CN101864030A

CN101864030A - 一种耐温抗盐两性聚合物降滤失剂的制备方法

Info

Publication number: CN101864030A
Application number: CN 201010222208
Authority: CN
Inventors: 万涛; 姚杰; 张睿; 孙先长
Original assignee: Chengdu Univeristy of Technology
Current assignee: Chengdu Univeristy of Technology
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2010-10-20

Abstract

本发明涉及一种钻井液用耐温抗盐两性聚合物降滤失剂的制备方法，该降滤失剂以C6-C10烷烃为连续相，司班和吐温为复合非离子表面活性剂，其质量比为2～4∶1～3，丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)和苯乙烯磺酸钠(SSS)三种单体为原料，其质量比为10∶3～6∶1～4，加入引发剂过硫酸铵或氧化还原引发剂过硫酸铵-亚硫酸氢钠，采用反相微乳液聚合法共聚而成。本发明提供的降滤失剂具有较好的耐温抗盐性和降滤失性能，其制备方法简便可行，方法条件温和可控，聚合稳定性好，反应速度快，转化率较高。

Description

一种耐温抗盐两性聚合物降滤失剂的制备方法

一、技术领域

本发明涉及到一种耐温抗盐水溶性聚合物降滤失剂及其制备方法。

二、技术背景

降滤失剂是用以保证钻井液性能稳定，减少有害液体侵入地层，以及保证井径规则、稳定井壁的重要钻井液处理剂。随着钻遇地层日趋复杂，以及特殊井、超深井和复杂井数量的增多，对钻井液降滤失剂提出了更高的要求，以满足耐盐性(NaCl浓度大于10％，CaCl2浓度大于5％)和耐温性(温度高于150℃)的新要求。糊化淀粉、羧甲基纤维素、褐煤等都是最早使用的钻井液降滤失剂。随着研究的不断深入以及钻遇地层的日趋复杂性，已有的天然及天然改性的降滤失剂已经不能满足钻井条件的需要，从而促进了人工合成聚合物类降滤失剂的研究与发展。

由于两性离子聚合物中既含有具有吸附和水化双重作用的阳离子基团，又含有大量的水化基团，可以在粘土颗粒周围形成致密的水化层，阻止和延缓水分子与粘土表面接触，起到防止粘土颗粒水化膨胀的作用；阳离子基团和阴离子基团在水中电离不受外加盐的影响，还有可能阻止酰胺基的水解，因此两性离子聚合物还具有耐温抗盐的优点，其研究和开发应用正逐步受到重视。杨小华采用MAOPS，AM和AA合成两性离子磺酸盐聚合物CPS-2000，在各种钻井液体系中均具有较强的降滤失、提黏切能力和抑制性作用，还具有较强的耐温和抗盐、抗钙能力。杨金荣以氧化还原体系为引发剂，采用水溶液聚合合成了两性离子四元共聚物：聚丙烯酰胺-二甲基二烯丙基氯化铵-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠-甲基丙烯酸(PADAM)，具有较强的降失水能力和抑制性、较好的耐盐性和耐温性。郑海洪以丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)和顺丁烯二酸酐(MA)为单体，采用水溶液聚合方法，以过硫酸铵/亚硫酸氢钠为引发剂合成了两性离子聚合物降滤失剂PA-1，热稳定性好，降滤失能力和抗温能力强。杨文以二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、马来酐(MA)、丙烯酰胺(AM)为单体，氧化还原体系为引发剂，利用水溶液聚合法合成了两性离子聚合物降滤失剂PMADA。贺爱民采用水溶液聚合合成的AEDMAC/AM/AA两性共聚物降滤失剂，具有良好的降滤失、防塌、保护油气层性能。抗温、抗盐性较好。中国专利2008100472416以丙烯酰胺2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸为单体，采用水溶液聚合合成了一种两性离子聚合物降滤失剂，抗温耐盐性较强。

目前合成两性离子聚合物类降滤失剂的方法均采用水溶液聚合，水溶液聚合反应速度较慢，聚合转化率较低，分子量较低，容易发生酰亚胺化反应，生成凝胶，因此聚合反应稳定性较差。与水溶液聚合相比，反相微乳液聚合具有聚合稳定性好、聚合反应速度快、聚合转化率高和分子量高的优点，产物水溶性很好，有助于工业化应用。

