[發(fā)明專利]有機/無機復(fù)合小球的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210217692.6
• 申請日: 2012-06-27
• 公開（公告）號: CN103509143A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳鋮;趙素麗;李濤;石秉忠;王琳;錢曉琳
• 申請（專利權(quán)）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(shù)研究院
• 主分類號: C08F112/08
• 分類號: C08F112/08;C08F212/08;C08F2/44;C08F2/20;C08K3/36;C08K3/22;C08K3/26;C08L25/06;C09K8/035
• 代理公司: 北京聿宏知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;劉華聯(lián)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種有機/無機復(fù)合小球的制備方法，具體涉及一種自溶解法制備鉆井液用有機/無機復(fù)合固體潤滑劑小球的方法。

背景技術(shù)

隨著石油勘探工作的發(fā)展，鉆井深度不斷增加，叢式井、大斜度定向井和水平井的鉆井數(shù)量也迅速增大，避免卡鉆、降低鉆具扭矩、減少鉆柱磨損成為急需解決的問題，在鉆井液中加入潤滑劑可有效避免卡鉆等事故。固體潤滑劑是相對于液體潤滑劑來說的，是以固體的形式加入到鉆井液中起到潤滑井壁、防止粘附卡鉆等作用。它具有運輸便利、無熒光、潤滑性能好等優(yōu)點。目前所用的鉆井液用固體潤滑劑按照潤滑機理主要有以下兩種。

1）石墨類，潤滑機理主要靠層間的滑動。石墨是碳的一種結(jié)晶形態(tài),具有六方晶格,原子呈層狀排列，同一層晶面上碳原子間的距離為0.142nm，相互之間是共價鍵結(jié)合；層與層之間的距離為0.34nm，原子間呈分子鍵結(jié)合，層與層之間的作用力很小故很容易在層間發(fā)生相對滑動，從而起到很好的減磨作用。石墨粉作為潤滑劑具有抗高溫、無熒光、降摩阻效果明顯、加量小、對鉆井液性能無不良影響等特點。加入到鉆井液后能牢固地吸附(包括物理和化學(xué)吸附)在鉆具和井壁巖石表面，從而改善摩擦接觸面之間的摩擦狀態(tài)，起到降低摩阻的作用。

2）圓形球狀體，類似于細小滾珠，潤滑機理是存在于鉆柱與井壁之間，將滑動摩擦轉(zhuǎn)化為滾動摩擦，從而大幅度降低扭矩和阻力，防止粘附卡鉆，主要包括玻璃小球和塑料小球。玻璃小球成分為玻璃體，性脆，在打鉆過程中極易破碎，一般用于下套管時使用，而不能用于常規(guī)鉆井中。塑料小球主要為苯乙烯與二乙烯苯的共聚物，韌性強，具有無毒、無熒光、可回收利用等特點。它耐酸、耐堿、不溶于水和油類，在鉆井液中呈惰性，可與水基和油基的各種類型鉆井液匹配，是一種高效潤滑劑，近年來發(fā)展很快。

由于石墨為天然礦物材料，玻璃小球由于脆性大易破碎，在打鉆過程中無法應(yīng)用，而塑料小球受到聚合物本身玻璃化溫度的限制，使用上有一定的局限，在溫度較高的地層無法使用。為了提高塑料小球的抗溫性，在聚合物基體中引入了無機組分，形成有機/無機復(fù)合微球。目前聚苯乙烯復(fù)合塑料小球制備方法主要有以下幾種：

1）有機無機復(fù)合，以苯乙烯和無機層狀材料為原料，利用單體原位插層懸浮聚合的方法制備聚苯乙烯復(fù)合粒子，聚苯乙烯/無機復(fù)合小球，可以通過調(diào)整攪拌強度、分散劑用量、聚合時間和溫度等來控制產(chǎn)品的粒徑。

2）以聚苯乙烯小球為模板，將聚苯乙烯小球表面做功能化處理，然后將無機粉狀材料在聚苯乙烯小球表面進行包覆，形成有機/無機核殼機構(gòu)的復(fù)合微球。

3）將無機材料做表面疏水改性，均勻分散到苯乙烯單體中形成油相，加入油溶類引發(fā)劑，分散在水相中進行乳液聚合，形成海島結(jié)構(gòu)的有機無機復(fù)合微球。

本發(fā)明提出了一種聚苯乙烯有機/無機復(fù)合小球及其制備方法，在苯乙烯單體中溶解聚苯乙烯，加入疏水改性后的納米級粉體無機材料，配制成均勻的油相，將它們分散到含有分散劑和乳化劑的水溶液中，利用懸浮聚合的方法使苯乙烯單體聚合生成聚苯乙烯，因此塑料小球的成分實際上是由前期加入的聚苯乙烯和后期生成的聚苯乙烯組成的。該方法主要有以下優(yōu)點：1）該方法引入一部分無機材料，可以提高純聚苯乙烯微球的熱穩(wěn)定性；2）所用原料一部分為主要成分為聚苯乙烯的廢棄泡沫塑料，降低了成本；3）可通過調(diào)整單體與聚合物之間的比例來控制粒徑，解決了單純使用單體聚合制備的小球粒徑太小的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供了一種有機/無機復(fù)合小球的制備方法，小球的玻璃化溫度和小球的粒徑可以控制，并且降低了成本，其中，復(fù)合小球的玻璃化溫度可以控制在80-90℃。

本發(fā)明使用自溶解的方法，即將聚合物溶解于單體中，提高單體粘度，提高無機粒子在油相中的穩(wěn)定性，然后再控制條件使單體引發(fā)，此方法制備的復(fù)合小球即含有原有的聚合物成本，也含有單體引發(fā)后聚合的產(chǎn)品成分。

本發(fā)明提供了一種有機/無機復(fù)合小球的制備方法，包括以下步驟：

1）配置油相：將聚苯乙烯溶解到苯乙烯單體中，加入疏水無機納米顆粒，超聲分散15-240min，優(yōu)選30-60min；分散均勻后再加入引發(fā)劑、交聯(lián)劑和乳化劑作為油相；聚苯乙烯的重量為苯乙烯重量的0-30%，優(yōu)選為4-15%；疏水無機納米顆粒的重量為苯乙烯與聚苯乙烯重量之和的0.01-10%，優(yōu)選為0.1-5%；引發(fā)劑重量為苯乙烯單體重量的0.02-3%，優(yōu)選為0.1-0.5%；交聯(lián)劑重量為苯乙烯單體重量的0-4%，優(yōu)選為0.5-2.5%；乳化劑加量為聚苯乙烯與苯乙烯重量之和的2-10%，優(yōu)選3-5%；