一種水基高分子頁巖抑制劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水基高分子頁巖抑制劑及其制備方法。以丙烯酰胺類單體、水溶性陽離子乙烯基單體、親油性乙烯基單體和含羧基的乙烯基單體等為主要原料，在引發(fā)劑的引發(fā)下及少量膠體穩(wěn)定劑的作用下，通過無皂乳液聚合制備了一系列的水基聚丙烯酸酯頁巖抑制劑。本發(fā)明產(chǎn)品具有良好的頁巖抑制能力，能夠顯著抑制泥頁巖水化膨脹，且與無機鹽有良好的配伍性。本發(fā)明產(chǎn)品是一種新型的能夠顯著提高頁巖回收率、降低膨脹率的水基高分子頁巖抑制劑劑。
【專利說明】一種水基高分子頁巖抑制劑及其制備方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種頁巖抑制劑及其制備方法，特別涉及一種水基高分子頁巖抑制劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球油田的大量開采，油田開采已進入中后期，開采過程中產(chǎn)生了大量問題，如扭矩過大、起下鉆遇阻、卡鉆、機械鉆速低、井壁失穩(wěn)、井漏和地層傷害等，其中井壁失穩(wěn)成為迫待解決的問題。國內(nèi)外專家對此進行了積極的探索，傳統(tǒng)方法是采用油基和合成基鉆井液。鉆井液抑制性不足易引起水敏性井段失穩(wěn)、油氣層污染等問題。而泥頁巖的井壁穩(wěn)定問題是鉆井工程中的一大技術(shù)難題，井壁不穩(wěn)定現(xiàn)象的發(fā)生會延長鉆井周期、影響固井質(zhì)量、妨礙測井及地質(zhì)資料的準確獲取，甚至導致油井報廢、延誤新油田的發(fā)現(xiàn)等系列井下復雜情況和事故。傳統(tǒng)的提高鉆井液抑制性能的方法，常常以犧牲部分鉆井液穩(wěn)定性能為代價，給鉆井液性能維護造成困難。
[0003]此外，隨著環(huán)保部門對鉆井液和鉆屑毒性的控制日益嚴格，油基和合成基鉆井液的使用受到了很大程度的限制。因此，高性能水基鉆井液及相應的水性處理劑成為目前研究的重點。高 性能水基鉆井液主要由頁巖抑制劑、包被劑、防聚結(jié)劑和降濾失劑等組成。其中，頁巖抑制劑(又稱防塌劑)作為高性能水基鉆井液的關鍵處理劑，種類繁多。目前，頁巖抑制劑主要有以下幾類:(I)無機鹽類；(2)磺化浙青類；(3)胺類；(4)有機硅類；(5)醇類；(6)胺基聚醇等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種環(huán)保、與鉆井液其他處理劑具有良好協(xié)同效應的水基高分子頁巖抑制劑及其制備方法。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種水基高分子頁巖抑制劑的制備方法，將膠體穩(wěn)定劑、丙烯酰胺類單體、水溶性陽離子乙烯基單體、親油性乙烯基單體、含羧基的乙烯基單體、引發(fā)劑和水按(1-10):(30-150): (10-80): (5-60): (5-20):(0.5-6): (200-600)的質(zhì)量比加入到反應器中，于60-90°C下反應4-8h后，得到水基高分子頁巖抑制劑。
[0007]所述膠體穩(wěn)定劑為羧甲基纖維素。
[0008]所述丙烯酰胺類單體為丙烯酰胺、羥甲基丙烯酰胺中的一種或兩種任意配比的混合物。
[0009]所述水溶性陽離子乙烯基單體為甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、甲基丙烯酰氧乙基二甲基芐基氯化銨、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、丙烯酰氧乙基二甲基芐基氯化銨、對-乙烯基芐基三甲基氯化銨、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯氯化芐季銨、二烯丙基二甲基氯化銨中的一種或兩種任意配比的混合物。
[0010]所述親油性乙烯基單體為丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、苯乙烯、甲基苯乙烯中的一種或兩種任意配比的混合物。
[0011]所述含羧基的乙烯基單體為丙烯酸、甲基丙烯酸中的一種或兩種任意配比的混合物。
