磺化苯乙烯衣康酸共聚物超高温钻井液降粘剂的研制

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1、学兔兔www.xuetutu.com石油天然气学报(江汉石油学院学报)20(]9年l0月第3l卷第5期JournaIof0iIandGasTechn0Iogy(J．JP1)0ct．20O9Vo1．31N0．5磺化苯乙烯一衣康酸共聚物超高温钻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163318)张娟娟(北京化工大学化学工程学院，北京100029)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

2、物的合成方法。以DMF(N，N一二甲基甲酰胺)为溶剂，苯乙烯、衣康酸摩尔比1．O：1．2，引发剂BP0(过氧化苯甲酰)用量O．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2O发烟硫酸在5O℃进行磺化反应2h，生成降粘剂。常温下加入O．3sSHIA(磺化苯乙烯一衣康酸共聚物)使淡水钻井液的表观粘度由1O7mPa·s降至48mPa·s以下；加入O．3SSHIA使淡水钻井液在26O℃老化l6h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；

3、水溶性聚合物；降粘剂；钻井液处理荆；水基钻井液[中图分类号]TE254．4[文献标识码]A[文章编号]lO00—9752(20O9)O5一Olo5一O4钻井液降粘剂在石油钻井工程中被广泛应用。随着勘探领域向深部地层延伸，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．Og／cm。、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uj。深部地层井底温度高

4、，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℃／1O0m，井深为4O00～6O0Om，井底温度在18O～24O℃之间；新疆油田计划在克拉玛依莫索湾背斜上钻莫深l井，该井设计井深为7380m，预计井底温度超过2OO℃；胜利油田钻探8OOO多米的超深井，井底温度预计超过22O℃。中国现在使用的钻井液体系抗温性能一般低于2O0℃，在2OO℃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勘探、开发的技术瓶颈。因此，研制抗2O

5、0℃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J。l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一二甲基甲酰胺、1，2一二氯乙烷、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；zNND6型六速旋转粘度仪；ZK一824型电热真空干燥[收稿日期]2oo9—06—16[基金项目]黑龙江省教育厅科学技术研究项目(11513oo8)。[作者简介]赵晓非(1966一)，男，1989年大学毕业，博士。教授，现主要从事

6、油田化学剂的开发及应用工作。学兔兔www.xuetutu.com石油天然气学报(江汉石油学院学报)20o9年lO月箱；SXJQ—l型数显直流无级调速搅拌器；Ro1ler0ven702—4O型滚子加热炉等。1．2合成原理衣康酸分子内部含有两个活泼的羧基和一个双键，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。合成原理见如下反应式：似roc一’一一銎七(2)十燕2试验结果与分析2．1苯乙烯一衣康酸

7、共聚物红外光谱如图l所示，在1779cm和17O8cm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176Ocm大和小的峰。1494cH和143cm应为苯环骨架的C：C伸缩共振的峰。学兔兔www.xuetutu.com第31卷第5期赵晓非等：磺化苯乙烯一衣康酸共聚物超高温钻井液降粘剂的研制·1O7·因此可以确定此聚合物应为苯乙烯和衣康酸的共聚合物。述姗图1苯乙烯一衣康酸共聚物红外光谱图2．2影响苯乙烯一衣康酸共聚反应的因素2．2．1反应时间与反应温度根据自由基反应原理，引发剂BPO在苯中的反应半衰期6O℃时为96h，7O℃时为l0

8、．3h，8O℃时为7．7h，1OO℃时为O．57h，所以预选反应温度为85℃，反应时间为4h。