CN115181224A - 一种改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂及其制备方法 - Google Patents

一种改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂及其制备方法，涉及高分子聚合领域和油气田开发技术领域，该方法包括：将β‑萘磺酸和醛类化合物进行缩聚反应，得到磺化萘缩聚物；将磺化萘缩聚物和对羟基苯丙烯酸进行共聚反应，得到改性磺化萘缩聚物；向反应器中加入改性磺化萘缩聚物、丙烯酰胺、丙烯酸、氢氧化钾、抗温抗剪切单体、页岩抑制剂、表面活性剂、链转移剂、水和引发剂进行聚合反应，得到改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂。本发明制备的改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂能在钻井过程中迅速吸附在黏土表面，具有溶解快、抗剪切性能强、包被效果好、岩屑回收率高等优点。

Description

一种改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及油气田开发和高分子聚合技术领域，特别涉及一种改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂及其制备方法。
背景技术
钻井液主要用于钻井过程中解决泥页岩井壁稳定问题。钻井液包被剂作为一种高分子聚合物，是钻井液的重要组成部分。其作用是通过包被吸附在钻屑和井壁表面，抑制钻屑分散和保持井壁稳定，防止由于井壁水化所导致的膨胀与坍塌。随着深井、超深井的进一步开发，井下高温高盐等复杂环境下对钻井液的性能提出了更高的要求。
中国专利CN110698590A公布了一种螯合交联共聚包被剂的制备方法，由丙烯酰胺和丙烯酸共聚形成主链，使氧化钙和硼砂接枝在支链上，从而提高产品的抗温性能。但是钙离子和硼砂的引入，增加了聚丙烯酰胺在水中的溶解时间，而且该包被剂在高温下长时间的粘度保持性差，也未对岩屑回收率作出进一步测试。
因此，针对以上不足，需要提供一种改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂。
发明内容
本发明实施例提供了一种改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂及其制备方法，能够提供抗剪切性能优异的包被剂，而且其溶解速度快、包被效果好、岩屑回收率高。
第一方面，本发明提供了一种改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将β-萘磺酸和醛类化合物进行缩聚反应，得到磺化萘缩聚物；
(2)将所述磺化萘缩聚物和对羟基苯丙烯酸进行共聚反应，得到改性磺化萘缩聚物；
(3)向反应器中加入所述改性磺化萘缩聚物、丙烯酰胺、丙烯酸、氢氧化钾、抗温抗剪切单体、页岩抑制剂、表面活性剂、链转移剂、水和引发剂进行聚合反应，得到所述改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂。
优选地，在步骤(1)中，所述醛类化合物为甲醛、多聚甲醛中的至少一种；
所述β-萘磺酸与所述醛类化合物的质量比为1:(1～5)。
优选地，在步骤(1)中，所述缩聚反应为在70～100℃下缩聚反应0.5～2h。
优选地，所述步骤(1)包括：
将萘和磺化剂进行磺化反应，得到所述β-萘磺酸；其中，所述磺化反应为在90～150℃下反应1～3h；
所述萘和所述磺化剂的质量比为1:(1～3)；其中，所述磺化剂为硫酸、发烟硫酸中的至少一种。
优选地，在步骤(2)中，所述共聚反应为在60～100℃下共聚反应1～2h。
优选地，在步骤(2)中，所述对羟基苯丙烯酸和所述磺化萘缩聚物的质量比为1:(10～1000)。
优选地，在步骤(3)中，所述抗温抗剪切单体为N,N-二甲基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺中的至少一种；
所述表面活性剂为阴离子型表面活性剂。
优选地，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。
优选地，在步骤(3)中，所述页岩抑制剂为KCl、KNO3、K2SO4中的至少一种。
优选地，在步骤(3)中，所述引发剂为过硫酸盐；所述过硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵、过硫酸钙、过硫酸氢钾、过硫酸氢钠、过硫酸氢氨或过硫酸氢钙。
优选地，在步骤(3)中，所述链转移剂为甲酸盐、巯基乙酸；所述甲酸盐为甲酸铵、甲酸钠、甲酸钾中的至少一种。
优选地，所述步骤(3)包括：
在反应器中加入所述改性磺化萘缩聚物、丙烯酰胺、丙烯酸、氢氧化钾、所述抗温抗剪切单体、所述页岩抑制剂、水和所述表面活性剂进行混匀，得到混合溶液，并向所述混合溶液中通入氮气，然后再加入所述引发剂和所述链转移剂进行聚合反应，得到所述改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂。
优选地，在步骤(3)中，所述得到混合溶液之后，还包括如下步骤：
将所述混合溶液的pH调节至6.8～7.5；
将所述混合溶液的温度调节至0～5℃；
所述聚合反应的反应时间为2～3h。
优选地，制备所述改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂所用到的原料的重量份数如下：所述改性磺化萘缩聚物10～50份，丙烯酰胺80～150份，丙烯酸80～100份，氢氧化钾80～120份，抗温抗剪切单体5～15份，页岩抑制剂5～20份，表面活性剂1～15份，水300～750份，链转移剂0.01～1份，引发剂0.001～1份。
第二方面，本发明提供了一种改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂，采用上述第一方面任一所述的制备方法制备得到。
优选地，所述改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂在水中的溶解时间不超过20min；岩屑回收率高于70％；在8000rpm下的剪切粘度保留率不低于75％。
本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：
本发明首先通过含有磺酸基团的磺化萘缩聚物和对羟基苯丙烯酸的共聚反应，得到带有碳碳双键的改性磺化萘缩聚物，然后由改性磺化萘缩聚物、丙烯酰胺、丙烯酸、抗温抗剪切单体、页岩抑制剂共聚制备得到改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂。相比于常用的包被剂，本发明制备的改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂中含有大量的磺酸基团，不仅能提高该包被剂在水中的溶解速度，使包被剂进入井下后更快地吸附在黏土表面，从而有效地防止井壁坍塌；而且引入的抗温抗剪切单体和该包被剂中含有苯环基团，进而使其具有更优异的抗温抗剪切性能，同时也进一步提高了该包被剂的岩屑回收率。
在本发明中制备得到的改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂具有如下性质：在水中的溶解时间不超过20min，表观粘度为21～25mPa·s；岩屑回收率高于70％；在8000rpm下的剪切粘度保留率不低于75％。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
(1)将β-萘磺酸和醛类化合物进行缩聚反应，得到磺化萘缩聚物；
(2)将磺化萘缩聚物和对羟基苯丙烯酸进行共聚反应，得到改性磺化萘缩聚物；
(3)向反应器中加入改性磺化萘缩聚物、丙烯酰胺、丙烯酸、氢氧化钾、抗温抗剪切单体、页岩抑制剂、表面活性剂、链转移剂、水和引发剂进行聚合反应，得到改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂。
需要说明的是，本发明中的水可以是去离子水。
根据一些优选的实施方式，在步骤(1)中，醛类化合物为甲醛、多聚甲醛中的至少一种；
β-萘磺酸与醛类化合物的质量比为1:(1～5)(例如，可以为1:1、1:1.5、1:2、1:3、1:4、1:4.5或1:5)。
在本发明中，通过限定β-萘磺酸与醛类化合物的用量比可以限定磺化萘缩聚物的聚合度，避免磺化萘缩聚物聚合度过低时，所制备的改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂的岩石包裹能力差；同时避免磺化萘缩聚物聚合度过高时，岩石包裹能力提高不显著，但严重影响改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂溶解性的问题。
需要说明的是，至少一种即为任意一种或任意几种以任意比例混合的混合物。
根据一些优选的实施方式，在步骤(1)中，缩聚反应为在70～100℃(例如，可以为70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃或100℃)下缩聚反应0.5～2h(例如，可以为0.5h、1h、1.5h、1.8h或2h)。
根据一些优选的实施方式，步骤(1)包括：
将萘和磺化剂进行磺化反应，得到β-萘磺酸；其中，磺化反应为在90～150℃(例如，可以为90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃或150℃)下反应1～3h(例如，可以为1h、1.5h、2h、2.5h或3h)；
萘和磺化剂的质量比为1:(1～3)(例如，可以为1:1、1:1.5、1:2、1:2.5或1:3)；其中，磺化剂为硫酸、发烟硫酸中的至少一种。
需要说明的是，硫酸为质量分数为98％的硫酸水溶液。
根据一些优选的实施方式，在步骤(2)中，共聚反应为在60～100℃(例如，可以为60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃或100℃)下共聚反应1～2h(例如，可以为1h、1.5h或2h)。
根据一些优选的实施方式，在步骤(2)中，对羟基苯丙烯酸和磺化萘缩聚物的质量比为1:(10～1000)(例如，可以为1:10、1:15、1:20、1:25、1:50、1:70、1:80、1:100、1:200、1:500、1:600、1:800、1:900或1:1000)。
需要说明的是，通过限定对羟基苯丙烯酸和磺化萘缩聚物的用量可以确保改性磺化萘缩聚物仅有一个碳碳双键，通过该碳碳双键使其可以与丙烯酰胺双键聚合，有利于后续形成网络结构；从而避免碳碳双键过多而引发分子内交联，不利于改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂的溶解速度。
在一个优选的实施方式中，在步骤(2)中，将对羟基苯丙烯酸滴加至包括磺化萘缩聚物的反应器中，如此，通过滴加的方式使得对羟基苯丙烯酸在充分混匀的前提下能够成功接枝在磺化萘缩聚物上。需要说明的是，步骤(2)中可以还采用对羟基苯丙烯酸的同分异构体。
根据一些优选的实施方式，在步骤(3)中，抗温抗剪切单体为N,N-二甲基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺中的至少一种；
表面活性剂为阴离子型表面活性剂。
根据一些更优选的实施方式，表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。
根据一些优选的实施方式，在步骤(3)中，页岩抑制剂为KCl、KNO3、K2SO4中的至少一种。
根据一些优选的实施方式，在步骤(3)中，引发剂为过硫酸盐；过硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵、过硫酸钙、过硫酸氢钾、过硫酸氢钠、过硫酸氢氨或过硫酸氢钙。
根据一些优选的实施方式，在步骤(3)中，链转移剂为甲酸盐、巯基乙酸；甲酸盐为甲酸铵、甲酸钠、甲酸钾中的至少一种。
根据一些优选的实施方式，步骤(3)包括：
在反应器中加入改性磺化萘缩聚物、丙烯酰胺、丙烯酸、氢氧化钾、抗温抗剪切单体、页岩抑制剂、水和表面活性剂进行混匀，得到混合溶液，并向混合溶液中通入氮气，然后再加入引发剂和链转移剂进行聚合反应，得到改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂。
根据一些优选的实施方式，在步骤(3)中，得到混合溶液之后，还包括如下步骤：
将混合溶液的pH调节至6.8～7.5；
将混合溶液的温度调节至0～5℃；
聚合反应的反应时间为2～3h(例如，可以为2h、2.2h、2.5h、2.8h或3h)。
经实验证实，将混合溶液的pH调节至6.8～7.5(例如，可以是6.8、6.9、7、7.1、7.2、7.3、7.4或7.5)，具体地，可以包括但不限于采用氢氧化钠水溶液进行调节。如此，可避免反应介质的酸碱性影响引发剂的分解速率，保证改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂的聚合度，而且该反应介质的环境为中性，制备过程对环境更友好。
经实验证实，由于步骤(3)中发生的聚合反应为放热反应，在较高温度下引发该共聚反应时，较高的温度增加了自由基的碰撞机会，使得反应速率加快，放热过快，不易控制且会发生溢出甚至烫伤等危险；但在较低温度下引发该共聚反应时，则会减少自由基碰撞机会，链增长变慢，影响聚丙烯酰胺的分子量，因此将混合溶液的温度调节至0～5℃(例如，可以是0℃、1℃、2℃、3℃、4℃或5℃)。如此，步骤(3)在引发后依靠自身反应的放热便能完成共聚反应。
在本发明中，以水作为共聚反应的反应介质，不仅成本低，还能消除有机溶剂对环境污染的影响，制备过程简单，且无需加热。而且反应介质的环境为中性，制备过程对环境友好、无污染、能耗低、产物无毒无腐蚀性、不会产生二次污染，符合绿色环保化工助剂的发展方向。
根据一些更优选的实施方式，在步骤(3)中，通入氮气的时间为30-40min(例如，可以是30min、32min、35min、38min或40min)。
在本发明中，因为氧气作为阻聚剂，会影响聚丙烯酰胺的聚合反应，所以聚合反应是在氮气气氛中进行的，而且需要事先通入氮气去除氧气，以确保聚合反应正常进行。
