钻井液用降黏剂磺化苯乙烯-马来酸酐聚合物的合成与评价

２０１１年１月　罗跃等．钻井液用降黏剂磺化苯乙烯一马来酸酐聚合物的合成与评价　ｌ３　钻井液用降黏剂磺化苯乙烯一马来酸酐　聚合物的合成与评价　罗　跃　，胡红亮　，王志龙　，金　娜　（１．长江大学化学与环境工程学院，荆州４３４０２３；２．长江大学化工学院，荆州４３４０２１３）　［摘要］　以甲苯和丙酮为溶剂，苯乙烯、马来酸酐为主要原料，合成了磺化苯乙烯一马来酸　酐聚合物（ＳＳＭＡ），平均相对分子质量为２　５００～４　０００。室内评价结果表明，ＳＳＭＡ具有良好的降　黏和抗温性能。ＳＳＭＡ加量为３０　Ｌ时，可使４％淡水基浆的表观黏度从７．５　ｍＰａ・ｓ降至　３．０　ｍＰａ・ｓ；ＳＳＭＡ加量为４０　Ｌ时，可使塔里木油田高密度（欠）饱和钻井液（ＣＸ体系钻井液）表　观黏度由１０８　ｍＰａ・ｓ降至７５　ｍＰａ・ｓ，使钾聚磺体系钻井液表观黏度由６３　ｍＰａ・Ｓ降至３４　ｍＰａ・Ｓｏ加　有ＳＳＭＡ的ＣＸ体系钻井液在１５０℃下热滚２４　ｈ后，钻井液流变性能基本保持不变。ＳＳＭＡ可用作　高温深井钻井液的降黏剂，具有良好的应用前景。　［关键词］　磺化苯乙烯一马来酸酐聚合物降黏剂表观黏度钻井液　塔里木油田使用的高密度（欠）饱和钻井液　（简称ＣＸ体系钻井液），固相含量高，钻井液的黏　ＢＳ１２４Ｓ型电子天平，德国赛多利斯；ＷＳＮ一１　乌式黏度测定器，宁波天恒仪器厂；ＪＪ一１型增力　电动搅拌器，江苏金坛市城西晓阳电子仪器厂；　ＧＪＳ—Ｂ１２Ｋ型变频高速搅拌器，青岛海通达专用　度大。而改善钻井液的流变性，提高钻井速度，必　须选用性能稳定的降黏剂。随着钻井深度的增　加，地层温度越来越高，所用处理剂应具有优良的　抗温性，以保证钻井液性能稳定，钻井顺利进　行　¨。　仪器厂；ＺＮＮ—Ｄ６Ｓ型六速旋转黏度计，青岛海通　达专用仪器厂；ＸＣＡ一８０００１型电热鼓风干燥箱，　天津市华北实验仪器有限公司；ＺＮＳ一５Ａ型ＡＰＩ　中压失水仪、ＺＮＮＧＧＳ４２—２Ａ型高温高压失水　本文作者合成了相对分子质量适中、水溶性　优良的磺化苯乙烯一马来酸酐共聚物（简称　ＳＳＭＡ）降黏剂，并对该降黏剂在钻井液应用中的　性能进行了系统评价。　１实验部分　１．１主要原料和仪器　仪，青岛海通达专用仪器厂；ＸＧＲＬ一４型高温滚　子加热炉，青岛海通达专用仪器厂；反应釜。　１．２　ＳＳＭＡ的合成反应式　以过氧化苯甲酰（ＢＰＯ）作引发剂，苯乙烯和　苯乙烯、丙酮、马来酸酐、甲苯、二氯乙烷、三　氧化硫、氢氧化钠，均为分析纯。　ＨＣ－￣－－ＣＨ—。马来酸酐在甲苯和丙酮混合溶剂中进行聚合反　应。磺化反应一般在卤代烃中进行，采用ｓＯ　磺　化，也可采用氯磺酸磺化　】。反应式如下：　ＨＣ＝ＣＨ　　＝。　一１．３　ＳＳＭＡ的合成方法　３－４　以甲苯和丙酮的混合物为溶剂，在反应釜中　溶剂，得到苯乙烯一马来酸酐聚合物。将上述共　聚物分散在二氯乙烷中，升温至２０～３０℃，在Ｎ　收稿日期：２０ｔ０—１０—１２。　作者简介：罗跃，教授，从事油田化学及精细化工的教学及　研究。　将苯乙烯、马来酸酐和过氧化苯甲酰（摩尔比　１：１．１５：１）在室温下搅拌均匀。将反应混合物升　温至１００　ｏＣ，反应４　ｈ后冷却至室温，过滤分离出　精１４　细石油化工进展ＡＤＶＡＮＣＥＳＩＮ　ＦＩＩ　ＮＥ　ＰＥＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬＳ　第ｌ２卷第１期　’　一　’　保护下缓慢滴入三氧化硫，反应１～２　ｈ后用氢氧　化钠溶液将反应物中和至ｐＨ值为７，分离出有机　相，将水相放人６Ｏ℃的真空干燥箱中干燥８　ｈ，经　切片，烘干，粉碎，得到黄褐色粉末状磺化苯乙　烯一马来酸酐聚合物。　