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1、(10)申请公布号 CN 102898581 A (43)申请公布日 2013.01.30 C N 1 0 2 8 9 8 5 8 1 A *CN102898581A* (21)申请号 201210353665.1 (22)申请日 2012.09.20 C08F 220/58(2006.01) C08F 220/38(2006.01) C08F 220/56(2006.01) C08F 220/54(2006.01) C08F 2/30(2006.01) C09K 8/035(2006.01) (71)申请人中国石油化工股份有限公司 地址 100728 北京市朝阳区朝阳门北大街 22号 申请人。
2、中国石化集团中原石油勘探局钻井 工程技术研究院 (72)发明人王中华 (74)专利代理机构郑州睿信知识产权代理有限 公司 41119 代理人韩天宝 (54) 发明名称 一种钻井液用抗温抗钙反相乳液聚合物及制 备方法 (57) 摘要 本发明公开了一种钻井液用抗温抗钙反相乳 液聚合物,由质量分数50%的含磺酸基单体水溶 液、N,N-二甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺、交联剂、水、 白油、司盘-80乳化剂、丙二醇单月桂酸酯乳化 剂、OP-15或吐温-80乳化剂、质量分数10%的引 发剂过硫酸铵水溶液或过硫酸钾水溶液、10%的 硫代硫酸钠水溶液、质量分数5%的偶氮二异丁咪 唑啉盐酸盐溶液、纯碱、乙二胺四乙酸二钠。
3、盐聚合 而成。本发明具有良好的降滤失、增粘、调流型、抑 制黏土和钻屑的水化分散能力,可以改善滤饼质 量,提高钻井液润滑性,适用于各种类型的水基钻 井液,可用作高温、高盐和高钙钻井液处理剂。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书4页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 1/1页 2 1.一种钻井液用抗温抗钙反相乳液聚合物,其特征是:由质量分数50%的含磺酸基单 体水溶液140200kg、N,N-二甲基丙烯酰胺1040kg、丙烯酰胺80130kg、交联剂 0.0050.015kg、水100150kg、白油140180kg、司盘-。
4、80乳化剂1015kg、丙二醇 单月桂酸酯乳化剂510kg、OP-15或吐温-80乳化剂1.55kg、质量分数10%的引发剂 过硫酸铵水溶液或过硫酸钾水溶液14kg、10%的硫代硫酸钠水溶液0.54kg、质量分数 5%的偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐溶液12kg、纯碱15kg、乙二胺四乙酸二钠盐0.005 0.015kg聚合而成。 2.根据权利要求1所述的一种钻井液用抗温抗钙反相乳液聚合物,其特征是:所述的 含磺酸基单体是2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠或2-丙烯酰氧基-2-甲基丙磺酸钠。 3.根据权利要求1或2所述的一种钻井液用抗温抗钙反相乳液聚合物,其特征是:所 述的交联剂是双甲基丙烯酸乙二醇酯、。
5、双丙烯酸乙二醇酯或双甲基丙烯酸丙二醇酯中的一 种。 4.一种根据权利要求3所述的钻井液用抗温抗钙反相乳液聚合物的制备方法,其特征 是:包括以下步骤: (1)水相的制备:在反应釜中加水100150kg,开启搅拌加入质量分数50%的含磺酸 基单体水溶液140200kg、N,N-二甲基丙烯酰胺1040kg、丙烯酰胺80130kg、交联 剂0.0050.015kg、OP-15或吐温-80乳化剂1.55kg、乙二胺四乙酸二钠盐0.005 0.015kg、纯碱15kg,搅拌至全溶解,控制体系的pH7.59; (2)油相的制备:在反应釜中加白油140180kg、司盘-80乳化剂1015kg和丙二 醇单月桂酸。
