本發(fā)明涉及高分子絮凝劑領(lǐng)域，特別涉及一種陽(yáng)離子包被絮凝劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

霧化鉆井是解決氣體鉆井遇到鉆具泥包、巖屑攜帶困難等技術(shù)問(wèn)題的有效技術(shù)措施，是川東北地區(qū)繼氣體鉆井后“提速提效”的又一關(guān)鍵技術(shù)。霧化鉆井中通常會(huì)使用各種各樣的鉆井液處理劑，包被絮凝劑就是其中的一種。

包被絮凝劑指用來(lái)包被或絮凝有害固相，防止其分散影響井壁穩(wěn)定及鉆井液流變性能的產(chǎn)品。霧化鉆井用包被絮凝劑具有抑制防塌絮凝霧化污水提高霧化流體綜合性能、提高霧化基液循環(huán)利用率、延長(zhǎng)霧化鉆井作業(yè)時(shí)間等作用，是保證霧化鉆井安全、高效施工的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。目前鉆井施工現(xiàn)場(chǎng)使用的霧化鉆井用包被絮凝劑劑種單一，一般選用水基鉆井液所用的處理劑，包括生物聚合物黃原膠XC、大分子包被劑、含陽(yáng)離子單體聚合物等。

公開號(hào)為CN103952126A的中國(guó)專利公開了一種鉆井液用抗鹽包被劑及其制備方法，原料組分主要有丙烯酰胺、丙烯酸、二甲基二烯丙基氯化銨、硅酸鈉，其陽(yáng)離子單體含量占單體總量的10％。但是該種包被劑包被性能不佳，絮凝性能有限。公開號(hào)為CN102911652的中國(guó)專利公開了一種霧化鉆井用陽(yáng)離子聚合物防塌劑，其聚合物分子量為50～200萬(wàn)，包被絮凝差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種陽(yáng)離子包被絮凝劑，不僅絮凝能力好，而且滿足霧化鉆井流體強(qiáng)抑制、強(qiáng)吸附、強(qiáng)包被性能要求。

本發(fā)明公開了一種陽(yáng)離子包被絮凝劑，其數(shù)均分子量為800萬(wàn)～1200萬(wàn)，結(jié)構(gòu)式如I所示：

R₁為H或CH₃；R₂為CH₃或CH₂CH₃；R為C₅H₁₃NCl或C₄H₁₀N；

m：n：p＝(1.2～2.3)：(0～1.0)：(0.2～0.3)。

優(yōu)選的，所述數(shù)均分子量為1000萬(wàn)～1180萬(wàn)。

優(yōu)選的，m：n：p＝(1.3～2.1)：(0.1～0.3)：(0.21～0.29)。

本發(fā)明還公開了一種陽(yáng)離子包被絮凝劑的制備方法，包括以下步驟：

將單體A、單體B和單體C按照(40～80)：(0～30)：(20～30)的質(zhì)量百分比混合后，調(diào)節(jié)pH值至9～11，在氮?dú)鈿夥罩屑尤胍l(fā)劑，反應(yīng)后得到陽(yáng)離子包被絮凝劑；

所述單體A為丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺中的一種或兩種；

所述單體B為N,N-二甲基丙烯酰胺或N,N-二乙基丙烯酰胺中的一種或兩種；

所述單體C為甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、丙烯酸二甲胺基乙酯或甲基丙烯酸二甲胺基乙酯。

優(yōu)選的，所述引發(fā)劑包括氧化劑和還原劑，所述氧化劑為過(guò)硫酸鉀或過(guò)硫酸銨，所述還原劑為亞硫酸氫鈉。

優(yōu)選的，所述引發(fā)劑的加入量為單體A、單體B和單體C總質(zhì)量的0.005％～0.015％。

優(yōu)選的，所述反應(yīng)的溫度為20～40℃，所述反應(yīng)的時(shí)間為8～16小時(shí)。

優(yōu)選的，所述反應(yīng)后還包括：依次經(jīng)過(guò)剪切、造粒、烘干和粉碎。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的陽(yáng)離子包被絮凝劑，其數(shù)均分子量為800萬(wàn)～1200萬(wàn)，結(jié)構(gòu)式如I所示，其制備方法為：將單體A、單體B和單體C按照(40～80)：(0～30)：(20～30)的質(zhì)量百分比混合后，調(diào)節(jié)pH值至9～11，在氮?dú)鈿夥罩屑尤胍l(fā)劑，反應(yīng)后得到。由于本發(fā)明使用的陽(yáng)離子單體C聚合活性高，并且添加比例較高，因此得到的包被絮凝劑具有較高的分子質(zhì)量，提高了產(chǎn)品的包被絮凝效果和抑制防塌能力，滿足霧化鉆井流體強(qiáng)抑制、強(qiáng)吸附、強(qiáng)包被性能要求。其次，單體B的引入，提高了包被絮凝劑的抗溫耐水解性能，在高溫環(huán)境中，其可以抑制?；?，保證包被絮凝劑具有較好的穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明的陽(yáng)離子包被絮凝劑加量為0.03％時(shí)5min清液析出量為90.7％，清液析出量大、絮體沉降快，能夠有效絮凝霧化污水，提高霧化基液循環(huán)利用率；加量為0.05％時(shí)清液析出率為92.0％～98.5％。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1制備的陽(yáng)離子包被絮凝劑的紅外光譜圖。

