一种无黏土相钻井液用聚合物抑制剂及其制备方法

摘要

本发明公开了一种无黏土相钻井液用聚合物抑制剂及其制备方法，属石油钻井油田化学高分子聚合物制备方法技术领域。该聚合物抑制剂由有机酰胺类单体A、抑制酰胺基水解单体B、阳离子单体C按（56～76）：（10～25）：（14～19）的质量百分比，在引发剂和pH值调节剂的作用下共聚而成。其特性黏数为2.0～3.0dl/g。所得产品使用清水回收率为3.6%的页岩进行页岩回收实验，本发明0.5%水溶液200℃/16h后一次页岩回收率高于90%、相对页岩回收率高于98%，对比例2.0%抗高温聚胺抑制剂溶液200℃/16h后一次页岩回收率仅为64.2%。在高温条件下表现出良好的抑制防塌能力，用于弱凝胶无黏土相钻井液能够有效抑制泥页岩的水化膨胀，保证特殊工艺井安全快速钻井，进一步提高井壁稳定能力。

说明书

技术领域：

本发明涉及一种无黏土相钻井液用聚合物抑制剂及其制备方法，属石油钻井油田化学 高分子聚合物制备方法技术领域。

技术背景：

随着石油勘探开发向深部发展，深井和特殊工艺井越来越多，对钻井液技术提出了更 高的要求，无黏土相钻井液以良好的抑制性、较好的剪切稀释性和较强的储层保护能力越 来越受到人们的重视，是小井眼井、水平井等特殊工艺井安全快速钻井、储层保护的有效 技术措施。目前无黏土相钻井液多选用有机盐（甲酸钠、甲酸钾）、无机盐（氯化钾）以 及聚合醇、聚胺等作为抑制剂。专利CN102888213A公布了一种无黏土相钻井液，其抑制 剂为聚合醇和聚胺，依靠聚合醇的浊度特性和聚胺抑制剂分子中的胺基官能团发挥抑制性 能。专利CN102127402A中公布了抗高温、无黏土相低渗储层钻井液，抑制剂选择甲酸钠 和KCl，其抑制作用是通过阳离子压缩黏土颗粒表面双电层的化学作用来实现，提高用量 可提高钻井液的抑制作用，但用量过高影响钻井液流变性和造壁性。此外，还有聚合物类 抑制剂用量相对较少，主要为常规水基钻井液用具阳离子类聚合物防塌剂等，抗温能力最 高达150℃。因此，针对无黏土相钻井液研制一种抗高温高阳离子度聚合物抑制剂，满足 强水敏、高温复杂地层井壁稳定需求。

发明内容：

本发明的目的在于解决现有无黏土相钻井液用抑制剂抑制防塌能力、抗温能力不足等 问题而提供了一种抗温200℃的无黏土相钻井液用聚合物抑制剂，同时提供了此钻井液用 聚合物抑制剂的制备方法。

本发明采取如下技术方案：

一种无黏土相钻井液用聚合物抑制剂，由有机酰胺类单体、抑制酰胺基水解单体、阳 离子单体、在pH调节剂及引发剂的作用下共聚而成。其特性黏数为2.0～3.0dl/g。其结构 通式为：

式中：R₁=H、CH₃或CH₂CH₃；R₂=CH₃或CH₂CH₃；R=CONHC（CH₃）₂CH₂SO₃H 或C₄H₆NO；k：m：n=（1～1.2）：（0.14～0.28）：（0.07～0.14）

该无黏土相钻井液用聚合物抑制剂的制备方法，包括以下步骤：

将有机酰胺类单体A、抑制酰胺基水解单体B、阳离子单体C按照（56～76）：（10～25）： （14～19）的质量百分比，调节pH值至9.0～11.0，在不断搅拌下慢慢加入引发剂，引发温 度在20℃～60℃，反应时间0.5h～2h，得凝胶状聚合物，产物经剪切、造粒，于60℃～80℃ 下烘干、粉碎，得本发明产品。

上述有机酰胺类单体A为丙烯酰胺，N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺中的 一种或两种。

上述抑制酰胺基水解单体B为N-乙烯基-2-吡咯烷酮、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸中 的一种。

上述阳离子单体C为二甲基二烯丙基氯化铵或二乙基二烯丙基氯化铵中的一种。

所述引发剂是氧化-还原引发剂，氧化剂是过硫酸钾或过硫酸铵的一种，还原剂是亚硫 酸氢钠。

本发明的有益效果是：分子结构中含有强吸附基团及刚性单体等，与现有抑制剂相比， 抗温能力提高，抑制防塌性能强，且具有较强的吸附性能；能够有效抑制泥页岩的水化膨 胀，提高抑制防塌能力，满足小井眼井、水平井等特殊工艺井安全快速钻井的需要。

