一種水基鉆井液用聚丙烯酰胺類(lèi)包被劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種水基鉆井液用聚丙烯酰胺類(lèi)包被劑及其制備方法，尤其涉及低分 子量陽(yáng)離子聚丙烯酰胺類(lèi)包被劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 包被劑是聚合物鉆井液中的一種重要組分，聚合物包被劑的加入可以防止粘土分 散，其分子能夠很快粘附到鉆屑及粘土表面，起到包被絮凝的作用，并且還能夠在井壁上形 成內(nèi)外泥餅，起到減小壓差傳遞和濾液滲透的作用。包被劑通過(guò)有效地抑制鉆屑、井壁的水 化分散，起到維持井壁穩(wěn)定、清除無(wú)用固相、維持低固相的目的。
[0003] 目前，常用油田鉆井液體系使用的聚丙烯酰胺包被劑分子量較高，如河南油田應(yīng) 用高分子強(qiáng)力包被劑乳液聚丙烯酰胺鉀鹽TL-A02,分子量為600-1400萬(wàn)(王學(xué)良等，鉆井 液與完井液，2006，32(1) : 80-83)。此類(lèi)包被劑具有包被鉆屑，防止鉆屑水化分散的能力， 但高分子量的包被劑在使用時(shí)造成體系粘度升高(范玉福，中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院學(xué)報(bào)， 2008，22(1) :4-5)，并容易出現(xiàn)過(guò)度現(xiàn)絮凝的現(xiàn)象，造成泥漿濾失量增大，泥漿穩(wěn)定性不 足；且由于分子量大，顆?；蚍勰畎粍┤芙鈺r(shí)容易相互結(jié)成難以溶解的團(tuán)塊，完全溶解 耗時(shí)長(zhǎng)，速度慢，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度。同時(shí)，頁(yè)巖、鉆屑以及粘土表面存在大量硅羥基，一般 聚丙烯酰胺類(lèi)包被劑分子結(jié)構(gòu)中缺少能與之產(chǎn)生相互作用的基團(tuán)，包被抑制效果有待進(jìn)一 步加強(qiáng)。
[0004] 因此，為穩(wěn)定鉆井液體系，增強(qiáng)包被抑制效果，便于施工，需要一種分子量低、溶解 迅速、性能優(yōu)異的包被劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的之一在于提供了一種水基鉆井液用聚丙烯酰胺類(lèi)包被劑。
[0006] 本發(fā)明的目的之二在于提供了這種低分子量陽(yáng)離子聚丙烯酰胺類(lèi)包被劑的制備 方法。
[0007] 本發(fā)明所述的水基鉆井液用低分子量陽(yáng)離子聚丙烯酰胺類(lèi)包被劑，由以下三種單 體共聚而成： 所述第一單體選自丙烯酰胺、丙烯酸鈉中的一種； 所述第二單體選自二甲基二烯丙基氯化銨、二乙基二烯丙基氯化銨、丙烯酰氧乙基二 甲基芐基氯化銨、甲基丙烯酰氧乙基二甲基芐基氯化銨、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨 中的一種； 第三單體具有如下分子結(jié)構(gòu)：
其中，q為1-5。
[0008] 本發(fā)明所述的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺類(lèi)包被劑的粘均分子量為20萬(wàn)-200萬(wàn)。
[0009] 本發(fā)明所述的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺類(lèi)包被劑的制備方法包括以下步驟： (1) 將所述第一單體、所述第二單體和所述第三單體配制成水溶液，使得所述第一單 體、所述第二單體和所述第三單體的總質(zhì)量占水溶液總質(zhì)量的1〇%_45% ; (2) 在0-5°C下，持續(xù)向水溶液中通入惰性氣體氮?dú)庖猿パ鯕?，保?0分鐘-60分 鐘； (3) 在氮?dú)夥諊?0°C -35°C，引發(fā)劑的存在下，使所述水溶液進(jìn)行溶液聚合1-6小時(shí)， 出料，置于真空干燥箱中60°C干燥24小時(shí)，粉碎后得到低分子量陽(yáng)離子基丙烯酰胺類(lèi)包被 劑； 其中按重量份數(shù)計(jì)，所述第一單體：60-85 ;所述第二單體：1-35 ;所述第三單體： 0. 5_5〇
[0010] 其中所述引發(fā)劑質(zhì)量占單體總質(zhì)量的0. 005%-0. 2%。
[0011] 其中所述引發(fā)劑為氧化-還原體系引發(fā)劑，為過(guò)硫酸鈉-亞硫酸氫鈉、過(guò)硫酸 銨-季戊四醇、異丙苯過(guò)氧化氫-氯化亞鐵中的至少一對(duì)。
[0012] 使用本發(fā)明的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺類(lèi)包被劑時(shí)，可以將其與如頁(yè)巖抑制劑、降濾失 劑等其它組分復(fù)配成水基鉆井液來(lái)進(jìn)行使用，其中包被劑的用量占水基鉆井液總重量的 0· 5%-1· 5%〇