在本发明中，通过链转移剂来进一步调节所制备的改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂的粘均分子量为800w～1300w。经实验证实，若所制备的该包被剂的粘均分子量过小，不利于该包被剂在高温下长时间保持粘度，进而会影响其岩屑回收率；若所制备的该包被剂的粘均分子量过大，则其溶解速度较慢，溶解时间变长，会影响钻井过程的工作效率。
根据一些优选的实施方式，制备改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂所用到的原料的重量份数如下：改性磺化萘缩聚物10～50份(例如，可以为10份、15份、20份、25份、30份、35份、40份、45份或50份)，丙烯酰胺80～150份(例如，可以为80份、85份、90份、95份、100份、105份、110份、115份、120份、125份、130份、135份、140份、145份或150份)，丙烯酸80～100份(例如，可以为80份、82份、85份、88份、90份、92份、95份、98份或100份)，氢氧化钾80～120份(例如，可以为80份、85份、90份、95份、100份、105份、110份、115份或120份)，抗温抗剪切单体5～15份(例如，可以为5份、6份、8份、10份、12份或15份)，页岩抑制剂5～20份(例如，可以为5份、6份、8份、10份、15份、18份或20份)，表面活性剂1～15份(例如，可以为1份、2份、5份、6份、8份、10份、12份或15份)，水300～750份(例如，可以为300份、310份、350份、400份、450份、500份、550份、600份、650份、700份或750份)，链转移剂0.01～1份(例如，可以为0.01份、0.02份、0.05份、0.08份、0.1份、0.2份、0.5份、0.6份、0.8份或1份)，引发剂0.001～1份(例如，可以为0.001份、0.002份、0.005份、0.008份、0.01份、0.02份、0.05份、0.08份、0.1份、0.2份、0.5份、0.6份、0.8份或1份)。
在本发明中，通过调节引发剂、链转移剂和改性磺化萘缩聚物的用量调节钻井液包被剂的抗剪切性能和岩屑回收率。需要说明的是，本发明得到的改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂为胶体状态的阴离子型聚丙烯酰胺，对该胶体聚丙烯酰胺进行烘干、磨粉后进行封装，更加便于存储和运输，能够进一步降低运输成本。
在本发明中，磺化改性萘系缩聚物还有效地增加了增强了聚丙烯酰胺分子间的缔合效应，并形成网状结构，能实现黏土表面的快速吸附，实现对钻屑的包覆，包覆能力强且持久，能有效抑制岩屑分散，且该结构使得所制备的改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂有更大的流体力学体积，提高钻井液的粘度和动切力。在本发明中，表面活性剂的加入进一步提高了所制备的改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂在水中的溶解性能。因此，本发明通过将各原料的用量限定在上述范围内能得到具有溶解时间快、抗剪切性能优异和高岩屑回收率的改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂。
本发明还提供了一种改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂，采用本发明所提供的制备方法制备得到的改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂。
根据一些优选的实施方式，所述改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂具有如下性质：
在水中的溶解时间不超过20min，表观粘度为21～25mPa·s；岩屑回收率高于70％；在8000rpm下的剪切粘度保留率不低于75％。
为了更加清楚地说明本发明的技术方案及优点，下面通过几个实施例对一种改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂及其制备方法进行详细说明。
以下实施例中，均以重量份数来表示各原料的质量；
其中，采用的甲醛为质量分数为37～40％的甲醛水溶液。
实施例1
改性磺化萘缩聚物的制备：
在向装有搅拌器、回流冷凝器、温度计的三口烧瓶中加入1份固体萘升至80℃溶解，并缓慢加入1份浓硫酸(质量分数为98％)于100℃下进行磺化反应2h，得到β-萘磺酸；