[0012]所述引發(fā)劑為雙氧水、過硫酸鉀、過硫酸銨、偶氮二異丁基脒鹽酸鹽中的一種。
[0013]一種根據(jù)上述的制備方法得到的水基高分子頁巖抑制劑。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果:本發(fā)明以丙烯酰胺類單體、水溶性陽離子乙烯基單體、親油性乙烯基單體和含羧基的乙烯基單體等為主要原料，在引發(fā)劑的引發(fā)下及少量膠體穩(wěn)定劑的作用下，通過無皂乳液聚合制備了一系列的水基聚丙烯酸酯頁巖抑制劑。本發(fā)明在產(chǎn)品制備過程中，于高分子分子鏈上同時引入了陰離子單體和陽離子單體，高分子帶有兩性電荷，使其既可以發(fā)揮陽離子的優(yōu)勢，又可以抵抗陰離子的干擾。此外，本發(fā)明的制備方法中采用無皂乳液聚合方法，無需添加表面活性劑，實現(xiàn)了綠色環(huán)保。本發(fā)明制備方法簡單，容易操作，便于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0015]本發(fā)明制得的產(chǎn)品具有良好的頁巖抑制能力，能夠顯著抑制泥頁巖水化膨脹，與無機鹽有良好的配伍性。本發(fā)明制得的產(chǎn)品為一種新型的能夠顯著提高頁巖回收率、降低膨脹率的水基高分 子頁巖抑制劑劑。
【具體實施方式】
[0016]下面通過具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0017]實施例1
[0018]一種水基高分子頁巖抑制劑的制備方法:將羧甲基纖維素、丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、過硫酸銨和水按1:30:10:7:5:0.8:260的質(zhì)量比加入裝有回流冷凝管、導氣管、溫度計的反應器中，將溫度升至70°C，反應4h后，即制得到水基高分子頁巖抑制劑。
[0019]添加質(zhì)量分數(shù)為0.225 %的本發(fā)明產(chǎn)品，頁巖回收率為14.9%，膨脹率為16.38%。
[0020]實施例2
[0021]一種水基高分子頁巖抑制劑的制備方法:將羧甲基纖維素、丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基二甲基芐基氯化銨、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、過硫酸銨和水按2:56:18:16:11:1.5:410的質(zhì)量比加入裝有回流冷凝管、導氣管、溫度計的反應器中，將溫度升至80°C，反應5h后，即制得到水基高分子頁巖抑制劑。
[0022]添加質(zhì)量分數(shù)為0.225 %的本發(fā)明產(chǎn)品，頁巖回收率為15.7%，膨脹率為15.38%。
[0023]實施例3
[0024]將羧甲基纖維素、羥甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯氯化芐季銨、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、過硫酸鉀和水按3:100:52:47:12:5:580的質(zhì)量比加入裝有回流冷凝管、導氣管、溫度計的反應器中，將溫度升至70°C，反應5h后，即制得到水基高分子頁巖抑制劑。
[0025]添加質(zhì)量分數(shù)為0.225 %的本發(fā)明產(chǎn)品，頁巖回收率為15.5%，膨脹率為15.54%。
[0026]實施例4
[0027]—種水基高分子頁巖抑制劑的制備方法:將膠體穩(wěn)定劑、丙烯酰胺類單體、水溶性陽離子乙烯基單體、親油性乙烯基單體、含羧基的乙烯基單體、引發(fā)劑和水按10:123:25:24:8:1:220的質(zhì)量比加入到裝有回流冷凝管、導氣管、溫度計的反應器中，于90°C下反應6h后，制得到水基高分子頁巖抑制劑。其中，膠體穩(wěn)定劑為羧甲基纖維素，丙烯酰胺類單體為丙烯酰胺、羥甲基丙烯酰胺任意比例的混合物，水溶性陽離子乙烯基單體為丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨，親油性乙烯基單體為甲基丙烯酸丁酯，含羧基的乙烯基單體為丙烯酸、甲基丙烯酸任意比例的混合物，引發(fā)劑為雙氧水。