6、酯乳化剂510kg,搅拌至全溶解; (3)将步骤(1)所得的水相在搅拌下慢慢加入步骤(2)所得的油相中,然后在乳化釜中 充分搅拌20min,得到单体化合物反相乳液; (4)将步骤(3)得到的单体化合物反相乳液放入反应釜中,开启搅拌机,升温至50, 通氮15min,加入质量分数10%的过硫酸铵水溶液或过硫酸钾水溶液14kg,10%的硫代硫 酸钠水溶液0.54kg、质量分数5%的偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐溶液12kg,搅拌10min 后停止搅拌,继续通氮10min,静置,记录温度变化,反应612h,然后将温度降至室温,放 料,过滤即得到钻井液用乳液聚合物。 权 利 要 求 书CN 102898581 。
7、A 1/4页 3 一种钻井液用抗温抗钙反相乳液聚合物及制备方法 技术领域 : 0001 本发明涉及一种钻井液用抗温抗钙反相乳液聚合物及其制备方法,属于石油钻井 用水溶性高分子材料合成类制备方法技术领域。 技术背景 : 0002 自20世纪90年代以来,国内以丙烯酸和丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸 等为主要原料,经共聚得到的聚合物作为抗温抗盐的钻井液处理剂,因其良好的抗温抗盐 能力,逐步受到人们的重视,并形成了以PAMS为代表的抗温抗盐钻井液处理剂及钻井液体 系,这类处理剂虽然具有很好的抗温抗盐能力,但在钙含量高的钻井液中,使用温度不能超 过150,且维护周期短,限制了其应用范围。而且。
8、这种传统的钻井液用聚合物处理剂以粉 状为主,由于粉状聚合物处理剂使用时直接加入钻井液中,不仅不能均匀加入,且溶解速度 慢,如果溶解时间大于钻井液循环周期,没有溶解或溶胀的聚合物颗粒,会从振动筛筛出, 甚至糊筛,因此在使用时必须先配成质量分数0.52%的胶液,在配胶液时,不仅增加工作 量,且会使产品剪切降解,不仅使用不方便,还会影响产品使用效果。采用反相乳液聚合方 法合成钻井液处理剂逐步受到重视。中国专利CN101880354A公开了高分子乳液聚合物及 其制备方法,所得产品的平均分子量可达600万1000万,具有良好的包被抑制性,但其只 限于钻井液包被抑制作用,且没有涉及抗温抗盐。 发明内容 :。
9、 0003 本发明的目的在于提供一种钻井液用抗温抗钙反相乳液聚合物。 0004 本发明的目的还在于提供一种钻井液用抗温抗钙反相乳液聚合物的制备方法。 0005 本发明是通过下述技术方案加以实现的: 0006 一种钻井液用抗温抗钙反相乳液聚合物,由质量分数50%的含磺酸基单体水溶 液140200kg、N,N-二甲基丙烯酰胺1040kg、丙烯酰胺80130kg、交联剂0.005 0.015kg、水100150kg、白油140180kg、司盘-80乳化剂1015kg、丙二醇单月桂酸 酯乳化剂510kg、OP-15乳化剂1.55kg、质量分数10%的引发剂过硫酸铵水溶液1 4kg、10%的硫代硫酸钠水。
10、溶液0.54kg、质量分数5%的偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐溶液1 2kg、纯碱15kg、乙二胺四乙酸二钠盐0.0050.015kg聚合而成。 0007 一种钻井液用抗温抗钙反相乳液聚合物的制备方法,包括以下步骤: 0008 (1)水相的制备:在反应釜中加水100150kg,开启搅拌加入质量分数50%的含 磺酸基单体水溶液140200kg、N,N-二甲基丙烯酰胺1040kg、丙烯酰胺80130kg、 交联剂0.0050.015kg、OP-15 1.55kg、乙二胺四乙酸二钠盐0.0050.015kg、纯碱 15kg,搅拌至全溶解控制体系的pH7.59; 0009 (2)油相的制备:在反应釜中加白油1。
11、40180kg、司盘-80乳化剂1015kg和 丙二醇单月桂酸酯乳化剂510kg,搅拌至全溶解; 0010 (3)将步骤(1)所得的水相在搅拌下慢慢加入步骤(2)所得的油相中,然后在乳化 说 明 书CN 102898581 A 2/4页 4 釜中充分搅拌20min,得到单体化合物反相乳液; 0011 (4)将步骤(3)得到的单体化合物反相乳液放入反应釜中,开启搅拌机,升温至 50,通氮15min,加入质量分数10%的引发剂过硫酸铵水溶液14kg,质量分数为10%的 硫代硫酸钠水溶液0.54kg,质量分数为5%的偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐溶液12kg,搅 拌10min后停止搅拌,继续通氮10min,。
12、静置,记录温度变化,反应612h,然后将温度降至 室温,放料,过滤即得到钻井液用乳液聚合物。 0012 上述的含磺酸基单体是2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠或2-丙烯酰氧基-2-甲 基丙磺酸钠。 0013 上述的交联剂是双甲基丙烯酸乙二醇酯、双丙烯酸乙二醇酯或双甲基丙烯酸丙二 醇酯中的一种。 0014 上述的引发剂是过硫酸铵水溶液也可以用过硫酸钾水溶液代替。 0015 上述的OP-15乳化剂也可以用吐温-80乳化剂代替。 0016 本发明的有益效果是: 0017 (1)本钻井液用抗温抗钙反相乳液聚合物以乳液形式,在钻井液中分散溶解速度 快,作用效果好,用量小,稳定性好,使用方便; 0018 (。
13、2)由于分子中含有磺酸基和烷基取代的酰胺基,抗温抗盐和抗钙能力强,乳液中 油相及乳化剂还可以提高钻井液的润滑性; 0019 (3)本钻井液用抗温抗钙反相乳液聚合物作为钻井液处理剂,不仅具有良好的降 滤失、增粘、调流型、抑制黏土和钻屑的水化分散能力,而且可以改善滤饼质量,提高钻井液 润滑性,适用于各种类型的水基钻井液。 具体实施方式 : 0020 下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。 0021 实施例1 0022 在反应釜中加100kg水,开启搅拌,加入200kg质量分数50%的2-丙烯酰胺 基-2-甲基丙磺酸钠水溶液、10kg N,N-二甲基丙烯酰胺、80kg丙烯酰胺,0.015kg双甲基。
14、丙 烯酸乙二醇酯、0.015kg乙二胺四乙酸二钠盐,1.5kg OP-15、5kg纯碱,搅拌至全溶解,控制 体系pH为8.0,得到乳液所需的水相;在反应釜中加140kg白油、10kg司盘-80和10kg丙 二醇单月桂酸酯乳化剂,搅拌至全溶解,得到所需的油相;所得的水相在搅拌下慢慢加入到 油相中,然后在乳化釜中充分搅拌20min,得到单体化合物反相乳液;将所得乳化液放入反 应釜中,开启搅拌机,升温至50,通氮15min,加入1kg质量分数10%的引发剂过硫酸铵水 溶液,0.5kg 10%的硫代硫酸钠水溶液、2kg质量分数5%的偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐溶液, 搅拌10min后停止搅拌,继续通氮10m。
15、in,然后静置,记录温度变化,反应6h后将温度降至室 温,放料,过滤即得到钻井液用乳液聚合物。 0023 实施例2 0024 在反应釜中加150kg水,开启搅拌,加入140kg质量分数50%的2-丙烯酰氧 基-2-甲基丙磺酸钠水溶液、20kg N,N-二甲基丙烯酰胺、130kg丙烯酰胺,0.005kg双丙 烯酸乙二醇酯、0.005kg乙二胺四乙酸二钠盐,5kg OP-15、1kg纯碱,搅拌至全溶解,控制体 系pH为7.5,得到乳液所需的水相;在反应釜中加180kg白油、15kg司盘-80和5kg丙二 说 明 书CN 102898581 A 3/4页 5 醇单月桂酸酯乳化剂,搅拌至全溶解,得到所。
16、需的油相;所得的水相在搅拌下慢慢加入到油 相中,然后在乳化釜中充分搅拌20min,得到单体化合物反相乳液;将所得乳化液放入反应 釜中,开启搅拌机,升温至50,通氮15min,加入4kg质量分数10%的引发剂过硫酸钾水溶 液,4kg 10%的硫代硫酸钠水溶液、1kg质量分数5%的偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐溶液,搅拌 10min后停止搅拌,继续通氮10min,然后静置,记录温度变化,反应12h后将温度降至室温, 放料,过滤即得到钻井液用乳液聚合物。 0025 实施例3 0026 在反应釜中加120kg水,开启搅拌,加入180kg质量分数50%的2-丙烯酰胺 基-2-甲基丙磺酸钠水溶液、40kg N,N。
