具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值,这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说,各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间,以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围,这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明第一方面提供一种制备温敏聚合物的方法,其中,该方法包括以下步骤:
(A)将1,12-二溴十二烷、1,4-二甲基哌嗪、二甲基亚砜、N-甲基咪唑和N-甲基吗啉进行第一聚合反应,制得聚季铵盐;
(B)在惰性环境中,将间苯三羧酸、3,3’-二氨基联苯二胺和含有五氧化二磷的多聚磷酸进行第二聚合反应,然后将该第二聚合反应所得固体物料浸渍于碱性水环境中,制得超支化聚苯并咪唑;
(C)将步骤(A)所得聚季铵盐和步骤(B)所得超支化聚苯并咪唑与烯醇化合物、二胺化合物、无机碱、水和酰胺化合物进行第三聚合反应,将该第三聚合反应所得物料与醇化合物进行析出反应,得到所述温敏聚合物。
在步骤(A)中,优选地,1,12-二溴十二烷、1,4-二甲基哌嗪、二甲基亚砜、N-甲基咪唑和N-甲基吗啉的用量关系满足0.02-0.15mol:0.075-0.1mol: 65-100mL:0.001-0.0035mol:0.001-0.0035mol,更优选为0.06-0.1mol: 0.084-0.092mol:75-90mL:0.002-0.0025mol:0.002-0.0025mol。在上述用量关系中,以“0.06-0.1mol”为例,其并不代表具体的摩尔数,而是该用量关系中的一个比例,本领域技术人员知道如何将该用量关系放大或缩小。本发明中的用量关系均满足该含义。
在步骤(A)中,将1,12-二溴十二烷、1,4-二甲基哌嗪、二甲基亚砜、N-甲基咪唑和N-甲基吗啉相互接触进行聚合反应即可以制得聚季铵盐,可以用来制备温敏聚合物。为了使所得的温敏聚合物的纯度更高、收率更高、效果更好,根据本发明一种优选的实施方式,所述第一聚合反应的过程包括:将1,12-二溴十二烷、1,4-二甲基哌嗪和二甲基亚砜进行先接触反应;将先接触反应所得反应产物与N-甲基咪唑和N-甲基吗啉进行后接触反应。
根据上述优选的实施方式,更优选地,所述先接触反应的反应条件包括:温度为40-60℃,时间为2-7小时;进一步优选地,所述先接触反应的反应条件包括:温度为45-55℃,时间为3-6小时
根据上述优选的实施方式,更优选地,所述后接触反应的反应条件包括:温度为40-60℃,时间为2-7小时;进一步优选地,所述后接触反应的反应条件包括:温度为45-55℃,时间为3-6小时。
根据本发明制备温敏聚合物的方法,优选地,所述步骤(A)还包括将所述第一聚合反应所得物料进行减压蒸馏去除溶剂之后,得到所述聚季铵盐。
在步骤(B)中,所述惰性环境指的是在惰性气体的保护下进行所述第二聚合反应,即指所述第二聚合反应的容器内充盈了惰性气体,也可以同时将惰性气体不断通入到第二聚合反应的反应混合物中。所述惰性气体统指不与所述第二聚合的反应物进行反应的气体,包括但不限于氮气、氦气、氖气和氩气中的一种或多种。
在步骤(B)中,将间苯三羧酸、3,3’-二氨基联苯二胺和含有五氧化二磷的多聚磷酸进行第二聚合反应,可以制得所述超支化聚苯并咪唑,可以用来制备所述温敏聚合物。为了使所得的温敏聚合物的纯度更高、收率更高、效果更好,根据本发明一种优选的实施方式,间苯三羧酸、3,3’-二氨基联苯二胺和以五氧化二磷计的含有五氧化二磷的多聚磷酸的用量关系满足 0.5-2mmol:0.5-2mmol:25-40g,更优选地为1-1.5mmol:1-1.5mmol:30-32g。
在步骤(B)中,所述含有五氧化二磷的多聚磷酸可以为本领域常规的含有五氧化二磷的多聚磷酸,通常是由磷酸(H3PO4)加热脱水缩合而成,或者用五氧化二磷加入纯水后再加热缩合得到。在本发明中可以商购获得。优选地,所述含有五氧化二磷的多聚磷酸中五氧化二磷的含量为80-88重量%,更优选为82-85重量%。所述“含有五氧化二磷的多聚磷酸中五氧化二磷的含量”通过HG/T 4691-2014中规定的方法测定。
