CN106317298B

CN106317298B - 一种阳离子包被絮凝剂及其制备方法

Info

Publication number: CN106317298B
Application number: CN201510333649.XA
Authority: CN
Inventors: 孙举; 苏雪霞; 郝纪双; 宋亚静; 张亚东; 韩洪伟
Original assignee: Sinopec Oilfield Service Corp; Drilling Engineering Technology Research Institute of Sinopec Zhongyuan Petroleum Engineering Co Ltd
Current assignee: Sinopec Oilfield Service Corp; Drilling Engineering Technology Research Institute of Sinopec Zhongyuan Petroleum Engineering Co Ltd
Priority date: 2015-06-16
Filing date: 2015-06-16
Publication date: 2020-07-31
Anticipated expiration: 2035-06-16
Also published as: CN106317298A

Abstract

本发明提供一种阳离子包被絮凝剂，其数均分子量为800万～1200万，结构式如I所示，其制备方法为：将单体A、单体B和单体C按照(40～80)：(0～30)：(20～30)的质量百分比混合后，调节pH值至9～11，在氮气气氛中加入引发剂，反应后得到。本发明的包被絮凝剂具有较高的相对分子质量，提高了产品的包被絮凝效果和抑制防塌能力，满足雾化钻井流体强抑制、强吸附、强包被性能要求。实验结果表明，本发明的阳离子包被絮凝剂加量为0.03％时5min清液析出量为90.7％，清液析出量大、絮体沉降快，能够有效絮凝雾化污水，提高雾化基液循环利用率；加量为0.05％时清液析出率为92.0％～98.5％。

Description

一种阳离子包被絮凝剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子絮凝剂领域，特别涉及一种阳离子包被絮凝剂及其制备方法。

背景技术

雾化钻井是解决气体钻井遇到钻具泥包、岩屑携带困难等技术问题的有效技术措施，是川东北地区继气体钻井后“提速提效”的又一关键技术。雾化钻井中通常会使用各种各样的钻井液处理剂，包被絮凝剂就是其中的一种。

包被絮凝剂指用来包被或絮凝有害固相，防止其分散影响井壁稳定及钻井液流变性能的产品。雾化钻井用包被絮凝剂具有抑制防塌絮凝雾化污水提高雾化流体综合性能、提高雾化基液循环利用率、延长雾化钻井作业时间等作用，是保证雾化钻井安全、高效施工的基础和关键。目前钻井施工现场使用的雾化钻井用包被絮凝剂剂种单一，一般选用水基钻井液所用的处理剂，包括生物聚合物黄原胶XC、大分子包被剂、含阳离子单体聚合物等。

公开号为CN103952126A的中国专利公开了一种钻井液用抗盐包被剂及其制备方法，原料组分主要有丙烯酰胺、丙烯酸、二甲基二烯丙基氯化铵、硅酸钠，其阳离子单体含量占单体总量的10％。但是该种包被剂包被性能不佳，絮凝性能有限。公开号为CN102911652的中国专利公开了一种雾化钻井用阳离子聚合物防塌剂，其聚合物分子量为50～200万，包被絮凝差。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种阳离子包被絮凝剂，不仅絮凝能力好，而且满足雾化钻井流体强抑制、强吸附、强包被性能要求。

本发明公开了一种阳离子包被絮凝剂，其数均分子量为800万～1200万，结构式如I所示：

R₁为H或CH₃；R₂为CH₃或CH₂CH₃；R为C₅H₁₃NCl或C₄H₁₀N；

m：n：p＝(1.2～2.3)：(0～1.0)：(0.2～0.3)。

优选的，所述数均分子量为1000万～1180万。

优选的，m：n：p＝(1.3～2.1)：(0.1～0.3)：(0.21～0.29)。

本发明还公开了一种阳离子包被絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：

将单体A、单体B和单体C按照(40～80)：(0～30)：(20～30)的质量百分比混合后，调节pH值至9～11，在氮气气氛中加入引发剂，反应后得到阳离子包被絮凝剂；

