[发明专利]钻井液用聚合物溶胀微粒及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用于钻井液的聚合物溶胀微粒，更具体地说，是可作为唯一主处理剂配制无固相钻井液的聚合物溶胀微粒及其制备方法。

背景技术

无固相钻井液体系中不含膨润土，其主要组成为有机高分子聚合物和盐。以盐类作为加重剂和抑制剂，提高体系的防塌能力；以高分子聚合物作为提粘提切剂，使体系具有很好的携带悬浮岩屑的能力；与清水相比，无固相钻井液能在井壁上形成薄而韧的吸附膜，具有一定的护壁防塌能力，并有较好的润滑和减阻作用；与含有膨润土的固相钻井液相比，它具有低流动阻力、粘度可调等优点，有利于井下马达的正常工作和井底钻头碎岩效率的提高，从而保持较高的钻进速度；另外无固相钻井液还具有粘度低，静切力小，利于除砂、除气，不存在高温分散、钝化等作用，特别适用于低压、低渗裂缝发育的气藏，利于发现和保护气层。

常规无固相钻井液提粘提切方面主要以黄原胶为主，黄原胶具有较好的抗剪切能力和良好的悬浮性，但黄原胶抗温效果较差，且其价格昂贵，特别在深井钻井时，每天需要大量黄原胶来维护泥浆粘切，极大地提高了钻井液成本；无固相钻井液降失水方面主要依靠超细碳酸钙形成泥饼，配合淀粉类物质填充来共同控制，这三种物质保持一定的比例，使钻井液体系维持好的粘度和降失水能力。在钻井过程中需要对三种处理剂的加量进行维护，确保合适加量及比例。

专利申请CN102433107描述了一种钻井液用低分子量聚合物型降滤失剂，由丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基十二烷磺酸盐和烯基磺酸盐经共聚反应而得；该降滤失剂在饱和盐水浆中，经200℃高温老化16h后，中压失水较小，在高密度钻井液体系中不会高温稠化，具有较好的降滤失效果。但其所得降滤失剂不可用于无固相钻井液体系。

本发明根据钻井液对聚合物的要求，从单体结构和聚合物分子结构设计出发，希望开发出一种特殊的聚合物，使得其作为无固相钻井液主处理剂时同时兼具增粘、提切和降滤失的效果。

发明内容

本发明提供一种具有增粘、提切和降滤失性，同时具有较好抗温和抗盐能力的聚合物溶胀微粒。

本发明提供一种钻井液用聚合物溶胀微粒，该聚合物溶胀微粒由丙烯酰胺、丙烯酸、烯基磺酸盐单体、交联剂、引发剂、水和pH值调节剂反应制备得到。

在本发明中，pH值调节剂为氢氧化钠或氢氧化钾。

在本发明中，所述交联剂例如为N，N’-亚甲基双丙烯酰胺、环氧氯丙烷、N-羟甲基丙烯酰胺、乙二醇二甲基丙烯酸酯、乙二醇二丙烯酸酯和甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或多种。

在本发明中，所述烯基磺酸盐单体例如为乙烯磺酸钠、乙烯磺酸钾、丙烯磺酸钠、丙烯磺酸钾、甲基丙烯磺酸钠、甲基丙烯磺酸钾、异戊二烯磺酸钠、异戊二烯磺酸钾、对苯乙烯磺酸钠和对苯乙烯磺酸钾中的一种或多种。

在本发明中，优选所述引发剂为氧化还原引发剂，其中氧化剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过氧化氢和异丙苯过氧化氢中的一种或多种；还原剂为亚硫酸氢钠、亚硫酸钠、硫代硫酸钠、四甲基乙二胺、氯化亚铁和氯化亚铜中的一种或多种。

在本发明的一个优选实施例中，以质量计，丙烯酰胺10~100份，丙烯酸2~20份，烯基磺酸盐单体5~60份，交联剂0.1~30份，引发剂0.01~0.5份。优选所述丙烯酰胺10~60份，丙烯酸2~12份，烯基磺酸盐单体10~30份，交联剂0.1~20份，引发剂0.1~0.3份。

本发明还提供一种如上所述的聚合物溶胀微粒的制备方法，包括如下步骤，步骤A：往pH值调节剂的水溶液中加入烯基磺酸盐单体、丙烯酰胺和丙烯酸；步骤B：用pH值调节剂调节溶液pH为9.0～11.0，在温度20～60℃下加入引发剂引发聚合反应1~5h；步骤C：在温度为30～70℃下加入交联剂反应1～6h；步骤D：反应所得聚合物经后处理得到所述聚合物溶胀微粒。其中，所述后处理过程例如包括切割、造粒、烘干和破碎。

在本发明的制备方法中，所述钻井液用聚合物溶胀微粒是由丙烯酰胺、丙烯酸、烯基磺酸盐单体和交联剂这四种主要原料在水溶液中共聚而成。

本发明还提供如上所述的聚合物溶胀微粒或如上所述方法制备得到的聚合物溶胀微粒在无固相钻井液体系中的应用。

本发明中，选用耐温抗盐的烯基磺酸盐单体，且在聚合反应体系中加入交联剂，使所得聚合物溶胀微粒具有增粘、提切、降滤失作用及较强的耐盐效果。