２　ＳＳＭＡ降黏剂的性能评价　２。１　ＳＳＭＡ加量对４％的淡水基浆性能的影响　４％淡水基浆的配制：在８０℃的水中分别加　入（以水质量计）Ｏ．２％的无水碳酸钠、４％的钻井　液用膨润土，用氢氧化钠调整ｐＨ值在９．５—１０．５　之间，充分搅拌，并养护２４　ｈ以上。　实验考察了ＳＳＭＡ加量对淡水基浆性能的影　响，结果见表１。　表１　ＳＳＭＡ对４％淡水基浆性能的影响　注：ＡＶ为表观黏度，ＰＶ为塑性黏度，，Ｐ为动切力，（　（１０　ｓ）／　Ｇ　（１０　ｒａｉｎ）为初切力与终切力之比，儿为滤失量，下表同。　￥ＡＰＩ失水仪测定３０　ｍｉｎ。　从表１可知，随着ＳＳＭＡ加量由０增加到　３Ｏ　ｇ／Ｌ，淡水基浆的表观黏度从７．５　ｍＰａ・ｓ降到　３．０　ｍＰａ・ｓ，塑性黏度、动切力也相应降低。但　ＳＳＭＡ￣Ｉ］量对淡水基浆的降滤失特性的影响并不　明显。　２．２　ＳＳＭＡ加量对ＣＸ体系钻井液性能的影响　实验考察了ＳＳＭＡ加量对塔里木油田ＣＸ体　系钻井液性能的影响。ＣＸ体系钻井液为（欠）饱　和盐水体系，密度为２．４Ｏ　ｇ／ｃｍ　。现场取样井段　５　７６２～７　０４２　Ｉｎ，井深６　６９９．２　ｍ，井层位Ｅｌ一２　ｋｍ。实验结果见表２。　表２　ＳＳＭＡ加量对ＣＸ体系钻井液性能的影响　％高温高压失水仪１５０℃下测定３０　ａｒｉｎ，下表同。　由表２可知，ＳＳＭＡ在ＣＸ体系钻井液中具有　良好的降黏作用。ＳＳＭＡ加量越大，降黏效果越　明显；ＳＳＭＡ加量为４０　ｇ／Ｌ时，表观黏度、塑性黏度　下降率可达３０％以上。这是由于ＳＳＭＡ通过氢键　吸附在黏土颗粒表面，提高了黏土颗粒表面的负　电性并增加了水化层的厚度，将黏土颗粒形成的　结构分散，起到降低黏度和切力的作用。ＣＸ体系　钻井液属于（欠）饱和盐水体系，含盐量为２０％，　由此可知ＳＳＭＡ抗盐性能优良。同时ＳＳＭＡ是一　种高分子聚合物，在钻井液体系中能形成一种连　续的空间网状结构，因此具有一定的降滤失作　用㈣。　２．３　ＳＳＭＡ加量对钾聚磺体系钻井液性能的影响　实验考察了ＳＳＭＡ加量对塔里木油田大北６　井用钾聚磺体系钻井液性能的影响，钻井液密度　１．７１　ｇ／ｃｍ　。实验结果见表３。　表３　ＳＳＭＡ加量对钾聚磺体系钻井液　性能的影响　由表３可知，ＳＳＭＡ降黏剂对氯化钾一聚磺　体系钻井液降黏效果明显，在ＳＳＭＡ加量为４０％　时，降黏率超过４６％。现场使用钻井液流变性能　稳定，钻井顺利。　２．４　ＳＳＭＡ的抗温性能　将ＳＳＭＡ降黏剂加量不同的ＣＸ体系钻井液　分别在１５０℃条件下热滚２４　ｈ，然后测其流变性，　测定结果见表４。　由表４可知，加有ＳＳＭＡ的钻井液在１５０℃　条件下热滚２４　ｈ后，表观黏度、塑性黏度、动切力　变化很小，流变性能基本没有变化。说明ＳＳＭＡ　在钻井液中有较好的抗温性能。这可能是由于　ＳＳＭＡ聚合物中含有亲水性强的一ＳＯ　基团，抗　失水性能好，而且结构中含有很多稳定性强的　Ｃ—Ｓ，Ｃ—Ｃ和Ｃ—Ｎ键　。　２０１１年１月　罗跃等．钻井液用降黏剂磺化苯乙烯一马来酸酐聚合物的合成与评价　１５　３结论　参考文献　（１）以甲苯和丙酮为溶剂，苯乙烯、马来酸酐　赵福麟．油田化学［Ｍ］．山东：石油大学出版社，２００Ｏ．５０—５６．　为原料合成的ＳＳＭＡ聚合物降黏剂具有良好的降　宋昭峥，张贵才，葛际江．丙烯酸烷基酯一马来酸酐一苯乙　黏作用和降滤失效果。ＳＳＭＡ加量为３Ｏ　ｇ／Ｌ时，可　烯共聚物降凝剂的研制［Ｊ］．