，目前主要依靠有機土、油基鉆井液降濾失劑聚合物等材料的附帶增粘作用來實現，缺少有效的油基鉆井液增粘劑，有時為達到要求的鉆井液粘度和切力，會增大有機土、油基鉆井液降濾失劑聚合物等材料的加量，導致油基鉆井液配制成本增加。其三、油基鉆井液的環保性有待改進。環保性能也是油基鉆井液在使用過程中被關注的重要方面之一，目前的油基鉆井液的環保性存在較大的改進空間，研發和使用環保型的油基鉆井液材料，如環保型油基鉆井液增粘劑，將有利于提聞油基鉆井液的環保性能。綜上所述，研發出一種能夠解決增粘劑對油基鉆井液適用性問題，達到油基鉆井液增粘提切的效果，同時還可進一步改進油基鉆井液環保性能的油基鉆井液增粘劑，仍是本領域亟待解決的問題之一。

發明內容
為解決上述技術問題，本發明的目的在于提供一種環保型油基鉆井液增粘劑及其制備方法。該環保型油基鉆井液增粘劑能夠彌補水基鉆井液增粘劑不適用于油基鉆井液的不足，有利于降低油基鉆井液體系的配制成本和提高油基鉆井液整體的環保性能，對于油基鉆井液性能提高和使用發揮重要作用。為達上述目的，本發明提供一種環保型油基鉆井液增粘劑，以重量份計，其原料組成包括:水10-50份、非離子單體3.0-7.5份、陰離子單體6.0-18.0份、水溶性單體0.2-1.5份、氧化劑0.05-0.25份、基礎油2.0-10.0份、乳化劑1.25-4.25份、還原劑0.05-0.25份。在上述的環保型油基鉆井液增粘劑中，優選地，所述非離子單體包括N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺、N-羥甲基丙烯酰胺、N-羥基丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺等中的一種或幾種的組合。當采用上述幾種非離子單體的組合時，其可以任意比例混合。在上述的環保型油基鉆井液增粘劑中，優選地，所述陰離子單體包括2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、3-嗎啉丙磺酸和3-羥基-1-丙磺酸等中的一種或幾種的組合。當采用上述幾種陰離子單體的組合時，其可以任意比例混合。在上述的環保型油基鉆井液增粘劑中，優選地，所述水溶性單體包括聚乙烯吡咯烷酮、N-乙烯基吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮和α-吡咯烷酮等中的一種或幾種的組合。當采用上述幾種水溶性單體的組合時，其可以任意比例混合。在上述的環保型油基鉆井液增粘劑中，優選地，所述氧化劑包括偶氮二異丁酸二甲酯、過硫酸鉀、偶氮二異丁腈和過硫酸銨等中的一種或幾種的組合。當采用上述幾種氧化劑的組合時，其可以任意比例混合。在上述的環保型油基鉆井液增粘劑中，優選地，所述基礎油包括二甲基硅油、白油、大豆油和玉米油等中的一種或幾種的組合。當采用上述幾種基礎油的組合時，其可以任意比例混合。在上述的環保型油基鉆井液增粘劑中，優選地，所述乳化劑包括司盤80、司盤60、吐溫20、吐溫60、乳化劑0Ρ-10和乳化劑ΤΧ-100等中的一種或幾種的組合。當采用上述幾種乳化劑的組合時，其可以任意比例混合。在上述的環保型油基鉆井液增粘劑中，優選地，所述還原劑包括硫酸亞鐵、亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉等中的一種或幾種的組合。當采用上述幾種還原劑的組合時，其可以任意比例混合。 本發明還提供一種上述的環保型油基鉆井液增粘劑的制備方法，其包括以下步驟:在攪拌條件下，將非離子單體、陰離子單體、水溶性單體和氧化劑依次溶解于水中，形成水相溶液；在攪拌條件下，將乳化劑溶解于基礎油中，形成油相溶液；在攪拌條件下，將所述水相溶液滴加到所述油相溶液中，然后加入還原劑，攪拌均勻后，形成混合溶液；使所述混合溶液在50-80°C水浴、攪拌條件下進行聚合反應4_8h，得到聚合物乳液；使所述聚合物乳液進行提純、干燥后，得到所述的環保型油基鉆井液增粘劑。