在步骤(B)中,将间苯三羧酸、3,3’-二氨基联苯二胺和含有五氧化二磷的多聚磷酸进行第二聚合反应,可以制得所述超支化聚苯并咪唑,可以用来制备所述温敏聚合物。为了使所得的温敏聚合物的纯度更高、收率更高、效果更好,根据本发明一种优选的实施方式,所述第二聚合反应的过程包括:将间苯三羧酸、3,3’-二氨基联苯二胺和含有五氧化二磷的多聚磷酸依次进行第一段反应和第二段反应,其中第一段反应的反应条件包括:温度为 140-155℃,时间为1-4小时;第二段反应的反应条件包括:温度为180-198℃,时间为16-28小时。更优选地,第一段反应的反应条件包括:温度为145-150℃,时间为1.5-3小时;第二段反应的反应条件包括:温度为185-192℃,时间为 18-24小时。进一步优选地,第二段反应的反应温度比第一段反应的反应温度高30-50℃,更优选高40-45℃。
在步骤(B)中,为了使所得的温敏聚合物的纯度更高、收率更高、效果更好,优选地,所述方法还包括:在所述浸渍于碱性水环境之前,先将第二聚合反应所得固体物料依次浸渍于酸性水环境和中性水环境中。
在步骤(B)中,优选地,所述将第二聚合反应所得固体物料依次浸渍于弱酸性水环境和中性水环境中的过程包括:将第二聚合反应所得物料与水混合,然后将水调节pH值为3-5(更优选为4.0-5.0)并保持5-20min(更优选为10-15min),然后将水调节pH值为6-8(更优选为7.0-8.0)并保持5-20min (更优选为10-15min)。
在步骤(B)中,优选地,所述将第二聚合反应所得固体物料依次浸渍于弱碱性水环境的方式包括:将浸渍于所述中性水环境中的固体物料经过滤后再与弱碱性水环境接触,该接触的温度为70-85℃,时间为8-16小时;更优选地,所述接触的温度为75-80℃,时间为10-12小时。
在步骤(B)中,优选地,所述碱性水环境的pH值为9-11,更优选为 9.0-10.0。
优选地,所述碱性水环境例如为氨水、碳酸钠水溶液和醋酸钠水溶液中的一种或多种,优选为氨水。
优选地,所述步骤(B)的方法还包括:将浸渍于弱碱性水环境的固体物料依次进行过滤、洗涤和干燥,得到所述超支化聚苯并咪唑。所述洗涤可以为洗涤至中性。所述干燥优选为真空干燥。
步骤(B)制得的所述超支化聚苯并咪唑的端基为羧基。
在步骤(C)中,优选地,所述聚季铵盐、超支化聚苯并咪唑、烯醇化合物、二胺化合物、无机碱、水和酰胺化合物的用量关系满足0.05-0.4g: 0.2-0.8g:0.05-0.8g:0.05-0.35g:0.02-0.4g:1-5mL:40-60mL,更优选满足 0.1-0.3g:0.4-0.6g:0.1-0.5g:0.1-0.3g:0.02-0.06g:2-4mL:46-50mL。
在步骤(C)中,优选地,所述烯醇化合物选自聚乙烯醇、丙烯醇、异戊烯醇中的一种或多种。
在步骤(C)中,优选地,所述二胺化合物选自己二胺、丁二胺、丙二胺和乙二胺中的一种或多种,最优选为己二胺。
在步骤(C)中,优选地,所述无机碱选自氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化钙中的一种或多种,最优选为氢氧化钠。
在步骤(C)中,优选地,所述酰胺化合物选自N,N-二甲基酰胺、、N,N- 二甲基乙酰胺和N,N-二异丙基甲酰胺中的一种或多种,最优选为N,N-二甲基酰胺。
在步骤(C)中,所述水可以为去离子水。
在步骤(C)中,为了使所得的温敏聚合物纯度更高,收率更高,效果更好,优选地,所述第三聚合反应的条件包括:温度为50-70℃,时间为6-14 小时;更优选地,温度为56-62℃,时间为8-10小时。
在步骤(C)中,优选地,所述析出反应的条件包括:温度为10-30℃。
在步骤(C)中,优选地,所述醇化合物选自甲醇、乙醇和异丙醇中的一种或多种。
在步骤(C)中,优选地,所述醇化合物的用量为所述酰胺化合物体积的20-100倍。
优选地,步骤(C)的方法还包括:将所述析出反应所得固体依次经过洗涤、过滤、干燥,得到所述温敏聚合物。其中,所述干燥例如为在真空烘箱中,45-60℃干燥10-24小时。