油田化学，２０００，１７（２）：１２２—　１２５．　使４％淡水基浆的降黏率达５０％以上；ＳＳＭＡ加量　化学工业部科技情报研究所．世界精细化工手册续编【Ｍ］．　为４Ｏ　ｇ／Ｌ时，可使ＣＸ体系钻井液表观黏度和塑　１ｉ　１ｊ北京：煤炭工业出版社，１９８６．７２６．　　性黏度降低３０％以上，使钾聚磺体系钻井液表观　李来文，王波．钻井液稀释剂单宁酸钾的研究与应用［Ｊ］．　黏度下降４Ｏ％以上。　油田化学，１９９３，１０（３）：２４７—２４９，２５２．　（２）ＳＳＭＡ具有良好的抗温能力。加有ＳＳＭＡ　张高波，王善举，史沛谦．我国钻井液用降黏剂的研究应用　现状［Ｊ］．油田化学，２０００，１７（１）：４９，　７８—８１．　的ＣＸ体系钻井液在１５０℃下热滚２４　ｈ后，钻井　曲书堂，戴春亭．磺化单宁降黏效果的评价【Ｊ］．钻井液与　液流变性能基本保持不变。　完井液，１９９２，９（６）：４１—４２，４６．　Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ａｎｄ　Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｕｌｆｏｎａｔｅｄ　Ｓｔｙｒｅｎｅ・－－Ｍａｌｅｉｃ　Ａｎｈｙｄｒｉｄｅ　Ｐｏｌｙｍｅｒ　ａｓ　Ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ　Ｒｅｄｕｃｅｒ　ｆｏｒ　Ｄｒｉｌｌｉｎｇ　Ｆｌｕｉｄ　Ｌｕｏ　Ｙｕｅ　Ｈｕ　Ｈｏｎｇｌｉａｎｇ　Ｗａｎｇ　Ｚｈｉｌｏｎｇ　Ｊｉｎｇ　Ｎａ　（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎｇｚｈｏｕ　４３４０２３；　２．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎｇｚｈｏｕ　４３４０２３）　［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｓｕｌｆｏｎａｔｅｄ　ｓｔｙｒｅｎｅ—ｍａｌｅｉｃ　ａｎｈｙｄｒｉｄｅ　ｐｏｌｙｍｅｒ（ＳＳＭＡ）ｗａｓ　ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ　ｕｓｉｎｇ：ｓｔｙｒｅｎｅ　ａｎｄ　ｍａ—　ｌｅｉｃ　ａｎｈｙｄｒｉｄｅ　ａｓ　ｍａｉｎ　ｒａｗ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ａｎｄ　ｔｏｌｕｅｎｅ　ａｎｄ　ａｃｅｔｏｎｅ　ａｓ　ｓｏｌｖｅｎｔｓ．Ｔｈｅ　ａｖｅｒａｇｅ　ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　ｗｅｉｇｈｔ　ｏｆ　ＳＳＭＡ　ｗａｓ　２５００－４０００．Ｔｈｅ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ＳＳＭＡ　ｈａｓ　ｇｏｏｄ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｉｎ　ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｈｅａｔ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ．Ｔｈｅ　ａｐｐａｒｅｎｔ　ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ　ｏｆ４％ｆｒｅｓｈ　ｗａｔｅｒ　ｃｌａｙ　ｍｕｄ　ｄｅｃｒｅａｓｅｓ　ｆｒｏｍ　７．５　ｍＰａ・Ｓ　ｔｏ　３　ｍＰａ・Ｓ　ｂｙ　ａｄｄｉｎｇ　３０　ｇ　ＳＳＭＡ／Ｌ．Ｔｈｅ　ａｐｐａｒｅｎｔ　ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ　ｏｆ　ＣＸ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｌｆｕｉｄ　ｗｉｈｔ　ｈｉｇｈ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ａｎｄ　ｕｎｄｅ￣ａｔｕｒａｔｉｏｎ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｌｆｕｉｄ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　Ｔａｌｉｍｕ　Ｏｉｌｉｆｅｌｄ　ｄｅｃｒｅａｓｅｓ　ｆｒｏｍ　１０８　ｍＰａ・Ｓ　ｔｏ　７５　ｍＰａ・Ｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｐｐａｒｅｎｔ　ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ　ｏｆ　ＫＣ１—－ｐｏｌｙ—　ｓｕｌｆｏｎａｔｅｄ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｌｆｕｉｄ　ｄｅｃｒｅａｓｅｓ　ｆｒｏｍ　６３　ｍＰａ・Ｓ　ｔｏ　ｌｅｓｓ　ｈｔａｎ　３４　ｍＰａ・Ｓ　ｂｙ　ａｄｄｉｎｇ４０　ｇ　ＳＳＭＡ／Ｌ．Ｔｈｅ　ｒｈｅｏｌｏｇ—　ｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｏｆ　ＣＸ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｆｌｕｉｄ　ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ　ＳＳＭＡ　ｉｓ　ｕｎｃｈａｎｇｅｄ　ａｆｔｅｒ　ａｇｅｉｎｇ　２４　ｈｏｕｒｓ　ａｔ　１５０　ｃｃ．ＳＳＭＡ　ｃａｎ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ａｓ　ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ　ｒｅｄｕｃｅｒ　ｆｏｒ　ｈｉ　ｈｇ—ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｄｅｅｐ—ｗｅｌｌ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｆｌｕｉｄ　ａｎｄ　ｈａｓ　ｇｏｏｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｏｓ—　ｐｅｅｔ．　［Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ］　ｓｕｌｆｏｎａｔｅｄ　ｓｔｙｒｅｎｅ—ｍａｌｅｉｃ　ａｎｈｙｄｒｉｄｅ；ｖｉｓｃｏｓｉｙｔ　ｅｒｄｕｃｅｒ；ａｐｐａｒｅｎｔ　ｖｉｓｃｏｓｉｙｔ；ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｌｆｕｉｄ