CN102898581A - 一种钻井液用抗温抗钙反相乳液聚合物及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钻井液用抗温抗钙反相乳液聚合物，由质量分数50%的含磺酸基单体水溶液、N，N-二甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺、交联剂、水、白油、司盘-80乳化剂、丙二醇单月桂酸酯乳化剂、OP-15或吐温-80乳化剂、质量分数10%的引发剂过硫酸铵水溶液或过硫酸钾水溶液、10%的硫代硫酸钠水溶液、质量分数5%的偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐溶液、纯碱、乙二胺四乙酸二钠盐聚合而成。本发明具有良好的降滤失、增粘、调流型、抑制黏土和钻屑的水化分散能力，可以改善滤饼质量，提高钻井液润滑性，适用于各种类型的水基钻井液，可用作高温、高盐和高钙钻井液处理剂。
Description
技术领域：
本发明涉及一种钻井液用抗温抗钙反相乳液聚合物及其制备方法，属于石油钻井用水溶性高分子材料合成类制备方法技术领域。
技术背景：
自20世纪90年代以来，国内以丙烯酸和丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸等为主要原料，经共聚得到的聚合物作为抗温抗盐的钻井液处理剂，因其良好的抗温抗盐能力，逐步受到人们的重视，并形成了以PAMS为代表的抗温抗盐钻井液处理剂及钻井液体系，这类处理剂虽然具有很好的抗温抗盐能力，但在钙含量高的钻井液中，使用温度不能超过150℃，且维护周期短，限制了其应用范围。而且这种传统的钻井液用聚合物处理剂以粉状为主，由于粉状聚合物处理剂使用时直接加入钻井液中，不仅不能均匀加入，且溶解速度慢，如果溶解时间大于钻井液循环周期，没有溶解或溶胀的聚合物颗粒，会从振动筛筛出，甚至糊筛，因此在使用时必须先配成质量分数0.5～2%的胶液，在配胶液时，不仅增加工作量，且会使产品剪切降解，不仅使用不方便，还会影响产品使用效果。采用反相乳液聚合方法合成钻井液处理剂逐步受到重视。中国专利CN101880354A公开了高分子乳液聚合物及其制备方法，所得产品的平均分子量可达600万～1000万，具有良好的包被抑制性，但其只限于钻井液包被抑制作用，且没有涉及抗温抗盐。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种钻井液用抗温抗钙反相乳液聚合物。
本发明的目的还在于提供一种钻井液用抗温抗钙反相乳液聚合物的制备方法。
本发明是通过下述技术方案加以实现的：
一种钻井液用抗温抗钙反相乳液聚合物，由质量分数50%的含磺酸基单体水溶液140～200kg、N，N-二甲基丙烯酰胺10～40kg、丙烯酰胺80～130kg、交联剂0.005～0.015kg、水100～150kg、白油140～180kg、司盘-80乳化剂10～15kg、丙二醇单月桂酸酯乳化剂5～10kg、OP-15乳化剂1.5～5kg、质量分数10%的引发剂过硫酸铵水溶液1～4kg、10%的硫代硫酸钠水溶液0.5～4kg、质量分数5%的偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐溶液1～2kg、纯碱1～5kg、乙二胺四乙酸二钠盐0.005～0.015kg聚合而成。
一种钻井液用抗温抗钙反相乳液聚合物的制备方法，包括以下步骤：
（1）水相的制备：在反应釜中加水100～150kg，开启搅拌加入质量分数50%的含磺酸基单体水溶液140～200kg、N，N-二甲基丙烯酰胺10～40kg、丙烯酰胺80～130kg、交联剂0.005～0.015kg、OP-15 1.5～5kg、乙二胺四乙酸二钠盐0.005～0.015kg、纯碱1～5kg，搅拌至全溶解控制体系的pH＝7.5～9；