具体实施方式：

一种无黏土相钻井液用聚合物抑制剂，抑制酰胺基水解单体为N-乙烯基-2-吡咯烷酮 时，形成的钻井液用聚合物抑制剂结构式为：

抑制酰胺基水解单体为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸时，形成的钻井液用聚合物抑制剂 结构式为：

式（1）式、（2）中：R₁=H、CH₃或CH₂CH₃；R₂=CH₃或CH₂CH₃；k：m：n=（1～1.2）： （0.14～0.28）：（0.07～0.14）。

制备例1

100g水中加入36g丙烯酰胺、20g N,N-二甲基丙烯酰胺、25gN-乙烯基-2-吡咯烷酮、 19g二甲基二烯丙基氯化铵充分溶解后调节pH值至9，分别加入0.2g过硫酸铵和0.2g亚 硫酸氢钠，在30℃下反应时间0.5h～1h，得到凝胶状聚合物，产物经剪切、造粒，于60℃ 下烘干、粉碎，得无黏土相钻井液用聚合物抑制剂。

制备例2

100g水中加入60g丙烯酰胺、16g N,N-二甲基丙烯酰胺、14g2-丙烯酰胺基-2-甲基丙 磺酸、10g二甲基二烯丙基氯化铵充分溶解后调节pH值至10，分别加入0.15g过硫酸铵和 0.15g亚硫酸氢钠，在30℃下反应时间0.5h～1h，得到凝胶状聚合物，产物经剪切、造粒， 于60℃下烘干、粉碎，得无黏土相钻井液用聚合物抑制剂。

制备例3

120g水中加入61g丙烯酰胺、5g N,N-二甲基丙烯酰胺、20g2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺 酸、14g二甲基二烯丙基氯化铵充分溶解后调节pH值至11，分别加入0.1g过硫酸铵和0.1g 亚硫酸氢钠，在30℃下反应时间0.5h～1h，得凝胶状聚合物，产物经剪切、造粒，于60℃ 下烘干、粉碎，得无黏土相钻井液用聚合物抑制剂。

制备例4

100g水中加入65g丙烯酰胺、8g N,N-二乙基丙烯酰胺、10g N-乙烯基-2-吡咯烷酮、 17g二甲基二烯丙基氯化铵充分溶解后调节pH值至10，分别加入0.2g过硫酸铵和0.2g亚 硫酸氢钠，在30℃下反应时间0.5h～1h，得凝胶状聚合物，产物经剪切、造粒，于60℃下 烘干、粉碎，得无黏土相钻井液用聚合物抑制剂。

对比例

钻井液用抗高温聚胺抑制剂的制备方法，其步骤：1）室温下将80～120份（重量份） 低分子量的聚合醇、20～10份胺化试剂和12～20份金属催化剂置于反应釜中，通氢气加压 到2.4～2.6MPa；2）在40～60min内升温至220～240℃，保持3～4h反应时间；3）冷却泄压， 过滤除掉金属催化剂，蒸馏脱水；4）将脱水后的产物在1～10℃条件下与高温保护剂和酸 性调节剂混合反应均匀，得到钻井液用抗高温聚胺盐抑制剂。

其他实施例按照表1给出的组分进行配制：

表1 具体实施例组分列表（单位以质量百分比计）

表2 实施例的性能指标

实施例 一次页岩回收率，% 相对页岩回收率，% 1 92.0 100.0 2 90.5 99.0 3 93.0 98.5 4 95.0 99.5 5 91.8 99.8 6 92.5 98.0 7 93.0 99.2 8 92.2 100.0 9 90.0 100.0 对比例 64.2 --

由表2可知，所得产品抑制性能好，使用清水回收率为3.6%的页岩进行页岩回收实验， 本发明0.5%水溶液200℃/16h后一次页岩回收率高于90%、相对页岩回收率高于98%。

对比例为使用清水回收率为9.2%的页岩，2.0%抗高温聚胺盐抑制剂溶液200℃/16h后 一次页岩回收率为64.2%。

在高温条件下表现出良好的抑制防塌能力，用于弱凝胶无黏土相钻井液能够有效抑制 泥页岩的水化膨胀，保证特殊工艺井安全快速钻井，进一步提高井壁稳定能力。