一種兩性聚電解質(zhì)聚合物及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種兩性聚電解質(zhì)聚合物及其配制方法，屬于高分子聚合物【技術(shù)領(lǐng)域】。該兩性聚電解質(zhì)聚合物是由按重量質(zhì)量配比陰離子單體20份至25份、陽離子單體20至25份、氧化—還原引發(fā)劑0.5份至1份、pH調(diào)節(jié)劑0.5份至1份、水48份至59份在水溶液中混合共聚而成；該聚合物溶于水主鏈網(wǎng)絡(luò)骨架上電離出陰離子和陽離子，受網(wǎng)絡(luò)骨架相反離子的吸引和束縛，具有一定的吸水能力和吸水后的絡(luò)合能力，同時(shí)對頁巖水化膨脹有抑制作用?？捎糜谒@井液中自由水束縛劑、降濾失劑或降濾失抑制劑。
【專利說明】一種兩性聚電解質(zhì)聚合物及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子聚合物【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及石油化工【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種兩性聚電解質(zhì)聚合物及其制備方法 。
【背景技術(shù)】
[0002]鉆井液是石油鉆井過程中一種可以攜帶巖屑、穩(wěn)定井壁、平衡地層壓力等功能的流體，水基鉆井液主要由水和多種助劑組成，濾失量是衡量水基鉆井液的重要指標(biāo)之一，一般勘探井儲(chǔ)層要求API常溫常壓濾失量不大于5mL，高溫高壓濾失量不大于15mL。濾失量大容易導(dǎo)致井壁泥巖水化膨脹、縮徑、頁巖垮塌等鉆井難題，當(dāng)前常用做法是加入降濾失劑和封堵劑，一方面處理劑加量大，另一方面濾失量仍有可能控制不到理性范圍之內(nèi)。
[0003]水基鉆井液中水是連續(xù)相，主要以結(jié)晶水、吸附水(也稱為束縛水)、自由水三種形式存在，濾失量測定到的濾液，主要是自由水，因此，要控制更小的濾失量，即需要減少水基鉆井液中的自由水，而且不能影響鉆井液的流變性，這樣就需要一種鉆井液自由水束縛劑，本發(fā)明一種兩性聚電解質(zhì)聚合物就是一種優(yōu)良的鉆井液自由水束縛試劑。
[0004]兩性聚電解質(zhì)聚合物溶于介電常數(shù)很高的溶劑(如水)中時(shí)，就會(huì)發(fā)生離解生成陰離子和陽離子。陽離子在水中為可移動(dòng)離子，陰離子與鏈相連，不能向水中擴(kuò)散，所以主鏈網(wǎng)絡(luò)骨架均為帶負(fù)電的陰離子，陰離子間的排斥作用使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生擴(kuò)張，而具備一定的活動(dòng)性的陽離子由于受網(wǎng)絡(luò)骨架相反電荷的吸引、束縛，使得陽離子只能存在于網(wǎng)絡(luò)中，不能向外部溶劑擴(kuò)散，導(dǎo)致陽離子在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外的濃度差增大，由此而產(chǎn)生的滲透壓使水分子進(jìn)一步滲入，再加上大分子聚合物本身具有較強(qiáng)的水合能力，因此可在短時(shí)間內(nèi)吸收大量的水分。隨著水進(jìn)一步滲透，部分正負(fù)離子對離解，陽離子脫離絡(luò)合劑分子鏈向溶劑擴(kuò)散，導(dǎo)致絡(luò)合劑分子鏈帶了多余負(fù)電荷，由于靜電斥力，絡(luò)合劑分子鏈得到擴(kuò)張，這樣，水就更容易進(jìn)入大分子聚合物中。另一方面，兩性聚電解質(zhì)聚合物本身的交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)及氫鍵結(jié)合，使得彈性收縮力也增加，限制了聚合物分子網(wǎng)絡(luò)不能無限制地?cái)U(kuò)大，最終達(dá)到吸水平衡。