（2）油相的制备：在反应釜中加白油140～180kg、司盘-80乳化剂10～15kg和丙二醇单月桂酸酯乳化剂5～10kg，搅拌至全溶解；
（3）将步骤（1）所得的水相在搅拌下慢慢加入步骤（2）所得的油相中，然后在乳化釜中充分搅拌20min，得到单体化合物反相乳液；
（4）将步骤（3）得到的单体化合物反相乳液放入反应釜中，开启搅拌机，升温至50℃，通氮15min，加入质量分数10%的引发剂过硫酸铵水溶液1～4kg，质量分数为10%的硫代硫酸钠水溶液0.5～4kg，质量分数为5%的偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐溶液1～2kg，搅拌10min后停止搅拌，继续通氮10min，静置，记录温度变化，反应6～12h，然后将温度降至室温，放料，过滤即得到钻井液用乳液聚合物。
上述的含磺酸基单体是2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠或2-丙烯酰氧基-2-甲基丙磺酸钠。
上述的交联剂是双甲基丙烯酸乙二醇酯、双丙烯酸乙二醇酯或双甲基丙烯酸丙二醇酯中的一种。
上述的引发剂是过硫酸铵水溶液也可以用过硫酸钾水溶液代替。
上述的OP-15乳化剂也可以用吐温-80乳化剂代替。
本发明的有益效果是：
（1）本钻井液用抗温抗钙反相乳液聚合物以乳液形式，在钻井液中分散溶解速度快，作用效果好，用量小，稳定性好，使用方便；
（2）由于分子中含有磺酸基和烷基取代的酰胺基，抗温抗盐和抗钙能力强，乳液中油相及乳化剂还可以提高钻井液的润滑性；
（3）本钻井液用抗温抗钙反相乳液聚合物作为钻井液处理剂，不仅具有良好的降滤失、增粘、调流型、抑制黏土和钻屑的水化分散能力，而且可以改善滤饼质量，提高钻井液润滑性，适用于各种类型的水基钻井液。
具体实施方式：
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
在反应釜中加100kg水，开启搅拌，加入200kg质量分数50%的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠水溶液、10kg N，N-二甲基丙烯酰胺、80kg丙烯酰胺，0.015kg双甲基丙烯酸乙二醇酯、0.015kg乙二胺四乙酸二钠盐，1.5kg OP-15、5kg纯碱，搅拌至全溶解，控制体系pH为8.0，得到乳液所需的水相；在反应釜中加140kg白油、10kg司盘-80和10kg丙二醇单月桂酸酯乳化剂，搅拌至全溶解，得到所需的油相；所得的水相在搅拌下慢慢加入到油相中，然后在乳化釜中充分搅拌20min，得到单体化合物反相乳液；将所得乳化液放入反应釜中，开启搅拌机，升温至50℃，通氮15min，加入1kg质量分数10%的引发剂过硫酸铵水溶液，0.5kg 10%的硫代硫酸钠水溶液、2kg质量分数5%的偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐溶液，搅拌10min后停止搅拌，继续通氮10min，然后静置，记录温度变化，反应6h后将温度降至室温，放料，过滤即得到钻井液用乳液聚合物。
实施例2
在反应釜中加150kg水，开启搅拌，加入140kg质量分数50%的2-丙烯酰氧基-2-甲基丙磺酸钠水溶液、20kg N，N-二甲基丙烯酰胺、130kg丙烯酰胺，0.005kg双丙烯酸乙二醇酯、0.005kg乙二胺四乙酸二钠盐，5kg OP-15、1kg纯碱，搅拌至全溶解，控制体系pH为7.5，得到乳液所需的水相；在反应釜中加180kg白油、15kg司盘-80和5kg丙二醇单月桂酸酯乳化剂，搅拌至全溶解，得到所需的油相；所得的水相在搅拌下慢慢加入到油相中，然后在乳化釜中充分搅拌20min，得到单体化合物反相乳液；将所得乳化液放入反应釜中，开启搅拌机，升温至50℃，通氮15min，加入4kg质量分数10%的引发剂过硫酸钾水溶液，4kg 10%的硫代硫酸钠水溶液、1kg质量分数5%的偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐溶液，搅拌10min后停止搅拌，继续通氮10min，然后静置，记录温度变化，反应12h后将温度降至室温，放料，过滤即得到钻井液用乳液聚合物。