在上述制備方法中，優選地，將非離子單體、陰離子單體、水溶性單體和氧化劑依次溶解于水中的步驟的具體操作方法是:將非離子單體加入到水中并攪拌使其充分溶解后，再加入陰離子單體并攪拌使其充分溶解，然后加入水溶性單體并攪拌使其充分溶解，最后加入氧化劑并攪拌使其充分溶解。在上述制備方法中，在反應能夠順利進行的前提下，本領域一般技術人員可以對于上述各步驟中攪拌的速度進行調節；優選地，攪拌速度為2000-5000r/min。需說明的是，上述制備方法中各步驟的攪拌速度可以相同，也可以不同。此外，在上述制備方法中，可以使用丙酮對所述聚合物乳液進行提純，其操作方法為本領域的常規提純操作方法，而且本領域一般技術人員能夠視具體情況，對該丙酮的用量進行調控；優選地，以重量份計，丙酮的用量為10-30份(以非離子單體的用量3.0-7.5份為基準)。上述制備方法中干燥的溫度和時間可以為常規的干燥溫度和時間；優選地，干燥溫度為80-90°C，干燥時間為5-6h。本發明的制備方法采用反相乳液聚合，通過非離子單體、陰離子單體與水溶性單體在油相溶液中反應，在氧化劑和還原劑的引發條件下，進行聚合反應，然后將得到的聚合物乳液經提純和干燥后，制得本發明的環保型油基鉆井液增粘劑。本發明的環保型油基鉆井液增粘劑適合于石油勘探開發鉆井作業時采用的油包水型油基鉆井液及全油基鉆井液體系的增粘和提切，其具有以下優點:其一，本發明的環保型油基鉆井液增粘劑在油基鉆井液中表現良好的增粘和提切效果。在油相中，本發明的增粘劑中的聚合物分子可有效伸展，充分溶解，從而起到增粘提切的作用。根據本發明的具體實施方式
，相較于未加入增粘劑的油基鉆井液，加入本發明增粘劑的油基鉆井液的表觀粘度(AV)、塑性粘度(PV)及動切力(YP)分別提高到2.0倍、2.2倍和1.4倍以上。其二，本發明的環保型油基鉆井液增粘劑降低了油基鉆井液配制成本。采用本發明的增粘劑加入到油基鉆井液中，克服了油基鉆井液依靠增大有機土、油基鉆井液降濾失劑聚合物等材料加料量而提高油基鉆井液粘度和切力的不足。根據本發明的具體實施方式
，相較于未加入增粘劑的油基鉆井液，加入本發明增粘劑的油基鉆井液配制成本降低12%以上。其三，本發明的環保型油基鉆井液增粘劑提聞了油基鉆井液體系的環保性能。本發明的增粘劑加入到油基鉆井液后，降低了有機土、降濾失劑等材料的使用，提高了油基鉆井液整體的環保性能。根據本發明的具體實施方式
，·相較于未加入增粘劑的油基鉆井液，加入本發明增粘劑的油基鉆井液體系的急性生物毒性EC50值提高1.2倍以上。本發明的環保型油基鉆井液增粘劑及其制備方法，彌補了水基鉆井液增粘劑不適用于油基鉆井液的不足，有利于降低油基鉆井液體系的配制成本和提高油基鉆井液整體的環保性能，對于油基鉆井液性能提高和使用發揮重要作用，從而能夠滿足油基鉆井液鉆井和保護環境的需要。
具體實施例方式下面結合實施例，對本發明的技術方案及技術效果做進一步的詳細說明，但不能理解為對本發明可實施范圍的限定。實施例1本實施例提供一種環保型油基鉆井液增粘劑，其制備方法包括以下步驟:在攪拌條件下，將3.0g N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺加入到30mL水中，充分溶解后；加入6.0g2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，繼續攪拌使其充分溶解后；加入0.2g聚乙烯吡咯烷酮，繼續攪拌使其充分溶解后；加入0.05g過硫酸鉀，繼續攪拌使其充分溶解后，形成水相溶液；在攪拌條件下，將1.25g司盤80溶解于2.0mL 二甲基硅油中，形成油相溶液；在攪拌條件下，將所述水相溶液通過分液漏斗緩慢滴加到所述油相溶液中，然后加入0.05g硫酸亞鐵，攪拌均勻后，形成混合溶液；使所述混合溶液在50°C水浴、攪拌條件下進行聚合反應4h，得到聚合物乳液；