三、发明内容

本发明的目的在于弥补现有水溶液聚合方式存在的不足之处，提供一种反相微乳液聚合耐温抗盐两性离子聚合物降滤失剂的制备方法，该方法反应条件温和、聚合反应速度快、聚合转化率高、聚合稳定性好。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种耐温抗盐两性聚合物降滤失剂的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：

(1)单体混合溶液的配制

按丙烯酰胺、丙烯酸和苯乙烯磺酸钠的质量比为10∶3～6∶1～4，溶解于去离子水中，得一单体混合溶液，单体混合溶液的质量浓度为10％～30％；

(2)反相微乳液溶液的配制

将连续相为C6-C10烷烃、非离子表面活性剂加入到反应器中充分搅拌乳化15-30min，得到稳定乳化液，然后将步骤(1)的单体混合溶液缓慢滴加到乳化液中，充分搅拌15-30min，即可得到透明或半透明的微乳液；C6-C10烷烃、非离子表面活性剂和单体混合溶液的质量比为10∶1～2∶1～3；

(3)反相微乳液聚合

将步骤(2)的微乳液缓慢升温至60～80℃，然后将占总单体质量0.1％～2.0％的引发剂加入到微乳液体系中，引发聚合反应2～4小时，最后将反应完全的微乳液用过量乙醇沉淀，丙酮反复洗涤，在40-50℃真空干燥10-24h，粉碎即可得到耐温抗盐水溶性聚合物降滤失剂。

本发明中三种单体应严格控制在一定的比例范围，若比例不合适，体系难以形成微乳液或者降低了聚合物的使用性能。

本发明所使用的非离子表面活性剂为司班和吐温两个系列表面活性剂复合配制而成，司班和吐温质量比为2～4∶1～3，以调节体系的亲油亲水平衡值为7.0～9.0；司班系列为司班60、司班80或司班85；吐温系列为吐温60、吐温80或吐温85。

本发明所使用的引发剂为过硫酸铵；或者为过硫酸铵和亚硫酸氢钠，过硫酸铵和亚硫酸氢钠的质量比为2～3∶1。

本发明采用反相微乳液聚合方式，连续相为C6-C10烷烃，可选用环己烷、正己烷或正庚烷。

将上述两性离子聚合物降滤失剂用于淡水、盐水钻井液中，均具有良好的降滤失性能，当其用量为0.1％(质量)时，可使含10％NaCl盐水钻井液的滤失量从基浆的86mL降至17～26mL，90℃滚动老化16h，滤失量仅为24～36mL，抗温耐盐性较强。

本发明的优点和效果是：

(1)反应速度快，转化率高，产物分子量高，聚合稳定性好；

(2)微乳液粘度低，具有高度的稳定性，0-30℃存放10个月以上；

(3)制备方法简便可行，反应条件温和，易于操作；

(4)使用加量少，两性离子聚合物降滤失剂用量为0.1％(质量)时即可明显降低聚合物钻井液的滤失量；

(5)两性离子聚合物降滤失剂中的季铵阳离子基团、磺酸阴离子基团和酰胺基非离子基团功能具有互补性和协同效应，使其具有较好的耐温抗盐性和降滤失性能；

四、具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐述本发明的内容，但是本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1：

在装有温度计、回流冷凝管、恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，加入300g环己烷，再加入32.14g司班80、12.86g吐温80溶解于环己烷中，在集热磁力搅拌器下缓慢搅拌充分乳化30min，形成稳定乳化液。分别将10g丙烯酰胺、5g丙烯酸和3g苯乙烯磺酸钠加入到60g去离子水溶液中，制成单体混合溶液。将单体混合溶液缓慢滴加到乳化液中，充分搅拌30min，缓慢升温到60℃，然后加入0.09g过硫酸铵和0.036g亚硫酸氢钠，引发聚合3h，最后将反应完全的微乳液用过量乙醇沉淀，丙酮反复洗涤，50℃真空干燥20h，粉碎即可得到白色固体粉末。

按以上实施例合成的两性离子聚合物降滤失剂，聚合转化率为93％。两性离子聚合物降滤失剂用量为0.1％(质量)时，10％NaCl盐水钻井液的滤失量为17mL，90℃滚动老化16h，滤失量为24mL。

