一種鉆井液用陽離子型封堵劑及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種鉆井液用陽離子型封堵劑及其制備方法，屬于油田化學技術領 域。
【背景技術】
[0002] 隨著鉆井地質復雜性的增加，鉆遇井下復雜問題的幾率越來越高，強調鉆井液封 堵性能幾乎已經成為各類鉆井液必然強調的技術指標之一。加入適當粒徑分布的封堵材 料，可有效改善鉆井液濾液的"水力尖劈"作用而導致的井壁失穩現象。
[0003] 超細鈣封堵劑粒徑分布范圍廣、價格合理，可在油基鉆井液和水基鉆井液中使用， 是目前鉆井液技術領域使用的最廣泛的一種封堵材料。但超細鈣屬于惰性固相材料，其惰 性表面與泥土顆粒間基本無作用力，形成的泥餅耐沖刷性能差，加量過高還會影響泥餅的 強度和潤滑能。
[0004] 近年來，利用高分子合成技術制備聚合物類封堵劑的研究成為熱點。聚合物類封 堵劑多以油溶性苯乙烯類、丙烯酸酯類單體為主鏈，并通過適當的交聯技術，形成粒徑分布 廣泛(納米-微米范圍）的粉末狀或乳液狀產物。該類處理劑適用于各類孔隙的封堵的同時， 還具有一定的形變能力，并可以與其他處理劑間的變形、填充、高溫黏結等作用，有助于形 成薄而韌的泥餅。但該類處理劑對于膨潤土或井壁仍然屬于惰性材料，因此其作用仍限于 物理封堵。

【發明內容】

[0005] 本發明的目的提供一種鉆井液用陽離子型封堵劑，該封堵劑能夠提高鉆井液封堵 性能的同時，通過加強封堵劑與粘土礦物的靜電吸附作用而提高井壁穩定性。
[0006] 本發明另一目的在于提供一種鉆井液用陽離子型封堵劑的制備方法，反應條件溫 和、可控，產品后處理工藝簡單，易用工業化。所得產品可以用于油基鉆井液、水基鉆井液性 能調節。
[0007] 本發明的技術方案為：
[0008] -種鉆井液用陽離子型封堵劑，由苯乙烯類單體、丙烯酸酯類單體及含有陽離子 基團的有聚合功能的單體在去離子水中，在引發劑作用下聚合而得;苯乙烯類單體、丙烯酸 酯類單體及含有陽離子基團的有聚合功能的單體的質量比為4-5:1:1。
[0009] -種鉆井液用陽離子型封堵劑的制備方法，包括以下步驟：
[0010] (1)將苯乙烯類單體與丙烯酸酯類單體組成的混合物A轉移至固定于剪切乳化裝 置上的高攪杯中，其中苯乙烯類單體與丙烯酸酯類單體的質量比4-5:1;
[0011] (2)配制含有陽離子基團的有聚合功能單體與去離子水的混合物B，其中含有陽離 子基團的有聚合功能單體和去離子水的質量比為1:20-25,含有陽離子基團的有聚合功能 單體和苯乙烯類單體的質量比為1:4-5;
[0012] (3)將混合物B轉移至步驟(1)所述的高攪杯中，開動剪切乳化裝置，設定乳化速率 為 5000-8000r/min，攪拌 10-15min，得到混合物 C;
[0013] (4)將混合物C轉移至帶有控溫裝置、回流冷凝、通氮氣裝置和攪拌裝置的反應釜 中，開啟反應釜控溫裝置、回流冷凝裝置和攪拌裝置，設定溫度為70-80°C、攪拌速率為300-500r/min；
[0014] (5)開啟通入氮氣裝置，鼓泡除氧10-15min，待反應釜內溫度達到60-70°C后，緩慢 向反應釜中加入占混合物C質量分數為0.3-0.5 %的引發劑；
