專利名稱：一種水基鉆井液用陽離子包被劑及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種水基鉆井液用陽離子包被劑及其制備方法。
背景技術：
包被劑作為水基鉆井液的一個重要組成部分已經(jīng)得到了廣泛應用，其作用是在頁巖和鉆屑表面形成保護膜，包被并抑制鉆屑水化分散，避免鉆屑膨脹增稠，防止相互粘結而增加過篩阻力。目前，水基鉆井液體系中使用一種高分子量(> 300萬)陰離子聚合物包被劑來包被鉆井過程中產(chǎn)生的鉆屑，防止鉆屑的水化分散。但高分子聚合物由于分子量大會造成體系粘度升高，另一方面容易導致絮凝現(xiàn)象，使得泥漿篩失量增大，性能不穩(wěn)定。針對這一問題現(xiàn)場也使用過< 50萬的低分子量包被劑，如國外麥克巴公司的ULTRACAP產(chǎn)品，
價格昂貴且用量大，造成鉆井液成本較高。因此為了降低鉆井液成本，穩(wěn)定水泥漿體系，需要一種分子量適中且成本低的包被劑產(chǎn)品。發(fā)明概述本發(fā)明的目的是提供一種水基鉆井液用陽離子包被劑。本發(fā)明的另一個目的是提供一種水基鉆井液用陽離子包被劑的制備方法。本發(fā)明的又一個目的是提供一種水基鉆井液用陽離子包被劑用于深水水基鉆井液體系中的用途。本發(fā)明所述的水基鉆井液用陽離子包被劑，其是由以下方法制備而成I)將10-50重量份的單體溶液與50-90重量份的油相混合，再加入O. 001-0. I重量份的引發(fā)劑，在氮氣保護下，在50°C _70°C的溫度下進行反相懸浮聚合；其中所述單體溶液由25-60重量份的第一單體、10-20重量份的第二單體、O. 001-0. I重量份的分子量調節(jié)劑以及20-50重量份的蒸餾水混合而成，所述第一單體選自丙烯酰胺，N, N-二甲基丙烯酰胺和N，N-二乙基丙烯酰胺，所述的第二單體選自二烯丙基二甲基氯化銨，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨和丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨；所述的分子量調節(jié)劑選自甲硫醇，乙硫醇，十二烷基硫醇和2-巰基乙醇；其中所述油相是O. 2-5重量份的分散劑和95-120重量份的環(huán)己烷混合溶解而成。2)在O. OlMPa-O. 05MPa的真空度和50°C _65°C的溫度下，對步驟I)的聚合產(chǎn)物進行共沸除水，過濾、干燥即得。所述單體溶液由25-60重量份,優(yōu)選30-40重量份的丙烯酰胺、10-20重量份,優(yōu)選13-15重量份的二烯丙基二甲基氯化銨、O. 001-0. I重量份，優(yōu)選O. 02-0. 04重量份的十二烷基硫醇，以及20-50重量份，優(yōu)選25-30重量份的蒸餾水混合而成。所述單體溶液由25-60重量份,優(yōu)選30-40重量份的丙烯酰胺、10-20重量份,優(yōu)選13-15重量份的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、O. 001-0. I重量份，優(yōu)選O. 02-0. 04重量份的十二烷基硫醇，以及20-50重量份，優(yōu)選25-30重量份的蒸餾水混合而成。)所述單體溶液由25-60重量份,優(yōu)選30-40重量份的丙烯酰胺、10_20重量份,優(yōu)選13-15重量份的丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、O. 001-0. I重量份，優(yōu)選O. 02-0. 04重量份的十二烷基硫醇，以及20-50重量份，優(yōu)選25-30重量份的蒸餾水混合而成。所述分散劑選自失水山梨醇單硬脂酸酯、失水山梨醇單油酸脂、失水山梨醇三油酸酯、失水山梨醇三硬脂酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇單硬脂酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇單油酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇三油酸酯、聚氧乙烯氫化蓖麻油酯、大豆卵磷酯、十八醇磷酯、聚氧乙烯壬基酚醚、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸 鈉、十八烷基三甲基溴化銨和雙十六烷基三甲基溴化銨。所述弓I發(fā)劑是自由基引發(fā)劑，選自過硫酸銨、過硫酸鉀和過硫酸鈉。本發(fā)明的制備水基鉆井液用陽離子包被劑的方法包括下述步驟I)將10-50重量份的單體溶液與50-90重量份的油相混合，再加入O. 001-0. I重量份的引發(fā)劑，在氮氣保護下，在65°C _70°C的溫度下反相懸浮聚合半小時；其中所述單體溶液由25-60重量份的第一單體、10-20重量份的第二單體、