[0028]實施例5
[0029]一種水基高分子頁巖抑制劑的制備方法:將膠體穩(wěn)定劑、丙烯酰胺類單體、水溶性陽離子乙烯基單體、親油性乙烯基單體、含羧基的乙烯基單體、引發(fā)劑和水8:150:45:35:12:0.5:370的質(zhì)量比加入到裝有回流冷凝管、導氣管、溫度計的反應器中，于60°C下反應8h后，制得到水基高分子頁巖抑制劑。其中，膠體穩(wěn)定劑為羧甲基纖維素，丙烯酰胺類單體為丙烯酰胺，水溶性陽離子乙烯基單體為丙烯酰氧乙基二甲基芐基氯化銨、對-乙烯基芐基三甲基氯化銨任意比例的混合物，親油性乙烯基單體為丙烯酸乙酯，含羧基的乙烯基單體為丙烯酸，引發(fā)劑為過硫酸銨。
[0030]實施例6
[0031]一種水基高分子頁巖抑制劑的制備方法:將膠體穩(wěn)定劑、丙烯酰胺類單體、水溶性陽離子乙烯基單體、親油性乙烯基單體、含羧基的乙烯基單體、引發(fā)劑和水按5:130:80:5:10:2:330的質(zhì)量比加入到裝有回流冷凝管、導氣管、溫度計的反應器中，于65°C下反應7h后，制得到水基高分子頁巖抑制劑。其中，膠體穩(wěn)定劑為羧甲基纖維素，丙烯酰胺類單體為羥甲基丙烯酰胺，水溶性陽離子乙烯基單體為二烯丙基二甲基氯化銨，親油性乙烯基單體為苯乙烯，含羧基的乙烯基單體為甲基丙烯酸，引發(fā)劑為偶氮二異丁基脒鹽酸鹽(V-50)。
[0032]實施例7
[0033]一種水基高分子頁巖抑制劑的制備方法:將膠體穩(wěn)定劑、丙烯酰胺類單體、水溶性陽離子乙烯基單體、親油性乙烯基單體、含羧基的乙烯基單體、引發(fā)劑和水按7:140:36:60:18:3.5:600的質(zhì)量比加入到裝有回流冷凝管、導氣管、溫度計的反應器中，于80°C下反應6h后，制得到水基高分子頁巖抑制劑。其中，膠體穩(wěn)定劑為羧甲基纖維素，丙烯酰胺類單體為丙烯酰胺、羥甲基丙烯酰胺任意比例的混合物，水溶性陽離子乙烯基單體為甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、甲基丙烯酰氧乙基二甲基芐基氯化銨任意比例的混合物，親油性乙烯基單體為甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯任意比例的混合物，含羧基的乙烯基單體為丙烯酸、甲基丙烯酸任意比例的混合物，引發(fā)劑為過硫酸鉀。
[0034]實施例8
[0035]一種水基高分子頁巖抑制劑的制備方法:將膠體穩(wěn)定劑、丙烯酰胺類單體、水溶性陽離子乙烯基單體、親油性乙烯基單體、含羧基的乙烯基單體、引發(fā)劑和水按6:80:70:40:15:4.5:460的質(zhì)量比加入到裝有回流冷凝管、導氣管、溫度計的反應器中，于75°C下反應7.5h后，制得到水基高分子頁巖抑制劑。其中，膠體穩(wěn)定劑為羧甲基纖維素，丙烯酰胺類單體為丙烯酰胺，水溶性陽離子乙烯基單體為丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、丙烯酰氧乙基二甲基芐基氯化銨任意比例的混合物，親油性乙烯基單體為苯乙烯、甲基苯乙烯任意比例的混合物，含羧基的乙烯基單體為丙烯酸，引發(fā)劑為雙氧水。
[0036]實施例9
[0037]—種水基高分子頁巖抑制劑的制備方法:將膠體穩(wěn)定劑、丙烯酰胺類單體、水溶性陽離子乙烯基單體、親油性乙烯基單體、含羧基的乙烯基單體、引發(fā)劑和水按4:38:60:56:20:3:540的質(zhì)量比加入到裝有回流冷凝管、導氣管、溫度計的反應器中，于85°C下反應5.5h后，制得到水基高分子頁巖抑制劑。其中，膠體穩(wěn)定劑為羧甲基纖維素，丙烯酰胺類單體為羥甲基丙烯酰胺，水溶性陽離子乙烯基單體為甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、二烯丙基二甲基氯化銨任意比例的混合物，親油性乙烯基單體為丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯任意比例的混合物，含羧基的乙烯基單體為甲基丙烯酸，引發(fā)劑為過硫酸銨。
[0038]實施例10
