CN105505339A - 一种水基钻井液用聚丙烯酰胺类包被剂及其制备方法 - Google Patents

一种水基钻井液用聚丙烯酰胺类包被剂及其制备方法 Download PDF

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庞雨微
袁俊秀
朱魁
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Abstract

本发明属于阳离子聚合物包被剂范围，具体涉及一种水基钻井液用低分子量阳离子聚丙烯酰胺包被剂及其制备方法。该包被剂由三种单体共聚而成，第一单体选自丙烯酰胺、丙烯酸钠中的一种；第二单体选自阳离子单体二甲基二烯丙基氯化铵、二乙基二烯丙基氯化铵、丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵中的一种；第三单体具有如下结构：

Description

一种水基钻井液用聚丙烯酰胺类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聚丙烯酰胺类包被剂及其制备方法，尤其涉及低分子量阳离子聚丙烯酰胺类包被剂及其制备方法。
背景技术
包被剂是聚合物钻井液中的一种重要组分，聚合物包被剂的加入可以防止粘土分散，其分子能够很快粘附到钻屑及粘土表面，起到包被絮凝的作用，并且还能够在井壁上形成内外泥饼，起到减小压差传递和滤液渗透的作用。包被剂通过有效地抑制钻屑、井壁的水化分散，起到维持井壁稳定、清除无用固相、维持低固相的目的。
目前，常用油田钻井液体系使用的聚丙烯酰胺包被剂分子量较高，如河南油田应用高分子强力包被剂乳液聚丙烯酰胺钾盐TL-A02，分子量为600-1400万（王学良等，钻井液与完井液，2006,32(1):80-83）。此类包被剂具有包被钻屑，防止钻屑水化分散的能力，但高分子量的包被剂在使用时造成体系粘度升高（范玉福，中国石油大学胜利学院学报，2008,22(1):4-5），并容易出现过度现絮凝的现象，造成泥浆滤失量增大，泥浆稳定性不足；且由于分子量大，颗粒或粉末状包被剂溶解时容易相互结成难以溶解的团块，完全溶解耗时长，速度慢，严重影响施工进度。同时，页岩、钻屑以及粘土表面存在大量硅羟基，一般聚丙烯酰胺类包被剂分子结构中缺少能与之产生相互作用的基团，包被抑制效果有待进一步加强。
因此，为稳定钻井液体系，增强包被抑制效果，便于施工，需要一种分子量低、溶解迅速、性能优异的包被剂。
发明内容
本发明的目的之一在于提供了一种水基钻井液用聚丙烯酰胺类包被剂。
本发明的目的之二在于提供了这种低分子量阳离子聚丙烯酰胺类包被剂的制备方法。
本发明所述的水基钻井液用低分子量阳离子聚丙烯酰胺类包被剂，由以下三种单体共聚而成：
所述第一单体选自丙烯酰胺、丙烯酸钠中的一种；
所述第二单体选自二甲基二烯丙基氯化铵、二乙基二烯丙基氯化铵、丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵中的一种；
第三单体具有如下分子结构：
其中，q为1-5。
本发明所述的阳离子聚丙烯酰胺类包被剂的粘均分子量为20万-200万。
本发明所述的阳离子聚丙烯酰胺类包被剂的制备方法包括以下步骤：
（1）将所述第一单体、所述第二单体和所述第三单体配制成水溶液，使得所述第一单体、所述第二单体和所述第三单体的总质量占水溶液总质量的10%-45%；
（2）在0-5℃下，持续向水溶液中通入惰性气体氮气以除去氧气，保持30分钟-60分钟；
（3）在氮气氛围，10℃-35℃，引发剂的存在下，使所述水溶液进行溶液聚合1-6小时，出料，置于真空干燥箱中60℃干燥24小时，粉碎后得到低分子量阳离子基丙烯酰胺类包被剂；
其中按重量份数计，所述第一单体：60-85；所述第二单体：1-35；所述第三单体：0.5-5。
其中所述引发剂质量占单体总质量的0.005%-0.2%。
其中所述引发剂为氧化-还原体系引发剂，为过硫酸钠-亚硫酸氢钠、过硫酸铵-季戊四醇、异丙苯过氧化氢-氯化亚铁中的至少一对。
使用本发明的阳离子聚丙烯酰胺类包被剂时，可以将其与如页岩抑制剂、降滤失剂等其它组分复配成水基钻井液来进行使用，其中包被剂的用量占水基钻井液总重量的0.5%-1.5%。
本发明的优点在于，反应采用水溶液聚合，反应条件温和，操作简便，易实现工业化，具有极高的市场化前景。本发明的目标物分子量低，溶解速度快，现场应用方便，在分子结构引入硅羟基，使其能够与页岩、钻屑以及粘土表面形成更强的相互作用，包被抑制性能更优。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的说明，其目的仅在于更好的理解本发明而非限制本发明保护的范围。
实施例1
在反应器中加入第一单体丙烯酰胺60.00g，第二单体丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵35.00g，第三单体5.00g（q=1），过硫酸钠0.005g以及蒸馏水900.00g，机械搅拌使其溶解完全；将0.005g亚硫酸氢钠溶于100.00g蒸馏水，置于恒压滴液漏斗中；在0℃下，向水溶液中通入惰性气体氮气，保持30分钟；随后开始滴加亚硫酸氢钠水溶液，在15-25分钟内滴加完毕；保持氮气氛围，在10℃下，搅拌反应6小时后，出料，置于真空干燥箱中60℃干燥24小时，粉碎后得到低分子量阳离子基丙烯酰胺类包被剂。
按GB17514-1998测定其分子量为188.5×104g/mol。
实施例2
在反应器中加入第一单体丙烯酸钠382.50g，第二单体甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵45.00g，第三单体22.50g（q=5），过硫酸铵0.90g以及蒸馏水900.00g，机械搅拌使其溶解完全；将0.90g季戊四醇溶于100.00g蒸馏水，置于恒压滴液漏斗中；在5℃下，向水溶液中通入惰性气体氮气，保持60分钟；随后开始滴加季戊四醇水溶液，在15-25分钟内滴加完毕；保持氮气氛围，在35℃下，搅拌反应1小时后，出料，置于真空干燥箱中60℃干燥24小时，粉碎后得到低分子量阳离子基丙烯酰胺类包被剂。
按GB17514-1998测定其分子量为20.9×104g/mol。
实施例3
在反应器中加入第一单体丙烯酰胺240.00g，第二单体二甲基二烯丙基氯化铵58.50g，第三单体1.50g（q=3），异丙苯过氧化氢3.00g以及蒸馏水900.00g，机械搅拌使其溶解完全；将3.00g氯化亚铁溶于100.00g蒸馏水，置于恒压滴液漏斗中；在2℃下，向水溶液中通入惰性气体氮气，保持40分钟；随后开始滴加氯化亚铁水溶液，在15-25分钟内滴加完毕；保持氮气氛围，在20℃下，搅拌反应4小时后，出料，置于真空干燥箱中60℃干燥24小时，粉碎后得到低分子量阳离子基丙烯酰胺类包被剂。
按GB17514-1998测定其分子量为93.4×104g/mol。
实施例4
在反应器中加入第一单体丙烯酸钠105.00g，第二单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵40.50g，第三单体4.50g（q=4），过硫酸钠0.0225g以及蒸馏水900.00g，机械搅拌使其溶解完全；将0.0225g亚硫酸氢钠溶于100.00g蒸馏水，置于恒压滴液漏斗中；在4℃下，向水溶液中通入惰性气体氮气，保持50分钟；随后开始滴加亚硫酸氢钠水溶液，在15-25分钟内滴加完毕；保持氮气氛围，在30℃下，搅拌反应2小时后，出料，置于真空干燥箱中60℃干燥24小时，粉碎后得到低分子量阳离子基丙烯酰胺类包被剂。
按GB17514-1998测定其分子量为152.8×104g/mol。
对合成的低分子量阳离子聚丙烯酰胺类包被剂，进行室内评价；其包被抑制性能由岩屑滚动回收率（表1）和页岩膨胀率（表2）表征。
将实施例1-4配成0.75%水溶液，按照SY-T5613-2000方法测定页岩滚动回收率以及页岩膨胀率。
表1岩屑滚动回收率
样品 岩屑质量（g）滚后/滚前 回收率（%）
清水样 9.16/20 45.82
实施例1 19.83/20 99.15
实施例2 19.85/20 99.24
实施例3 19.78/20 98.89
实施例4 19.80/20 99.02
表2页岩膨胀率