O.001-0. I重量份的分子量調節(jié)劑以及20-50重量份的蒸餾水混合而成，所述第一單體選自丙烯酰胺，N，N- 二甲基丙烯酰胺和N，N- 二乙基丙烯酰胺，所述的第二單體選自二烯丙基二甲基氯化銨，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨和丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨；所述的調節(jié)劑選自甲硫醇、乙硫醇、十二烷基硫醇和2-巰基乙醇；其中所述油相是O. 2-5重量份的分散劑和95-120重量份的環(huán)己烷混合溶解而成，其中所述分散劑選自失水山梨醇單硬脂酸酯、失水山梨醇單油酸脂、失水山梨醇三油酸酯、失水山梨醇三硬脂酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇單硬脂酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇單油酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇三油酸酯、聚氧乙烯氫化蓖麻油酯、大豆卵磷酯、十八醇磷酯、聚氧乙烯壬基酚醚、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、十八烷基三甲基溴化銨和雙十六烷基三甲基溴化銨；2)在O. OlMPa-O. 05MPa的真空度和50°C _65°C的溫度下，對步驟I)制得的產(chǎn)物進行共沸除水，過濾、干燥即得。 正如本文中使用的，術語“水基”指的是淡水基、海水基和鹽水基液體。本發(fā)明尤其適用于水深在IOOOm以內的海上深水井作業(yè)。本方法最后得到的產(chǎn)品為白色或無色的透明固體聚合物微球，粒徑分布為
20-200 μ m,粘均分子量為50-300萬，與乳液和溶液狀產(chǎn)品相比，有效成分高，性質更加穩(wěn)定，更便于長期貯存和長途運輸，而且易于現(xiàn)場定量配置成所需溶液。與研磨破碎的固體產(chǎn)品相比，具有外觀漂亮，珠體光滑，脫水設備投資低和脫水能耗少等優(yōu)點。


圖I是根據(jù)本發(fā)明實施例I合成的包被劑的掃描電鏡照片。圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例I合成的包被劑的凝膠滲透色譜(GPC)淋出曲線。
具體實施例方式下面用實施例來進一步闡述本發(fā)明，但本發(fā)明并不受此限制。實施例I在IOOOmL四口燒瓶中加入600mL環(huán)己烷和2. 8g失水山梨醇單硬脂酸酯，加熱到40°C并攪拌使失水山梨醇單硬脂酸酯溶解得到油相，之后冷卻待用。分別將60g的N，N-二甲基丙烯酰胺、18. 2g的二烯丙基二甲基氯化銨水溶液以及40mg的十二烷基硫醇加入燒杯中，并用50ml的蒸餾水完全溶解，即得單體溶液。將配置好的單體溶液慢速滴加到四口燒瓶中，通入氮氣約30min，并開始加熱升溫。溫度上升到55°C時，再加入840mg的過硫酸銨溶液。稍后，反應出現(xiàn)自升溫現(xiàn)象。自升溫結束后，控制溫度在65-70°C之間繼續(xù)反應一個小時。待反應完成后，開始共沸除水，開啟循環(huán)水真空泵，控制好真空度(真空度0.03MPa，64°C)以維持反應體系的溫度在50-65°C之間，開始回流冷凝操作，冷凝液的下層是水。等到出水達到總加水量的75%以上時停止加熱，冷卻后將反應產(chǎn)物進行抽濾即得無色透明的聚合物包被劑微球，樣品的掃描電鏡見附圖1，照片顯示該固體樣品呈現(xiàn)規(guī)則的球形，平均粒徑為50微米左右。將包被劑微球置于真空干燥箱內，真空干燥。通過粘度法測得該包被劑的粘度數(shù)均分子量為86萬，樣品的凝膠滲透色譜曲線見附圖2，圖中顯示樣品的分子量呈現(xiàn)雙峰分布，這樣有利于樣品的溶解。實施例2