[0039]一種水基高分子頁巖抑制劑的制備方法:將膠體穩(wěn)定劑、丙烯酰胺類單體、水溶性陽離子乙烯基單體、親油性乙烯基單體、含羧基的乙烯基單體、引發(fā)劑和水按9:115:14:30:6:6:200的質(zhì)量比加入到裝有回流冷凝管、導氣管、溫度計的反應器中，于60°C下反應8h后，制得到水基高分子頁巖抑制劑。其中，膠體穩(wěn)定劑為羧甲基纖維素，丙烯酰胺類單體為丙烯酰胺、羥甲基丙烯酰胺任意比例的混合物，水溶性陽離子乙烯基單體為甲基丙烯酰氧乙基二甲基芐基氯化銨、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨任意比例的混合物，親油性乙烯基單體為甲基丙烯酸 甲酯、甲基苯乙烯任意比例的混合物，含羧基的乙烯基單體為丙烯酸、甲基丙烯酸任意比例的混合物，引發(fā)劑為偶氮二異丁基脒鹽酸鹽。
[0040]本發(fā)明的關鍵在于產(chǎn)品制備過程中，于高分子分子鏈上同時引入了陰離子單體和陽離子單體，高分子帶有兩性電荷，使其既可以發(fā)揮陽離子的優(yōu)勢，又可以抵抗陰離子的干擾。此外，產(chǎn)品制備采用無皂乳液聚合方法，無需添加表面活性劑，實現(xiàn)了綠色環(huán)保。本發(fā)明制得的水基高分子頁巖抑制劑具有良好的頁巖抑制能力，能夠顯著抑制泥頁巖水化膨脹，與無機鹽有良好的配伍性。
【權(quán)利要求】
1.一種水基高分子頁巖抑制劑的制備方法，其特征在于:將膠體穩(wěn)定劑、丙烯酰胺類單體、水溶性陽離子乙烯基單體、親油性乙烯基單體、含羧基的乙烯基單體、引發(fā)劑和水按(1-10):(30-150): (10-80): (5-60): (5-20):(0.5-6): (200-600)的質(zhì)量比加入到反應器中，于60-90°C下反應4-8h后，得到水基高分子頁巖抑制劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水基高分子頁巖抑制劑的制備方法，其特征在于:所述膠體穩(wěn)定劑為羧甲基纖維素。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水基高分子頁巖抑制劑的制備方法，其特征在于:所述丙烯酰胺類單體為丙烯酰胺、羥甲基丙烯酰胺中的一種或兩種任意配比的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水基高分子頁巖抑制劑的制備方法，其特征在于:所述水溶性陽離子乙烯基單體為甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、甲基丙烯酰氧乙基二甲基芐基氯化銨、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、丙烯酰氧乙基二甲基芐基氯化銨、對-乙烯基芐基三甲基氯化銨、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯氯化芐季銨、二烯丙基二甲基氯化銨中的一種或兩種任意配比的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水基高分子頁巖抑制劑的制備方法，其特征在于:所述親油性乙烯基單體為丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、苯乙烯、甲基苯乙烯中的一種或兩種任意配比的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水基高分子頁巖抑制劑的制備方法，其特征在于:所述含羧基的乙烯基單體為丙烯酸、甲基丙烯酸中的一種或兩種任意配比的混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水基高分子頁巖抑制劑的制備方法，其特征在于:所述引發(fā)劑為雙氧水、過硫酸鉀、過硫酸銨、偶氮二異丁基脒鹽酸鹽中的一種。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法得到的水基高分子頁巖抑制劑。
【文檔編號】C08F220/18GK103980421SQ201410240438
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】王?；? 孫成林, 費貴強, 沈一丁 申請人:陜西科技大學