CN109679594A - 水基钻井液用聚合物类包被抑制剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水基钻井液用助剂领域。该聚合物类包被抑制剂由中性单体、离子型单体、硅类单体三种共聚而成。本发明通过聚合物包被抑制剂分子结构的设计，使相对缓和的物理吸附和较强的化学反应偶联作用结合，以提供一种吸附速度适中、吸附强度较高的包被抑制剂，且该包被抑制剂在制备时，反应条件温和，操作过程比较简便，有利用工业化的生产。

Description

水基钻井液用聚合物类包被抑制剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种水基钻井液用包被抑制剂及其制备方法，具体为一种聚合物类包被抑制剂及其制备方法。
背景技术
包被抑制剂是聚合物钻井液中的一种重要组分，在接触钻屑时，可以吸附在其表面，起到絮凝、抑制粘土进一步水化分散等作用，从而达到维持钻井液体系稳定、清除钻井液中钻屑和无用固相的目的，进而使井壁稳定、钻井施工顺利进行。
油田钻井液体系使用的包被抑制剂主要是水溶性聚合物，比如中国专利CN101935519A介绍的一种钻井液，应用的包被剂为高粘聚阴离子纤维素PAC-HV，聚丙烯酸钾K-PAM、丙烯酸类多元聚合物HXB和丙烯酰胺类多元聚合物Coater-10，这些包被剂为常规应用产品，在包被抑制性能、在粘土表面的吸附速度和强度方面仍有改进的空间。中国专利CN106554462A公开了一种丙烯酰胺、阳离子单体和抗温性单体共聚制备的包被剂及其应用于钻井的钻井液体系配方。专利CN103952126B公开了一种钻井液用抗盐包被剂及其制备方法，由丙烯酰胺、丙烯酸、二甲基二烯丙基氯化铵和硅酸钠共聚而成。这两篇专利中均利用阳离子单体的电荷带来的强吸附能力来提高包被剂在粘土表面的吸附速度和强度，但是在实际的应用过程中，聚合物中大量阳离子单体带来的强吸附能力容易导致钻井液中增粘用坂土的絮凝或是增加钻井液体系的粘度，给钻井液的稳定性调控带来难度。因此，对于新型结构包被抑制剂，使其具有较强的吸附强度，同时尽量避免对钻井液的流变性带来影响的需求一直存在。
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包被抑制剂。
本发明的目的之二在于提供了这种水基钻井液用包被抑制剂的制备方法。
本发明所述的水基钻井液用聚合物类包被抑制剂，其特征在于由中性单体、离子型单体、硅类单体三种共聚而成；
其中，所述中性单体选自丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸中的一种；
所述离子型单体选自丙烯酸钠、丙烯酸钾、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠中的一种；
所述硅类单体选自可聚合有机硅单体，优选自甲基乙烯基氯硅烷、乙烯基三氯硅烷。
本发明所述的聚合物类包被抑制剂的制备方法，包括下述步骤：
（1）将中性、离子型、硅类三种单体、乳化剂、引发剂加入到水中形成溶液，使得所述中性单体、离子型单体和所述硅类单体的总质量占水溶液总质量的20%-40%；
（2）在反应溶液于室温条件下持续通入惰性气体氮气除氧30分钟；
（3）在氮气氛围，加热至引发温度40-75℃，使所述水溶液进行聚合1-6小时，停止反应后胶块切割分散后干燥，粉碎得聚合物类包被抑制剂。
在聚合中三种单体的比例，其中按重量比，中性单体：离子型单体：硅类单体为40-80：10-50：2-10。
制备方法中引发剂质量占单体总质量的0.05%-1.5%。引发剂优选过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉。
乳化剂促进水溶性不佳的可聚合有机硅单体在水相中的分散能力，提高该类单体的聚合利用程度，主要选择非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂，如烷基聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、烷基聚氧乙烯醚硫酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚硫酸钠。
本发明所述的聚合物类包被抑制剂，通过在丙烯酰胺等中性单体、丙烯酸钠等离子型单体的共聚物中引入氯硅烷功能基团，使得该类聚合物在钻井液中应用时经过水解、偶联等化学反应，形成与钻屑和粘土的化学键结合，提高吸附强度和能力，达到较强的抑制包被作用。另外，所述包被剂中的离子性基团，可以在包被剂接触粘土或钻屑初期，产生一定的吸附作用，产生包被抑制作用，这种适中的吸附能力避免了包被剂补加时过强吸附引起的絮凝沉淀作用使钻井液的粘度产生较大的波动。
本发明的优点在于，通过聚合物包被抑制剂分子结构的设计，使相对缓和的物理吸附和较强的化学反应偶联作用结合，以提供一种吸附速度适中、吸附强度较高的包被抑制剂，且该包被抑制剂通过水溶液聚合来制备，反应条件温和，操作过程比较简便，有利用工业化的生产。
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
在四口瓶中加入中性单体丙烯酰胺40.00g，离子型单体丙烯酸钠50.00g，有机硅单体甲基乙烯基氯硅烷10.00g，烷基聚氧乙烯醚AEO-9乳化剂2.00g，引发剂过硫酸钾0.05g以及蒸馏水400.00g，机械搅拌使其溶解分散完全；于室温下向水溶液中通入惰性气体氮气除氧30分钟；随后保持氮气氛围下继续搅拌，逐渐升温至50℃，搅拌反应3小时后，继续升温至75℃保持3小时，停止反应后出料，将胶块切割分散后，置于真空干燥箱中80℃干燥24小时，粉碎后得到聚合物类包被抑制剂。
实施例2
在四口瓶中加入中性单体丙烯酸80.00g，离子型单体2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠10.00g，有机硅单体乙烯基三氯硅烷10.00g，烷基聚氧乙烯醚硫酸钠乳化剂3.00g，引发剂偶氮二异丁脒盐酸盐1.5g以及蒸馏水400.00g，机械搅拌使其溶解分散完全；于室温下向水溶液中通入惰性气体氮气除氧30分钟；随后保持氮气氛围下继续搅拌，逐渐升温至50℃，搅拌反应2小时后，继续升温至60℃保持1小时，停止反应后出料，将胶块切割分散后，置于真空干燥箱中80℃干燥24小时，粉碎后得到聚合物类包被抑制剂。
实施例3
在四口瓶中加入中性单体丙烯酰胺50.00g，离子型单体丙烯酸钾48.00g，有机硅单体乙烯基三氯硅烷2.00g，十二烷基苯磺酸钠乳化剂2.00g，引发剂偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐0.80g以及蒸馏水150.00g，机械搅拌使其溶解分散完全；于室温下向水溶液中通入惰性气体氮气除氧30分钟；随后保持氮气氛围下继续搅拌，逐渐升温至40℃，搅拌反应1小时后，停止反应后出料，将胶块切割分散后，置于真空干燥箱中80℃干燥24小时，粉碎后得到聚合物类包被抑制剂。
实施例4
对合成的聚合物类包被抑制剂，进行室内评价，其包被抑制性能由岩屑滚动回收率表征。
岩屑滚动回收率：参照标准《SY-T5613-2000泥页岩理化性能试验方法》测试泥页岩在清水以及聚合物类包被抑制剂溶液中的岩心滚动回收率。具体步骤：称取4-8目岩心20.0g，加至高温老化釜中，随后将350 mL去离子水或1.0 wt%浓度的聚合物类包被抑制剂溶液加入老化釜，80℃热滚16h后，将岩心过100目筛，筛留物105℃干燥4h，干燥器内冷却至室温，称重。回收岩屑的重量与初始岩屑重量之比即为一次岩心回收率。
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 9.04/20 45.02
实施例1 18.83/20 94.15
实施例2 18.95/20 94.75
实施例3 17.90/20 89.50