在IOOOmL四口燒瓶中加入600mL環(huán)己烷和2. 8g失水山梨醇單硬脂酸酯，加熱到40°C并攪拌使失水山梨醇單硬脂酸酯溶解得到油相，之后冷卻待用。分別將60g的N，N-二甲基丙烯酰胺、20g的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨以及45mg的十二烷基硫醇加入燒杯中，并用50ml的蒸餾水完全溶解，即得單體溶液。將配置好的單體溶液慢速滴加到四口燒瓶中，通入氮氣約30min，并開始加熱升溫。溫度上升到55°C時，再加入840mg的過硫酸銨溶液。稍后，反應出現(xiàn)自升溫現(xiàn)象。自升溫結束后，控制溫度在65-70°C之間繼續(xù)反應一個小時。待反應完成后，開始共沸除水，開啟循環(huán)水真空泵，控制好真空度(真空度0.03MPa，64°C)以維持反應體系的溫度在50-65°C之間，開始回流冷凝操作，冷凝液的下層是水。等到出水達到總加水量的75%以上時停止加熱，冷卻后將反應產(chǎn)物進行抽濾即得無色透明的聚合物包被劑微球。將包被劑微球置于真空干燥箱內，真空干燥。通過粘度法測得該包被劑的粘度數(shù)均分子量為70萬。實施例3在IOOOmL四口燒瓶中加入600mL環(huán)己烷和2. 8g失水山梨醇單硬脂酸酯，加熱到40°C并攪拌使失水山梨醇單硬脂酸酯溶解得到油相，之后冷卻待用。分別將60g的N，N-二甲基丙烯酰胺、18g的丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨以及50mg的十二烷基硫醇加入燒杯中，并用50ml的蒸餾水完全溶解，即得單體溶液。將配置好的單體溶液慢速滴加到四口燒瓶中，通入氮氣約30min，并開始加熱升溫。溫度上升到55°C時，再加入840mg的過硫酸銨溶液。稍后，反應出現(xiàn)自升溫現(xiàn)象。自升溫結束后，控制溫度在65-70°C之間繼續(xù)反應一個小時。待反應完成后，開始共沸除水，開啟循環(huán)水真空泵，控制好真空度(真空度0.03MPa，64°C)以維持反應體系的溫度在50-65°C之間，開始回流冷凝操作，冷凝液的下層是水。等到出水達到總加水量的75%以上時停止加熱，冷卻后將反應產(chǎn)物進行抽濾即得無色透明的聚合物包被劑微球。將包被劑微球置于真空干燥箱內，真空干燥。通過粘度法測得該包被劑的粘度數(shù)均分子量為60萬。性能評價本發(fā)明所合成的陽離子包被劑的包被抑制性能室內評價方法如下a)抑制粘土分散實驗
在自來水中加入O. 5%的處理劑，高攪20min,再加入3%的膨潤土，高攪5min,于100°C下熱滾16h，測量熱滾前后體系粘度的變化情況，實驗結果見表2。表I實施例1-3的包被劑熱滾前后性能
權利要求
1.一種水基鉆井液用陽離子包被劑，其通過下述方法制備而成 1)將10-50重量份的單體溶液與50-90重量份的油相混合，再加入0.001-0. I重量份的引發(fā)劑，在氮氣保護下，在50°C _70°C的溫度下進行反相懸浮聚合；其中所述單體溶液由25-60重量份的第一單體、10-20重量份的第二單體、0. 001-0. I重量份的分子量調節(jié)劑以及20-50重量份的蒸餾水混合而成，所述第一單體選自丙烯酰胺、N，N- 二甲基丙烯酰胺和N，N-二乙基丙烯酰胺，所述的第二單體選自二烯丙基二甲基氯化銨、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨和丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨；所述的分子量調節(jié)劑選自甲硫醇、乙硫醇、十二烷基硫醇和2-巰基乙醇；其中所述油相是0. 2-5重量份的分散劑和95-120重量份的環(huán)己烷混合溶解而成； 2)在0.OlMPa-O. 05MPa的真空度和50°C -65°C的溫度下，對步驟I)的聚合產(chǎn)物進行共沸除水，過濾、干燥即得。
2.如權利要求I所述的水基鉆井液用陽離子包被劑，其特征在于所述單體溶液由25-60重量份，優(yōu)選30-40重量份的丙烯酰胺、10-20重量份，優(yōu)選13-15重量份的二烯丙基二甲基氯化銨、0. 001-0. I重量份，優(yōu)選0. 02-0. 04重量份的十二烷基硫醇，以及20-50重量份，優(yōu)選25-30重量份的蒸餾水混合而成。
3.如權利要求I所述的水基鉆井液用陽離子包被劑，其特征在于所述單體溶液由25-60重量份，優(yōu)選30-40重量份的丙烯酰胺、10-20重量份，優(yōu)選13-15重量份的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、0. 001-0. I重量份，優(yōu)選0. 02-0. 04重量份的十二烷基硫醇，以及20-50重量份，優(yōu)選25-30重量份的蒸餾水混合而成。