這兩種相反作用使得兩性聚電解質(zhì)聚合物具有一定的吸水能力和吸水后能維持絡(luò)合能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明一種兩性聚電解質(zhì)聚合物及其配制方法采用丙烯酸或其衍生物和小陽離子聚銨鹽為主要原料，由氧化-還原引發(fā)劑和加入單體含量控制共聚物分子量，反應(yīng)條件溫和，生產(chǎn)工藝簡單，適用于大規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明產(chǎn)品具有良好的自由水束縛能力，能明顯降低水基鉆井液中自由水的含量，從而減少濾失量，優(yōu)化鉆井液性能。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方之一案是這樣來實(shí)現(xiàn)的:
一種兩性聚電解質(zhì)聚合物由陰離子單體、陽離子單體、氧化一還原引發(fā)劑、PH調(diào)節(jié)劑按重量質(zhì)量配比依次為20份-25份、20份-25份、0.5份-1份、0.5份-1份，其余為水48份-59份。[0007] 上述陰離子為丙烯酸或2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸中一種或兩種混合物。
[0008]上述陽離子為二甲基二烯丙基氯化銨、三甲基烯丙基氯化銨、環(huán)氧丙基三甲基氯化銨中的一種或一種以上混合物。
[0009]上述氧化-還原引發(fā)劑為過硫酸銨、過硫酸鉀、過硫酸鈉、高錳酸鉀、草酸中的一種或一種以上混合物。
[0010]上述pH調(diào)節(jié)劑為鹽酸、硫酸、磷酸中的一種或一種以上混合物。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)方之二案是這樣來實(shí)現(xiàn)的:
一種兩性聚電解質(zhì)聚合物制備方法如下:
第一步，稱一定重量份的取陰離子聚合物于反應(yīng)容器中，加入反應(yīng)所需水重量份的一半配制成第一組溶液，攪拌20-30分鐘；
第二步，在第一步之后將PH調(diào)節(jié)劑加入第一組溶液中，調(diào)節(jié)pH值3-6，配制為第二組溶
液；
第三步，在第二步之后稱一定重量份的取陽離子聚合物于反應(yīng)容器中，加入反應(yīng)所需水重量份的一半配制成第三組溶液，攪拌20-30分鐘；
第四步，在第三步之后將將第三組溶液混入第二組溶液，通入氮?dú)?，攪?0-60分鐘； 第五步，在第四步之后緩慢加入氧化-還原引發(fā)劑，攪拌6-8小時(shí)；
第六步，在第五步之后停止通入氮?dú)?，降至常溫后烘干粉碎即可得到兩性聚電解質(zhì)聚合物。
[0012]以上反應(yīng)過程中第一步至第四步反應(yīng)溫度25°C -35 °C ;第五步反應(yīng)溫度500C -750C ;第六步烘干溫度75°C _90°C。第一步至第五步攪拌器轉(zhuǎn)速1000轉(zhuǎn)/min-3000轉(zhuǎn) /min。
【具體實(shí)施方式】
[0013]本發(fā)明不受下述實(shí)施例的限制，可根據(jù)上述本發(fā)明的技術(shù)方案和實(shí)際情況來確定具體的實(shí)施方式。下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
[0014]以下實(shí)施例中攪拌器轉(zhuǎn)速均為2000轉(zhuǎn)/min。
[0015]實(shí)施例1:溫度25±3°C下稱取20g丙烯酸于反應(yīng)容器中，加入29mL水，攪拌30分鐘，加入Ig鹽酸溶液(分析純)調(diào)整pH值3至6之間配制成溶液A ;稱取20g 二甲基二烯丙基氯化銨于玻璃容器中，加入29g水，攪拌30分鐘后配制成溶液B ;將溶液B加入溶液A后，通入氮?dú)?，攪?0分鐘；升高溫度至60±5°C時(shí)，緩慢加入過硫酸銨與草酸按質(zhì)量比1:1混合的氧化-還原引發(fā)劑lg，攪拌6小時(shí)后停止通入氮?dú)猓?0±5°C下干燥粉碎即可獲得一種兩性聚電解質(zhì)聚合物。
