CN103980421A

CN103980421A - 一种水基高分子页岩抑制剂及其制备方法

Info

Publication number: CN103980421A
Application number: CN201410240438.7A
Authority: CN
Inventors: 王海花; 孙成林; 费贵强; 沈一丁
Original assignee: Shaanxi University of Science and Technology
Current assignee: Shaanxi University of Science and Technology
Priority date: 2014-05-30
Filing date: 2014-05-30
Publication date: 2014-08-13

Abstract

本发明公开了一种水基高分子页岩抑制剂及其制备方法。以丙烯酰胺类单体、水溶性阳离子乙烯基单体、亲油性乙烯基单体和含羧基的乙烯基单体等为主要原料，在引发剂的引发下及少量胶体稳定剂的作用下，通过无皂乳液聚合制备了一系列的水基聚丙烯酸酯页岩抑制剂。本发明产品具有良好的页岩抑制能力，能够显著抑制泥页岩水化膨胀，且与无机盐有良好的配伍性。本发明产品是一种新型的能够显著提高页岩回收率、降低膨胀率的水基高分子页岩抑制剂剂。

Description

一种水基高分子页岩抑制剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种页岩抑制剂及其制备方法，特别涉及一种水基高分子页岩抑制剂及其制备方法。

背景技术

随着全球油田的大量开采，油田开采已进入中后期，开采过程中产生了大量问题，如扭矩过大、起下钻遇阻、卡钻、机械钻速低、井壁失稳、井漏和地层伤害等，其中井壁失稳成为迫待解决的问题。国内外专家对此进行了积极的探索，传统方法是采用油基和合成基钻井液。钻井液抑制性不足易引起水敏性井段失稳、油气层污染等问题。而泥页岩的井壁稳定问题是钻井工程中的一大技术难题，井壁不稳定现象的发生会延长钻井周期、影响固井质量、妨碍测井及地质资料的准确获取，甚至导致油井报废、延误新油田的发现等系列井下复杂情况和事故。传统的提高钻井液抑制性能的方法，常常以牺牲部分钻井液稳定性能为代价，给钻井液性能维护造成困难。

此外，随着环保部门对钻井液和钻屑毒性的控制日益严格，油基和合成基钻井液的使用受到了很大程度的限制。因此，高性能水基钻井液及相应的水性处理剂成为目前研究的重点。高性能水基钻井液主要由页岩抑制剂、包被剂、防聚结剂和降滤失剂等组成。其中，页岩抑制剂(又称防塌剂)作为高性能水基钻井液的关键处理剂，种类繁多。目前，页岩抑制剂主要有以下几类：(1)无机盐类；(2)磺化沥青类；(3)胺类；(4)有机硅类；(5)醇类；(6)胺基聚醇等。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种环保、与钻井液其他处理剂具有良好协同效应的水基高分子页岩抑制剂及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种水基高分子页岩抑制剂的制备方法，将胶体稳定剂、丙烯酰胺类单体、水溶性阳离子乙烯基单体、亲油性乙烯基单体、含羧基的乙烯基单体、引发剂和水按(1-10)：(30-150)：(10-80)：(5-60)：(5-20)：(0.5-6)：(200-600)的质量比加入到反应器中，于60-90℃下反应4-8h后，得到水基高分子页岩抑制剂。

所述胶体稳定剂为羧甲基纤维素。

所述丙烯酰胺类单体为丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺中的一种或两种任意配比的混合物。

所述水溶性阳离子乙烯基单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、对-乙烯基苄基三甲基氯化铵、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯氯化苄季铵、二烯丙基二甲基氯化铵中的一种或两种任意配比的混合物。

所述亲油性乙烯基单体为丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、苯乙烯、甲基苯乙烯中的一种或两种任意配比的混合物。

所述含羧基的乙烯基单体为丙烯酸、甲基丙烯酸中的一种或两种任意配比的混合物。

所述引发剂为双氧水、过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二异丁基脒盐酸盐中的一种。

一种根据上述的制备方法得到的水基高分子页岩抑制剂。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果：本发明以丙烯酰胺类单体、水溶性阳离子乙烯基单体、亲油性乙烯基单体和含羧基的乙烯基单体等为主要原料，在引发剂的引发下及少量胶体稳定剂的作用下，通过无皂乳液聚合制备了一系列的水基聚丙烯酸酯页岩抑制剂。本发明在产品制备过程中，于高分子分子链上同时引入了阴离子单体和阳离子单体，高分子带有两性电荷，使其既可以发挥阳离子的优势，又可以抵抗阴离子的干扰。此外，本发明的制备方法中采用无皂乳液聚合方法，无需添加表面活性剂，实现了绿色环保。本发明制备方法简单，容易操作，便于工业化生产。

