CN102796496B - 一种水基钻井液用阳离子包被剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水基钻井液用阳离子包被剂及其制备方法，以及该阳离子包被剂用于海上深水水基钻井液体系。

Description

一种水基钻井液用阳离子包被剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种水基钻井液用阳离子包被剂及其制备方法。

背景技术

包被剂作为水基钻井液的一个重要组成部分已经得到了广泛应用，其作用是在页岩和钻屑表面形成保护膜，包被并抑制钻屑水化分散，避免钻屑膨胀增稠，防止相互粘结而增加过筛阻力。目前，水基钻井液体系中使用一种高分子量(＞300万)阴离子聚合物包被剂来包被钻井过程中产生的钻屑，防止钻屑的水化分散。但高分子聚合物由于分子量大会造成体系粘度升高，另一方面容易导致絮凝现象，使得泥浆筛失量增大，性能不稳定。针对这一问题现场也使用过＜50万的低分子量包被剂，如国外麦克巴公司的ULTRACAP产品，价格昂贵且用量大，造成钻井液成本较高。

因此为了降低钻井液成本，稳定水泥浆体系，需要一种分子量适中且成本低的包被剂产品。

发明概述

本发明的目的是提供一种水基钻井液用阳离子包被剂。

本发明的另一个目的是提供一种水基钻井液用阳离子包被剂的制备方法。

本发明的又一个目的是提供一种水基钻井液用阳离子包被剂用于深水水基钻井液体系中的用途。

本发明所述的水基钻井液用阳离子包被剂，其是由以下方法制备而成：

1)将10-50重量份的单体溶液与50-90重量份的油相混合，再加入0.001-0.1重量份的引发剂，在氮气保护下，在50℃-70℃的温度下进行反相悬浮聚合；其中所述单体溶液由25-60重量份的第一单体、10-20重量份的第二单体、0.001-0.1重量份的分子量调节剂以及20-50重量份的蒸馏水混合而成，所述第一单体选自丙烯酰胺，N，N-二甲基丙烯酰胺和N，N-二乙基丙烯酰胺，所述的第二单体选自二烯丙基二甲基氯化铵，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵；所述的分子量调节剂选自甲硫醇，乙硫醇，十二烷基硫醇和2-巯基乙醇；其中所述油相是0.2-5重量份的分散剂和95-120重量份的环己烷混合溶解而成。

2)在0.01MPa-0.05MPa的真空度和50℃-65℃的温度下，对步骤1)的聚合产物进行共沸除水，过滤、干燥即得。

所述单体溶液由25-60重量份，优选30-40重量份的丙烯酰胺、10-20重量份，优选13-15重量份的二烯丙基二甲基氯化铵、0.001-0.1重量份，优选0.02-0.04重量份的十二烷基硫醇，以及20-50重量份，优选25-30重量份的蒸馏水混合而成。

所述单体溶液由25-60重量份，优选30-40重量份的丙烯酰胺、10-20重量份，优选13-15重量份的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、0.001-0.1重量份，优选0.02-0.04重量份的十二烷基硫醇，以及20-50重量份，优选25-30重量份的蒸馏水混合而成。

)所述单体溶液由25-60重量份，优选30-40重量份的丙烯酰胺、10-20重量份，优选13-15重量份的丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、0.001-0.1重量份，优选0.02-0.04重量份的十二烷基硫醇，以及20-50重量份，优选25-30重量份的蒸馏水混合而成。

所述分散剂选自失水山梨醇单硬脂酸酯、失水山梨醇单油酸脂、失水山梨醇三油酸酯、失水山梨醇三硬脂酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇单硬脂酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇三油酸酯、聚氧乙烯氢化蓖麻油酯、大豆卵磷酯、十八醇磷酯、聚氧乙烯壬基酚醚、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十八烷基三甲基溴化铵和双十六烷基三甲基溴化铵。

