一種鉆井液用無機(jī)-有機(jī)聚合物處理劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鉆井液用無機(jī)-有機(jī)單體聚合物處理劑及其制備方法，屬于水溶 性高分子材料合成制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 20世紀(jì)80年代W來，世界各國鉆深井、超深井、復(fù)雜井的數(shù)量增加，送便對鉆井液 技術(shù)提出了更高的要求，鉆井液技術(shù)不僅要滿足傳統(tǒng)功能的要求，而且還要滿足環(huán)境、油層 保護(hù)和提高鉆井速度，降低鉆井綜合成本等方面的要求，并正朝著經(jīng)濟(jì)、安全、高效的目標(biāo) 發(fā)展。原有的鉆井液處理劑已不能完全滿足鉆井液技術(shù)發(fā)展的需要，世界各國都在努力研 制開發(fā)新型鉆井液處理劑，W適應(yīng)鉆井液技術(shù)發(fā)展的需要。
[0003] 受新型處理劑的限制，我國在鉆井液技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展緩慢。尤其是近期提高鉆井速 度和保護(hù)油氣層的呼聲越來越高，要想大幅度地提高鉆井速度，最大限度地保護(hù)油氣層，最 終確保油氣井的產(chǎn)量，就必須研制適應(yīng)于鉆井新技術(shù)和適應(yīng)于鉆井液與完井液發(fā)展需要的 新型鉆井液處理劑。因此，適時開展新型鉆井液處理劑的分子設(shè)計及合成研究工作，對開發(fā) 新產(chǎn)品和促進(jìn)鉆井液工程技術(shù)的進(jìn)步具有重大意義。
[0004] 但近幾十年來，鉆井液處理劑的研究開發(fā)主要沿著有機(jī)聚合物的固定模式進(jìn)行， 其耐溫抗鹽性成為處理劑研制的難點。而若將研發(fā)思路放在無機(jī)化合物方面，由于無機(jī)化 合物的特性使得處理劑將不再面臨耐溫抗鹽的主要問題。在研發(fā)含無機(jī)物的有機(jī)聚合物處 理劑技術(shù)領(lǐng)域，發(fā)明人在先提出了專利申請CN200710180495.0,其中公開了一種無機(jī)-有 機(jī)單體聚合物鉆井液處理劑的制備方法，具體地，W丙帰醜氧了基礙酸、丙帰醜胺、丙帰酸 和娃鎮(zhèn)凝膠為原料，W氨氧化鋼和碳酸鋼調(diào)節(jié)抑值為9~11，再加入引發(fā)劑進(jìn)行聚合反應(yīng)， 反應(yīng)結(jié)束得到的大分子聚合物經(jīng)干燥和粉碎后得到所述處理劑。該處理劑在現(xiàn)場應(yīng)用中取 得了明顯效果，但本領(lǐng)域還需要研發(fā)一種改進(jìn)的和效果更為優(yōu)異的鉆井液用無機(jī)-有機(jī)聚 合物處理劑及其制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 因此，本發(fā)明提供一種鉆井液用無機(jī)-有機(jī)聚合物處理劑，其中，所述處理劑為由 礙酸單體、駿酸單體、非離子單體和無機(jī)材料在引發(fā)劑的作用下聚合形成；且所述無機(jī)材料 中包含膨潤±。
[0006] 在一種具體的實施方式中，所述礙酸單體選自2-丙帰醜胺-2-甲基丙礙酸、2-丙 帰醜氧基-2-甲基丙礙酸、丙帰醜氧了礙酸、2-丙帰醜胺-2-苯基己礙酸和2-丙帰醜胺 十二烷基礙酸，所述駿酸單體選自丙帰酸、甲基丙帰酸、衣康酸和馬來酸，所述非離子單體 選自丙帰醜胺、N，N-二甲基丙帰醜胺、異了基丙帰醜胺和丙帰臘。