Claims (7)

1.一种水基钻井液用聚合物类包被抑制剂，其特征在于由中性单体、离子型单体、硅类单体三种共聚而成；
其中，所述中性单体选自丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸中的一种；
所述离子型单体选自丙烯酸钠、丙烯酸钾、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠中的一种；
所述硅类单体选自可聚合有机硅单体。
2.如权利要求书1中所述聚合物类包被抑制剂，其特征在于所述硅类单体选自甲基乙烯基氯硅烷、乙烯基三氯硅烷。
3.一种制备如权利要求书1所述的聚合物类包被抑制剂的方法，其特征在于包括下述步骤：
（1）将三种单体、乳化剂、引发剂加入到水中形成溶液，使得所述中性单体、离子型单体和所述硅类单体的总质量占水溶液总质量的20%-40%；
（2）在反应溶液于室温下持续通入惰性气体氮气除氧；
（3）在氮气氛围，加热至引发温度40-75℃，使所述水溶液进行聚合1-6小时，停止反应后胶块切割分散后干燥，粉碎得聚合物类包被抑制剂。
4.如权利要求书3所述的方法，其特征在于在反应溶液于室温下持续通入惰性气体氮气除氧30分钟。
5.如权利要求书3所述的方法，其特征在于按重量比，所述中性单体：离子型单体：硅类单体为40-80：10-50：2-10。
6.如权利要求书3所述的方法，其特征在于所述引发剂质量占单体总质量的0.05%-1.5%。
7.如权利要求书3所述的方法，其特征在于所述引发剂为过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉中的一种或几种。
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