[0016]實(shí)施例2:溫度25±3°C下稱取20g2_丙烯酰胺基_2_甲基丙磺酸于反應(yīng)容器中，加入29mL 7jC，攪拌30分鐘，加入Ig鹽酸溶液(分析純)調(diào)整pH值3至6之間配制成溶液A ；稱取20g 二甲基二烯丙基氯化銨于玻璃容器中，加入29g水，攪拌30分鐘后配制成溶液B ；將溶液B加入溶液A后，通入氮?dú)?，攪?0分鐘；升高溫度至60 ± 5 °C時(shí)，緩慢加入過硫酸銨與草酸按質(zhì)量比1:1混合的氧化-還原引發(fā)劑lg，攪拌6小時(shí)后停止通入氮?dú)猓?0±5°C下干燥粉碎即可獲得一種兩性聚電解質(zhì)聚合物。
[0017]實(shí)施例3:溫度25±3°C下稱取20g丙烯酸于反應(yīng)容器中，加入29mL水，攪拌30分鐘，加入Ig鹽酸溶液(分析純)調(diào)整pH值3至6之間配制成溶液A ;稱取20g三甲基烯丙基氯化銨于玻璃容器中，加入29g水，攪拌30分鐘后配制成溶液B ;將溶液B加入溶液A后，通入氮?dú)?，攪?0分鐘；升高溫度至60±5°C時(shí)，緩慢加入過硫酸銨與草酸按質(zhì)量比1:1混合的氧化-還原引發(fā)劑lg，攪拌6小時(shí)后停止通入氮?dú)猓?0±5°C下干燥粉碎即可獲得一種兩性聚電解質(zhì)聚合物。
[0018]實(shí)施例4:溫度25±3°C下稱取20g丙烯酸于反應(yīng)容器中，加入29mL水，攪拌30分鐘，加入Ig鹽酸溶液(分析純)調(diào)整pH值3至6之間配制成溶液A ;稱取20g環(huán)氧丙基三甲基氯化銨于玻璃容器中，加入29g水，攪拌30分鐘后配制成溶液B ;將溶液B加入溶液A后，通入氮?dú)?，攪?0分鐘；升高溫度至60±5°C時(shí)，緩慢加入過硫酸銨與草酸按質(zhì)量比1:1混合的氧化-還原引發(fā)劑lg，攪拌6小時(shí)后停止通入氮?dú)猓?0±5°C下干燥粉碎即可獲得一種兩性聚電解質(zhì)聚合物。
[0019]實(shí)施例5:溫度25±3°C下稱取20g2_丙烯酰胺基_2_甲基丙磺酸于反應(yīng)容器中，加入29mL 7jC,攪拌30分鐘，加入Ig鹽酸溶液(分析純)調(diào)整pH值3至6之間配制成溶液A ;稱取20g三甲基烯丙基氯化銨于玻璃容器中，加入29g水，攪拌30分鐘后配制成溶液B ；將溶液B加入溶液A后，通入氮?dú)猓瑪嚢?0分鐘；升高溫度至60±5°C時(shí)，緩慢加入過硫酸銨與草酸按質(zhì)量比1:1混合的氧化-還原劑引發(fā)lg，攪拌6小時(shí)后停止通入氮?dú)猓?0±5°C下干燥粉碎即可獲得一種兩性聚電解質(zhì)聚合物。
[0020]實(shí)施例6:溫度25±3°C下稱取20g2_丙烯酰胺基_2_甲基丙磺酸于反應(yīng)容器中，加入29mL 7jC，攪拌30分鐘，加入Ig鹽酸溶液(分析純)調(diào)整pH值3至6之間配制成溶液A ；稱取20g環(huán)氧丙基三甲基氯化銨于玻璃容器中，加入29g水，攪拌30分鐘后配制成溶液B ；將溶液B加入溶液A后，通入氮?dú)?，攪?0分鐘；升高溫度至60±5°C時(shí)，緩慢加入過硫酸銨與草酸按質(zhì)量比1:1混合的氧化-還原引發(fā)劑lg，攪拌6小時(shí)后停止通入氮?dú)猓?0±5°C下干燥粉碎即可獲得一種兩性聚電解質(zhì)聚合物。
[0021]實(shí)施例7:溫度25±3°C下稱取20g丙烯酸于反應(yīng)容器中，加入29mL7jC，攪拌30分鐘，加入Ig鹽酸溶液(分析純)調(diào)整PH值3至6之間配制成溶液A ;稱取20g 二甲基二烯丙基氯化銨于玻璃容器中，加入29g水，攪拌30分鐘后配制成溶液B ;將溶液B加入溶液A后，通入氮?dú)猓瑪嚢?0分鐘；升高溫度至60±5°C時(shí)，緩慢加入過硫酸鉀與高錳酸鉀按質(zhì)量比1:3混合的氧化-還原引發(fā)劑lg，攪拌6小時(shí)后停止通入氮?dú)猓?0±5°C下干燥粉碎即可獲得一種兩性聚電解質(zhì)聚合物。