Claims (6)

1.一种水基钻井液用低分子量阳离子聚丙烯酰胺类包被剂，其特征在于由以下三种单体共聚而成；
其中，所述第一单体选自丙烯酰胺、丙烯酸钠中的一种；
所述第二单体选自二甲基二烯丙基氯化铵、二乙基二烯丙基氯化铵、丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵中的一种；
所述第三单体具有如下分子结构：
其中，q为1-5。
2.根据权利要求1中所述一种水基钻井液用低分子量阳离子聚丙烯酰胺类包被剂，其特征是其粘均分子量为20万-200万。
3.根据权利要求1所述的一种水基钻井液用低分子量阳离子聚丙烯酰胺类包被剂，其特征是制备方法包括下述步骤：
（1）将第一单体、第二单体和第三单体配制成水溶液，使得所述第一单体、所述第二单体和所述第三单体的总质量占水溶液总质量的10%-45%；
（2）在0-5℃下，持续向水溶液中通入惰性气体氮气以除去氧气，保持30分钟-60分钟；
（3）在氮气氛围，10℃-35℃，引发剂的存在下，使所述水溶液进行溶液聚合1-6小时，出料，置于真空干燥箱中60℃干燥24小时，粉碎后得到低分子量阳离子聚丙烯酰胺类包被剂。
4.根据权利要求3所述一种低分子量阳离子聚丙烯酰胺类包被剂制备方法，其特征是按重量份数计，所述第一单体：60-85；第二单体：10-35；第三单体为：0.5-5。
5.根据权利要求3所述的一种低分子量阳离子聚丙烯酰胺类包被剂制备方法，其特征是所述引发剂质量占单体总质量的0.005%-0.2%。
6.根据权利要求3所述的一种低分子量阳离子聚丙烯酰胺类包被剂制备方法，其特征是所述引发剂为氧化-还原引发体系，为过硫酸钠-亚硫酸氢钠、过硫酸铵-季戊四醇、异丙苯过氧化氢-氯化亚铁中的至少一对。
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