在所述聚合物乳液中加入丙酮進行提純，再經干燥箱在80_85°C條件下，干燥5h，得到所述的環保型油基鉆井液增粘劑。實施例2本實施例提供一種環保型油基鉆井液增粘劑，其制備方法包括以下步驟:在攪拌條件下，將6.0g甲基丙烯酰胺加入到40mL水中，充分溶解后；加入12.0g3-嗎啉丙磺酸，繼續攪拌使其充分溶解后；加入0.8g N-乙烯基吡咯烷酮，繼續攪拌使其充分溶解后；加入0.15g過硫酸銨，繼續攪拌使其充分溶解后，形成水相溶液；在攪拌條件下，將2.75g吐溫60溶解于6.0mL白油中，形成油相溶液；在攪拌條件下，將所述水相溶液通過分液漏斗緩慢滴加到所述油相溶液中，然后加入0.15g亞硫酸鈉，攪拌均勻后，形成混合溶液；使所述混合溶液在70°C水浴、攪拌條件下進行聚合反應6h，得到聚合物乳液；在所述聚合物乳液中加入丙酮進行提純，再經干燥箱在80_85°C條件下，干燥5h，得到所述的環保型油基鉆井液增粘劑。實施例3本實施例提供一種環保型油基鉆井液增粘劑，其制備方法包括以下步驟:在攪拌條件下，將7.5g N-羥基丙烯酰胺加入到50mL水中，充分溶解后；加入
18.0g3-羥基-1-丙磺酸，繼續攪拌使其充分溶解后；加入1.5g α -吡咯烷酮，繼續攪拌使其充分溶解后；加入0.25g偶氮二異丁腈，繼續攪拌使其充分溶解后，形成水相溶液；在攪拌條件下，將4.25g乳化劑TX-100溶解于10.0mL玉米油中，形成油相溶液；在攪拌條件下，將所述水相溶液通過分液漏斗緩慢滴加到所述油相溶液中，然后加入0.25g亞硫酸氫鈉，攪拌均勻后，形成混合溶液；使所述混合溶液在80°C水浴、攪拌條件下進行聚合反應8h，得到聚合物乳液；在所述聚合物乳液中加入丙酮進行提純，再經干燥箱在85-90°C條件下，干燥6h，得到所述的環保型油基鉆井液增粘劑。性能評價1、增粘性能評價(1)油基鉆井液的配制按照以下原料組成及方法制備油基鉆井液1#。油基鉆井液1#的原料組成包括:柴油300mL、有機土 0CMA3% (山東華濰膨潤土有限公司生產)、司盤802%、吐溫200.6%,水100mL、Ca02.0 %、降濾失劑JS-13.0% (石家莊華信泥漿助劑有限公司生產)、質量濃度26%的CaCl2溶液IOOmL,其中，原料的百分含量是以所述油基鉆井液1#的總重量為基準進行計算的。油基鉆井液1#的制備方法包括以下步驟:在攪拌條件下，將上述的各原料在鉆井液配制容器中混合，持續攪拌8h以上，然后封閉靜置16h，得到所述油基鉆井液1#。取4份配制好的油基鉆井液1#，每份400mL，其中I份為空白對照樣，在攪拌條件下，向另外3份油基鉆井液中分別加入0.5%實施例1-3的環保型油基鉆井液增粘劑(以400mL油基鉆井液1#的總重量為基準)，充分溶解后，分別制備得到油基鉆井液2# (含有
0.5%實施例1產品)、油基鉆井液3# (含有0.5%實施例2產品)和油基鉆井液4# (含有
0.5%實施例3產品)。(2)油基鉆井液中增粘性能評價
按GB/T16783.1-2006的規定在六速旋轉粘度計上分別測定油基鉆井液1#、油基鉆井液2#、油基鉆井液3#和油基鉆井液4#的Φ 600、Φ 300、Φ 200、Φ100、Φ6、Φ3的粘度，然后計算表觀粘度、塑性粘度、動切力及IOsUOmin的靜切力。并且采用中壓濾失儀SD_6(青島海通達專用儀器有限公司生產)分別測定油基鉆井液1#、油基鉆井液2#、油基鉆井液3#和油基鉆井液4#的失水量(AP1.FL)，結果如表I所示。其中，表觀粘度、塑性粘度、動切力和靜切力的計算公式如下所述:AV = 0.50 X Φ 600PV= Φ 600-Φ 300YP = 0.51X (Φ 300_Ρν)Gltis (或 Gltlmin) =R3/2式中:AV——表觀粘度，mPa.s ;PV——塑性粘度，mPa.s ;YP——動切力，Pa ;Φ600、Φ300、Φ 3-600r/min, 300r/min, 3r/min 時的穩定讀值，mPa.s ；G10S,G10min——IOsUOmin 的靜切力，Pa ；R3-靜止 IOs 或 IOmin 時的 3r/min 最大讀值，mPa.S。表I增粘性能評價結果