所述引发剂是自由基引发剂，选自过硫酸铵、过硫酸钾和过硫酸钠。

本发明的制备水基钻井液用阳离子包被剂的方法包括下述步骤：

1)将10-50重量份的单体溶液与50-90重量份的油相混合，再加入0.001-0.1重量份的引发剂，在氮气保护下，在65℃-70℃的温度下反相悬浮聚合半小时；

其中所述单体溶液由25-60重量份的第一单体、10-20重量份的第二单体、0.001-0.1重量份的分子量调节剂以及20-50重量份的蒸馏水混合而成，所述第一单体选自丙烯酰胺，N，N-二甲基丙烯酰胺和N，N-二乙基丙烯酰胺，所述的第二单体选自二烯丙基二甲基氯化铵，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵；所述的调节剂选自甲硫醇、乙硫醇、十二烷基硫醇和2-巯基乙醇；

其中所述油相是0.2-5重量份的分散剂和95-120重量份的环己烷混合溶解而成，其中所述分散剂选自失水山梨醇单硬脂酸酯、失水山梨醇单油酸脂、失水山梨醇三油酸酯、失水山梨醇三硬脂酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇单硬脂酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇三油酸酯、聚氧乙烯氢化蓖麻油酯、大豆卵磷酯、十八醇磷酯、聚氧乙烯壬基酚醚、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十八烷基三甲基溴化铵和双十六烷基三甲基溴化铵；

2)在0.01MPa-0.05MPa的真空度和50℃-65℃的温度下，对步骤1)制得的产物进行共沸除水，过滤、干燥即得。

正如本文中使用的，术语“水基”指的是淡水基、海水基和盐水基液体。

本发明尤其适用于水深在1000m以内的海上深水井作业。

本方法最后得到的产品为白色或无色的透明固体聚合物微球，粒径分布为20-200μm，粘均分子量为50-300万，与乳液和溶液状产品相比，有效成分高，性质更加稳定，更便于长期贮存和长途运输，而且易于现场定量配置成所需溶液。与研磨破碎的固体产品相比，具有外观漂亮，珠体光滑，脱水设备投资低和脱水能耗少等优点。

附图说明

图1是根据本发明实施例1合成的包被剂的扫描电镜照片。

图2是根据本发明实施例1合成的包被剂的凝胶渗透色谱(GPC)淋出曲线。

具体实施方式

下面用实施例来进一步阐述本发明，但本发明并不受此限制。

实施例1

在1000mL四口烧瓶中加入600mL环己烷和2.8g失水山梨醇单硬脂酸酯，加热到40℃并搅拌使失水山梨醇单硬脂酸酯溶解得到油相，之后冷却待用。分别将60g的N，N-二甲基丙烯酰胺、18.2g的二烯丙基二甲基氯化铵水溶液以及40mg的十二烷基硫醇加入烧杯中，并用50ml的蒸馏水完全溶解，即得单体溶液。将配置好的单体溶液慢速滴加到四口烧瓶中，通入氮气约30min，并开始加热升温。温度上升到55℃时，再加入840mg的过硫酸铵溶液。稍后，反应出现自升温现象。自升温结束后，控制温度在65-70℃之间继续反应一个小时。待反应完成后，开始共沸除水，开启循环水真空泵，控制好真空度(真空度0.03MPa，64℃)以维持反应体系的温度在50-65℃之间，开始回流冷凝操作，冷凝液的下层是水。等到出水达到总加水量的75％以上时停止加热，冷却后将反应产物进行抽滤即得无色透明的聚合物包被剂微球，样品的扫描电镜见附图1，照片显示该固体样品呈现规则的球形，平均粒径为50微米左右。将包被剂微球置于真空干燥箱内，真空干燥。通过粘度法测得该包被剂的粘度数均分子量为86万，样品的凝胶渗透色谱曲线见附图2，图中显示样品的分子量呈现双峰分布，这样有利于样品的溶解。

