專利名稱：一種耐溫抗鹽兩性聚合物降濾失劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種耐溫抗鹽水溶性聚合物降濾失劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
降濾失劑是用以保證鉆井液性能穩(wěn)定，減少有害液體侵入地層，以及保證井徑規(guī)則、穩(wěn)定井壁的重要鉆井液處理劑。隨著鉆遇地層日趨復(fù)雜，以及特殊井、超深井和復(fù)雜井 數(shù)量的增多，對鉆井液降濾失劑提出了更高的要求，以滿足耐鹽性(NaCl濃度大于10%， CaC12濃度大于5%)和耐溫性(溫度高于150°C)的新要求。糊化淀粉、羧甲基纖維素、褐 煤等都是最早使用的鉆井液降濾失劑。隨著研究的不斷深入以及鉆遇地層的日趨復(fù)雜性， 已有的天然及天然改性的降濾失劑已經(jīng)不能滿足鉆井條件的需要，從而促進(jìn)了人工合成聚 合物類降濾失劑的研究與發(fā)展。由于兩性離子聚合物中既含有具有吸附和水化雙重作用的陽離子基團(tuán)，又含有大 量的水化基團(tuán)，可以在粘土顆粒周圍形成致密的水化層，阻止和延緩水分子與粘土表面接 觸，起到防止粘土顆粒水化膨脹的作用；陽離子基團(tuán)和陰離子基團(tuán)在水中電離不受外加鹽 的影響，還有可能阻止酰胺基的水解，因此兩性離子聚合物還具有耐溫抗鹽的優(yōu)點(diǎn)，其研 究和開發(fā)應(yīng)用正逐步受到重視。楊小華采用MAOPS，AM和AA合成兩性離子磺酸鹽聚合物 CPS-2000，在各種鉆井液體系中均具有較強(qiáng)的降濾失、提黏切能力和抑制性作用，還具有較 強(qiáng)的耐溫和抗鹽、抗鈣能力。楊金榮以氧化還原體系為引發(fā)劑，采用水溶液聚合合成了兩 性離子四元共聚物聚丙烯酰胺-二甲基二烯丙基氯化銨-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸 鈉-甲基丙烯酸(PADAM)，具有較強(qiáng)的降失水能力和抑制性、較好的耐鹽性和耐溫性。鄭海 洪以丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、二甲基二烯丙基氯化銨(DMDAAC) 和順丁烯二酸酐(MA)為單體，采用水溶液聚合方法，以過硫酸銨/亞硫酸氫鈉為引發(fā)劑合 成了兩性離子聚合物降濾失劑PA-1，熱穩(wěn)定性好，降濾失能力和抗溫能力強(qiáng)。楊文以二甲 基二烯丙基氯化銨(DMDAAC)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、馬來酐(MA)、丙烯酰 胺(AM)為單體，氧化還原體系為引發(fā)劑，利用水溶液聚合法合成了兩性離子聚合物降濾失 劑PMADA。賀愛民采用水溶液聚合合成的AEDMAC/AM/AA兩性共聚物降濾失劑，具有良好的 降濾失、防塌、保護(hù)油氣層性能?？箿亍⒖果}性較好。中國專利2008100472416以丙烯酰胺 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸為單體，采用水溶液聚合合成了一種兩性離子聚合物降濾失 齊U，抗溫耐鹽性較強(qiáng)。目前合成兩性離子聚合物類降濾失劑的方法均采用水溶液聚合，水溶液聚合反應(yīng) 速度較慢，聚合轉(zhuǎn)化率較低，分子量較低，容易發(fā)生酰亞胺化反應(yīng)，生成凝膠，因此聚合反應(yīng) 穩(wěn)定性較差。