具體實(shí)施方式

為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求的限制。

本發(fā)明實(shí)施例公開了一種陽(yáng)離子包被絮凝劑，其數(shù)均分子量為800萬(wàn)～1200萬(wàn)，結(jié)構(gòu)式如I所示：

R₁為H或CH₃；R₂為CH₃或CH₂CH₃；R為C₅H₁₃NCl或C₄H₁₀N；

m：n：p＝(1.2～2.3)：(0～1.0)：(0.2～0.3)，優(yōu)選為(1.3～2.1)：(0.1～0.3)：(0.21～0.29)。

按照本發(fā)明，本發(fā)明的陽(yáng)離子包被絮凝劑具有較高的數(shù)均分子量，為800萬(wàn)～1200萬(wàn)，因此提高了其絮凝效果，優(yōu)選的，所述陽(yáng)離子包被絮凝劑的數(shù)均分子量為1000萬(wàn)～1180萬(wàn)。

本發(fā)明還公開了一種陽(yáng)離子包被絮凝劑的制備方法，包括以下步驟：

將單體A、單體B和單體C按照(40～80)：(0～30)：(20～30)的質(zhì)量百分比混合后，調(diào)節(jié)pH值至9～11，在氮?dú)鈿夥罩屑尤胍l(fā)劑，反應(yīng)后得到陽(yáng)離子包被絮凝劑；

所述單體A為丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺中的一種或兩種；

所述單體B為N,N-二甲基丙烯酰胺或N,N-二乙基丙烯酰胺中的一種或兩種；

所述單體C為甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、丙烯酸二甲胺基乙酯或甲基丙烯酸二甲胺基乙酯。

本發(fā)明以單體A、單體B和單體C為原料，制備陽(yáng)離子包被絮凝劑。所述單體A為丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺中的一種或兩種。所述單體B的作用是提供抗溫耐水解性能，拓寬陽(yáng)離子包被絮凝劑的應(yīng)用范圍，使其適用于不同溫度下的霧化鉆井流體。所述單體B為N,N-二甲基丙烯酰胺或N,N-二乙基丙烯酰胺中的一種或兩種。當(dāng)本發(fā)明的陽(yáng)離子包被絮凝劑在高溫環(huán)境中使用時(shí)，特別加入單體B，可以抑制?；猓ＷC陽(yáng)離子包被絮凝劑依然具有較好的絮凝效果。所述單體C為具有較高聚合活性的鹽離子單體，加大單體C的比例，并且提高最終得到的陽(yáng)離子包被絮凝劑的分子質(zhì)量，能夠加快絮體沉降速度，有效絮凝霧化無(wú)水，提高霧化基液循環(huán)利用率。所述單體C為甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、丙烯酸二甲胺 基乙酯或甲基丙烯酸二甲胺基乙酯，優(yōu)選為丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨丙烯酸二甲胺基乙酯或甲基丙烯酸二甲胺基乙酯。

按照本發(fā)明，首先將單體A、單體B和單體C按照(40～80)：(0～30)：(20～30)的質(zhì)量百分比混合，優(yōu)選的，所述單體A、單體B和單體C按照(50～70)：(10～20)：(21～29)的質(zhì)量比混合。

混合均勻后，調(diào)節(jié)pH值至9～11，在氮?dú)鈿夥罩屑尤胍l(fā)劑，反應(yīng)后得到陽(yáng)離子包被絮凝劑。所述引發(fā)劑包括氧化劑和還原劑，優(yōu)選的所述氧化劑為過(guò)硫酸鉀或過(guò)硫酸銨，所述還原劑為亞硫酸氫鈉。所述引發(fā)劑的加入量?jī)?yōu)選為單體A、單體B和單體C總質(zhì)量的0.005％～0.015％。本發(fā)明通過(guò)引發(fā)劑加入量的調(diào)整以及在氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行反應(yīng)，保證了本發(fā)明得到的鹽離子包被絮凝劑的數(shù)均分子量可以達(dá)到800～1200萬(wàn)。所述氮?dú)獾耐ㄈ霑r(shí)間優(yōu)選為20～40分鐘，更優(yōu)選為30分鐘。引發(fā)劑加入量不同以及空氣氛圍中均不能合成分子質(zhì)量相對(duì)較高的聚合物。所述反應(yīng)的溫度優(yōu)選為20～40℃，所述反應(yīng)的時(shí)間優(yōu)選為8～16小時(shí)。

所述反應(yīng)后，優(yōu)選的還包括：依次經(jīng)過(guò)剪切、造粒、烘干和粉碎，得到最終的陽(yáng)離子包被絮凝劑。所述烘干的溫度優(yōu)選為60℃以下。

為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的陽(yáng)離子包被絮凝劑及其制備方法進(jìn)行說(shuō)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍不受以下實(shí)施例的限制。