实施例3
在反应釜中加120kg水，开启搅拌，加入180kg质量分数50%的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠水溶液、40kg N，N-二甲基丙烯酰胺、90kg丙烯酰胺，0.01kg双甲基丙烯酸乙二醇酯、0.01kg乙二胺四乙酸二钠盐，3kg OP-15、3kg纯碱，搅拌至全溶解，控制体系pH为8.0，得到乳液所需的水相；在反应釜中加160kg白油、13kg司盘-80和8kg丙二醇单月桂酸酯乳化剂，搅拌至全溶解，得到所需的油相；所得的水相在搅拌下慢慢加入到油相中，然后在乳化釜中充分搅拌20min，得到单体化合物反相乳液；将所得乳化液放入反应釜中，开启搅拌机，升温至50℃，通氮15min，加入1.5kg质量分数10%的引发剂过硫酸铵水溶液，1.5kg 10%的硫代硫酸钠水溶液、1.5kg质量分数5%的偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐溶液，搅拌10min后停止搅拌，继续通氮10min，然后静置，记录温度变化，反应10h后将温度降至室温，放料，过滤即得到钻井液用乳液聚合物。
实施例4
在反应釜中加125kg水，开启搅拌，加入150kg质量分数50%的2-丙烯酰氧基-2-甲基丙磺酸钠水溶液、10kg N，N-二甲基丙烯酰胺、11kg丙烯酰胺，0.0075kg双甲基丙烯酸丙二醇酯、0.008kg乙二胺四乙酸二钠盐，4kg OP-15、5kg纯碱，搅拌至全溶解，控制体系pH为9.0，得到乳液所需的水相；在反应釜中加160kg白油、12kg司盘-80和6kg丙二醇单月桂酸酯乳化剂，搅拌至全溶解，得到所需的油相；所得的水相在搅拌下慢慢加入到油相中，然后在乳化釜中充分搅拌20min，得到单体化合物反相乳液；将所得乳化液放入反应釜中，开启搅拌机，升温至50℃，通氮15min，加入3kg质量分数10%的引发剂过硫酸钾水溶液，3kg 10%的硫代硫酸钠水溶液、1.5kg质量分数5%的偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐溶液，搅拌10min后停止搅拌，继续通氮10min，然后静置，记录温度变化，反应8h后将温度降至室温，放料，过滤即得到钻井液用乳液聚合物。
实施例5
在反应釜中加135kg水，开启搅拌，加入170kg质量分数50%的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠水溶液、10kg N，N-二甲基丙烯酰胺、120kg丙烯酰胺，0.0075kg双甲基丙烯酸丙二醇酯、0.01kg乙二胺四乙酸二钠盐，2.5kg TW-80、3kg纯碱，搅拌至全溶解，控制体系pH为8.5，得到乳液所需的水相；在反应釜中加160kg白油、13kg司盘-80和8kg丙二醇单月桂酸酯乳化剂，搅拌至全溶解，得到所需的油相；所得的水相在搅拌下慢慢加入到油相中，然后在乳化釜中充分搅拌20min，得到单体化合物反相乳液；将所得乳化液放入反应釜中，开启搅拌机，升温至50℃，通氮15min，加入2kg质量分数10%的引发剂过硫酸铵水溶液，1kg 10%的硫代硫酸钠水溶液、1.35kg质量分数5%的偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐溶液，搅拌10min后停止搅拌，继续通氮10min，然后静置，记录温度变化，反应11h后将温度降至室温，放料，过滤即得到钻井液用乳液聚合物。
