[发明专利]一种丙烯酸系乳液共聚物及其应用和钻井液减阻剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种丙烯酸系乳液共聚物、上述丙烯酸系乳液共聚物作为钻井液减阻剂的应用、一种钻井液减阻剂的制备方法以及由该方法制备得到的钻井液减阻剂。

背景技术

润滑性是深井、水平井、大位移井钻井作业中钻井液性能调控的重要难题，是制约高密度钻井液施工的技术瓶颈。而往水基钻井液中加入水基钻井液减阻剂是降低钻井液摩擦阻力、降低钻井扭矩、提高钻井液水力学效力乃至提高钻井效能的重要方法。

目前，水基钻井液减阻剂主要包括无机固体类润滑剂（如石墨、塑料小球等）、有机类润滑剂（如植物油、矿物油基润滑剂等）以及水溶性表面活性剂与有机物混合物组成的润滑剂。这些水基钻井液减阻剂都能够在一定程度上降低水基钻井液的摩擦阻力，但润滑性能还有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种新的丙烯酸系乳液共聚物、上述丙烯酸系乳液共聚物作为钻井液减阻剂的应用、一种钻井液减阻剂的制备方法以及由该方法制备得到的钻井液减阻剂。该丙烯酸系乳液共聚物能够有效降低钻井液的摩擦阻力。

本发明提供了一种丙烯酸系乳液共聚物，其中，该丙烯酸系乳液共聚物含有式（Ⅰ）所示的结构单元、式（Ⅱ）所示的结构单元和式（Ⅲ）所示的结构单元，且在浓度为1重量%的所述丙烯酸系乳液共聚物的水溶液中，所述丙烯酸系乳液共聚物的平均颗粒直径不大于350nm；

式（Ⅰ），式（Ⅱ），式（Ⅲ），

其中，R₁-R₃为C₁-C₅的烷基，R₄为H或C₁-C₅的烷基。

本发明还提供了上述丙烯酸系乳液共聚物作为钻井液减阻剂的应用。

本发明还提供了一种钻井液减阻剂的制备方法，该方法包括以下步骤：

（1）将式（Ⅳ）所示的单体A、式（Ⅴ）所示的单体B、式（Ⅵ）所示的单体C、乳化剂以及水混合均匀，得到预乳液；所述乳化剂为壬基酚聚氧乙烯、聚氧乙烯山梨醇单油酸酯和阳离子乳化剂的混合物；

（2）将1/5-1/2的上述预乳液与第一引发剂接触反应，并将得到的反应产物与剩余的预乳液和第二引发剂接触反应；所述第一引发剂和第二引发剂相同或不同；

式（Ⅳ），式（Ⅴ），式（Ⅵ），

其中，R₁-R₃为C₁-C₅的烷基，R₄为H或C₁-C₅的烷基。

此外，本发明还提供了由上述方法制备得到的钻井液减阻剂。

从实施例的结果可以看出，加入本发明提供的钻井液减阻剂后，钠基膨润土浆的摩擦系数能够降至0.126以下，由此可见，本发明提供的钻井液减阻剂能够显著降低钻井液的摩阻阻力，从而有效减少粘附卡钻和钻头泥包的几率。推测其原因，可能是由于：本发明提供的钻井液减阻剂带正电性且尺寸为纳米级，比表面积较大，能够显著增加与带负电的井壁岩石和/或钻具吸附反应的机会和程度，从而更致密地吸附在所述井壁岩石和/或钻具表面而形成“油膜”，使井壁岩石和/或钻具表面由亲水反转成为亲油，强化了钻井液减阻剂的润滑作用，有效地降低了水基钻井液摩擦阻力，并进而提高钻井效率。

根据本发明的一种优选实施方式，当R₁和R₂为甲基，R₃为正丁基，R₄为H，且所述第一引发剂与第二引发剂的重量比为1-1.5：1时，能够将得到的钻井液减阻剂的平均颗粒直径控制在80nm以下，进一步地，采用该钻井液减阻剂能够将钻井液减阻剂的摩擦系数降至0.11以下，即，减阻效果更为优异。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为在不同温度下，加入不同重量的钻井液减阻剂后钻井液粘附系数的变化图；

图2为在不同温度下，加入不同重量的钻井液减阻剂或矿物油后钻井液粘附系数的变化图。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。