本发明第二方面提供本发明第一方面所述的方法制备得到的温敏聚合物。
根据本发明第一方面所述的方法,制备得到的温敏聚合物的纯度可以达到95重量%以上,收率可以达到90%以上。
根据本发明的温敏聚合物,优选地,所述温敏聚合物具有如下性质:数均分子量Mn为10万-100万,优选为25万-60万,更优选为34万-46万;重均分子量Mw为30万-250万,优选为50万-140万,更优选为86万-110 万;0.3重量%水溶液的表观粘度为150-800mPa·s,优选为300-600mPa·s,更优选为360-430mPa·s。其中数均分子量和重均分子量通过凝胶渗透色谱法测得;0.3重量%水溶液的表观粘度是通过Brookfield粘度计00#转子在 25℃、6s-1下测定所述温敏聚合物的0.3重量%的水溶液的表观粘度得到。
本发明第三方面提供了一种钻井液流型调节剂组合物,其中,该钻井液流型调节剂组合物中含有本发明所述的温敏聚合物。
根据本发明的钻井液流型调节剂组合物,为了使钻井液在不同的温度条件下表现出更优的稳定性,优选地,以所述钻井液流型调节剂的总量为基准,所述温敏聚合物的含量为50-95重量%,更优选为65-80重量%。
根据本发明的钻井液流型调节剂组合物,为了使钻井液在不同的温度条件下表现出更优的稳定性,优选地,所述钻井液流型调节剂中还含有磺化苯乙烯类聚合物。
优选地,相对于100重量份的所述温敏聚合物,所述磺化苯乙烯类聚合物为5-30重量份,更优选为10-20重量份,进一步优选为12-18重量份。
优选地,所述磺化苯乙烯类聚合物为磺化苯乙烯-马来酸酐共聚合物和/ 或磺化聚苯乙烯。其中,所述磺化苯乙烯-马来酸酐共聚合物中磺化苯乙烯单体的含量优选为50-85重量%,更优选为60-70重量%。优选地,所述磺化苯乙烯类聚合物的磺化度为25-50%,所述磺化度通过电导率滴定法来测量。
根据本发明的钻井液流型调节剂组合物,为了使钻井液在不同的温度条件下表现出更优的稳定性,根据本发明一种优选的具体实施方式,所述钻井液流型调节剂中还含有非离子表面活性剂、阳离子氟碳表面活性剂、消泡剂以及增效剂。
优选地,相对于100重量份的所述温敏聚合物,所述非离子表面活性剂的含量为8-25重量份,更优选为12-20重量份,最优选为12-16重量份;所述阳离子氟碳表面活性剂的含量为2-15份,更优选为5-10重量份,最优选为5-8重量份;所述消泡剂的含量为0.05-1.2份,更优选为0.1-0.7重量份;所述增效剂的含量为0.2-1.5份,更优选为0.6-1.2重量份,最优选为0.6-0.8 重量份。
根据本发明上述优选的具体实施方式,更优选地,所述非离子表面活性剂选自司盘20、司盘60、司盘80、乙二醇单硬脂酸酯、聚乙二醇双硬脂酸酯、二醇单硬脂酸酯和丙二醇藻酸酯中的一种或多种。
根据本发明上述优选的具体实施方式,更优选地,所述阳离子氟碳表面活性剂的性质满足:在0.1%水溶液中的表面张力γ20为15-22mN/m,优选为17-20mN/m,pH值为2-5,优选为3-4。
根据本发明上述优选的具体实施方式,更优选地,所述消泡剂选自聚二甲基硅氧烷、聚乙烯醇、正辛醇和磷酸三丁酯中的一种或多种。其中,所述聚乙烯醇优选为10%聚乙烯醇溶液(例如厂家为重庆川维化工有限公司,牌号为1788)。所述消泡剂可以为一种也可以为多种的混合,都可以达到很好的效果,当为多种的混合时,例如可以为聚二甲基硅氧烷与磷酸三丁酯按质量比为1:0.5-1.5混合而成。
根据本发明上述优选的具体实施方式,更优选地,所述增效剂由以下重量份的原料制备而成:醇胺类化合物25-30重量份、过氧化氢20-25重量份、乙烯基单体35-40重量份,增塑剂5-20重量份。
其中,所述乙烯基单体选自苯乙烯、甲基苯乙烯和醋酸乙烯中的一种或多种。
其中,优选地,所述增塑剂选自邻苯二甲酸二丁脂、邻苯二甲酸二辛脂、磷酸三甲苯酯和环氧化油酸丁酯中的一种或多种。
其中,优选地,所述醇胺类化合物选自一乙醇胺、二乙醇胺或三乙醇胺中的一种或多种。
本发明第四方面提供了一种制备钻井液流型调节剂的方法,其中,该方法包括以下步骤:
(1)将温敏聚合物和磺化苯乙烯类聚合物进行第一接触反应,所述温敏聚合物为本发明第一或第三方面所述的温敏聚合物,所述磺化苯乙烯类聚合物为磺化苯乙烯-马来酸酐共聚合物和/或磺化聚苯乙烯,以所述温敏聚合物的用量为100重量份计,所述磺化苯乙烯类聚合物的用量为5-30重量份;
(2)将所述第一接触所得物料与非离子表面活性剂和阳离子氟碳表面活性剂进行第二接触;
(3)将所述第二接触所得物料与增效剂和消泡剂进行第三接触,得到所述钻井液流型调节剂。
本发明的制备钻井液流型调节剂的方法中各物料的选择和用量与本发明的钻井液流型调节剂组合物中各物料的选择和用量相同,在此不再赘述。
在步骤(1)中,优选地,所述第一接触反应的条件包括:温度为40-70℃,时间为1.5-5小时;更优选地,所述第一接触反应的条件包括:温度为45-60℃,时间为2-4小时。
在步骤(2)中,优选地,所述第二接触的条件包括:温度为40-70℃;更优选地,所述第二接触的条件包括:温度为45-60℃。所述第二接触的时间没有特别的限定,将物料混合均匀即可。
在步骤(3)中,优选地,所述第三接触的条件包括:温度为20-40℃;更优选地,所述第三接触的条件包括:温度为25-32℃。所述第三接触的时间没有特别的限定,将物料混合均匀即可。
在制备钻井液流型调节剂的方法中,本发明的所述第一接触、第二接触和第三接触都可以在搅拌下进行,对搅拌没有特别的限定,能够让物料充分接触、混合均匀即可。
本发明第五方面提供了根据本发明第四方面所述的方法制备得到的钻井液流型调节剂。本发明的钻井液流型调节剂用于钻井液中时,可以有效地降低温度变化对钻井液体系动切力的影响,用以解决现有常规钻井液因其流变性在低温和高温条件下差异大而造成ECD值高、井漏和压力控制难等技术问题。
根据本发明的钻井液流型调节剂,当将其用于钻井液中时,可以按照钻井液领域常规对调节剂的用量进行加入。优选地,以钻井液的重量为基准,所述钻井液流型调节剂的含量为0.05-3重量%,更优选为0.1-1重量%,进一步优选为0.2-0.8重量%。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
实施例1A~9A用于说明本发明的温敏聚合物的制备方法和温敏聚合物。
实施例1A
(1)在1000mL干燥的三颈瓶中,加入1,12-二溴十二烷0.06mol、1,4- 二甲基哌嗪0.084mol以及二甲基亚砜75mL,于55℃下反应3小时,再加入 N-甲基咪唑0.002mol以及N-甲基吗啉0.002mol,于55℃下反应3小时,减压蒸馏去除溶剂后,制得聚季铵盐;
(2)将1mmol的间苯三羧酸和1mmol的3,3’-二氨基联苯二胺加入到 30g含有82wt%五氧化二磷的多聚磷酸(安徽龙华化工股份有限公司,PPA-82 型)中,氮气保护条件下,于145℃下反应3小时,然后在192℃下继续反应18小时,待反应结束后,将至室温后,倒入水中,先用氢氧化钠中和至 pH=4.5,再用碳酸氢钠中和至pH=7,经过滤,将收集的聚合物加入到pH 为9.5的氨水中,于75℃搅拌12小时,过滤,样品洗涤至中性,经真空干燥,制得端基为羧基的超支化聚苯并咪唑;
(3)在100mL干燥的三颈瓶中,加入聚季铵盐0.1g,超支化聚苯并咪唑0.4g、聚乙烯醇0.15g、己二胺0.1g、氢氧化钠0.02g、去离子水2mL以及N,N-二甲基甲酰胺46mL,室温搅拌均匀后,于56℃下反应10小时,降至室温,并迅速倒入2000mL甲醇中,得大量固体沉淀,再用甲醇反复洗涤固体沉淀,抽滤,并收集聚合物,于真空烘箱中,45℃干燥24小时,即制得温敏聚合物,记为1A。
实施例2A
(1)在1000mL干燥的三颈瓶中,加入1,12-二溴十二烷0.1mol、1,4- 二甲基哌嗪0.092mol以及二甲基亚砜85mL,于45℃下反应6小时,再加入 N-甲基咪唑0.0022mol以及N-甲基吗啉0.0022mol,于45℃下反应6小时,减压蒸馏去除溶剂后,制得聚季铵盐;
(2)将1.2mmol的间苯三羧酸和1.2mmol的3,3’-二氨基联苯二胺加入到30g含有85wt%五氧化二磷的多聚磷酸(安徽龙华化工股份有限公司, PPA-85型)中,氮气保护条件下,于150℃下反应1.5小时,然后在190℃下继续反应20小时,待反应结束后,将至室温后,倒入水中,先用氢氧化钠中和至pH=4.0,再用碳酸氢钠中和至pH=6.0,经过滤,将收集的聚合物加入pH为10.0的到氨水中,于80℃搅拌10小时,过滤,样品洗涤至中性,经真空干燥,制得端基为羧基的超支化聚苯并咪唑;