[0007] 本發(fā)明對所述引發(fā)劑的種類和用量沒有特別地限定，只要能夠引發(fā)單體混合物聚 合即可，例如，所述引發(fā)劑可W為偶氮類引發(fā)劑、過氧類引發(fā)劑和氧化還原類引發(fā)劑中的一 種或多種。優(yōu)選所述引發(fā)劑為包括氧化劑和還原劑的氧化-還原引發(fā)體系，其中氧化劑選 自過硫酸鐘、過硫酸倭和過硫酸鋼，還原劑選自亞硫酸氨鋼、亞硫酸鋼、硫代硫酸鋼、焦亞硫 酸鋼、硫酸亞鐵和氯化亞鐵。
[0008] 在本發(fā)明中，所述無機(jī)材料中還可W選擇地包含娃鎮(zhèn)凝膠、裡鎮(zhèn)娃酸鹽無機(jī)凝膠、 鉛鎮(zhèn)娃酸鹽無機(jī)凝膠、H聚磯酸鉛、海泡石和凹凸棒±等的一種或多種。在一個具體的實施 方式中，所述無機(jī)材料中的膨潤±占無機(jī)材料的總質(zhì)量的50wt%W上，優(yōu)選SOwt%W上。
[0009] 本發(fā)明還提供一種如上所述處理劑的制備方法，包括如下步驟；1)在含堿的水溶 液中加入無機(jī)材料，攬拌均勻后用膠體磨研磨，在溫度不超過35C的條件下向研磨后的混 合液中加入礙酸單體和駿酸單體，繼續(xù)攬拌1分鐘~3小時后再向其中加入非離子單體，再 繼續(xù)攬拌1分鐘~5小時后得到反應(yīng)混合液；2)將步驟1)所得的反應(yīng)混合液置入聚合用 反應(yīng)容器中，可選擇地繼續(xù)攬拌1~30分鐘，用堿將溶液抑值調(diào)至8~11，加入引發(fā)劑，并 控制聚合反應(yīng)的起始溫度為35~5(TC，反應(yīng)2~24小時，得到膠狀產(chǎn)物；將所得產(chǎn)物干燥 并粉碎即得所述處理劑。
[0010] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，不僅優(yōu)化了加入的無機(jī)材料，而且改進(jìn)了制備鉆井液用 無機(jī)-有機(jī)聚合物處理劑的聚合方法。首先，本發(fā)明的方法中，無機(jī)材料為最先加入，且對 其使用膠體磨研磨后再加入包括所述礙酸單體、駿酸單體和非離子單體的有機(jī)單體，從而 可使無機(jī)材料在聚合過程中更好地參與反應(yīng)并盡可能地增加處理劑中無機(jī)材料的引入量。 本發(fā)明中無機(jī)材料的引入量為5~25wt%，明顯大于相應(yīng)的現(xiàn)有技術(shù)（3. 6~8. 3wt% ); 因而本發(fā)明在保證所得聚合物性能的基礎(chǔ)上大幅降低了聚合物的成本。其次，本發(fā)明的方 法中，在加入礙酸單體和駿酸單體時體系的溫度控制在不超過35°C的條件下，W免有機(jī)酸 單體與堿發(fā)生中和反應(yīng)并放熱，進(jìn)而導(dǎo)致有機(jī)單體的自聚，并最終影響所得的鉆井液用無 機(jī)-有機(jī)聚合物處理劑的性能。因此，本發(fā)明中所述方法得到的聚合物處理劑與現(xiàn)有技術(shù) 中的處理劑相比，兼具高性能和低成本的優(yōu)勢。
[0011] 在上述制備方法的一個具體實例中，聚合反應(yīng)前所使用的原料中所述無機(jī)材料占 礙酸單體、駿酸單體、非離子單體和無機(jī)材料的總質(zhì)量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5~25%，優(yōu)選為 10~20%。如上所述，無機(jī)材料使用較多時，可W在提升所得聚合物性能的基礎(chǔ)上大幅降 低聚合物的成本。
[0012] 在上述制備方法中，優(yōu)選的，步驟1)中礙酸單體、駿酸單體和非離子單體間的物 質(zhì)的量之比為10~40 ;10~25 ;80~35。另外，優(yōu)選步驟1)的反應(yīng)混合液中水的用量為 W控制反應(yīng)原料的總質(zhì)量為反應(yīng)混合液質(zhì)量的40~60%。
[0013] 在上述制備方法的一個具體實例中，所述引發(fā)劑的用量為礙酸單體、駿酸單體和 非離子單體總質(zhì)量的0. 2~0. 75wt%，且所述氧化劑與所述還原劑的質(zhì)量比為1:1~2. 5。 在另一個實例中，步驟1)中所用堿的物質(zhì)的量與所述駿酸單體和礙酸單體的物質(zhì)的量之 和的比值為1:0. 9~1. 1，優(yōu)選為1 ;1。
[0014] 本發(fā)明提供的無機(jī)-有機(jī)聚合物處理劑在淡水鉆井液、鹽水鉆井液、飽和鹽水鉆 井液和復(fù)合鹽水鉆井液中均具有較強(qiáng)的降濾失作用。它還具有較強(qiáng)的防塌能力，能有效控 制泥頁巖水化分散、控制粘±造漿，滲透率恢復(fù)值高，具有較好的油氣層保護(hù)效果。且其生 產(chǎn)工藝簡單、原料來源廣，推廣前景廣闊?？偟恼f來，發(fā)明提供的添加劑可滿足高溫和/或 高鹽條件下的安全鉆井施工的需要，能夠控制水基鉆井液高溫高壓條件下流變性、懸浮穩(wěn) 定性及濾失量。
【具體實施方式】
[0015] 下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具 體實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0016] 本發(fā)明中使用的膨潤±為濰坊鵬翔膨潤±有限公司的產(chǎn)品，所用的H聚磯酸鉛為 石家莊市昆元化工有限公司的產(chǎn)品，而凹凸棒±產(chǎn)自靈壽縣百達(dá)通礦產(chǎn)品加工廠。
[0017] 實施例1~5均為制備本發(fā)明所得的無機(jī)-有機(jī)聚合物處理劑。
[001引 實施例1
[0019] 1)將22. 8公斤氨氧化鐘和130公斤水加入中和蓋，待完全溶解后加入21公斤膨 潤±，攬拌均勻后用膠體磨研磨。將研磨后的混合液加入反應(yīng)蓋，在溫度不超過35C的條件 下慢慢加入48公斤2-丙帰醜胺十二烷基礙酸和18公斤丙帰酸，加完后繼續(xù)攬拌10~15 分鐘。加入55公斤N，N-二甲基丙帰醜胺，加完后繼續(xù)攬25~30分鐘，得到反應(yīng)混合液；
[0020] 2)將步驟1)得到的反應(yīng)混合液加入聚合蓋，攬拌5~10分鐘，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)10 %~ 40%的氨氧化鋼溶液將體系的抑值調(diào)至10. 5。加入0. 6公斤過硫酸鋼和1. 2公斤硫酸亞鐵 (用適量的水配制的水溶液），攬拌約9min后靜止，控制聚合反應(yīng)的起始溫度為45~5(TC， 反應(yīng)8小時，得到膠狀產(chǎn)物；將所得產(chǎn)物于130~14(TC下烘干，粉碎即為實施例1樣品。 [00川 實施例2
[0022] 1)將14公斤氨氧化鋼和160公斤水加入中和蓋，待完全溶解后加入18公斤膨潤 ±，攬拌均勻后用膠體磨研磨。將研磨后的混合液加入反應(yīng)蓋，在溫度不超過35C的條件下 慢慢加入20. 8公斤丙帰醜氧了礙酸和29公斤馬來酸，加完后繼續(xù)攬拌15~25分鐘。加 入26. 5公斤丙帰臘，加完后繼續(xù)攬25~30分鐘，得到反應(yīng)混合液；
[0023] 2)將步驟1)得到的反應(yīng)混合液加入聚合蓋，攬拌5~10分鐘，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)10 %~ 40 %的氨氧化鋼溶液將體系的抑值調(diào)至11. 0。加入0. 35公斤過硫酸鋼和0. 7公斤氯化 亞鐵（用適量的水配制的水溶液），攬拌約5~15min后靜止，控制聚合反應(yīng)的起始溫度為 45~5(TC，反應(yīng)7小時，得