實(shí)施例1

344g水中加入56g丙烯酰胺、19g N,N-二甲基丙烯酰胺、25g甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨充分溶解后調(diào)節(jié)pH值至11，通氮?dú)?0min，在不斷攪拌下慢慢加入0.04g過(guò)硫酸銨和0.04g亞硫酸氫鈉引發(fā)劑，于40℃下保溫反應(yīng)8h，得凝膠狀聚合物，產(chǎn)物經(jīng)剪切、造粒，于60℃下烘干、粉碎，得陽(yáng)離子包被絮凝劑。

圖1是實(shí)施例1制備的份陽(yáng)離子包被絮凝劑的紅外光譜圖：

由圖1可見，圖中3423cm^-1為-酰胺的N-H伸縮振動(dòng)的吸收峰； 2927cm^-1為甲基和亞甲基的非對(duì)稱吸收峰；1650cm^-1為酰胺基中羰基的特征吸收峰；1451.91cm^-1為-CH₂-N(CH₃)₃中亞甲基的彎曲振動(dòng)吸收峰和季銨基的吸收峰(即為陽(yáng)離子單體)的特征吸收峰，說(shuō)明所合成產(chǎn)物分子結(jié)構(gòu)中含有酰胺基和陽(yáng)離子季銨基等基團(tuán)。

其結(jié)構(gòu)式如下：

實(shí)施例2

300g水中加入67g丙烯酰胺、7g N,N-二乙基丙烯酰胺、26g丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨充分溶解后調(diào)節(jié)pH值至9，通氮?dú)?0min，在不斷攪拌下慢慢加入0.03g過(guò)硫酸銨和0.03g亞硫酸氫鈉引發(fā)劑，于20℃下保溫反應(yīng)16h，得凝膠狀聚合物，產(chǎn)物經(jīng)剪切、造粒，于90℃下烘干、粉碎，得到陽(yáng)離子包被絮凝劑。其結(jié)構(gòu)式如下：

實(shí)施例3

400g水中加入61g丙烯酰胺、16g甲基丙烯酰胺、23g甲基丙烯酸二甲胺基乙酯充分溶解后調(diào)節(jié)pH值至10，通氮?dú)?0min，在不斷攪拌下慢慢加入0.06g過(guò)硫酸銨和0.06g亞硫酸氫鈉引發(fā)劑，于25℃下保溫反應(yīng)12h，得凝膠狀聚合物，產(chǎn)物經(jīng)剪切、造粒，于80℃下烘干、粉碎，得到陽(yáng)離子包被絮凝劑。其結(jié)構(gòu)式如下：

實(shí)施例4

300g水中加入55g丙烯酰胺、16g N,N-二甲基丙烯酰胺、29g丙烯酸二甲胺基乙酯充分溶解后調(diào)節(jié)pH值至9，通氮?dú)?0min，在不斷攪拌下慢慢加入0.04g過(guò)硫酸銨和0.04g亞硫酸氫鈉引發(fā)劑，于30℃下保溫反應(yīng)10h，得凝膠狀聚合物，產(chǎn)物經(jīng)剪切、造粒，于70℃下烘干、粉碎，得到陽(yáng)離子包被絮凝劑。其結(jié)構(gòu)式如下：

實(shí)施例5～9

按照表1給出的組分進(jìn)行配制：

表1 具體實(shí)施例組分列表(單位以質(zhì)量百分比計(jì))

對(duì)比例1

100g水中加入60g丙烯酰胺、15g N,N-二甲基丙烯酰胺，5g N異丙基丙烯酰胺，10g二烯丙基二甲基氯化銨，5g甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨，充分溶解后用40％的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值至10，分別加入0.5g過(guò)硫酸銨和0.5g亞硫酸氫鈉，在30℃下反應(yīng)時(shí)間0.5～2h，得到凝膠聚合物，經(jīng)剪切、造粒，于60℃下烘干、粉碎，得霧化鉆井用陽(yáng)離子聚合物防塌劑。

對(duì)比例2

將40克丙烯酰胺，30克丙烯酸，5克二甲基二烯丙基氯化銨和5克硅酸鈉溶于300毫升水中，用碳酸氫鈉調(diào)節(jié)pH值至8，得到水溶液；

向三口瓶中加入上述水溶液，通入氮?dú)?0分鐘，升溫至20℃加入亞硫酸氫鈉0.05克，過(guò)硫酸銨0.1克，反應(yīng)5小時(shí)。

將制得的膠液在90℃下用烘箱烘12小時(shí)，烘干后用粉碎機(jī)粉碎，得到鉆井液用抗鹽包被劑。

表2 實(shí)施例1～9制備的陽(yáng)離子包被絮凝劑及比較例1～2制備的產(chǎn)品的性能參數(shù)比較

由表2可知，本發(fā)明產(chǎn)品特性黏數(shù)在17.8～22.6dL/g、相對(duì)分子質(zhì)量800～1200萬(wàn)，常溫下溶解性好，絮凝包被能力強(qiáng)，霧化液循環(huán)利用率達(dá)92％。對(duì)比例1產(chǎn)品數(shù)均分子質(zhì)量為50萬(wàn)，清液析出率僅為5.0％。

以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。

對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。