權利要求
1.一種環保型油基鉆井液增粘劑，以重量份計，其原料組成包括:水10-50份、非離子單體3.0-7.5份、陰離子單體6.0-18.0份、水溶性單體0.2-1.5份、氧化劑0.05-0.25份、基礎油2.0-10.0份、乳化劑1.25-4.25份、還原劑0.05-0.25份。
2.根據權利要求1所述的增粘劑，其中，所述非離子單體包括N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺、N-羥甲基丙烯酰胺、N-羥基丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺中的一種或幾種的組合。
3.根據權利要求1所述的增粘劑，其中，所述陰離子單體包括2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、3-嗎啉丙磺酸和3-羥基-1-丙磺酸中的一種或幾種的組合。
4.根據權利要求1所述的增粘劑，其中，所述水溶性單體包括聚乙烯吡咯烷酮、N-乙烯基吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮和α-吡咯烷酮中的一種或幾種的組合。
5.根據權利要求1所述的增粘劑，其中，所述氧化劑包括偶氮二異丁酸二甲酯、過硫酸鉀、偶氮二異丁腈和過硫酸銨中的一種或幾種的組合。
6.根據權利要求1所述的增粘劑，其中，所述基礎油包括二甲基硅油、白油、大豆油和玉米油中的一種或幾種的組合。
7.根據權利要求1所述的增粘劑，其中，所述乳化劑包括司盤80、司盤60、吐溫20、吐溫60、乳化劑OP-1O和乳化劑ΤΧ-100中的一種或幾種的組合。
8.根據權利要求1所述的增粘劑，其中，所述還原劑包括硫酸亞鐵、亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉中的一種或幾種的組合。
9.一種權利要求1-8任一項所述的環保型油基鉆井液增粘劑的制備方法，其包括以下步驟:在攪拌條件下，將非離子單體、陰離子單體、水溶性單體和氧化劑依次溶解于水中，形成水相溶液； 在攪拌條件下，將乳化劑溶解于基礎油中，形成油相溶液； 在攪拌條件下，將所述水相溶液滴加到所述油相溶液中，然后加入還原劑，攪拌均勻后，形成混合溶液； 使所述混合溶液在50-80°C水浴、攪拌條件下進行聚合反應4-8h，得到聚合物乳液； 使所述聚合物乳液進行提純、干燥后，得到所述的環保型油基鉆井液增粘劑。
10.根據權利要求9所述的制備方法，其中，將非離子單體、陰離子單體、水溶性單體和氧化劑依次溶解于水中的步驟包括:將非離子單體加入到水中并攪拌使其充分溶解后，再加入陰離子單體并攪拌使其充分溶解，然后加入水溶性單體并攪拌使其充分溶解，最后加入氧化劑并攪拌使其充分溶解。
全文摘要
本發明涉及一種環保型油基鉆井液增粘劑及其制備方法。以重量份計，該環保型油基鉆井液增粘劑的原料組成包括水10-50份、非離子單體3.0-7.5份、陰離子單體6.0-18.0份、水溶性單體0.2-1.5份、氧化劑0.05-0.25份、基礎油2.0-10.0份、乳化劑1.25-4.25份、還原劑0.05-0.25份。該環保型油基鉆井液增粘劑的制備方法采用反相乳液聚合，通過非離子單體、陰離子單體與水溶性單體在油相溶液中反應，在氧化劑和還原劑的引發下進行聚合，再將聚合物乳液經提純和干燥，得到該環保型油基鉆井液增粘劑。本發明的環保型油基鉆井液增粘劑，有利于降低油基鉆井液的配制成本和提高其環保性能。
文檔編號C09K8/32GK103146361SQ20131005658
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月22日 優先權日2013年2月22日
發明者鄧皓, 謝水祥, 王蓉沙, 岳勇, 許毓, 任雯, 劉鵬, 張明棟, 劉曉輝, 程澤生, 孫靜文, 劉娉婷 申請人:中國石油天然氣股份有限公司