所述单体A为丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺中的一种或两种；

所述单体B为N,N-二甲基丙烯酰胺或N,N-二乙基丙烯酰胺中的一种或两种；

所述单体C为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酸二甲胺基乙酯或甲基丙烯酸二甲胺基乙酯。

优选的，所述引发剂包括氧化剂和还原剂，所述氧化剂为过硫酸钾或过硫酸铵，所述还原剂为亚硫酸氢钠。

优选的，所述引发剂的加入量为单体A、单体B和单体C总质量的0.005％～0.015％。

优选的，所述反应的温度为20～40℃，所述反应的时间为8～16小时。

优选的，所述反应后还包括：依次经过剪切、造粒、烘干和粉碎。

与现有技术相比，本发明的阳离子包被絮凝剂，其数均分子量为800万～1200万，结构式如I所示，其制备方法为：将单体A、单体B和单体C按照(40～80)：(0～30)：(20～30)的质量百分比混合后，调节pH值至9～11，在氮气气氛中加入引发剂，反应后得到。由于本发明使用的阳离子单体C聚合活性高，并且添加比例较高，因此得到的包被絮凝剂具有较高的分子质量，提高了产品的包被絮凝效果和抑制防塌能力，满足雾化钻井流体强抑制、强吸附、强包被性能要求。其次，单体B的引入，提高了包被絮凝剂的抗温耐水解性能，在高温环境中，其可以抑制酰基水解，保证包被絮凝剂具有较好的稳定性。实验结果表明，本发明的阳离子包被絮凝剂加量为0.03％时5min清液析出量为90.7％，清液析出量大、絮体沉降快，能够有效絮凝雾化污水，提高雾化基液循环利用率；加量为0.05％时清液析出率为92.0％～98.5％。

附图说明

图1为实施例1制备的阳离子包被絮凝剂的红外光谱图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明实施例公开了一种阳离子包被絮凝剂，其数均分子量为800万～1200万，结构式如I所示：

m：n：p＝(1.2～2.3)：(0～1.0)：(0.2～0.3)，优选为(1.3～2.1)：(0.1～0.3)：(0.21～0.29)。

按照本发明，本发明的阳离子包被絮凝剂具有较高的数均分子量，为800万～1200万，因此提高了其絮凝效果，优选的，所述阳离子包被絮凝剂的数均分子量为1000万～1180万。

所述单体A为丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺中的一种或两种；

本发明以单体A、单体B和单体C为原料，制备阳离子包被絮凝剂。所述单体A为丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺中的一种或两种。所述单体B的作用是提供抗温耐水解性能，拓宽阳离子包被絮凝剂的应用范围，使其适用于不同温度下的雾化钻井流体。所述单体B为N,N-二甲基丙烯酰胺或N,N-二乙基丙烯酰胺中的一种或两种。当本发明的阳离子包被絮凝剂在高温环境中使用时，特别加入单体B，可以抑制酰基水解，保证阳离子包被絮凝剂依然具有较好的絮凝效果。所述单体C为具有较高聚合活性的盐离子单体，加大单体C的比例，并且提高最终得到的阳离子包被絮凝剂的分子质量，能够加快絮体沉降速度，有效絮凝雾化无水，提高雾化基液循环利用率。所述单体C为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酸二甲胺基乙酯或甲基丙烯酸二甲胺基乙酯，优选为丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵丙烯酸二甲胺基乙酯或甲基丙烯酸二甲胺基乙酯。

按照本发明，首先将单体A、单体B和单体C按照(40～80)：(0～30)：(20～30)的质量百分比混合，优选的，所述单体A、单体B和单体C按照(50～70)：(10～20)：(21～29)的质量比混合。

混合均匀后，调节pH值至9～11，在氮气气氛中加入引发剂，反应后得到阳离子包被絮凝剂。所述引发剂包括氧化剂和还原剂，优选的所述氧化剂为过硫酸钾或过硫酸铵，所述还原剂为亚硫酸氢钠。所述引发剂的加入量优选为单体A、单体B和单体C总质量的0.005％～0.015％。本发明通过引发剂加入量的调整以及在氮气气氛中进行反应，保证了本发明得到的盐离子包被絮凝剂的数均分子量可以达到800～1200万。所述氮气的通入时间优选为20～40分钟，更优选为30分钟。引发剂加入量不同以及空气氛围中均不能合成分子质量相对较高的聚合物。所述反应的温度优选为20～40℃，所述反应的时间优选为8～16小时。

所述反应后，优选的还包括：依次经过剪切、造粒、烘干和粉碎，得到最终的阳离子包被絮凝剂。所述烘干的温度优选为60℃以下。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的阳离子包被絮凝剂及其制备方法进行说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1

344g水中加入56g丙烯酰胺、19g N,N-二甲基丙烯酰胺、25g甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵充分溶解后调节pH值至11，通氮气20min，在不断搅拌下慢慢加入0.04g过硫酸铵和0.04g亚硫酸氢钠引发剂，于40℃下保温反应8h，得凝胶状聚合物，产物经剪切、造粒，于60℃下烘干、粉碎，得阳离子包被絮凝剂。