與水溶液聚合相比，反相微乳液聚合具有聚合穩(wěn)定性好、聚合反應(yīng)速度快、聚 合轉(zhuǎn)化率高和分子量高的優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)物水溶性很好，有助于工業(yè)化應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于彌補(bǔ)現(xiàn)有水溶液聚合方式存在的不足之處，提供一種反相微乳液聚合耐溫抗鹽兩性離子聚合物降濾失劑的制備方法，該方法反應(yīng)條件溫和、聚合反應(yīng)速 度快、聚合轉(zhuǎn)化率高、聚合穩(wěn)定性好。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種耐溫抗鹽兩性聚合物降濾失劑的 制備方法，其特征在于它包括如下步驟(1)單體混合溶液的配制按丙烯酰胺、丙烯酸和苯乙烯磺酸鈉的質(zhì)量比為10 3 6 1 4，溶解于去離 子水中，得一單體混合溶液，單體混合溶液的質(zhì)量濃度為10% 30% ；(2)反相微乳液溶液的配制將連續(xù)相為C6-C10烷烴、非離子表面活性劑加入到反應(yīng)器中充分?jǐn)嚢枞榛?15-30min,得到穩(wěn)定乳化液，然后將步驟⑴的單體混合溶液緩慢滴加到乳化液中，充分?jǐn)?拌15-30min，即可得到透明或半透明的微乳液；C6-C10烷烴、非離子表面活性劑和單體混 合溶液的質(zhì)量比為10 1 2 1 3;(3)反相微乳液聚合將步驟(2)的微乳液緩慢升溫至60 80°C，然后將占總單體質(zhì)量0. 2. 0% 的引發(fā)劑加入到微乳液體系中，引發(fā)聚合反應(yīng)2 4小時(shí)，最后將反應(yīng)完全的微乳液用過量 乙醇沉淀，丙酮反復(fù)洗滌，在40-50°C真空干燥10-24h，粉碎即可得到耐溫抗鹽水溶性聚合 物降濾失劑。本發(fā)明中三種單體應(yīng)嚴(yán)格控制在一定的比例范圍，若比例不合適，體系難以形成 微乳液或者降低了聚合物的使用性能。本發(fā)明所使用的非離子表面活性劑為司班和吐溫兩個系列表面活性劑復(fù)合配制 而成，司班和吐溫質(zhì)量比為2 4 1 3，以調(diào)節(jié)體系的親油親水平衡值為7. 0 9. 0 ；司 班系列為司班60、司班80或司班85 ；吐溫系列為吐溫60、吐溫80或吐溫85。本發(fā)明所使用的引發(fā)劑為過硫酸銨；或者為過硫酸銨和亞硫酸氫鈉，過硫酸銨和 亞硫酸氫鈉的質(zhì)量比為2 3 1。本發(fā)明采用反相微乳液聚合方式，連續(xù)相為C6-C10烷烴，可選用環(huán)己烷、正己烷 或正庚烷。將上述兩性離子聚合物降濾失劑用于淡水、鹽水鉆井液中，均具有良好的降濾失 性能，當(dāng)其用量為0. (質(zhì)量)時(shí)，可使含10% NaCl鹽水鉆井液的濾失量從基漿的86mL 降至17 26mL，90°C滾動老化16h，濾失量僅為24 36mL，抗溫耐鹽性較強(qiáng)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果是(1)反應(yīng)速度快，轉(zhuǎn)化率高，產(chǎn)物分子量高，聚合穩(wěn)定性好；(2)微乳液粘度低，具有高度的穩(wěn)定性，0-30°C存放10個月以上；(3)制備方法簡便可行，反應(yīng)條件溫和，易于操作；(4)使用加量少，兩性離子聚合物降濾失劑用量為0. (質(zhì)量)時(shí)即可明顯降低 聚合物鉆井液的濾失量；(5)兩性離子聚合物降濾失劑中的季銨陽離子基團(tuán)、磺酸陰離子基團(tuán)和酰胺基非 離子基團(tuán)功能具有互補(bǔ)性和協(xié)同效應(yīng)，使其具有較好的耐溫抗鹽性和降濾失性能；具體實(shí)施例方式為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例 進(jìn)一步闡述本發(fā)明的內(nèi)容，但是本發(fā)明 的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。