[0013] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，反應(yīng)采用水溶液聚合，反應(yīng)條件溫和，操作簡(jiǎn)便，易實(shí)現(xiàn)工業(yè) 化，具有極高的市場(chǎng)化前景。本發(fā)明的目標(biāo)物分子量低，溶解速度快，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用方便，在分子 結(jié)構(gòu)引入硅羥基，使其能夠與頁(yè)巖、鉆屑以及粘土表面形成更強(qiáng)的相互作用，包被抑制性能 更優(yōu)。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，其目的僅在于更好的理解本發(fā)明而非 限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0015] 實(shí)施例1 在反應(yīng)器中加入第一單體丙烯酰胺60. 00g，第二單體丙烯酰氧乙基二甲基芐基氯化銨 35. 00g，第三單體5. 00g (q=l)，過(guò)硫酸鈉0. 005g以及蒸餾水900. 00g，機(jī)械攪拌使其溶解 完全；將0. 005g亞硫酸氫鈉溶于100. 00g蒸餾水，置于恒壓滴液漏斗中；在0°C下，向水溶 液中通入惰性氣體氮?dú)猓３?0分鐘；隨后開(kāi)始滴加亞硫酸氫鈉水溶液，在15-25分鐘內(nèi)滴 加完畢；保持氮?dú)夥諊?，在l〇°C下，攪拌反應(yīng)6小時(shí)后，出料，置于真空干燥箱中60°C干燥 24小時(shí)，粉碎后得到低分子量陽(yáng)離子基丙烯酰胺類(lèi)包被劑。
[0016] 按 GB17514-1998 測(cè)定其分子量為 188. 5X 104g/mol。
[0017] 實(shí)施例2 在反應(yīng)器中加入第一單體丙烯酸鈉382. 50g，第二單體甲基丙烯酰氧乙基二甲基芐基 氯化銨45. 00g，第三單體22. 50g (q=5)，過(guò)硫酸銨0. 90g以及蒸餾水900. 00g，機(jī)械攪拌使 其溶解完全；將〇. 90g季戊四醇溶于100. 00g蒸餾水，置于恒壓滴液漏斗中；在5°C下，向水 溶液中通入惰性氣體氮?dú)?，保?0分鐘；隨后開(kāi)始滴加季戊四醇水溶液，在15-25分鐘內(nèi)滴 加完畢；保持氮?dú)夥諊?，?5°C下，攪拌反應(yīng)1小時(shí)后，出料，置于真空干燥箱中60°C干燥 24小時(shí)，粉碎后得到低分子量陽(yáng)離子基丙烯酰胺類(lèi)包被劑。
[0018] 按 GB17514-1998 測(cè)定其分子量為 20. 9X 104 g/mol。
[0019] 實(shí)施例3 在反應(yīng)器中加入第一單體丙烯酰胺240. 00g，第二單體二甲基二烯丙基氯化銨 58. 50g，第三單體1. 50g (q=3)，異丙苯過(guò)氧化氫3. 00g以及蒸饋水900. 00g，機(jī)械攪拌使其 溶解完全；將3. 00g氯化亞鐵溶于100. 00g蒸餾水，置于恒壓滴液漏斗中；在2°C下，向水溶 液中通入惰性氣體氮?dú)?，保?0分鐘；隨后開(kāi)始滴加氯化亞鐵水溶液，在15-25分鐘內(nèi)滴加 完畢；保持氮?dú)夥諊?0°C下，攪拌反應(yīng)4小時(shí)后，出料，置于真空干燥箱中60°C干燥24 小時(shí)，粉碎后得到低分子量陽(yáng)離子基丙烯酰胺類(lèi)包被劑。
[0020] 按 GB17514-1998 測(cè)定其分子量為 93. 4X 104 g/mol。
[0021] 實(shí)施例4 在反應(yīng)器中加入第一單體丙烯酸鈉105. 00g，第二單體甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化 銨40. 50g，第三單體4. 50g(q=4)，過(guò)硫酸鈉0. 0225g以及蒸餾水900. 00g，機(jī)械攪拌使其溶 解完全；將〇. 〇225g亞硫酸氫鈉溶于100. 00g蒸餾水，置于恒壓滴液漏斗中；在4°C下，向水 溶液中通入惰性氣體氮?dú)?，保?0分鐘；隨后開(kāi)始滴加亞硫酸氫鈉水溶液，在15-25分鐘內(nèi) 滴加完畢；保持氮?dú)夥諊?，?0°C下，攪拌反應(yīng)2小時(shí)后，出料，置于真空干燥箱中60°C干燥 24小時(shí)，粉碎后得到低分子量陽(yáng)離子基丙烯酰胺類(lèi)包被劑。
[0022] 按 GB17514-1998 測(cè)定其分子量為 152. 8X 104 g/mol。
[0023] 對(duì)合成的低分子量陽(yáng)離子聚丙烯酰胺類(lèi)包被劑，進(jìn)行室內(nèi)評(píng)價(jià)；其包被抑制性能 由巖屑滾動(dòng)回收率(表1)和頁(yè)巖膨脹率(表2)表征。