实施例2

在1000mL四口烧瓶中加入600mL环己烷和2.8g失水山梨醇单硬脂酸酯，加热到40℃并搅拌使失水山梨醇单硬脂酸酯溶解得到油相，之后冷却待用。分别将60g的N，N-二甲基丙烯酰胺、20g的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵以及45mg的十二烷基硫醇加入烧杯中，并用50ml的蒸馏水完全溶解，即得单体溶液。将配置好的单体溶液慢速滴加到四口烧瓶中，通入氮气约30min，并开始加热升温。温度上升到55℃时，再加入840mg的过硫酸铵溶液。稍后，反应出现自升温现象。自升温结束后，控制温度在65-70℃之间继续反应一个小时。待反应完成后，开始共沸除水，开启循环水真空泵，控制好真空度(真空度0.03MPa，64℃)以维持反应体系的温度在50-65℃之间，开始回流冷凝操作，冷凝液的下层是水。等到出水达到总加水量的75％以上时停止加热，冷却后将反应产物进行抽滤即得无色透明的聚合物包被剂微球。将包被剂微球置于真空干燥箱内，真空干燥。通过粘度法测得该包被剂的粘度数均分子量为70万。

实施例3

在1000mL四口烧瓶中加入600mL环己烷和2.8g失水山梨醇单硬脂酸酯，加热到40℃并搅拌使失水山梨醇单硬脂酸酯溶解得到油相，之后冷却待用。分别将60g的N，N-二甲基丙烯酰胺、18g的丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵以及50mg的十二烷基硫醇加入烧杯中，并用50ml的蒸馏水完全溶解，即得单体溶液。将配置好的单体溶液慢速滴加到四口烧瓶中，通入氮气约30min，并开始加热升温。温度上升到55℃时，再加入840mg的过硫酸铵溶液。稍后，反应出现自升温现象。自升温结束后，控制温度在65-70℃之间继续反应一个小时。待反应完成后，开始共沸除水，开启循环水真空泵，控制好真空度(真空度0.03MPa，64℃)以维持反应体系的温度在50-65℃之间，开始回流冷凝操作，冷凝液的下层是水。等到出水达到总加水量的75％以上时停止加热，冷却后将反应产物进行抽滤即得无色透明的聚合物包被剂微球。将包被剂微球置于真空干燥箱内，真空干燥。通过粘度法测得该包被剂的粘度数均分子量为60万。

性能评价：

本发明所合成的阳离子包被剂的包被抑制性能室内评价方法如下：

a)抑制粘土分散实验

在自来水中加入0.5％的处理剂，高搅20min，再加入3％的膨润土，高搅5min，于100℃下热滚16h，测量热滚前后体系粘度的变化情况，实验结果见表2。

表1实施例1-3的包被剂热滚前后性能

从表1可以看出，本发明的包被剂能够很好地抑制粘土在水中的分散，热滚前后体系粘度变化很小。

b)分散性实验

将现场钻屑砸碎，过6-10目筛，于105℃下烘干2小时，冷却至室温待用。室内配置质量分数为0.5％的包被剂水溶液，在其中加入10％的上述钻屑，于100℃下热滚16h，冷却过40目筛，干燥称重，用滚动回收率来评价包被剂的抗钻屑分散能力，实验结果见表2。

表2实施例1-3的包被剂的包被性能测试结果

从表2可以看出，对水化分散严重的缅甸钻屑和BZ25-1钻屑来说，本发明的阳离子包被剂对钻屑具有很强的包被作用，滚动回收率均大于80％以上。这说明本发明所合成的阳离子包被剂对钻屑的分散具有很强的抑制效果。

以上所述，仅为本发明的较佳实例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种水基钻井液用阳离子包被剂，其通过下述方法制备而成：

1)将10-50重量份的单体溶液与50-90重量份的油相混合，再加入0.001-0.1重量份的引发剂，在氮气保护下，在50℃-70℃的温度下进行反相悬浮聚合；其中所述单体溶液由25-60重量份的第一单体、10-20重量份的第二单体、0.001-0.1重量份的分子量调节剂以及20-50重量份的蒸馏水混合而成，所述第一单体选自丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺和N,N-二乙基丙烯酰胺，所述的第二单体选自二烯丙基二甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵；所述的分子量调节剂选自甲硫醇、乙硫醇、十二烷基硫醇和2-巯基乙醇；其中所述油相是0.2-5重量份的分散剂和95-120重量份的环己烷混合溶解而成；