實(shí)施例1 在裝有溫度計(jì)、回流冷凝管、恒壓滴液漏斗的三口燒瓶中，加入300g環(huán)己烷，再加 入32. 14g司班80、12. 86g吐溫80溶解于環(huán)己烷中，在集熱磁力攪拌器下緩慢攪拌充分乳 化30min，形成穩(wěn)定乳化液。分別將IOg丙烯酰胺、5g丙烯酸和3g苯乙烯磺酸鈉加入到 60g去離子水溶液中，制成單體混合溶液。將單體混合溶液緩慢滴加到乳化液中，充分?jǐn)嚢?30min，緩慢升溫到60°C，然后加入0. 09g過硫酸銨和0. 036g亞硫酸氫鈉，引發(fā)聚合3h，最 后將反應(yīng)完全的微乳液用過量乙醇沉淀，丙酮反復(fù)洗滌，50°C真空干燥20h，粉碎即可得到 白色固體粉末。按以上實(shí)施例合成的兩性離子聚合物降濾失劑，聚合轉(zhuǎn)化率為93%。兩性離子聚 合物降濾失劑用量為0. (質(zhì)量)時(shí)，10%NaCl鹽水鉆井液的濾失量為17mL，90°C滾動 老化16h，濾失量為24mL。實(shí)施例2 在裝有溫度計(jì)、回流冷凝管、恒壓滴液漏斗的三口燒瓶中，加入300g正己烷，再加入 40g司班85、20g吐溫85溶解于正己烷中，在集熱磁力攪拌器下緩慢攪拌充分乳化30min，形 成穩(wěn)定乳化液。分別將IOg丙烯酰胺、6g丙烯酸和2g苯乙烯磺酸鈉加入到90g去離子水溶 液中，制成單體混合溶液。將單體混合溶液緩慢滴加到乳化液中，充分?jǐn)嚢?0min，緩慢升溫 到60°C，然后加入0. 18g過硫酸銨和0. 09g亞硫酸氫鈉，引發(fā)聚合3h，最后將反應(yīng)完全的微乳 液用過量乙醇沉淀，丙酮反復(fù)洗滌，50°C真空干燥20h，粉碎即可得到白色固體粉末。按以上實(shí)施例合成的兩性離子聚合物降濾失劑，聚合轉(zhuǎn)化率為95%。兩性離子聚 合物降濾失劑用量為0. (質(zhì)量)時(shí)，10%NaCl鹽水鉆井液的濾失量為19mL，90°C滾動 老化16h，濾失量為26mL。實(shí)施例3:在裝有溫度計(jì)、回流冷凝管、恒壓滴液漏斗的三口燒瓶中，加入300g正庚烷，再加 入22. 5g司班60、7. 5g吐溫60溶解于正庚烷中，在集熱磁力攪拌器下緩慢攪拌充分乳化 30min,形成穩(wěn)定乳化液。分別將4. 5g丙烯酰胺、1. Sg丙烯酸和0. 45g苯乙烯磺酸鈉加入到 45g去離子水溶液中，制成單體混合溶液。將單體混合溶液緩慢滴加到乳化液中，充分?jǐn)嚢?30min,緩慢升溫到60°C，然后加入0. 046g過硫酸銨和0. 023g亞硫酸氫鈉，引發(fā)聚合3h，最 后將反應(yīng)完全的微乳液用過量乙醇沉淀，丙酮反復(fù)洗滌，50°C真空干燥20h，粉碎即可得到 白色固體粉末。按以上實(shí)施例合成的兩性離子聚合物降濾失劑，聚合轉(zhuǎn)化率為91%。兩性離子聚 合物降濾失劑用量為0. (質(zhì)量)時(shí)，10%NaCl鹽水鉆井液的濾失量為21mL，90°C滾動 老化16h，濾失量為32mL。實(shí)施例4 在裝有溫度計(jì)、回流冷凝管、恒壓滴液漏斗的三口燒瓶中，加入300g環(huán)己烷，再 加入40g司班60、20g吐溫60溶解于環(huán)己烷中，在集熱磁力攪拌器下緩慢攪拌充分乳化 30min,形成穩(wěn)定乳化液。分別將15g丙烯酰胺、7. 5g丙烯酸和3g苯乙烯磺酸鈉加入到90g去離子水溶液中，制成單體混合溶液。將單體混合溶液緩慢滴加到乳化液中，充分?jǐn)嚢?30min,緩慢升溫到75°C，然后加入0. 25g過硫酸銨，引發(fā)聚合3h，最后將反應(yīng)完全的微乳液 用過量乙醇沉淀，丙酮反復(fù)洗滌，50°C真空干燥20h，粉碎即可得到白色固體粉末。