[0024] 將實(shí)施例1-4配成0. 75%水溶液，按照SY-T5613-2000方法測(cè)定頁(yè)巖滾動(dòng)回收率 以及頁(yè)巖膨脹率。
[0025] 表1巖屑滾動(dòng)回收率
表2頁(yè)巖膨脹率
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種水基鉆井液用低分子量陽(yáng)離子聚丙帰醜胺類(lèi)包被劑，其特征在于由W下H種單 體共聚而成； 其中，所述第一單體選自丙帰醜胺、丙帰酸鋼中的一種； 所述第二單體選自二甲基二帰丙基氯化倭、二己基二帰丙基氯化倭、丙帰醜氧己基二 甲基予基氯化倭、甲基丙帰醜氧己基二甲基予基氯化倭、甲基丙帰醜氧己基H甲基氯化倭 中的一種； 所述第H單體具有如下分子結(jié)構(gòu)： 其中，q為1-5。2. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述一種水基鉆井液用低分子量陽(yáng)離子聚丙帰醜胺類(lèi)包被劑，其 特征是其粘均分子量為20萬(wàn)-200萬(wàn)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水基鉆井液用低分子量陽(yáng)離子聚丙帰醜胺類(lèi)包被劑，其 特征是制備方法包括下述步驟： (1) 將第一單體、第二單體和第H單體配制成水溶液，使得所述第一單體、所述第二單 體和所述第H單體的總質(zhì)量占水溶液總質(zhì)量的10%-45% ; (2) 在0-5°C下，持續(xù)向水溶液中通入惰性氣體氮?dú)釽除去氧氣，保持30分鐘-60分 鐘； (3) 在氮?dú)夥諊?(TC -35C，引發(fā)劑的存在下，使所述水溶液進(jìn)行溶液聚合1-6小時(shí)， 出料，置于真空干燥箱中6(TC干燥24小時(shí)，粉碎后得到低分子量陽(yáng)離子聚丙帰醜胺類(lèi)包被 劑。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述一種低分子量陽(yáng)離子聚丙帰醜胺類(lèi)包被劑制備方法，其特征是 按重量份數(shù)計(jì)，所述第一單體：60-85 ;第二單體：10-35 ;第H單體為；0. 5-5。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低分子量陽(yáng)離子聚丙帰醜胺類(lèi)包被劑制備方法，其特征 是所述引發(fā)劑質(zhì)量占單體總質(zhì)量的0. 005%-0. 2%。6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低分子量陽(yáng)離子聚丙帰醜胺類(lèi)包被劑制備方法，其特征 是所述引發(fā)劑為氧化-還原引發(fā)體系，為過(guò)硫酸鋼-亞硫酸氨鋼、過(guò)硫酸倭-季戊四醇、異 丙苯過(guò)氧化氨-氯化亞鐵中的至少一對(duì)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于陽(yáng)離子聚合物包被劑范圍，具體涉及一種水基鉆井液用低分子量陽(yáng)離子聚丙烯酰胺包被劑及其制備方法。該包被劑由三種單體共聚而成，第一單體選自丙烯酰胺、丙烯酸鈉中的一種；第二單體選自陽(yáng)離子單體二甲基二烯丙基氯化銨、二乙基二烯丙基氯化銨、丙烯酰氧乙基二甲基芐基氯化銨、甲基丙烯酰氧乙基二甲基芐基氯化銨、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨中的一種；第三單體具有如下結(jié)構(gòu)：q為1-5，該單體分子結(jié)構(gòu)中含硅羥基，能夠和鉆屑等發(fā)生更強(qiáng)相互作用，增強(qiáng)其包被抑制性。本發(fā)明采用水溶液聚合，工藝簡(jiǎn)單，便于操作。本發(fā)明的包被劑用于水基鉆井液，易溶解，便于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，包被抑制效果良好，能夠提高鉆井液體系的性能。
【IPC分類(lèi)】C08F220/56, C08F220/06, C08F220/34, C08F230/08, C09K8/035, C08F226/02
【公開(kāi)號(hào)】CN105505339
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410488756
【發(fā)明人】龐雨微, 袁俊秀, 朱魁
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油化工股份有限公司, 南化集團(tuán)研究院
【公開(kāi)日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2014年9月23日