17、-二甲基丙烯酰胺、90kg丙烯酰胺,0.01kg双甲基丙 烯酸乙二醇酯、0.01kg乙二胺四乙酸二钠盐,3kg OP-15、3kg纯碱,搅拌至全溶解,控制体 系pH为8.0,得到乳液所需的水相;在反应釜中加160kg白油、13kg司盘-80和8kg丙二醇 单月桂酸酯乳化剂,搅拌至全溶解,得到所需的油相;所得的水相在搅拌下慢慢加入到油相 中,然后在乳化釜中充分搅拌20min,得到单体化合物反相乳液;将所得乳化液放入反应釜 中,开启搅拌机,升温至50,通氮15min,加入1.5kg质量分数10%的引发剂过硫酸铵水溶 液,1.5kg 10%的硫代硫酸钠水溶液、1.5kg质量分数5%的偶氮二异丁咪唑啉。
18、盐酸盐溶液, 搅拌10min后停止搅拌,继续通氮10min,然后静置,记录温度变化,反应10h后将温度降至 室温,放料,过滤即得到钻井液用乳液聚合物。 0027 实施例4 0028 在反应釜中加125kg水,开启搅拌,加入150kg质量分数50%的2-丙烯酰氧 基-2-甲基丙磺酸钠水溶液、10kg N,N-二甲基丙烯酰胺、11kg丙烯酰胺,0.0075kg双甲基 丙烯酸丙二醇酯、0.008kg乙二胺四乙酸二钠盐,4kg OP-15、5kg纯碱,搅拌至全溶解,控制 体系pH为9.0,得到乳液所需的水相;在反应釜中加160kg白油、12kg司盘-80和6kg丙二 醇单月桂酸酯乳化剂,搅拌至全溶解,。
19、得到所需的油相;所得的水相在搅拌下慢慢加入到油 相中,然后在乳化釜中充分搅拌20min,得到单体化合物反相乳液;将所得乳化液放入反应 釜中,开启搅拌机,升温至50,通氮15min,加入3kg质量分数10%的引发剂过硫酸钾水溶 液,3kg 10%的硫代硫酸钠水溶液、1.5kg质量分数5%的偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐溶液,搅 拌10min后停止搅拌,继续通氮10min,然后静置,记录温度变化,反应8h后将温度降至室 温,放料,过滤即得到钻井液用乳液聚合物。 0029 实施例5 0030 在反应釜中加135kg水,开启搅拌,加入170kg质量分数50%的2-丙烯酰胺 基-2-甲基丙磺酸钠水溶液、10kg。
20、 N,N-二甲基丙烯酰胺、120kg丙烯酰胺,0.0075kg双甲 基丙烯酸丙二醇酯、0.01kg乙二胺四乙酸二钠盐,2.5kg TW-80、3kg纯碱,搅拌至全溶解,控 制体系pH为8.5,得到乳液所需的水相;在反应釜中加160kg白油、13kg司盘-80和8kg丙 二醇单月桂酸酯乳化剂,搅拌至全溶解,得到所需的油相;所得的水相在搅拌下慢慢加入到 油相中,然后在乳化釜中充分搅拌20min,得到单体化合物反相乳液;将所得乳化液放入反 应釜中,开启搅拌机,升温至50,通氮15min,加入2kg质量分数10%的引发剂过硫酸铵水 溶液,1kg 10%的硫代硫酸钠水溶液、1.35kg质量分数5%的偶氮。
21、二异丁咪唑啉盐酸盐溶液, 搅拌10min后停止搅拌,继续通氮10min,然后静置,记录温度变化,反应11h后将温度降至 室温,放料,过滤即得到钻井液用乳液聚合物。 说 明 书CN 102898581 A 4/4页 6 0031 对上述产品进行钻井液应用性能评价,结果见表1。 0032 表1钻井液经过180/16h老化后钻井液性能 0033 0034 注:PAMS-601为水溶液聚合得到的AMPS、AM共聚物处理剂。 0035 基浆组成: 0036 (1)复合盐水基浆:在1000mL蒸馏水中加入45g的NaCl,5g无水CaCl 2 , 13gMgCl 2 6H 2 O,150g钙膨润土和9g无。
22、水Na 2 CO 3 ,高速搅拌20min,于室温下养护24h,即得 复合盐水基浆。 0037 (2)饱和盐水基浆:6%钠膨润土浆+36%NaCl+1.5%纯碱+1.2%磺化褐煤,用重晶石 加重至密度1.4g/cm 3 ,高速搅拌20min,于室温下养护24h,即得饱和盐水基浆。 0038 从评价结果可以看出,本发明的抗温抗钙反相乳液聚合物在复合盐水基浆、和饱 和盐水基浆中,经过180/16h老化后均表现出显著的降滤失和增粘效果,其结果远远优 于对比产品PAMS-601共聚物的效果,表现出了良好的抗温抗盐能力,可以适用于深井、高 压和高矿化度地层钻井。 说 明 书CN 102898581 A 。