(3)在100mL干燥的三颈瓶中,加入聚季铵盐0.3g,超支化聚苯并咪唑0.6g、聚乙烯醇0.1g、己二胺0.3g、氢氧化钠0.06g、去离子水4mL以及 N,N-二甲基甲酰胺50mL,室温搅拌均匀后,于60℃下反应8小时,降至室温,并迅速倒入2000mL甲醇中,得大量固体沉淀,再用甲醇反复洗涤固体沉淀,抽滤,并收集聚合物,于真空烘箱中,60℃干燥10小时,即制得温敏聚合物,记为2A。
实施例3A
(1)在1000mL干燥的三颈瓶中,加入1,12-二溴十二烷0.08mol、1,4- 二甲基哌嗪0.09mol以及二甲基亚砜90mL,于52℃下反应5小时,再加入 N-甲基咪唑0.0025mol以及N-甲基吗啉0.0025mol,于52℃下反应5小时,减压蒸馏去除溶剂后,制得聚季铵盐;
(2)将1.5mmol的间苯三羧酸和1.5mmol的3,3’-二氨基联苯二胺加入到32g含有84wt%五氧化二磷的多聚磷酸(安徽龙华化工股份有限公司, PPA-84型)中,氮气保护条件下,于148℃下反应2小时,然后在185℃下继续反应24小时,待反应结束后,将至室温后,倒入水中,先用氢氧化钠中和至pH=5.0,再用碳酸氢钠中和至pH=8.0,经过滤,将收集的聚合物加入到pH为9.0的氨水中,于75℃搅拌12小时,过滤,样品洗涤至中性,经真空干燥,制得端基为羧基的超支化聚苯并咪唑;
(3)在100mL干燥的三颈瓶中,加入聚季铵盐0.2g,超支化聚苯并咪唑0.5g、聚乙烯醇0.5g、己二胺0.2g、氢氧化钠0.04g、去离子水3mL以及 N,N-二甲基甲酰胺48mL,室温搅拌均匀后,于58℃下反应9小时,降至室温,并迅速倒入2000mL甲醇中,得大量固体沉淀,再用甲醇反复洗涤固体沉淀,抽滤,并收集聚合物,于真空烘箱中,58℃干燥18小时,即制得温敏聚合物,记为3A。
实施例4A
(1)在1000mL干燥的三颈瓶中,加入1,12-二溴十二烷0.02mol、1,4- 二甲基哌嗪0.075mol以及二甲基亚砜65mL,于60℃下反应2小时,再加入 N-甲基咪唑0.001mol以及N-甲基吗啉0.001mol,于60℃下反应2小时,减压蒸馏去除溶剂后,制得聚季铵盐;
(2)将0.5mmol的间苯三羧酸和0.5mmol的3,3’-二氨基联苯二胺加入到25g含有88wt%五氧化二磷的多聚磷酸(安徽龙华化工股份有限公司, PPA-88型)中,氮气保护条件下,于140℃下反应4小时,然后在180℃下继续反应28小时,待反应结束后,将至室温后,倒入水中,先用氢氧化钠中和至pH=3.0,再用碳酸氢钠中和至pH=7.0,经过滤,将收集的聚合物加入到pH为10.0的碳酸钠水溶液中,于85℃搅拌8小时,过滤,样品洗涤至中性,经真空干燥,制得端基为羧基的超支化聚苯并咪唑;
(3)在100mL干燥的三颈瓶中,加入聚季铵盐0.05g,超支化聚苯并咪唑0.2g、聚乙烯醇0.05g、己二胺0.05g、氢氧化钠0.02g、去离子水1mL 以及N,N-二甲基甲酰胺40mL,室温搅拌均匀后,于70℃下反应6小时,降至室温,并迅速倒入1500mL甲醇中,得大量固体沉淀,再用甲醇反复洗涤固体沉淀,抽滤,并收集聚合物,于真空烘箱中,45℃干燥24小时,即制得温敏聚合物,记为4A。
实施例5A
(1)在1000mL干燥的三颈瓶中,加入1,12-二溴十二烷0.15mol、1,4- 二甲基哌嗪0.1mol以及二甲基亚砜100mL,于40℃下反应7小时,再加入 N-甲基咪唑0.0035mol以及N-甲基吗啉0.0035mol,于40℃下反应7小时,减压蒸馏去除溶剂后,制得聚季铵盐;
(2)将2mmol的间苯三羧酸和2mmol的3,3’-二氨基联苯二胺加入到 40g含有80wt%五氧化二磷的多聚磷酸(安徽龙华化工股份有限公司,PPA-80 型)中,氮气保护条件下,于155℃下反应1小时,然后在198℃下继续反应16小时,待反应结束后,将至室温后,倒入水中,先用氢氧化钠中和至 pH=5.0,再用碳酸氢钠中和至pH=11.0,经过滤,将收集的聚合物加入到pH 为10.0的碳酸钠水溶液中,于70℃搅拌16小时,过滤,样品洗涤至中性,经真空干燥,制得端基为羧基的超支化聚苯并咪唑;