2)在0.01MPa-0.05MPa的真空度和50℃-65℃的温度下，对步骤1)的聚合产物进行共沸除水，过滤、干燥即得，

其中所述分散剂选自失水山梨醇单硬脂酸酯、失水山梨醇单油酸脂、失水山梨醇三油酸酯、失水山梨醇三硬脂酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇单硬脂酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇三油酸酯、聚氧乙烯氢化蓖麻油酯、大豆卵磷酯、十八醇磷酯、聚氧乙烯壬基酚醚、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十八烷基三甲基溴化铵和双十六烷基三甲基溴化铵。

2.如权利要求1所述的水基钻井液用阳离子包被剂，其特征在于所述单体溶液由25-60重量份的丙烯酰胺、10-20重量份的二烯丙基二甲基氯化铵、0.001-0.1重量份的十二烷基硫醇以及20-50重量份的蒸馏水混合而成。

3.如权利要求2所述的水基钻井液用阳离子包被剂，其特征在于所述单体溶液由30-40重量份的丙烯酰胺、13-15重量份的二烯丙基二甲基氯化铵、0.02-0.04重量份的十二烷基硫醇以及25-30重量份的蒸馏水混合而成。

4.如权利要求1所述的水基钻井液用阳离子包被剂，其特征在于所述单体溶液由25-60重量份的丙烯酰胺、10-20重量份的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、0.001-0.1重量份的十二烷基硫醇以及20-50重量份的蒸馏水混合而成。

5.如权利要求4所述的水基钻井液用阳离子包被剂，其特征在于所述单体溶液由30-40重量份的丙烯酰胺、13-15重量份的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、0.02-0.04重量份的十二烷基硫醇以及25-30重量份的蒸馏水混合而成。

6.如权利要求1所述的水基钻井液用阳离子包被剂，其特征在于所述单体溶液由25-60重量份的丙烯酰胺、10-20重量份的丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、0.001-0.1重量份的十二烷基硫醇以及20-50重量份的蒸馏水混合而成。

7.如权利要求6所述的水基钻井液用阳离子包被剂，其特征在于所述单体溶液由30-40重量份的丙烯酰胺、13-15重量份的丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、0.02-0.04重量份的十二烷基硫醇以及25-30重量份的蒸馏水混合而成。

8.如权利要求1所述的水基钻井液用阳离子包被剂，其特征在于所述引发剂是自由基引发剂。

9.如权利要求1所述的水基钻井液用阳离子包被剂，其特征在于所述引发剂选自过硫酸铵、过硫酸钾和过硫酸钠。

10.一种制备水基钻井液用阳离子包被剂的方法，其特征在于所述方法包括下述步骤：

1)将10-50重量份的单体溶液与50-90重量份的油相混合，再加入0.001-0.1重量份的引发剂，在氮气保护下，在65℃-70℃的温度下反相悬浮聚合半小时；其中所述单体溶液由25-60重量份的第一单体、10-20重量份的第二单体、0.001-0.1重量份的分子量调节剂以及20-50重量份的蒸馏水混合而成，所述第一单体选自丙烯酰胺，N,N-二甲基丙烯酰胺和N,N-二乙基丙烯酰胺，所述的第二单体选自二烯丙基二甲基氯化铵，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵；所述的调节剂选自甲硫醇、乙硫醇、十二烷基硫醇和2-巯基乙醇；

其中所述油相是0.2-5重量份的分散剂和95-120重量份的环己烷混合溶解而成，其中所述分散剂选自失水山梨醇单硬脂酸酯、失水山梨醇单油酸脂、失水山梨醇三油酸酯、失水山梨醇三硬脂酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇单硬脂酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇三油酸酯、聚氧乙烯氢化蓖麻油酯、大豆卵磷酯、十八醇磷酯、聚氧乙烯壬基酚醚、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十八烷基三甲基溴化铵和双十六烷基三甲基溴化铵；

2)在0.01MPa-0.05MPa的真空度和50℃-65℃的温度下，对步骤1)制得的产物进行共沸除水，过滤、干燥即得。

11.权利要求1-9中任一项所述的水基钻井液用阳离子包被剂用于海上深水水基钻井液体系。