[0022]實(shí)施例8:溫度25±3°C下稱取20g2_丙烯酰胺基_2_甲基丙磺酸于反應(yīng)容器中，加入29mL 7jC,攪拌30分鐘，加入Ig鹽酸溶液(分析純)調(diào)整pH值3至6之間配制成溶液A ;稱取20g 二甲基二烯丙基氯化銨于玻璃容器中，加入29g水，攪拌30分鐘后配制成溶液B ;將溶液B加入溶液A后，通入氮?dú)?，攪?0分鐘；升高溫度至60±5°C時(shí)，緩慢加入過硫酸鉀與高錳酸鉀按質(zhì)量比1:3混合的氧化-還原引發(fā)劑lg，攪拌6小時(shí)后停止通入氮?dú)猓?0 ± 5 °C下干燥粉碎即可獲得一種兩性聚電解質(zhì)聚合物。
[0023]實(shí)施例9:溶液濾失量測定
25±3°C下分別稱取實(shí)施例1至實(shí)施例8所得樣品3.5g加入350mL水中，10000轉(zhuǎn)每分鐘轉(zhuǎn)速下攪拌30分鐘，用氫氧化鈉水溶液調(diào)整pH值8至9 ;按GB/T16783.1-2006鉆井液現(xiàn)場測試第一部分:水基鉆井液中濾失量的測試方法分別測量實(shí)施例1至實(shí)施例8的濾失量。測得數(shù)據(jù)見表1: 表1:樣品水溶液溶液濾失量
【權(quán)利要求】
1.一種兩性聚電解質(zhì)聚合物及其配制方法，其特征在于由陰離子單體、陽離子單體、氧化一還原引發(fā)劑、pH調(diào)節(jié)劑按重量質(zhì)量配比依次為20份-25份、20份-25份、0.5份-1份、0.5份-1份，其余為水48份-59份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種兩性聚電解質(zhì)聚合物及其配制方法，其特征在于所述陰離子為丙烯酸或2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸中一種或兩種混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種兩性聚電解質(zhì)聚合物及其配制方法，其特征在于所述陽離子為二甲基二烯丙基氯化銨、三甲基烯丙基氯化銨、環(huán)氧丙基三甲基氯化銨中的一種或一種以上的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種兩性聚電解質(zhì)聚合物及其配制方法，其特征在于所述氧化-還原引發(fā)劑為過硫酸銨、過硫酸鉀、過硫酸鈉、高錳酸鉀、草酸中的一種或一種以上混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種兩性聚電解質(zhì)聚合物及其配制方法，其特征在于所述pH調(diào)節(jié)劑為鹽酸、硫酸、磷酸中的一種或一種以上混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種兩性聚電解質(zhì)聚合物及其配制方法，其特征在于制備方法如下: 第一步，稱一定重量份的取陰離子聚合物于反應(yīng)容器中，加入反應(yīng)所需水重量份的一半配制成第一組溶液，攪拌20-30分鐘； 第二步，在第一步之后將PH調(diào)節(jié)劑加入第一組溶液中，調(diào)節(jié)pH值3-6，配制為第二組溶液； 第三步，在第二步之后稱一定重量份的取陽離子聚合物于反應(yīng)容器中，加入反應(yīng)所需水重量份的一半配制成第三組溶液，攪拌20-30分鐘； 第四步，在第三步之后將將第三組溶液混入第二組溶液，通入氮?dú)?，攪?0-60分鐘； 第五步，在第四步之后緩慢加入氧化-還原引發(fā)劑，攪拌6-8小時(shí)； 第六步，在第五步之后停止通入氮?dú)猓抵脸睾蠛娓煞鬯榧纯傻玫絻尚跃垭娊赓|(zhì)聚合物。
7.以上反應(yīng)過程中第一步至第四步反應(yīng)溫度25°C_35°C;第五步反應(yīng)溫度50°C -75°C；第六步烘干溫度75°C -90°C。
8.第一步至第五步攪拌器轉(zhuǎn)速1000轉(zhuǎn)/min-3000轉(zhuǎn)/min。
【文檔編號】C08F4/40GK103641953SQ201310642144
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月4日
【發(fā)明者】馮建建, 王茂仁, 王晨 申請人:克拉瑪依市金鑫科技有限公司