本发明制得的产品具有良好的页岩抑制能力，能够显著抑制泥页岩水化膨胀，与无机盐有良好的配伍性。本发明制得的产品为一种新型的能够显著提高页岩回收率、降低膨胀率的水基高分子页岩抑制剂剂。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种水基高分子页岩抑制剂的制备方法：将羧甲基纤维素、丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、过硫酸铵和水按1：30：10：7：5：0.8：260的质量比加入装有回流冷凝管、导气管、温度计的反应器中，将温度升至70℃，反应4h后，即制得到水基高分子页岩抑制剂。

添加质量分数为0.225％的本发明产品，页岩回收率为14.9％，膨胀率为16.38％。

实施例2

一种水基高分子页岩抑制剂的制备方法：将羧甲基纤维素、丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、过硫酸铵和水按2：56：18：16：11：1.5：410的质量比加入装有回流冷凝管、导气管、温度计的反应器中，将温度升至80℃，反应5h后，即制得到水基高分子页岩抑制剂。

添加质量分数为0.225％的本发明产品，页岩回收率为15.7％，膨胀率为15.38％。

实施例3

将羧甲基纤维素、羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯氯化苄季铵、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、过硫酸钾和水按3：100：52：47：12：5：580的质量比加入装有回流冷凝管、导气管、温度计的反应器中，将温度升至70℃，反应5h后，即制得到水基高分子页岩抑制剂。

添加质量分数为0.225％的本发明产品，页岩回收率为15.5％，膨胀率为15.54％。

实施例4

一种水基高分子页岩抑制剂的制备方法：将胶体稳定剂、丙烯酰胺类单体、水溶性阳离子乙烯基单体、亲油性乙烯基单体、含羧基的乙烯基单体、引发剂和水按10:123:25:24:8:1:220的质量比加入到装有回流冷凝管、导气管、温度计的反应器中，于90℃下反应6h后，制得到水基高分子页岩抑制剂。其中，胶体稳定剂为羧甲基纤维素，丙烯酰胺类单体为丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺任意比例的混合物，水溶性阳离子乙烯基单体为丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，亲油性乙烯基单体为甲基丙烯酸丁酯，含羧基的乙烯基单体为丙烯酸、甲基丙烯酸任意比例的混合物，引发剂为双氧水。

实施例5

一种水基高分子页岩抑制剂的制备方法：将胶体稳定剂、丙烯酰胺类单体、水溶性阳离子乙烯基单体、亲油性乙烯基单体、含羧基的乙烯基单体、引发剂和水8:150:45:35:12:0.5:370的质量比加入到装有回流冷凝管、导气管、温度计的反应器中，于60℃下反应8h后，制得到水基高分子页岩抑制剂。其中，胶体稳定剂为羧甲基纤维素，丙烯酰胺类单体为丙烯酰胺，水溶性阳离子乙烯基单体为丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、对-乙烯基苄基三甲基氯化铵任意比例的混合物，亲油性乙烯基单体为丙烯酸乙酯，含羧基的乙烯基单体为丙烯酸，引发剂为过硫酸铵。

实施例6

一种水基高分子页岩抑制剂的制备方法：将胶体稳定剂、丙烯酰胺类单体、水溶性阳离子乙烯基单体、亲油性乙烯基单体、含羧基的乙烯基单体、引发剂和水按5:130:80:5:10:2:330的质量比加入到装有回流冷凝管、导气管、温度计的反应器中，于65℃下反应7h后，制得到水基高分子页岩抑制剂。其中，胶体稳定剂为羧甲基纤维素，丙烯酰胺类单体为羟甲基丙烯酰胺，水溶性阳离子乙烯基单体为二烯丙基二甲基氯化铵，亲油性乙烯基单体为苯乙烯，含羧基的乙烯基单体为甲基丙烯酸，引发剂为偶氮二异丁基脒盐酸盐(V-50)。

实施例7

一种水基高分子页岩抑制剂的制备方法：将胶体稳定剂、丙烯酰胺类单体、水溶性阳离子乙烯基单体、亲油性乙烯基单体、含羧基的乙烯基单体、引发剂和水按7:140:36:60:18:3.5:600的质量比加入到装有回流冷凝管、导气管、温度计的反应器中，于80℃下反应6h后，制得到水基高分子页岩抑制剂。其中，胶体稳定剂为羧甲基纤维素，丙烯酰胺类单体为丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺任意比例的混合物，水溶性阳离子乙烯基单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵任意比例的混合物，亲油性乙烯基单体为甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯任意比例的混合物，含羧基的乙烯基单体为丙烯酸、甲基丙烯酸任意比例的混合物，引发剂为过硫酸钾。

实施例8

一种水基高分子页岩抑制剂的制备方法：将胶体稳定剂、丙烯酰胺类单体、水溶性阳离子乙烯基单体、亲油性乙烯基单体、含羧基的乙烯基单体、引发剂和水按6:80:70:40:15:4.5:460的质量比加入到装有回流冷凝管、导气管、温度计的反应器中，于75℃下反应7.5h后，制得到水基高分子页岩抑制剂。其中，胶体稳定剂为羧甲基纤维素，丙烯酰胺类单体为丙烯酰胺，水溶性阳离子乙烯基单体为丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵任意比例的混合物，亲油性乙烯基单体为苯乙烯、甲基苯乙烯任意比例的混合物，含羧基的乙烯基单体为丙烯酸，引发剂为双氧水。

实施例9

一种水基高分子页岩抑制剂的制备方法：将胶体稳定剂、丙烯酰胺类单体、水溶性阳离子乙烯基单体、亲油性乙烯基单体、含羧基的乙烯基单体、引发剂和水按4:38:60:56:20:3:540的质量比加入到装有回流冷凝管、导气管、温度计的反应器中，于85℃下反应5.5h后，制得到水基高分子页岩抑制剂。其中，胶体稳定剂为羧甲基纤维素，丙烯酰胺类单体为羟甲基丙烯酰胺，水溶性阳离子乙烯基单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、二烯丙基二甲基氯化铵任意比例的混合物，亲油性乙烯基单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯任意比例的混合物，含羧基的乙烯基单体为甲基丙烯酸，引发剂为过硫酸铵。

实施例10

一种水基高分子页岩抑制剂的制备方法：将胶体稳定剂、丙烯酰胺类单体、水溶性阳离子乙烯基单体、亲油性乙烯基单体、含羧基的乙烯基单体、引发剂和水按9:115:14:30:6:6:200的质量比加入到装有回流冷凝管、导气管、温度计的反应器中，于60℃下反应8h后，制得到水基高分子页岩抑制剂。其中，胶体稳定剂为羧甲基纤维素，丙烯酰胺类单体为丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺任意比例的混合物，水溶性阳离子乙烯基单体为甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵任意比例的混合物，亲油性乙烯基单体为甲基丙烯酸甲酯、甲基苯乙烯任意比例的混合物，含羧基的乙烯基单体为丙烯酸、甲基丙烯酸任意比例的混合物，引发剂为偶氮二异丁基脒盐酸盐。

本发明的关键在于产品制备过程中，于高分子分子链上同时引入了阴离子单体和阳离子单体，高分子带有两性电荷，使其既可以发挥阳离子的优势，又可以抵抗阴离子的干扰。此外，产品制备采用无皂乳液聚合方法，无需添加表面活性剂，实现了绿色环保。本发明制得的水基高分子页岩抑制剂具有良好的页岩抑制能力，能够显著抑制泥页岩水化膨胀，与无机盐有良好的配伍性。

Claims

1.一种水基高分子页岩抑制剂的制备方法，其特征在于：将胶体稳定剂、丙烯酰胺类单体、水溶性阳离子乙烯基单体、亲油性乙烯基单体、含羧基的乙烯基单体、引发剂和水按(1-10)：(30-150)：(10-80)：(5-60)：(5-20)：(0.5-6)：(200-600)的质量比加入到反应器中，于60-90℃下反应4-8h后，得到水基高分子页岩抑制剂。

2.根据权利要求1所述的一种水基高分子页岩抑制剂的制备方法，其特征在于：所述胶体稳定剂为羧甲基纤维素。

3.根据权利要求1所述的一种水基高分子页岩抑制剂的制备方法，其特征在于：所述丙烯酰胺类单体为丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺中的一种或两种任意配比的混合物。

4.根据权利要求1所述的一种水基高分子页岩抑制剂的制备方法，其特征在于：所述水溶性阳离子乙烯基单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、对-乙烯基苄基三甲基氯化铵、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯氯化苄季铵、二烯丙基二甲基氯化铵中的一种或两种任意配比的混合物。

5.根据权利要求1所述的一种水基高分子页岩抑制剂的制备方法，其特征在于：所述亲油性乙烯基单体为丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、苯乙烯、甲基苯乙烯中的一种或两种任意配比的混合物。

6.根据权利要求1所述的一种水基高分子页岩抑制剂的制备方法，其特征在于：所述含羧基的乙烯基单体为丙烯酸、甲基丙烯酸中的一种或两种任意配比的混合物。

7.根据权利要求1所述的一种水基高分子页岩抑制剂的制备方法，其特征在于：所述引发剂为双氧水、过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二异丁基脒盐酸盐中的一种。

8.一种根据权利要求1所述的制备方法得到的水基高分子页岩抑制剂。