(3)在100mL干燥的三颈瓶中,加入聚季铵盐0.4g,超支化聚苯并咪唑0.8g、聚乙烯醇0.8g、己二胺0.35g、氢氧化钠0.4g、去离子水5mL以及 N,N-二甲基甲酰胺60mL,室温搅拌均匀后,于70℃下反应6小时,降至室温,并迅速倒入2500mL甲醇中,得大量固体沉淀,再用甲醇反复洗涤固体沉淀,抽滤,并收集聚合物,于真空烘箱中,45℃干燥24小时,即制得温敏聚合物,记为5A。
实施例6A
按照实施例1A的方式进行,其中步骤(1)有所不同,具体按照以下方式进行:在1000mL干燥的三颈瓶中,加入1,12-二溴十二烷0.06mol、1,4- 二甲基哌嗪0.084mol、二甲基亚砜75mL、N-甲基咪唑0.002mol以及N-甲基吗啉0.002mol,于55℃下反应6小时,减压蒸馏去除溶剂后,制得聚季铵盐。
最终制得温敏聚合物,记为6A。
实施例7A
按照实施例1A的方式进行,所不同的是,将步骤(2)中“30g含有82wt%五氧化二磷的多聚磷酸”改为“30g含有70wt%五氧化二磷的多聚磷酸”。
最终制得温敏聚合物,记为7A。
实施例8A
按照实施例1A的方式进行,所不同的是,在步骤(2)中,将“于145℃下反应3小时,然后在192℃下继续反应18小时”替换为“于170℃(145℃与192℃的中间温度)下反应21小时”。
最终制得温敏聚合物,记为8A。
实施例9A
按照实施例1A的方式进行,所不同的是,在步骤(3)中,将“于56℃下反应10小时”,改为“于80℃下反应10小时”.
最终制得温敏聚合物,记为9A。
实施例10A
按照实施例1A的方式进行,所不同的是,在步骤(2)中,将“先用氢氧化钠中和至pH=4.5,再用碳酸氢钠中和至pH=7,经过滤,将收集的聚合物加入到pH为10的氨水中”替换为“用氢氧化钠直接中和至pH=7,经过滤,将收集的聚合物加入到pH为10的氨水中”。
最终制得温敏聚合物,记为10A。
测试例I
分别对所得温敏聚合物1A~9A和1AD进行如下测试,将所得结果记于表1中。
(1)数均分子量Mn,重均分子量Mw:由凝胶渗透色谱法(GPC)测量;
(2)表观粘度AV:利用Brookfield粘度计00#转子在25℃、6s-1下测定温敏聚合物水溶液(0.3重量%)的表观粘度。
将所得结果记于表1中。
表1
从表1可以看出,通过本发明的方法可以使制备得到的温敏聚合物的纯度达到80重量%以上,在优选的实施方式下可以达到90重量%以上甚至95 重量%以上;收率可以达到90%以上。并且本发明的方法制备得到的温敏聚合物的数均分子量、重均分子量和表观粘度可以控制在合适的范围内。
实施例1B~9B用来说明本申请的钻井液流型调节剂组合物、钻井液流型调节剂及其制备方法。
实施例1B
(1)按照以下组分和重量份含量准备钻井液流型调节剂组合物:
温敏聚合物:1A,100重量份;
磺化苯乙烯类聚合物:磺化苯乙烯-马来酸酐共聚合物(胜利油田博友泥浆技术有限责任公司,SSMA),其中磺化苯乙烯单体的含量为60重量%,磺化度为25%,18重量份;
非离子表面表面活性剂:司盘80,16重量份;
阳离子氟碳表面活性剂:东营市双乔化工有限公司,YFTS-1,在0.1%水溶液中的表面张力γ20为19mN/m,pH值为3,8重量份;
消泡剂:二甲基硅氧烷,0.5重量份;
增效剂:编号1Z的增效剂(将三乙醇胺、过氧化氢、苯乙烯和增塑剂 (济南琳盛化工有限公司,T306)按照重量比为28:22:40:10混合,在75℃下反应4小时得到),0.8重量份。
(2)钻井液流型调节剂的制备:在55℃下,将上述准备的温敏聚合物、磺化苯乙烯类聚合物加入到反应釜中反应3小时,再加入非离子表面活性剂、阳离子氟碳表面活性剂,搅拌混合均匀。然后再降温至30℃,依次加入上述准备的增效剂、消泡剂,充分搅拌混合均匀,即得到钻井液流型调节剂,记为1B。
实施例2B
(1)按照以下组分和重量份含量准备钻井液流型调节剂组合物:
温敏聚合物:2A,100重量份;
