一種水基鉆井液用聚丙烯酰胺類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包被劑及其制備方法，尤其涉及低分 子量陽離子聚丙烯酰胺類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 用高分子強力包被劑乳液聚丙烯酰胺鉀鹽TL-A02,分子量為600-1400萬(王學良等，鉆井 液與完井液，2006，32(1) : 80-83)。此類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造成體系粘度升高(范玉福，中國石油大學勝利學院學報， 2008，22(1) :4-5)，并容易出現(xiàn)過度現(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，顆粒或粉末狀包被劑溶解時容易相互結(jié)成難以溶解的團塊，完全溶解 耗時長，速度慢，嚴重影響施工進度。同時，頁巖、鉆屑以及粘土表面存在大量硅羥基，一般 聚丙烯酰胺類包被劑分子結(jié)構(gòu)中缺少能與之產(chǎn)生相互作用的基團，包被抑制效果有待進一 步加強。
[0004] 因此，為穩(wěn)定鉆井液體系，增強包被抑制效果，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離子聚丙烯酰胺類包被劑的制備 方法。
[0007] 本發(fā)明所述的水基鉆井液用低分子量陽離子聚丙烯酰胺類包被劑，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)明所述的陽離子聚丙烯酰胺類包被劑的粘均分子量為20萬-200萬。
[0009] 本發(fā)明所述的陽離子聚丙烯酰胺類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氣以除去氧氣，保持30分鐘-60分 鐘； (3) 在氮氣氛圍，10°C -35°C，引發(fā)劑的存在下，使所述水溶液進行溶液聚合1-6小時， 出料，置于真空干燥箱中60°C干燥24小時，粉碎后得到低分子量陽離子基丙烯酰胺類包被 劑； 其中按重量份數(shù)計，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，為過硫酸鈉-亞硫酸氫鈉、過硫酸 銨-季戊四醇、異丙苯過氧化氫-氯化亞鐵中的至少一對。
[0012] 使用本發(fā)明的陽離子聚丙烯酰胺類包被劑時，可以將其與如頁巖抑制劑、降濾失 劑等其它組分復配成水基鉆井液來進行使用，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)點在于，反應采用水溶液聚合，反應條件溫和，操作簡便，易實現(xiàn)工業(yè) 化，具有極高的市場化前景。本發(fā)明的目標物分子量低，溶解速度快，現(xiàn)場應用方便，在分子 結(jié)構(gòu)引入硅羥基，使其能夠與頁巖、鉆屑以及粘土表面形成更強的相互作用，包被抑制性能 更優(yōu)。
【具體實施方式】
[0014] 下面通過實施例對本發(fā)明作進一步的說明，其目的僅在于更好的理解本發(fā)明而非 限制本發(fā)明保護的范圍。
[0015] 實施例1 在反應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)，過硫酸鈉0. 005g以及蒸餾水900. 00g，機械攪拌使其溶解 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氣，保持30分鐘；隨后開始滴加亞硫酸氫鈉水溶液，在15-25分鐘內(nèi)滴 加完畢；保持氮氣氛圍，在l〇°C下，攪拌反應6小時后，出料，置于真空干燥箱中60°C干燥 24小時，粉碎后得到低分子量陽離子基丙烯酰胺類包被劑。
[0016] 按 GB17514-1998 測定其分子量為 188. 5X 104g/mol。
[0017] 實施例2 在反應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)，過硫酸銨0. 90g以及蒸餾水900. 00g，機械攪拌使 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氣，保持60分鐘；隨后開始滴加季戊四醇水溶液，在15-25分鐘內(nèi)滴 加完畢；保持氮氣氛圍，在35°C下，攪拌反應1小時后，出料，置于真空干燥箱中60°C干燥 24小時，粉碎后得到低分子量陽離子基丙烯酰胺類包被劑。
[0018] 按 GB17514-1998 測定其分子量為 20. 9X 104 g/mol。
[0019] 實施例3 在反應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)，異丙苯過氧化氫3. 00g以及蒸饋水900. 00g，機械攪拌使其 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氣，保持40分鐘；隨后開始滴加氯化亞鐵水溶液，在15-25分鐘內(nèi)滴加 完畢；保持氮氣氛圍，在20°C下，攪拌反應4小時后，出料，置于真空干燥箱中60°C干燥24 小時，粉碎后得到低分子量陽離子基丙烯酰胺類包被劑。
[0020] 按 GB17514-1998 測定其分子量為 93. 4X 104 g/mol。
[0021] 實施例4 在反應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)，過硫酸鈉0. 0225g以及蒸餾水900. 00g，機械攪拌使其溶 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氣，保持50分鐘；隨后開始滴加亞硫酸氫鈉水溶液，在15-25分鐘內(nèi) 滴加完畢；保持氮氣氛圍，在30°C下，攪拌反應2小時后，出料，置于真空干燥箱中60°C干燥 24小時，粉碎后得到低分子量陽離子基丙烯酰胺類包被劑。
[0022] 按 GB17514-1998 測定其分子量為 152. 8X 104 g/mol。
[0023] 對合成的低分子量陽離子聚丙烯酰胺類包被劑，進行室內(nèi)評價；其包被抑制性能 由巖屑滾動回收率(表1)和頁巖膨脹率(表2)表征。
[0024] 將實施例1-4配成0. 75%水溶液，按照SY-T5613-2000方法測定頁巖滾動回收率 以及頁巖膨脹率。
[0025] 表1巖屑滾動回收率
表2頁巖膨脹率
【主權(quán)項】
1. 一種水基鉆井液用低分子量陽離子聚丙帰醜胺類包被劑，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離子聚丙帰醜胺類包被劑，其 特征是其粘均分子量為20萬-200萬。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離子聚丙帰醜胺類包被劑，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氣W除去氧氣，保持30分鐘-60分 鐘； (3) 在氮氣氛圍，1(TC -35C，引發(fā)劑的存在下，使所述水溶液進行溶液聚合1-6小時， 出料，置于真空干燥箱中6(TC干燥24小時，粉碎后得到低分子量陽離子聚丙帰醜胺類包被 劑。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述一種低分子量陽離子聚丙帰醜胺類包被劑制備方法，其特征是 按重量份數(shù)計，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離子聚丙帰醜胺類包被劑制備方法，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離子聚丙帰醜胺類包被劑制備方法，其特征 是所述引發(fā)劑為氧化-還原引發(fā)體系，為過硫酸鋼-亞硫酸氨鋼、過硫酸倭-季戊四醇、異 丙苯過氧化氨-氯化亞鐵中的至少一對。
【專利摘要】本發(fā)明屬于陽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)生更強相互作用，增強其包被抑制性。本發(fā)明采用水溶液聚合，工藝簡單，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)場應用，包被抑制效果良好，能夠提高鉆井液體系的性能。
【IPC分類】C08F220/56, C08F220/06, C08F220/34, C08F230/08, C09K8/035, C08F226/02
【公開號】CN105505339
【申請?zhí)枴緾N201410488756
【發(fā)明人】龐雨微, 袁俊秀, 朱魁
【申請人】中國石油化工股份有限公司, 南化集團研究院
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2014年9月23日