一種鉆井液用無機-有機聚合物處理劑及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種鉆井液用無機-有機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領域。
【背景技術】
[0002] 20世紀80年代W來，世界各國鉆深井、超深井、復雜井的數量增加，送便對鉆井液 技術提出了更高的要求，鉆井液技術不僅要滿足傳統功能的要求，而且還要滿足環境、油層 保護和提高鉆井速度，降低鉆井綜合成本等方面的要求，并正朝著經濟、安全、高效的目標 發展。原有的鉆井液處理劑已不能完全滿足鉆井液技術發展的需要，世界各國都在努力研 制開發新型鉆井液處理劑，W適應鉆井液技術發展的需要。
[0003] 受新型處理劑的限制，我國在鉆井液技術領域發展緩慢。尤其是近期提高鉆井速 度和保護油氣層的呼聲越來越高，要想大幅度地提高鉆井速度，最大限度地保護油氣層，最 終確保油氣井的產量，就必須研制適應于鉆井新技術和適應于鉆井液與完井液發展需要的 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計及合成研究工作，對開發 新產品和促進鉆井液工程技術的進步具有重大意義。
[0004] 但近幾十年來，鉆井液處理劑的研究開發主要沿著有機聚合物的固定模式進行， 其耐溫抗鹽性成為處理劑研制的難點。而若將研發思路放在無機化合物方面，由于無機化 合物的特性使得處理劑將不再面臨耐溫抗鹽的主要問題。在研發含無機物的有機聚合物處 理劑技術領域，發明人在先提出了專利申請CN200710180495.0,其中公開了一種無機-有 機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 和娃鎮凝膠為原料，W氨氧化鋼和碳酸鋼調節抑值為9~11，再加入引發劑進行聚合反應， 反應結束得到的大分子聚合物經干燥和粉碎后得到所述處理劑。該處理劑在現場應用中取 得了明顯效果，但本領域還需要研發一種改進的和效果更為優異的鉆井液用無機-有機聚 合物處理劑及其制備方法。
【發明內容】
[0005] 因此，本發明首先提供一種鉆井液用無機-有機聚合物處理劑，其中，所述處理劑 為由礙酸單體、駿酸單體、非離子單體和無機材料在引發劑的作用下聚合形成；且所述無機 材料中包含裡鎮娃酸鹽無機凝膠。
[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] 本發明對所述引發劑的種類和用量沒有特別地限定，只要能夠引發單體混合物聚 合即可，例如，所述引發劑可W為偶氮類引發劑、過氧類引發劑和氧化還原類引發劑中的一 種或多種。優選所述引發劑為包括氧化劑和還原劑的氧化-還原引發體系，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] 在本發明中，所述無機材料中還可W選擇地包含娃鎮凝膠、鉛鎮娃酸鹽無機凝膠、 H聚磯酸鉛、膨潤±、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 無機材料中的裡鎮娃酸鹽無機凝膠占無機材料的總質量的50wt % W上，優選SOwt % W上。
[0009] 本發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，繼續攬拌1分鐘~3小時后再向其中加入非離子單體，再 繼續攬拌1分鐘~5小時后得到反應混合液；2)將步驟1)所得的反應混合液置入聚合用 反應容器中，可選擇地繼續攬拌1~30分鐘，用堿將溶液抑值調至8~11，加入引發劑，并 控制聚合反應的起始溫度為35~5(TC，反應2~24小時，得到膠狀產物；將所得產物干燥 并粉碎即得所述處理劑。
[0010] 本發明與現有技術相比，不僅優化了加入的無機材料，而且改進了制備鉆井液用 無機-有機聚合物處理劑的聚合方法。首先，本發明的方法中，無機材料為最先加入，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單體，從而 可使無機材料在聚合過程中更好地參與反應并盡可能地增加處理劑中無機材料的引入量。 本發明中無機材料的引入量為5~25wt%，明顯大于相應的現有技術（3. 6~8. 3wt% ); 因而本發明在保證所得聚合物性能的基礎上大幅降低了聚合物的成本。其次，本發明的方 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免有機酸 單體與堿發生中和反應并放熱，進而導致有機單體的自聚，并最終影響所得的鉆井液用無 機-有機聚合物處理劑的性能。因此，本發明中所述方法得到的聚合物處理劑與現有技術 中的處理劑相比，兼具高性能和低成本的優勢。
[0011] 在上述制備方法的一個具體實例中，聚合反應前所使用的原料中所述無機材料占 礙酸單體、駿酸單體、非離子單體和無機材料的總質量的質量百分數為5~25%，優選為 10~25%。如上所述，無機材料使用較多時，可W在提升所得聚合物性能的基礎上大幅降 低聚合物的成本。
[0012] 在上述制備方法中，優選的，步驟1)中礙酸單體、駿酸單體和非離子單體間的物 質的量之比為10~40 ;10~25 ;80~35。另外，優選步驟1)的反應混合液中水的用量為 W控制反應原料的總質量為反應混合液質量的40~60%。
[0013] 在上述制備方法的一個具體實例中，所述引發劑的用量為礙酸單體、駿酸單體和 非離子單體總質量的0. 2~0. 75wt%，且所述氧化劑與所述還原劑的質量比為1:1~2. 5。 在另一個實例中，步驟1)中所用堿的物質的量與所述駿酸單體和礙酸單體的物質的量之 和的比值為1:0. 9~1. 1，優選為1 ;1。
[0014] 本發明提供的無機-有機聚合物處理劑在淡水鉆井液、鹽水鉆井液、飽和鹽水鉆 井液和復合鹽水鉆井液中均具有較強的降濾失作用。它還具有較強的防塌能力，能有效控 制泥頁巖水化分散、控制粘±造漿，滲透率恢復值高，具有較好的油氣層保護效果。且其生 產工藝簡單、原料來源廣，推廣前景廣闊。總的說來，發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 定性及濾失量。
【具體實施方式】
[0015] 下面結合【具體實施方式】對本發明進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具 體實施方式僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。
[0016] 本發明中所使用的裡鎮娃酸鹽無機凝膠為杭州浙地非金屬有限公司的產品，所用 的凹凸棒±產自靈壽縣百達通礦產品加工廠。
[0017] 實施例1~3均為制備本發明所得的無機-有機聚合物處理劑。
[001引 實施例1
[0019] 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20公斤裡鎮 娃酸鹽無機凝膠，攬拌均勻后用膠體磨研磨。將研磨后的混合液加入反應蓋，在溫度不超過 35C的條件下慢慢加入30公斤2-丙帰醜胺-2-甲基丙礙酸和15公斤丙帰酸，加完后繼續 攬拌10分鐘。加入55公斤丙帰醜胺，加完后繼續攬25分鐘，得到反應混合液。
[0020] 2)將步驟1)得到的反應混合液加入聚合蓋，攬拌5分鐘，用質量分數10%的氨氧 化鋼溶液將體系的抑值調至9. 0。加入0. 3公斤過硫酸倭和0. 5公斤亞硫酸氨鋼（用適量 的水配制的水溶液），攬拌約15min后靜止，控制聚合反應的起始溫度為35C，反應6小時， 得到膠狀產物；將所得產物于120~13(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170公斤水加入中和蓋，待完全溶