聚合物乳液的合成及其在鉆井液中的應用

王 琳，錢曉琳

（中國石化石油工程技術研究院，北京100101）

聚合物乳液的合成及其在鉆井液中的應用

王 琳*，錢曉琳

（中國石化石油工程技術研究院，北京100101）

以丙烯酰胺、丙烯酸鉀及陽離子單體為原料，采用反相乳液聚合的方法合成了一系列共聚物乳液，進行了分子量、水溶性與對鉆井液性能影響的室內(nèi)測試。實驗結(jié)果表明，合成的聚合物乳液具有較好的增黏、降濾失、抗鹽性能，可作為鉆井液添加劑使用。

反相乳液聚合；鉆井液添加劑；性能評價

乳液聚合物作為鉆井液添加劑，不但具有增粘、提切、降濾失、防塌、潤滑的作用，而且溶解迅速，克服了因聚合物顆粒溶解不徹底形成“魚眼”造成的浪費和性能降低[1-2]。并且反相乳液聚合具有反應速度快、體系溫度均勻易控、產(chǎn)品的固含量較高的優(yōu)點，反應產(chǎn)物毋須處理，可直接作為鉆井液添加劑使用[3-6]。本文以反相乳液聚合方法合成了可用于鉆井液添加劑的聚合物產(chǎn)品。

1 實驗部分

1.1 原料與儀器

原料：丙烯酰胺、丙烯酸、氫氧化鉀、非離子表面活性劑、去離子水、白油均為工業(yè)級，陽離子單體（室內(nèi)合成），引發(fā)劑、乙醇、庚烷均為分析純試劑，高純氮，轉(zhuǎn)相劑。

儀器：烏氏粘度計，恒溫水浴，四口瓶，攪拌器，溫控儀，ZNN-D6旋轉(zhuǎn)粘度計，ZNS-1型中壓泥漿濾失測定儀。

1.2 乳液聚合物的合成

在裝有恒壓加料器、攪拌器、溫度計、通氣排氣管500ml的四口瓶中，加入一定量的白油和非離子表面活性劑,加熱使之溶解，氮氣保護下快速攪拌,同時滴加一定量的丙烯酰胺、丙烯酸鉀及陽離子單體的混合水溶液,加完后繼續(xù)氮氣吹掃，至反應溫度時加入引發(fā)劑，氮氣鼓泡脫除O2約20min。控制一定反應溫度至反應轉(zhuǎn)化完全，加入一定比例的轉(zhuǎn)相劑，合成了3種乳液聚合物A、B、C。

1.3 分子量測定

用乙醇對乳液聚合物進行分級處理，干燥所得白色粉末研細后在庚烷中攪拌24h，濾餅真空干燥后用于分子量的測定。

采用烏氏粘度計法測其粘均相對分子質(zhì)量。粘均相對分子質(zhì)量計算公式如下：

式中：t溶液——試樣溶液流經(jīng)時間，s；

t溶劑——硝酸鈉溶液的流經(jīng)時間，s；

ηr——相對粘度；

η——特性粘數(shù)，mL/g；

ηsp——增比粘數(shù)；

Mη——粘均相對分子質(zhì)量；

C——試樣溶液濃度，g/100mL。

采用上述試驗方法測得3種乳液聚合物的特性粘數(shù)和相對分子質(zhì)量見表1。

表1 乳液聚合物的特性粘數(shù)和相對分子質(zhì)量

1.4 基漿配制

按4%加量稱取膨潤土，攪拌條件下加至80℃自來水中，攪拌均勻后加入0.4%Na2CO3，繼續(xù)攪拌2h，放置老化24h后備用。

1.5 鉆井液流變性測試方法

在基漿中加入乳液聚合物A、B、C，高速攪拌10min，采用六速旋轉(zhuǎn)粘度計測試鉆井液的流變性。

1.6 降濾失性的測定方法

按照國家標準SY/T5621-93，采用ZNS-1型中壓泥漿濾失測定儀測定API濾失量。

2 結(jié)果與討論

2.1 乳液聚合物的水溶性測試

攪拌條件下，向200mL水中加入乳液聚合物1.0g，可見乳液聚合物分散迅速，完全溶解的時間均小于2min。

2.2 乳液聚合物對鉆井液性能的影響

乳液聚合物對鉆井液性能的影響見表2。可以看出，乳液聚合物的加入可使鉆井液的表觀粘度、動切力增大，失水量減少。當乳液聚合物加量0.4%時，可達到鉆井液性能的基本要求，滿足上部鉆井工程的需要。

表2 乳液聚合物對鉆井液的影響

2.3 乳液聚合物的抗鹽能力測試

為考察乳液聚合物的抗鹽能力，在含不同加量的氯化鈉的基漿中加入1.2%的乳液聚合物A、B，測試鉆井液性能見表4。可以看出，兩種乳液聚合物都具有較強的抗鈉鹽的能力，抗鹽可達20%，在加量較少時就顯示出好的增粘、降失水效果。

表3 添加劑的抗鹽能力測試

3 結(jié)論

(1)乳液聚合物鉆井液添加劑易溶于水，可直接加入鉆井液中使用。

(2)采用乳液聚合法制得的3種乳液聚合物作為鉆井液添加劑，具有較好增粘、提切、降失水性能。當乳液聚合物加量0.4%時，即可達到鉆井液性能的基本要求，滿足上部鉆井工程的需要。

(3)乳液聚合物抗鹽可達20%，具有較強的抗鹽能力。

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TE254.4

B

1004-5716(2015)12-0044-03

2015-07-27

2015-07-31

王琳（1970-），女（漢族），山東德州人，高級工程師，現(xiàn)從事鉆油田化學劑研究工作。