实施例2：

在装有温度计、回流冷凝管、恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，加入300g正己烷，再加入40g司班85、20g吐温85溶解于正己烷中，在集热磁力搅拌器下缓慢搅拌充分乳化30min，形成稳定乳化液。分别将10g丙烯酰胺、6g丙烯酸和2g苯乙烯磺酸钠加入到90g去离子水溶液中，制成单体混合溶液。将单体混合溶液缓慢滴加到乳化液中，充分搅拌30min，缓慢升温到60℃，然后加入0.18g过硫酸铵和0.09g亚硫酸氢钠，引发聚合3h，最后将反应完全的微乳液用过量乙醇沉淀，丙酮反复洗涤，50℃真空干燥20h，粉碎即可得到白色固体粉末。

按以上实施例合成的两性离子聚合物降滤失剂，聚合转化率为95％。两性离子聚合物降滤失剂用量为0.1％(质量)时，10％NaCl盐水钻井液的滤失量为19mL，90℃滚动老化16h，滤失量为26mL。

实施例3：

在装有温度计、回流冷凝管、恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，加入300g正庚烷，再加入22.5g司班60、7.5g吐温60溶解于正庚烷中，在集热磁力搅拌器下缓慢搅拌充分乳化30min，形成稳定乳化液。分别将4.5g丙烯酰胺、1.8g丙烯酸和0.45g苯乙烯磺酸钠加入到45g去离子水溶液中，制成单体混合溶液。将单体混合溶液缓慢滴加到乳化液中，充分搅拌30min，缓慢升温到60℃，然后加入0.046g过硫酸铵和0.023g亚硫酸氢钠，引发聚合3h，最后将反应完全的微乳液用过量乙醇沉淀，丙酮反复洗涤，50℃真空干燥20h，粉碎即可得到白色固体粉末。

按以上实施例合成的两性离子聚合物降滤失剂，聚合转化率为91％。两性离子聚合物降滤失剂用量为0.1％(质量)时，10％NaCl盐水钻井液的滤失量为21mL，90℃滚动老化16h，滤失量为32mL。

实施例4：

在装有温度计、回流冷凝管、恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，加入300g环己烷，再加入40g司班60、20g吐温60溶解于环己烷中，在集热磁力搅拌器下缓慢搅拌充分乳化30min，形成稳定乳化液。分别将15g丙烯酰胺、7.5g丙烯酸和3g苯乙烯磺酸钠加入到90g去离子水溶液中，制成单体混合溶液。将单体混合溶液缓慢滴加到乳化液中，充分搅拌30min，缓慢升温到75℃，然后加入0.25g过硫酸铵，引发聚合3h，最后将反应完全的微乳液用过量乙醇沉淀，丙酮反复洗涤，50℃真空干燥20h，粉碎即可得到白色固体粉末。

按以上实施例合成的两性离子聚合物降滤失剂，聚合转化率为93％。两性离子聚合物降滤失剂用量为0.1％(质量)时，10％NaCl盐水钻井液的滤失量为24mL，90℃滚动老化16h，滤失量为34mL。

Claims

1.一种耐温抗盐两性聚合物降滤失剂的制备方法，其特征在于有如下工艺步骤：

(1)单体混合溶液的配制

(2)反相微乳液溶液的配制

将连续相为C6-C10烷烃、非离子表面活性剂加入到反应器中充分搅拌乳化30min，得到稳定乳化液，然后将步骤(1)的单体混合溶液缓慢滴加到乳化液中，充分搅拌30min，即可得到透明或半透明的微乳液；C6-C10烷烃、非离子表面活性剂和单体混合溶液的质量比为10∶1～2∶1～3；

(3)反相微乳液聚合

2.根据权利要求1所述的一种耐温抗盐两性聚合物降滤失剂的制备方法，其特征在于：所述的非离子表面活性剂为司班和吐温系列，司班和吐温质量比为2～4∶1～3，以调节体系的亲油亲水平衡值为7.0～9.0；司班系列为司班60、司班80或司班85；吐温系列为吐温60、吐温80或吐温85。

3.根据权利要求1所述的一种耐温抗盐两性聚合物降滤失剂的制备方法，其特征在于：所述的引发剂为过硫酸铵；或者为过硫酸铵和亚硫酸氢钠，过硫酸铵和亚硫酸氢钠的质量比为2～3∶1。

4.根据权利要求1所述的一种耐温抗盐两性聚合物降滤失剂的制备方法，其特征在于：所述的C₆-C₁₀烷烃为环己烷、正己烷或正庚烷。