对上述产品进行钻井液应用性能评价，结果见表1。
表1钻井液经过180℃/16h老化后钻井液性能
注：PAMS-601为水溶液聚合得到的AMPS、AM共聚物处理剂。
基浆组成：
（1）复合盐水基浆：在1000mL蒸馏水中加入45g的NaCl，5g无水CaCl2，13gMgCl2·6H2O,150g钙膨润土和9g无水Na2CO3，高速搅拌20min，于室温下养护24h，即得复合盐水基浆。
（2）饱和盐水基浆：6%钠膨润土浆+36%NaCl+1.5%纯碱+1.2%磺化褐煤，用重晶石加重至密度1.4g/cm3，高速搅拌20min，于室温下养护24h，即得饱和盐水基浆。
从评价结果可以看出，本发明的抗温抗钙反相乳液聚合物在复合盐水基浆、和饱和盐水基浆中，经过180℃/16h老化后均表现出显著的降滤失和增粘效果，其结果远远优于对比产品PAMS-601共聚物的效果，表现出了良好的抗温抗盐能力，可以适用于深井、高压和高矿化度地层钻井。
Claims (4)
1.一种钻井液用抗温抗钙反相乳液聚合物，其特征是：由质量分数50%的含磺酸基单体水溶液140～200kg、N，N-二甲基丙烯酰胺10～40kg、丙烯酰胺80～130kg、交联剂0.005～0.015kg、水100～150kg、白油140～180kg、司盘-80乳化剂10～15kg、丙二醇单月桂酸酯乳化剂5～10kg、OP-15或吐温-80乳化剂1.5～5kg、质量分数10%的引发剂过硫酸铵水溶液或过硫酸钾水溶液1～4kg、10%的硫代硫酸钠水溶液0.5～4kg、质量分数5%的偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐溶液1～2kg、纯碱1～5kg、乙二胺四乙酸二钠盐0.005～0.015kg聚合而成。
2.根据权利要求1所述的一种钻井液用抗温抗钙反相乳液聚合物，其特征是：所述的含磺酸基单体是2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠或2-丙烯酰氧基-2-甲基丙磺酸钠。
3.根据权利要求1或2所述的一种钻井液用抗温抗钙反相乳液聚合物，其特征是：所述的交联剂是双甲基丙烯酸乙二醇酯、双丙烯酸乙二醇酯或双甲基丙烯酸丙二醇酯中的一种。
4.一种根据权利要求3所述的钻井液用抗温抗钙反相乳液聚合物的制备方法，其特征是:包括以下步骤：
（1）水相的制备：在反应釜中加水100～150kg，开启搅拌加入质量分数50%的含磺酸基单体水溶液140～200kg、N，N-二甲基丙烯酰胺10～40kg、丙烯酰胺80～130kg、交联剂0.005～0.015kg、OP-15或吐温-80乳化剂1.5～5kg、乙二胺四乙酸二钠盐0.005～0.015kg、纯碱1～5kg，搅拌至全溶解,控制体系的pH＝7.5～9；
（2）油相的制备：在反应釜中加白油140～180kg、司盘-80乳化剂10～15kg和丙二醇单月桂酸酯乳化剂5～10kg，搅拌至全溶解；
（3）将步骤（1）所得的水相在搅拌下慢慢加入步骤（2）所得的油相中，然后在乳化釜中充分搅拌20min，得到单体化合物反相乳液；
（4）将步骤（3）得到的单体化合物反相乳液放入反应釜中，开启搅拌机，升温至50℃，通氮15min，加入质量分数10%的过硫酸铵水溶液或过硫酸钾水溶液1～4kg，10%的硫代硫酸钠水溶液0.5～4kg、质量分数5%的偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐溶液1～2kg，搅拌10min后停止搅拌，继续通氮10min，静置，记录温度变化，反应6～12h，然后将温度降至室温，放料，过滤即得到钻井液用乳液聚合物。
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |