CN104151493B - 一种乳液防塌剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种乳液防塌剂，其中，所述乳液防塌剂是将N‑乙烯基吡咯烷酮、(3‑甲基丙烯酰胺基)丙基三甲基氯化铵与引发剂在反相预乳液中接触得到的。本发明所提供的乳液防塌剂制备过程简便可行、反应条件温和、所得产品的固含量为35‑40％、分子量不低于500万、单体残余量不高于0.5％、溶解速度最快在1分钟以内、稳定性可达1年以上。
Description
技术领域
本发明涉及有机高分子材料聚合物制备领域，尤其涉及一种乳液防塌剂及其制备方法。
背景技术
油包水反相聚合乳液型冲洗液是目前国内外资源勘探中广泛应用的勘探助剂。它是通过将一定量的高分子水相分散到油相或不同矿化度的矿物油中，形成以水为分散相、油为连续相的乳状液。该助剂由水相、油相、乳化剂和其它处理剂组成，其中油相是外相，水相是内相，以高燃点、高闪点和高苯胺点矿物油为主。油包水反相聚合乳液型冲洗液体系密度低、对储层伤害小，能防止井漏事故的发生，并提高机械钻速；体系抗温能力强，性能稳定，流动性好，维持井壁稳定性较好；不影响电测和核磁测井；性能易控制、检测和调整；润滑效果好等优点。但是国内乳液型冲洗液产品单一，主要是阴离子型乳液，用以满足石油开采所需，而用于地质矿产勘探的乳液型冲洗液研究较少，相关的成熟工业化产品还很欠缺。因此，开发应用制备简单、性能稳定、防塌效果好的乳液防塌剂是国内外研究的主要方向。
发明内容
为此，本发明的目的在于提供一种制备方法简单可行、反应条件温和，产品固含量高、分子量高、单体残余量少、且溶解迅速、稳定性好的乳液防塌剂。
为了实现上述目的，本发明提供了一种乳液防塌剂，其中，所述乳液防塌剂是将N-乙烯基吡咯烷酮、(3-甲基丙烯酰胺基)丙基三甲基氯化铵与引发剂在反相预乳液中接触得到的。
优选的，相对于100重量份的反相预乳液，N-乙烯基吡咯烷酮的添加量为0.5-1重量份、(3-甲基丙烯酰胺基)丙基三甲基氯化铵的添加量为0.5-1重量份、引发剂的添加量为0.5-1重量份。
本发明还提供了一种乳液防塌剂的制备方法，其中，所述方法包括将N-乙烯基吡咯烷酮、(3-甲基丙烯酰胺基)丙基三甲基氯化铵与引发剂在反相预乳液中接触。
本发明还提供了所述乳液防塌剂在地质岩心钻探或石油钻井工程中的应用。
本发明所提供的乳液防塌剂制备过程简便可行、反应条件温和、所得产品的固含量为35-40％、分子量不低于500万、单体残余量不高于0.5％、溶解速度最快在1分钟以内、稳定性可达1年以上。
具体实施方式
本发明提供了许多可应用的创造性概念，该创造性概念可大量的体现于具体的上下文中。在下述本发明的实施方式中描述的具体的实施例仅作为本发明的具体实现方式的示例性说明，而不构成对本发明范围的限制。
本发明提供了一种乳液防塌剂，其中，所述乳液防塌剂是将N-乙烯基吡咯烷酮、(3-甲基丙烯酰胺基)丙基三甲基氯化铵与引发剂在反相预乳液中接触得到的。
在本发明所提供的乳液防塌剂中，相对于100重量份的反相预乳液，N-乙烯基吡咯烷酮(缩写为：NVP)的添加量为0.5-1重量份、(3-甲基丙烯酰胺基)丙基三甲基氯化铵(缩写为：MTAC)的添加量为0.5-1重量份、引发剂的添加量为0.5-1重量份。
优选的情况下，相对于100重量份的反相预乳液，N-乙烯基吡咯烷酮的添加量为0.6-0.9重量份、(3-甲基丙烯酰胺基)丙基三甲基氯化铵的添加量为0.6-0.9重量份、引发剂的添加量为0.6-0.9重量份。
在本发明所提供的乳液防塌剂中，N-乙烯基吡咯烷酮、(3-甲基丙烯酰胺基)丙基三甲基氯化铵与引发剂在反相预乳液中接触过程可以按照以下步骤进行：首先将N-乙烯基吡咯烷酮和(3-甲基丙烯酰胺基)丙基三甲基氯化铵在反相预乳液中混匀，其中，在与反相预乳液混匀前，为了操作简便，可以先将两种单体N-乙烯基吡咯烷酮、(3-甲基丙烯酰胺基)丙基三甲基氯化铵预先接触混合获得混合物，再将混合物缓慢滴入到所述反相预乳液中。滴入的速度可以为20-22ml/min，边滴入边搅拌，搅拌的速度可以为600-1000rpm/min。在滴入步骤结束后，优选继续搅拌30-60min以便获得均一的混合液。
在本发明所提供的乳液防塌剂中，对于引发剂的添加方法没有特别的限制，可以按照本领域常规的引发剂加入方式进行，在加入引发剂的同时可以对混合液进行搅拌。
在本发明中，所述N-乙烯基吡咯烷酮、(3-甲基丙烯酰胺基)丙基三甲基氯化铵与引发剂在反相预乳液中接触需要在保护气存在的条件下进行，所述保护气优选为惰性气体，最为优选的，所述保护气为氮气。
在本发明中，所述引发剂选自以下组合中的一种：过氧化苯甲酰与N,N-二甲基苯胺的组合、过硫酸铵与亚硫酸氢钠的组合、过氧化氢与酒石酸的组合、过硫酸铵与硫酸亚铁的组合、过氧化氢与硫酸亚铁的组合以及过氧化苯甲酰与N,N-二乙基苯胺的组合。
优选的，所述引发剂为过硫酸铵和亚硫酸氢钠；特别优选的，所述引发剂为过硫酸铵和硫酸亚铁的组合；
在本发明中，当所述引发剂为过氧化苯甲酰与N,N-二甲基苯胺的组合时，氧化苯甲酰与N,N-二甲基苯胺的重量比为1：1-2；
当所述引发剂为过硫酸铵与亚硫酸氢钠的组合时，过硫酸铵与亚硫酸氢钠重量比为1：1-2。
当所述引发剂为过氧化氢与酒石酸的组合时，过氧化氢与酒石酸的重量比为1：1-2。
当所述引发剂为过硫酸铵与硫酸亚铁的组合时，过硫酸铵与硫酸亚铁的重量比为1：1-2。
当所述引发剂为过氧化氢与硫酸亚铁的组合时，过氧化氢与硫酸亚铁的重量比为1：1-2。
当所述引发剂为过氧化苯甲酰与N,N-二乙基苯胺的组合时，过氧化苯甲酰与N,N-二乙基苯胺的重量比为1：1-2。
在本发明中，所述反相预乳液是将矿物油、水和乳化剂接触获得的；其中，所述乳化剂选自Span-80、OP-10和Tween-10中的一种或几种。优选的情况下，所述乳化剂为Span-80和OP-10按2：1的重量比混合制成。
在本发明中，相对于100重量份的矿物油，水的添加量为100-200重量份，乳化剂的添加量为10-20重量份。
在本发明中，对于反相预乳液的制备方法没有特别的限制，可以按照本领域常规的反相预乳液制备方法进行，例如可以将矿物油、水和乳化剂置于四口瓶中，在40-60℃下恒温搅拌，使得各组分混合均匀，形成组分均一的反相预乳液。
在本发明所提供的乳液防塌剂中，固含量为35-40重量％，聚合物的分子量为500万-1000万，单体残余量不高于0.5重量％，聚合物的溶解速度为0.5-1min。
本发明还提供了本发明所述的乳液防塌剂的制备方法，其中，所述方法包括将N-乙烯基吡咯烷酮、(3-甲基丙烯酰胺基)丙基三甲基氯化铵与引发剂在反相预乳液中接触。
在本发明所提供的方法中，相对于100重量份的反相预乳液，N-乙烯基吡咯烷酮的添加量为0.5-1重量份、(3-甲基丙烯酰胺基)丙基三甲基氯化铵的添加量为0.5-1重量份、引发剂的添加量为0.5-1重量份。
本发明还提供了所述乳液防塌剂在地质岩心钻探或石油钻井工程中的应用。
例如，本发明所述的乳液防塌剂可以用于制备钻井冲洗液，具体的，当使用本发明的乳液防塌剂配置冲洗液时，配置的方法可以为：(乳液防塌剂和水按照重量比5-10:1000配比，用搅拌机混合搅拌5分钟，可配制成钻井冲洗液)。
本发明所述的乳液防塌剂还可以用于煤层气勘探和页岩气压裂过程。
下面通过实施例更详细地描述本发明。
以下实施例中N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)购自苏州亚科化学试剂股份有限公司，纯度为99.5％。
(3-甲基丙烯酰胺基)丙基三甲基氯化铵(MTAC)购自苏州亚科化学试剂股份有限公司，纯度为99.5％。
矿物油购自成都科龙化工试剂厂。
实施例1-9
实施例1-9用于说明本发明所提供的乳液防塌剂的制备方法。
按照表1列出的组分含量，制备乳液防塌剂。
将矿物油、水和乳化剂置于四口瓶中，在40℃的恒温下搅拌混匀获得反向预乳液备用，在滴液漏斗中将PCM和MTCA按比例混合获得混合物，在通氮气和搅拌(速度800rpm/min)的条件下，将PCM与MTCA的混合物以20ml/min的速度滴加到反向预乳液中，继续搅拌并通氮气20min，加入引发剂，继续通氮气15min后获得乳液防塌剂1-9。
表1
实施例1-9中，各组分的具体选择如下：
实施例1-5中，引发剂由过硫酸铵和亚硫酸氢钠组成，二者的重量比为1：1.5，乳化剂由Span-80和OP-10按2：1的重量比混合制成。
实施例6
按照实施例1的方法制备乳液防塌剂，不同的是，引发剂由过氧化氢和硫酸亚铁组成，二者的重量比为1：1.5。
实施例7
按照实施例1的方法制备乳液防塌剂，不同的是，引发剂由过氧化氢和硫酸亚铁组成，二者的重量比为1：1。
实施例8
按照实施例1的方法制备乳液防塌剂，不同的是，引发剂由过氧化苯甲酰和N,N-二甲基苯胺组成，二者的重量比为1：2。
实施例9
按照实施例1的方法制备乳液防塌剂，不同的是，引发剂由过氧化苯甲酰和N,N-二甲基苯胺组成，二者的重量比为1：1.5。
测试实施例1
本测试实施例测定乳液防塌剂1-9的固含量、分子量、单体残余量、聚合物溶解速度和稳定性。结果见表2。
其中，固含量按照GB/T 1725-2007中规定的方法进行测定。分子量按照GB/T 29554-2013中规定的方法进行测定。单体残余量按照GB/T4615-2008中规定的方法进行测定。溶解速度按照GB/T 12005.8-1989中规定的方法进行测定。稳定性按照GB-T 6753.3-1986中规定的方法进行测定。
表2
制备例1
乳液防塌剂和水按照重量比5-10:1000配比，用搅拌机混合搅拌5分钟，获得冲洗液1-9。
测试实施例2
本测试实施例用于测定冲洗液1-9的稳定性、流变性、流性指数。结果见表3。
将配制的乳液冲洗液由泥浆泵经由高压胶管和钻具内孔送至孔底。然后通过钻头底端经由钻具和孔壁之间的环状间隙返回地面，达到清洗孔底，悬浮和携带岩粉；冷却钻头，提高钻头使用寿命；保护孔壁和输送岩心的目的。
其中，稳定性按照GB-T 6753.3-1986的方法进行测定。流变性按照GB/T 28910-2012的方法进行测定。流性指数按照GB/T 5005-2001的方法进行测定。
表3
| 冲洗液 | 稳定性(年) | 流变性(单位mPa.s) | 流性指数 |
| 1 | 1 | 53.8 | 0.72 |
| 2 | 1 | 52.5 | 0.71 |
| 3 | 1 | 49.5 | 0.68 |
| 4 | 1 | 51.4 | 0.72 |
| 5 | 1 | 49.4 | 0.70 |
| 6 | 1 | 50.5 | 0.67 |
| 7 | 1 | 51.3 | 0.69 |
| 8 | 1 | 49.5 | 0.71 |
| 9 | 1 | 47.3 | 0.72 |
应该注意的是，上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。单词第一、第二以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些单词解释为名称。
Claims (9)
1.一种乳液防塌剂，其特征在于，所述乳液防塌剂是将N-乙烯基吡咯烷酮、(3-甲基丙烯酰胺基)丙基三甲基氯化铵与引发剂在反相预乳液中接触得到的，其中，相对于100重量份的反相预乳液，N-乙烯基吡咯烷酮的添加量为0.5-1重量份、(3-甲基丙烯酰胺基)丙基三甲基氯化铵的添加量为0.5-1重量份、引发剂的添加量为0.5-1重量份。
2.根据权利要求1所述的乳液防塌剂，其中，相对于100重量份的反相预乳液，N-乙烯基吡咯烷酮的添加量为0.6-0.9重量份、(3-甲基丙烯酰胺基)丙基三甲基氯化铵的添加量为0.6-0.9重量份、引发剂的添加量为0.6-0.9重量份。
3.根据权利要求1所述的乳液防塌剂，其中，所述接触的过程包括在保护气存在的条件下，将N-乙烯基吡咯烷酮和(3-甲基丙烯酰胺基)丙基三甲基氯化铵的混合物与反相预乳液接触混匀10-20分钟后获得混合液，再将混合液与引发剂接触混匀10-20分钟。
4.根据权利要求1所述的乳液防塌剂，其中，所述引发剂选自以下组合中的一种：过氧化苯甲酰与N,N-二甲基苯胺的组合、过硫酸铵与亚硫酸氢钠的组合、过氧化氢与酒石酸的组合、过硫酸铵与硫酸亚铁的组合、过氧化氢与硫酸亚铁的组合以及过氧化苯甲酰与N,N-二乙基苯胺的组合。
5.根据权利要求3所述的乳液防塌剂，其中，过氧化苯甲酰与N,N-二甲基苯胺的重量比为1：1-2；过硫酸铵与亚硫酸氢钠的重量比为1：1-2；过氧化氢与酒石酸的重量比为1：1-2；过硫酸铵与硫酸亚铁的重量比为1：1-2；过氧化氢与硫酸亚铁的重量比为1：1-2；过氧化苯甲酰与N,N-二乙基苯胺的重量比为1：1-2。
6.根据权利要求1或5所述的乳液防塌剂，其中，所述反相预乳液是将矿物油、水和乳化剂接触获得的；所述乳化剂选自Span-80、OP-10和Tween-10中的一种或几种。
7.权利要求1-6中任意一项所述的乳液防塌剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括将N-乙烯基吡咯烷酮、(3-甲基丙烯酰胺基)丙基三甲基氯化铵与引发剂在反相预乳液中接触。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其中，相对于100重量份的反相预乳液，N-乙烯基吡咯烷酮的添加量为0.5-1重量份、(3-甲基丙烯酰胺基)丙基三甲基氯化铵的添加量为0.5-1重量份、引发剂的添加量为0.5-1重量份。
9.权利要求1-6中任意一项所述的乳液防塌剂在地质岩心钻探或石油钻井工程中的应用。
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