[發明專利]鉆井液用聚合物溶脹微粒及其制備方法

有效

• 申請號: 201210214972.1
• 申請日: 2012-06-26
• 公開（公告）號: CN103509199A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 楊小華;錢曉琳;趙素麗;陳鋮;王琳;李勝;董曉強
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院
• 主分類號: C08J3/24
• 分類號: C08J3/24;C08F220/56;C08F220/06;C08F228/02;C08F212/14;C09K8/12
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;歐穎

技術領域

本發明涉及一種可用于鉆井液的聚合物溶脹微粒，更具體地說，是可作為唯一主處理劑配制無固相鉆井液的聚合物溶脹微粒及其制備方法。

背景技術

無固相鉆井液體系中不含膨潤土，其主要組成為有機高分子聚合物和鹽。以鹽類作為加重劑和抑制劑，提高體系的防塌能力；以高分子聚合物作為提粘提切劑，使體系具有很好的攜帶懸浮巖屑的能力；與清水相比，無固相鉆井液能在井壁上形成薄而韌的吸附膜，具有一定的護壁防塌能力，并有較好的潤滑和減阻作用；與含有膨潤土的固相鉆井液相比，它具有低流動阻力、粘度可調等優點，有利于井下馬達的正常工作和井底鉆頭碎巖效率的提高，從而保持較高的鉆進速度；另外無固相鉆井液還具有粘度低，靜切力小，利于除砂、除氣，不存在高溫分散、鈍化等作用，特別適用于低壓、低滲裂縫發育的氣藏，利于發現和保護氣層。

常規無固相鉆井液提粘提切方面主要以黃原膠為主，黃原膠具有較好的抗剪切能力和良好的懸浮性，但黃原膠抗溫效果較差，且其價格昂貴，特別在深井鉆井時，每天需要大量黃原膠來維護泥漿粘切，極大地提高了鉆井液成本；無固相鉆井液降失水方面主要依靠超細碳酸鈣形成泥餅，配合淀粉類物質填充來共同控制，這三種物質保持一定的比例，使鉆井液體系維持好的粘度和降失水能力。在鉆井過程中需要對三種處理劑的加量進行維護，確保合適加量及比例。

專利申請CN102433107描述了一種鉆井液用低分子量聚合物型降濾失劑，由丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基十二烷磺酸鹽和烯基磺酸鹽經共聚反應而得；該降濾失劑在飽和鹽水漿中，經200℃高溫老化16h后，中壓失水較小，在高密度鉆井液體系中不會高溫稠化，具有較好的降濾失效果。但其所得降濾失劑不可用于無固相鉆井液體系。

本發明根據鉆井液對聚合物的要求，從單體結構和聚合物分子結構設計出發，希望開發出一種特殊的聚合物，使得其作為無固相鉆井液主處理劑時同時兼具增粘、提切和降濾失的效果。

發明內容

本發明提供一種具有增粘、提切和降濾失性，同時具有較好抗溫和抗鹽能力的聚合物溶脹微粒。

本發明提供一種鉆井液用聚合物溶脹微粒，該聚合物溶脹微粒由丙烯酰胺、丙烯酸、烯基磺酸鹽單體、交聯劑、引發劑、水和pH值調節劑反應制備得到。

在本發明中，pH值調節劑為氫氧化鈉或氫氧化鉀。

在本發明中，所述交聯劑例如為N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺、環氧氯丙烷、N-羥甲基丙烯酰胺、乙二醇二甲基丙烯酸酯、乙二醇二丙烯酸酯和甲基丙烯酸縮水甘油酯中的一種或多種。

在本發明中，所述烯基磺酸鹽單體例如為乙烯磺酸鈉、乙烯磺酸鉀、丙烯磺酸鈉、丙烯磺酸鉀、甲基丙烯磺酸鈉、甲基丙烯磺酸鉀、異戊二烯磺酸鈉、異戊二烯磺酸鉀、對苯乙烯磺酸鈉和對苯乙烯磺酸鉀中的一種或多種。

在本發明中，優選所述引發劑為氧化還原引發劑，其中氧化劑為過硫酸鉀、過硫酸銨、過氧化氫和異丙苯過氧化氫中的一種或多種；還原劑為亞硫酸氫鈉、亞硫酸鈉、硫代硫酸鈉、四甲基乙二胺、氯化亞鐵和氯化亞銅中的一種或多種。

在本發明的一個優選實施例中，以質量計，丙烯酰胺10~100份，丙烯酸2~20份，烯基磺酸鹽單體5~60份，交聯劑0.1~30份，引發劑0.01~0.5份。優選所述丙烯酰胺10~60份，丙烯酸2~12份，烯基磺酸鹽單體10~30份，交聯劑0.1~20份，引發劑0.1~0.3份。

本發明還提供一種如上所述的聚合物溶脹微粒的制備方法，包括如下步驟，步驟A：往pH值調節劑的水溶液中加入烯基磺酸鹽單體、丙烯酰胺和丙烯酸；步驟B：用pH值調節劑調節溶液pH為9.0～11.0，在溫度20～60℃下加入引發劑引發聚合反應1~5h；步驟C：在溫度為30～70℃下加入交聯劑反應1～6h；步驟D：反應所得聚合物經后處理得到所述聚合物溶脹微粒。其中，所述后處理過程例如包括切割、造粒、烘干和破碎。

在本發明的制備方法中，所述鉆井液用聚合物溶脹微粒是由丙烯酰胺、丙烯酸、烯基磺酸鹽單體和交聯劑這四種主要原料在水溶液中共聚而成。

本發明還提供如上所述的聚合物溶脹微粒或如上所述方法制備得到的聚合物溶脹微粒在無固相鉆井液體系中的應用。

本發明中，選用耐溫抗鹽的烯基磺酸鹽單體，且在聚合反應體系中加入交聯劑，使所得聚合物溶脹微粒具有增粘、提切、降濾失作用及較強的耐鹽效果。