4.如權利要求I所述的水基鉆井液用陽離子包被劑，其特征在于所述單體溶液由25-60重量份，優(yōu)選30-40重量份的丙烯酰胺、10-20重量份，優(yōu)選13-15重量份的丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、0. 001-0. I重量份，優(yōu)選0. 02-0. 04重量份的十二烷基硫醇，以及20-50重量份，優(yōu)選25-30重量份的蒸餾水混合而成。
5.如權利要求1-4中任一項所述的水基鉆井液用陽離子包被劑，其特征在于所述分散劑選自失水山梨醇單硬脂酸酯、失水山梨醇單油酸脂、失水山梨醇三油酸酯、失水山梨醇三硬脂酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇單硬脂酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇單油酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇三油酸酯、聚氧乙烯氫化蓖麻油酯、大豆卵磷酯、十八醇磷酯、聚氧乙烯壬基酚醚、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、十八烷基三甲基溴化銨和雙十六烷基三甲基溴化銨。
6.如權利要求1-5中任一項所述的水基鉆井液用陽離子包被劑，其特征在于所述引發(fā)劑是自由基引發(fā)劑。
7.如權利要求1-5中任一項所述的水基鉆井液用陽離子包被劑，其特征在于所述引發(fā)劑選自過硫酸銨、過硫酸鉀和過硫酸鈉。
8.一種制備水基鉆井液用陽離子包被劑的方法，其特征在于所述方法包括下述步驟 I)將10-50重量份的單體溶液與50-90重量份的油相混合，再加入0. 001-0. I重量份的引發(fā)劑，在氮氣保護下，在65°C _70°C的溫度下反相懸浮聚合半小時；其中所述單體溶液由25-60重量份的第一單體、10-20重量份的第二單體、0. 001-0. I重量份的分子量調節(jié)劑以及20-50重量份的蒸餾水混合而成，所述第一單體選自丙烯酰胺，N，N-二甲基丙烯酰胺和N，N- 二乙基丙烯酰胺，所述的第二單體選自二烯丙基二甲基氯化銨，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨和丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨；所述的調節(jié)劑選自甲硫醇、乙硫醇、十二烷基硫醇和2-巰基乙醇； 其中所述油相是0. 2-5重量份的分散劑和95-120重量份的環(huán)己烷混合溶解而成，其中所述分散劑選自失水山梨醇單硬脂酸酯、失水山梨醇單油酸脂、失水山梨醇三油酸酯、失水山梨醇三硬脂酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇單硬脂酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇單油酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇三油酸酯、聚氧乙烯氫化蓖麻油酯、大豆卵磷酯、十八醇磷酯、聚氧乙烯壬基酚醚、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、十八烷基三甲基溴化銨和雙十六烷基三甲基溴化銨； 2)在0. OlMPa-O. 05MPa的真空度和50°C _65°C的溫度下，對步驟I)制得的產(chǎn)物進行共沸除水，過濾、干燥即得。
9.權利要求1-4中任一項所述的水基鉆井液用陽離子包被劑用于海上深水水基鉆井液體系。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種水基鉆井液用陽離子包被劑及其制備方法，以及該陽離子包被劑用于海上深水水基鉆井液體系。
文檔編號C08F2/32GK102796496SQ20121028320
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月9日 優(yōu)先權日2012年8月9日
發(fā)明者李懷科, 羅健生, 田榮劍, 劉志宏, 段玉龍, 耿鐵, 易勇 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油田服務股份有限公司