磺化苯乙烯类聚合物:磺化苯乙烯-马来酸酐共聚合物(胜利油田博友泥浆技术有限责任公司,SSMA,牌号),其中磺化苯乙烯单体的含量为70 重量%,磺化度为40%,16重量份;
非离子表面表面活性剂:司盘20,14重量份;
阳离子氟碳表面活性剂:东营市双乔化工有限公司,YFTS-2,在0.1%水溶液中的表面张力γ20为17mN/m,pH值为3,6重量份;
消泡剂:10%聚乙烯醇溶液(厂家为重庆川维化工有限公司,牌号为 1788),0.7重量份;
增效剂:编号2Z的增效剂(将二乙醇胺、过氧化氢、甲基苯乙烯和增塑剂(济南玺林化工有限公司,DBP)按照重量比为30:25:38:7混合,在78℃下反应3小时得到),0.6重量份。
(2)钻井液流型调节剂的制备:在60℃下,将上述准备的温敏聚合物、磺化苯乙烯类聚合物加入到反应釜中反应4小时,再加入非离子表面活性剂、阳离子氟碳表面活性剂,搅拌混合均匀。然后再降温至32℃,依次加入上述准备的增效剂、消泡剂,充分搅拌混合均匀,即得到钻井液流型调节剂,记为2B。
实施例2-3B~2-10B
分别按照实施例2B的方式进行钻井液流型调节剂组合物的准备和钻井液流型调节剂的制备,唯一不同的是,将具体的温敏聚合物分别替换为前面制备得到的3A~10A。
最终得到钻井液流型调节剂,分别记为2-3B~2-10B。
实施例3B
(1)按照以下组分和重量份含量准备钻井液流型调节剂组合物:
温敏聚合物:3A,100重量份;
磺化苯乙烯类聚合物:磺化聚苯乙烯(胜利油田博友泥浆技术有限责任公司,SPS-1),磺化度为30%,12重量份;
非离子表面表面活性剂:司盘60,12重量份;
阳离子氟碳表面活性剂:东营市双乔化工有限公司,YFTS-3,在0.1%水溶液中的表面张力γ20为20mN/m,pH值为4,5重量份;
消泡剂:正辛醇,0.1重量份;
增效剂:编号3Z的增效剂(将一乙醇胺、过氧化氢、苯乙烯和增塑剂 (山东信恒化工有限公司,DOP)按照重量比为25:20:35:20混合,在78℃下反应3小时得到),0.7重量份。
(2)钻井液流型调节剂的制备:在45℃下,将上述准备的温敏聚合物、磺化苯乙烯类聚合物加入到反应釜中反应3小时,再加入非离子表面活性剂、阳离子氟碳表面活性剂,搅拌混合均匀。然后再降温至26℃,依次加入上述准备的增效剂、消泡剂,充分搅拌混合均匀,即得到钻井液流型调节剂,记为3B。
实施例4B
(1)按照以下组分和重量份含量准备钻井液流型调节剂组合物:
温敏聚合物:3A,100重量份;
磺化苯乙烯类聚合物:磺化苯乙烯-马来酸酐共聚合物(与实施例1相同),10重量份;
非离子表面表面活性剂:乙二醇单硬脂酸酯,12重量份;
阳离子氟碳表面活性剂:东营市双乔化工有限公司,YFTS-3,在0.1%水溶液中的表面张力γ20为20mN/m,pH值为4,5重量份;
消泡剂:磷酸三丁酯,0.1重量份;
增效剂:编号4Z的增效剂(将一乙醇胺、二乙醇胺、过氧化氢、醋酸乙烯和增塑剂(济南玺林化工有限公司,DBP)按照重量比为8.3:16.7:20:35:20 混合,在78℃下反应3小时得到),0.6重量份。
(2)钻井液流型调节剂的制备:在45℃下,将上述准备的温敏聚合物、磺化苯乙烯类聚合物加入到反应釜中反应3小时,再加入非离子表面活性剂、阳离子氟碳表面活性剂,搅拌混合均匀。然后再降温至26℃,依次加入上述准备的增效剂、消泡剂,充分搅拌混合均匀,即得到钻井液流型调节剂,记为4B。
实施例5B
(1)按照以下组分和重量份含量准备钻井液流型调节剂组合物:
温敏聚合物:1A,100重量份;
磺化苯乙烯类聚合物:磺化苯乙烯-马来酸酐共聚合物(与实施例1相同),20重量份;
非离子表面表面活性剂:由聚乙二醇双硬脂酸酯与司盘80、二醇单硬脂酸酯按质量比为1:3:2混合而成,20重量份;
阳离子氟碳表面活性剂:东营市双乔化工有限公司,YFTS-4,在0.1%水溶液中的表面张力γ20为18mN/m,pH值为3,10重量份;
消泡剂:聚二甲基硅氧烷与磷酸三丁酯按质量比为1:1混合而成,0.8 重量份;
增效剂:编号5Z的增效剂(将三乙醇胺、过氧化氢、甲基苯乙烯和增塑剂(济南琳盛化工有限公司,T306)按照重量比为25:20:35:20混合,在 75℃下反应4小时得到),1.2重量份。