按以上實(shí)施例合成的兩性離子聚合物降濾失劑，聚合轉(zhuǎn)化率為93%。兩性離子聚 合物降濾失劑用量為0. (質(zhì)量)時(shí)，10%NaCl鹽水鉆井液的濾失量為24mL，90°C滾動 老化16h，濾失量為34mL。
權(quán)利要求
一種耐溫抗鹽兩性聚合物降濾失劑的制備方法，其特征在于有如下工藝步驟(1)單體混合溶液的配制按丙烯酰胺、丙烯酸和苯乙烯磺酸鈉的質(zhì)量比為10∶3～6∶1～4，溶解于去離子水中，得一單體混合溶液，單體混合溶液的質(zhì)量濃度為10％～30％；(2)反相微乳液溶液的配制將連續(xù)相為C6-C10烷烴、非離子表面活性劑加入到反應(yīng)器中充分?jǐn)嚢枞榛?0min，得到穩(wěn)定乳化液，然后將步驟(1)的單體混合溶液緩慢滴加到乳化液中，充分?jǐn)嚢?0min，即可得到透明或半透明的微乳液；C6-C10烷烴、非離子表面活性劑和單體混合溶液的質(zhì)量比為10∶1～2∶1～3；(3)反相微乳液聚合將步驟(2)的微乳液緩慢升溫至60～80℃，然后將占總單體質(zhì)量0.1％～2.0％的引發(fā)劑加入到微乳液體系中，引發(fā)聚合反應(yīng)2～4小時(shí)，最后將反應(yīng)完全的微乳液用過量乙醇沉淀，丙酮反復(fù)洗滌，在40-50℃真空干燥10-24h，粉碎即可得到耐溫抗鹽水溶性聚合物降濾失劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐溫抗鹽兩性聚合物降濾失劑的制備方法，其特征在 于所述的非離子表面活性劑為司班和吐溫系列，司班和吐溫質(zhì)量比為2 4 1 3，以 調(diào)節(jié)體系的親油親水平衡值為7. 0 9. 0 ；司班系列為司班60、司班80或司班85 ；吐溫系 列為吐溫60、吐溫80或吐溫85。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐溫抗鹽兩性聚合物降濾失劑的制備方法，其特征在 于所述的引發(fā)劑為過硫酸銨；或者為過硫酸銨和亞硫酸氫鈉，過硫酸銨和亞硫酸氫鈉的 質(zhì)量比為2 3 1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐溫抗鹽兩性聚合物降濾失劑的制備方法，其特征在 于所述的C6-C1(1烷烴為環(huán)己烷、正己烷或正庚烷。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鉆井液用耐溫抗鹽兩性聚合物降濾失劑的制備方法，該降濾失劑以C6-C10烷烴為連續(xù)相，司班和吐溫為復(fù)合非離子表面活性劑，其質(zhì)量比為2～4∶1～3，丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)和苯乙烯磺酸鈉(SSS)三種單體為原料，其質(zhì)量比為10∶3～6∶1～4，加入引發(fā)劑過硫酸銨或氧化還原引發(fā)劑過硫酸銨-亞硫酸氫鈉，采用反相微乳液聚合法共聚而成。本發(fā)明提供的降濾失劑具有較好的耐溫抗鹽性和降濾失性能，其制備方法簡便可行，方法條件溫和可控，聚合穩(wěn)定性好，反應(yīng)速度快，轉(zhuǎn)化率較高。
文檔編號C08F220/56GK101864030SQ201010222208
公開日2010年10月20日 申請日期2010年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月9日
發(fā)明者萬濤, 姚杰, 孫先長, 張睿 申請人:成都理工大學(xué)