将3份甲醛缓慢加入至2份β-萘磺酸中，并于80℃下缩聚反应1h，得到磺化萘缩聚物；然后将1份对羟基苯丙烯酸缓慢加入50份磺化萘缩聚物中，在80℃下共聚反应1h得到改性磺化萘缩聚物。
改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂的制备：
将10份上述改性磺化萘缩聚物、80份丙烯酰胺、80份丙烯酸、80份氢氧化钾、5份表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠)、10份页岩抑制剂(氯化钾)、10份抗温抗剪切单体(双丙酮丙烯酰胺)和725份去离子水加入至反应器中混合均匀，得到混合溶液；将混合溶液的pH调节至7.0，并将其温度调节至0℃，然后向混合溶液中通入氮气30min，再于氮气保护下向其中加入0.005份引发剂(过硫酸钾)和0.03份链转移剂(甲酸钾)进行聚合反应2h(其中，将溶液吹至粘稠后对反应器进行封口)，反应结束后得到胶体状态的改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂。
实施例2
改性磺化萘缩聚物的制备：
在向装有搅拌器、回流冷凝器、温度计的三口烧瓶中加入1份固体萘升至80℃溶解，并缓慢加入1份浓硫酸(质量分数为98％)于130℃下进行磺化反应1h，得到β-萘磺酸；
将1份甲醛缓慢加入至1份β-萘磺酸中，并于80℃下缩聚反应1.5h，得到磺化萘缩聚物；然后将1份对羟基苯丙烯酸缓慢加入100份磺化萘缩聚物中，在80℃下共聚反应2h得到改性磺化萘缩聚物。
改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂的制备：
将30份上述改性磺化萘缩聚物、100份丙烯酰胺、80份丙烯酸、80份氢氧化钾、5份表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠)、10份页岩抑制剂(硝酸钾)、10份抗温抗剪切单体(双丙酮丙烯酰胺)和685份去离子水加入至反应器中混合均匀，得到混合溶液；将混合溶液的pH调节至7.2，并将其温度调节至2℃，然后向混合溶液中通入氮气30min，再于氮气保护下向其中加入0.05份引发剂(过硫酸钾)和0.03份链转移剂(甲酸钾)进行聚合反应2h(其中，将溶液吹至粘稠后对反应器进行封口)，反应结束后得到胶体状态的改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂。
实施例3
改性磺化萘缩聚物的制备：
在向装有搅拌器、回流冷凝器、温度计的三口烧瓶中加入1份固体萘升至80℃溶解，并缓慢加入1份浓硫酸(质量分数为98％)于150℃下进行磺化反应1.5h，得到β-萘磺酸；
将1份多聚甲醛缓慢加入至1份β-萘磺酸中，并于80℃下缩聚反应1h，得到磺化萘缩聚物；然后将1份对羟基苯丙烯酸缓慢加入80份磺化萘缩聚物中，在80℃下共聚反应1h得到改性磺化萘缩聚物。
改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂的制备：
将30份上述改性磺化萘缩聚物、80份丙烯酰胺、100份丙烯酸、100份氢氧化钾、5份表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠)、10份页岩抑制剂(硫酸钾)、10份抗温抗剪切单体(双丙酮丙烯酰胺)和685份去离子水加入至反应器中混合均匀，得到混合溶液；将混合溶液的pH调节至7.0，并将其温度调节至0℃，然后向混合溶液中通入氮气30min，再于氮气保护下向其中加入0.01份引发剂(过硫酸钾)和0.01份链转移剂(甲酸钾)进行聚合反应2h(其中，将溶液吹至粘稠后对反应器进行封口)，反应结束后得到胶体状态的改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂。
实施例4
改性磺化萘缩聚物的制备：
在向装有搅拌器、回流冷凝器、温度计的三口烧瓶中加入1份固体萘升至80℃溶解，并缓慢加入1份浓硫酸(质量分数为98％)于100℃下进行磺化反应1.5h，得到β-萘磺酸；
将3份多聚甲醛缓慢加入至1份β-萘磺酸中，并于80℃下缩聚反应2h，得到磺化萘缩聚物；然后将1份对羟基苯丙烯酸缓慢加入180份磺化萘缩聚物中，在100℃下共聚反应1h得到改性磺化萘缩聚物。
改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂的制备：
将20份上述改性磺化萘缩聚物、100份丙烯酰胺、100份丙烯酸、100份氢氧化钾、10份表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠)、10份页岩抑制剂(硫酸钾)、10份抗温抗剪切单体(双丙酮丙烯酰胺)和650份去离子水加入至反应器中混合均匀，得到混合溶液；将混合溶液的pH调节至7.0，并将其温度调节至0℃，然后向混合溶液中通入氮气30min，再于氮气保护下向其中加入0.03份引发剂(过硫酸钾)和0.05份链转移剂(甲酸钾)进行聚合反应3h(其中，将溶液吹至粘稠后对反应器进行封口)，反应结束后得到胶体状态的改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂。
实施例5
改性磺化萘缩聚物的制备：
在向装有搅拌器、回流冷凝器、温度计的三口烧瓶中加入1份固体萘升至80℃溶解，并缓慢加入2份发烟硫酸于150℃下进行磺化反应1h，得到β-萘磺酸；
将3份甲醛缓慢加入至1份β-萘磺酸中，并于80℃下缩聚反应1h，得到磺化萘缩聚物；然后将1份对羟基苯丙烯酸缓慢加入150份磺化萘缩聚物中，在100℃下共聚反应1h得到改性磺化萘缩聚物。
改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂的制备：
将20份上述改性磺化萘缩聚物、100份丙烯酰胺、100份丙烯酸、100份氢氧化钾、10份表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠)、10份页岩抑制剂(氯化钾)、10份抗温抗剪切单体(N,N-二甲基丙烯酰胺)和650份去离子水加入至反应器中混合均匀，得到混合溶液；将混合溶液的pH调节至6.8，并将其温度调节至5℃，然后向混合溶液中通入氮气30min，再于氮气保护下向其中加入0.03份引发剂(过硫酸钾)和0.07份链转移剂(甲酸钾)进行聚合反应3h(其中，将溶液吹至粘稠后对反应器进行封口)，反应结束后得到胶体状态的改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂。
实施例6
改性磺化萘缩聚物的制备：
在向装有搅拌器、回流冷凝器、温度计的三口烧瓶中加入1份固体萘升至80℃溶解，并缓慢加入1份发烟硫酸于120℃下进行磺化反应1h，得到β-萘磺酸；
将2份多聚甲醛缓慢加入至1份β-萘磺酸中，并于80℃下缩聚反应1h，得到磺化萘缩聚物；然后将1份对羟基苯丙烯酸缓慢加入50份磺化萘缩聚物中，在100℃下共聚反应1h得到改性磺化萘缩聚物。
改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂的制备：
将50份上述改性磺化萘缩聚物、80份丙烯酰胺、100份丙烯酸、100份氢氧化钾、10份表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠)、20份页岩抑制剂(氯化钾)、5份抗温抗剪切单体(N,N-二甲基丙烯酰胺)和635份去离子水加入至反应器中混合均匀，得到混合溶液；将混合溶液的pH调节至7.5，并将其温度调节至0℃，然后向混合溶液中通入氮气30min，再于氮气保护下向其中加入0.03份引发剂(过硫酸钠)和0.05份链转移剂(甲酸钠)进行聚合反应3h(其中，将溶液吹至粘稠后对反应器进行封口)，反应结束后得到胶体状态的改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂。
实施例7
实施例7与实施例1基本相同，其不同之处在于：在改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂的制备中：采用10份上述改性磺化萘缩聚物、80份丙烯酰胺、80份丙烯酸、80份氢氧化钾、1份表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠)、5份页岩抑制剂(氯化钾)、10份抗温抗剪切单体(双丙酮丙烯酰胺)和734份去离子水。
实施例8
实施例8与实施例1基本相同，其不同之处在于：在改性磺化萘缩聚物的制备中：β-萘磺酸与醛类化合物的质量比为1:5。
实施例9
实施例9与实施例1基本相同，其不同之处在于：在改性磺化萘缩聚物的制备中：对羟基苯丙烯酸和磺化萘缩聚物的质量比为1:1000。
对比例1
购自台前县恒大化工有限公司的用作钻井液包被剂的普通聚丙烯酰胺，阴离子型，分子量为800w～1000w。
对比例2
对比例2与实施例1基本相同，其不同之处在于：未加入10份改性磺化萘缩聚物，代替加入10份去离子水，即总计735份去离子水。
对比例3
对比例3与实施例1基本相同，其不同之处在于：未加入10份抗温抗剪切单体，代替加入10份去离子水，即总计735份去离子水。
将实施例1至9中得到的改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂以及对比例1至3得到的聚丙烯酰胺进行烘干、磨粉后得到试样，将试样置于水中测试其溶解时间，并测试其表观粘度、塑性粘度、动切力、岩屑回收率、剪切粘度保留率，测试数据如表1所示。
具体地，按照Q/HS YF432-2019的测试方法测定钻井液包被剂的表观粘度、塑性粘度、动切力以及岩屑回收率。并用六速粘度计在θ100、试样浓度0.5％(试样在溶液中的质量分数为0.5％)、于65℃、高搅拌转速8000r/min的条件下测试钻井液用包被剂的剪切粘度保留率。需要说明的是，剪切粘度保留率为试样浓度0.5％的包被剂在65℃下测得的表观粘度与在25℃测得的表观粘度之比。
表1
Figure BDA0003780128110000131
由表1可知，本发明实施例所制备得到的改性聚丙烯酰胺胶体粉末在水中的溶解时间均不超过20min。同时，通过对比实施例和对比例，发明人发现改性磺化萘缩聚物显著提高了所制备的改性聚丙烯酰胺用作包被剂的岩屑回收率(高于70％)，且在8000rpm下的剪切粘度保留率不低于75％。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (10)

1.一种改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将β-萘磺酸和醛类化合物进行缩聚反应，得到磺化萘缩聚物；
(2)将所述磺化萘缩聚物和对羟基苯丙烯酸进行共聚反应，得到改性磺化萘缩聚物；
(3)向反应器中加入所述改性磺化萘缩聚物、丙烯酰胺、丙烯酸、氢氧化钾、抗温抗剪切单体、页岩抑制剂、表面活性剂、链转移剂、水和引发剂进行聚合反应，得到所述改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中：
所述醛类化合物为甲醛、多聚甲醛中的至少一种；
所述β-萘磺酸与所述醛类化合物的质量比为1:(1～5)；和/或
所述缩聚反应为在70～100℃下缩聚反应0.5～2h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述步骤(1)包括：
将萘和磺化剂进行磺化反应，得到所述β-萘磺酸；其中，所述磺化反应为在90～150℃下反应1～3h；
所述萘和所述磺化剂的质量比为1:(1～3)；其中，所述磺化剂为硫酸、发烟硫酸中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于,在步骤(2)中：
所述共聚反应为在60～100℃下共聚反应1～2h；和/或；
所述对羟基苯丙烯酸和所述磺化萘缩聚物的质量比为1:(10～1000)。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于,在步骤(3)中：
所述抗温抗剪切单体为N,N-二甲基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺中的至少一种；
所述表面活性剂为阴离子型表面活性剂，优选为十二烷基苯磺酸钠；和/或
所述页岩抑制剂为KCl、KNO3、K2SO4中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中：
所述引发剂为过硫酸盐；所述过硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵、过硫酸钙、过硫酸氢钾、过硫酸氢钠、过硫酸氢氨或过硫酸氢钙；和/或
所述链转移剂为甲酸盐、巯基乙酸；所述甲酸盐为甲酸铵、甲酸钠、甲酸钾中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述步骤(3)包括：
在反应器中加入所述改性磺化萘缩聚物、丙烯酰胺、丙烯酸、氢氧化钾、所述抗温抗剪切单体、所述页岩抑制剂、水和所述表面活性剂进行混匀，得到混合溶液，并向所述混合溶液中通入氮气，然后再加入所述引发剂和所述链转移剂进行聚合反应，得到所述改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：
在步骤(3)中，所述得到混合溶液之后，还包括如下步骤：
将所述混合溶液的pH调节至6.8～7.5；
将所述混合溶液的温度调节至0～5℃；
所述聚合反应的反应时间为2～3h。
9.根据权利要求1至8中任一所述的制备方法，其特征在于：
制备所述改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂所用到的原料的重量份数如下：所述改性磺化萘缩聚物10～50份，丙烯酰胺80～150份，丙烯酸80～100份，氢氧化钾80～120份，抗温抗剪切单体5～15份，页岩抑制剂5～20份，表面活性剂1～15份，水300～750份，链转移剂0.01～1份，引发剂0.001～1份。
10.一种改性聚丙烯酰胺钻井液包被剂，其特征在于，采用权利要求1至9中任一所述的制备方法制备得到。
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