(2)钻井液流型调节剂的制备:在55℃下,将上述准备的温敏聚合物、磺化苯乙烯类聚合物加入到反应釜中反应3小时,再加入非离子表面活性剂、阳离子氟碳表面活性剂,搅拌混合均匀。然后再降温至30℃,依次加入上述准备的增效剂、消泡剂,充分搅拌混合均匀,即得到钻井液流型调节剂,记为5B。
实施例6B
按照实施例2B的方式进行钻井液流型调节剂组合物的准备和钻井液流型调节剂的制备,所不同的是,具体的非离子表面活性剂改为:由司盘20 与二醇单硬脂酸酯、丙二醇藻酸酯按质量比为1:1:1混合而成。
最终得到钻井液流型调节剂,记为6B。
实施例7B
按照实施例2B的方式进行钻井液流型调节剂组合物的准备和钻井液流型调节剂的制备,所不同的是,具体的消泡剂改为:由聚二甲基硅氧烷与磷酸三丁酯、正辛醇按质量比为2:1:1混合而成。
最终得到钻井液流型调节剂,记为7B。
实施例8B
按照实施例2B的方式进行钻井液流型调节剂组合物的准备和钻井液流型调节剂的制备,所不同的是,具体的磺化苯乙烯类聚合物改为:由磺化苯乙烯-马来酸酐共聚合物与磺化聚苯乙烯按摩尔比为1:2混合而成,其中磺化苯乙烯单体的含量为70重量%,磺化度为40%。
最终得到钻井液流型调节剂,记为8B。
实施例9B
(1)按照实施例2B的方式进行钻井液流型调节剂组合物的准备;
(2)钻井液流型调节剂的制备:在80℃下,将上述准备的温敏聚合物、磺化苯乙烯类聚合物加入到反应釜中反应4小时,再加入非离子表面活性剂、阳离子氟碳表面活性剂,搅拌混合均匀。然后再降温至32℃,依次加入上述准备的增效剂、消泡剂,充分搅拌混合均匀,即得到钻井液流型调节剂,记为9B。
对比例1BD
(1)按照实施例2B的方式进行钻井液流型调节剂组合物的准备;
(2)钻井液流型调节剂的制备:在35℃下,将上述准备的温敏聚合物、磺化苯乙烯类聚合物加入到反应釜中反应8小时,再加入非离子表面活性剂、阳离子氟碳表面活性剂、增效剂、消泡剂,充分搅拌混合均匀,即得到钻井液流型调节剂,记为1BD。
对比例2BD
(1)按照实施例2B的方式进行钻井液流型调节剂组合物的准备;
(2)钻井液流型调节剂的制备:在60℃下,将上述准备的温敏聚合物、磺化苯乙烯类聚合物、非离子表面活性剂、阳离子氟碳表面活性剂、增效剂、消泡剂加入到反应釜中反应4小时,即得到钻井液流型调节剂,记为2BD。
对比例3BD
按照实施例2B的方式进行钻井液流型调节剂组合物的准备和钻井液流型调节剂的制备,唯一不同的是,将100重量份的温敏聚合物2A替换为100 重量份的聚N-异丙基丙烯酰胺(上海舜纳生物科技有限公司,PNIPAM)。
最终得到钻井液流型调节剂,记为3BD。
测试例II
分别取上面制备得到的钻井液流型调节剂1B~10B和1BD~3BD,参照石油天然气工业钻井液现场测试第1部分:水基钻井液(GB/T16783.1-2006) 进行测试,具体过程包括:
(1)基浆配制:实验基浆的配方为400mL自来水+8g钻井液用膨润土+1.2g增粘剂(XC)+8.0g降滤失剂(SMP-1)+12g抑制剂(JLX)+ 4g润滑剂(LUBE)+40g氯化钠+100g钻井液用重晶石。
(2)实验浆配制及测试:分别向实验基浆中加入0.5重量%(即2.0g) 的钻井液流型调节剂,高速搅拌均匀,将所得实验浆装入高温老化罐中,在 120℃下热滚老化16h,在4℃、25℃、65℃,分别测试动切力(YP,Pa)、 10min静切力(GEL,Pa)、六速粘度计在6r/min自动读数(Φ6,无量纲)、和六速粘度计在3r/min自动读数(Φ3,无量纲)在4℃、25℃和65℃下的测试结果,记在表2中。
表2
从表2中可以看出,本发明的温敏聚合物用于钻井液中时可以有效地降低温度变化对钻井液体系动切力的影响,使钻井液具有更好的流变性,并且在很宽的温度范围内保持性能的稳定,解决了目前钻井液领域没有温敏聚合物,从而经常因流变性在低温和高温条件下差异大而造成ECD值高、井漏和压力控制难等技术问题的缺陷。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合,这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容,均属于本发明的保护范围。