图1是实施例1制备的份阳离子包被絮凝剂的红外光谱图：

由图1可见，图中3423cm^-1为-酰胺的N-H伸缩振动的吸收峰；2927cm^-1为甲基和亚甲基的非对称吸收峰；1650cm^-1为酰胺基中羰基的特征吸收峰；1451.91cm^-1为-CH₂-N(CH₃)₃中亚甲基的弯曲振动吸收峰和季铵基的吸收峰(即为阳离子单体)的特征吸收峰，说明所合成产物分子结构中含有酰胺基和阳离子季铵基等基团。

其结构式如下：

实施例2

300g水中加入67g丙烯酰胺、7g N,N-二乙基丙烯酰胺、26g丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵充分溶解后调节pH值至9，通氮气40min，在不断搅拌下慢慢加入0.03g过硫酸铵和0.03g亚硫酸氢钠引发剂，于20℃下保温反应16h，得凝胶状聚合物，产物经剪切、造粒，于90℃下烘干、粉碎，得到阳离子包被絮凝剂。其结构式如下：

实施例3

400g水中加入61g丙烯酰胺、16g甲基丙烯酰胺、23g甲基丙烯酸二甲胺基乙酯充分溶解后调节pH值至10，通氮气30min，在不断搅拌下慢慢加入0.06g过硫酸铵和0.06g亚硫酸氢钠引发剂，于25℃下保温反应12h，得凝胶状聚合物，产物经剪切、造粒，于80℃下烘干、粉碎，得到阳离子包被絮凝剂。其结构式如下：

实施例4

300g水中加入55g丙烯酰胺、16g N,N-二甲基丙烯酰胺、29g丙烯酸二甲胺基乙酯充分溶解后调节pH值至9，通氮气40min，在不断搅拌下慢慢加入0.04g过硫酸铵和0.04g亚硫酸氢钠引发剂，于30℃下保温反应10h，得凝胶状聚合物，产物经剪切、造粒，于70℃下烘干、粉碎，得到阳离子包被絮凝剂。其结构式如下：

实施例5～9

按照表1给出的组分进行配制：

表1 具体实施例组分列表(单位以质量百分比计)

对比例1

100g水中加入60g丙烯酰胺、15g N,N-二甲基丙烯酰胺，5g N异丙基丙烯酰胺，10g二烯丙基二甲基氯化铵，5g甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，充分溶解后用40％的氢氧化钠溶液调节pH值至10，分别加入0.5g过硫酸铵和0.5g亚硫酸氢钠，在30℃下反应时间0.5～2h，得到凝胶聚合物，经剪切、造粒，于60℃下烘干、粉碎，得雾化钻井用阳离子聚合物防塌剂。

对比例2

将40克丙烯酰胺，30克丙烯酸，5克二甲基二烯丙基氯化铵和5克硅酸钠溶于300毫升水中，用碳酸氢钠调节pH值至8，得到水溶液；

向三口瓶中加入上述水溶液，通入氮气10分钟，升温至20℃加入亚硫酸氢钠0.05克，过硫酸铵0.1克，反应5小时。

将制得的胶液在90℃下用烘箱烘12小时，烘干后用粉碎机粉碎，得到钻井液用抗盐包被剂。

表2 实施例1～9制备的阳离子包被絮凝剂及比较例1～2制备的产品的性能参数比较

由表2可知，本发明产品特性黏数在17.8～22.6dL/g、相对分子质量800～1200万，常温下溶解性好，絮凝包被能力强，雾化液循环利用率达92％。对比例1产品数均分子质量为50万，清液析出率仅为5.0％。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种阳离子包被絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：

将单体A、单体B和单体C按照（50~70）：（10~20）：（21~29）的质量比混合溶解于水中后，调节pH值至9~11，在氮气气氛中加入引发剂，反应后得到阳离子包被絮凝剂；所述氮气的通入时间为20~40分钟；

所述单体A为丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺中的一种或两种；

所述单体C为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酸二甲胺基乙酯或甲基丙烯酸二甲胺基乙酯；

所述引发剂包括氧化剂和还原剂，所述氧化剂为过硫酸钾或过硫酸铵，所述还原剂为亚硫酸氢钠；

所述引发剂的加入量为单体A、单体B和单体C总质量的0.005%~0.015%；

所述反应的温度为20~40℃，所述反应的时间为8~16小时；

所述阳离子包被絮凝剂的特性黏数为17.8~22.6dL/g；相对分子质量为800~1200万。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述反应后还包括：依次经过剪切、造粒、烘干和粉碎。