[0015] (6)反應釜保溫攪拌反應6_8h后停止攪拌，將反應釜內的粗產品導入表面皿中，并 將表面皿轉移至干燥箱中，50-60°C下鼓風干燥7-8h，即得到白色粉末狀產物即為本發明鉆 井液用陽離子型封堵劑。
[0016] 所述的苯乙烯類單體為苯乙烯、甲基苯乙烯、3-甲基苯乙烯或二乙烯基苯中的任 一種或混合物。
[0017] 所述的丙烯酸酯類單體為丙烯酸甲酯、丙烯酸異丁酯、甲基丙烯酸苯酯或3-苯甲 酰基丙烯酸乙酯中的任一種或混合物。
[0018] 所述的含有陽離子基團的有聚合功能單體為順丁烯二酸二乙酯撐基雙[(十八烷 基二甲基）氯化銨]、順丁烯二酸二乙酯撐基雙[(十六烷基二甲基)氯化銨]、順丁烯二酸二 乙酯撐基雙[(十四烷基二甲基）氯化銨]、順丁烯二酸二乙酯撐基雙[(十二烷基二甲基)氯 化銨]、順丁烯二酸二乙酯撐基雙[(癸烷基二甲基）氯化銨]和順丁烯二酸二乙酯撐基雙 [(辛烷基二甲基)氯化銨]中的任意一種。
[0019] 所述的引發劑為硫酸銨、過硫酸鉀或過硫酸鉀-亞硫酸氫鉀中的任意一種。
[0020] 本發明的有益效果是：
[0021] 本發明鉆井液用陽離子型封堵劑是一類由苯乙烯類、丙烯酸酯類單體及含有陽離 子基團的可聚合功能單體通過自由基聚合而得。產物表面具有豐富的陽離子基團，能夠與 粘土礦物發生多點吸附，起到改善泥餅質量、控制鉆井液濾失量、強化井壁的作用。
【附圖說明】
[0022]圖1為實施例1產品粒徑分布特點曲線圖。
[0023] 圖2為實施例2產品粒徑分布特點曲線圖。
[0024] 圖3為實施例3產品粒徑分布特點曲線圖。
【具體實施方式】
[0025] 下面列舉具體實施例，以說明本發明所述的產品及其制備過程。
[0026] 實施例1
[0027]將精制后的16g苯乙烯和4g丙烯酸甲酯轉移至固定于剪切乳化裝置上的高攪杯 中，再向該反應釜中加入順丁烯二酸二乙酯撐基雙[(十八烷基二甲基)氯化銨]和去離子水 的混合物溶液(其中包含4g順丁烯二酸二乙酯撐基雙[(十八烷基二甲基)氯化銨]和100g去 離子水），開動乳化裝置，設定乳化速率為5000r/min，乳化15min后得到混合物。將所得混合 物轉移至帶回流冷凝、通氮氣、控溫及攪拌裝置的反應釜中，在通入高純度氮氣鼓泡除氧條 件下，開動攪拌、回流冷凝劑控溫裝置，設定攪拌速率為300r/min、溫度為70°C。待反應釜內 達到60°C時，向釜內加入0.37g過硫酸銨。通氮保溫反應8h后停止攪拌。將反應釜內的粗產 品導入表面皿中，并將表面皿轉移至干燥箱中，50°C下鼓風干燥8h，即得到白色粉末狀產物 即為本發明鉆井液用陽離子型封堵劑，記為S-I。
[0028] 實施例2
[0029]將精制后的6g苯乙稀、10g甲基苯乙稀和4g丙稀酸異丁酯轉移至固定于剪切乳化 裝置上的高攪杯中，再向該高攪杯中加入順丁烯二酸二乙酯撐基雙[(十六烷基二甲基)氯 化銨]和去離子水的混合物溶液(其中包含4g順丁烯二酸二乙酯撐基雙[(十六烷基二甲基） 氯化銨]和80g去離子水），開動乳化裝置，設定乳化速率為6000r/min，乳化12min后得到混 合物。將所得混合物轉移至帶回流冷凝、通氮氣、控溫及攪拌裝置的反應釜中，在通入高純 度氮氣鼓泡除氧條件下，開動攪拌、回流冷凝劑控溫裝置，設定攪拌速率為400r/min、溫度 為80°C。待反應釜內達到70°C時，向釜內加入0.50g過硫酸鉀-亞硫酸氫鉀，通氮保溫反應6h 后停止攪拌。將反應釜內的粗產品導入表面皿中，并將表面皿轉移至干燥箱中，60°C下鼓風 干燥7h，即得到白色粉末狀產物即為本發明鉆井液用陽離子型封堵劑，記為S-Π 。
[0030] 實施例3
[0031] 將精制后的l〇g苯乙烯、8g3_甲基苯乙烯和2g甲基丙烯酸苯酯、2g丙烯酸異丁酯轉 移至固定于剪切乳化裝置上的高攪杯中，再向該高攪杯中加入順丁烯二酸二乙酯撐基雙 [(十四烷基二甲基)氯化銨]和去離子水的混合物溶液(其中包含4g順丁烯二酸二乙酯撐基 雙[(十四烷基二甲基）氯化銨]和88g去離子水），開動乳化裝置，設定攪拌速率為8000r/ min，保持lOmin。開動乳化裝置，設定乳化速率為6000r/min，乳化12min后得到混合物。所得 混合物轉移至帶回流冷凝、通氮氣、控溫及攪拌裝置的反應釜中，在通入高純度氮氣鼓泡除 氧條件下，開動攪拌、回流冷凝劑控溫裝置，設定攪拌速率為500r/min、溫度為75°C。待反應 釜內達到65°C時，向釜內加入0.50g過硫酸鉀，通氮保溫反應7h后停止攪拌。將反應釜內的 粗產品導入表面皿中，并將表面皿轉移至干燥箱中，50°C下鼓風干燥8h，即得到白色粉末狀 產物即為本發明鉆井液用陽離子型封堵劑，記為s-m。
[0032] 實施例4
[0033]將精制后的10g苯乙稀、5g二乙烯基苯、3g甲基丙稀酸苯酯轉移至固定于剪切乳化 裝置上的高攪杯中，再向該高攪杯中加入順丁烯二酸二乙酯撐基雙[(十二烷基二甲基)氯 化銨]和去離子水的混合物溶液(其中包含3g順丁烯二酸二乙酯撐基雙[(十二烷基二甲基） 氯化銨]和75g去離子水），開動乳化裝置，設定乳化速率為6000r/min，乳化15min后得到混 合物。在通入高純度氮氣鼓泡除氧條件下，開動攪拌、回流冷凝劑控溫裝置，設定攪拌速率 為400r/min、溫度為80°C。待反應釜內達到70°C時，向釜內加入0.50g過硫酸銨，通氮保溫反 應7h后停止攪拌。將反應釜內的粗產品導入表面皿中，并將表面皿轉移至干燥箱中，50°C下 鼓風干燥8h，即得到白色粉末狀產物即為本發明鉆井液用陽離子型封堵劑，記為S-IV。
[0034] 實施例5
[0035]將精制后的10g苯乙烯、10g二乙烯基苯和3g甲基丙烯酸苯酯、2g丙烯酸甲酯轉移 至固定于剪切乳化裝置上的高攪杯中，再向該高攪杯中加入順丁烯二酸二乙酯撐基雙[(癸 烷基二甲基)氯化銨]和去離子水的混合物溶液(其中包含5g順丁烯二酸二乙酯撐基雙[(癸 烷基二甲基）氯化銨]和ll〇g去離子水），開動乳化裝置，設定乳化速率為8000r/min，乳化 lOmin后得到混合物。所得混合物轉移至帶回流冷凝、通氮氣、控溫及攪拌裝置的反應釜中， 在通入高純度氮氣鼓泡除氧條件下，開動攪拌、回流冷凝劑控溫裝置，設定攪拌速率為 400r/min、溫度為80°C。待反應釜內達到70°C時，向釜內加入0.50g過硫酸鉀，通氮保溫反應 6h后停止攪拌。將反