本发明涉及一种速溶型阳离子聚丙烯酰胺类包被剂及其制备方法，尤其涉及低分子量阳离子聚丙烯酰胺类包被剂及其制备方法。
背景技术：
：包被剂是聚合物钻井液中的一种重要组分，聚合物包被剂的加入可以防止粘土分散，其分子能够很快粘附到钻屑及粘土表面，起到包被絮凝的作用，并且还能够在井壁上形成内外泥饼，起到减小压差传递和滤液渗透的作用。包被剂通过有效地抑制钻屑、井壁的水化分散，起到维持井壁稳定、清除无用固相、维持低固相的目的。目前，常用油田钻井液体系使用的聚丙烯酰胺包被剂分子量较高，如轮南油田选用聚合物包被剂IND30，其分子量超过500万（史鸿翔等，钻井液与完井液，2004,21(6):28-30）；河南油田应用高分子强力包被剂乳液聚丙烯酰胺钾盐TL-A02，分子量为600-1400万（王学良等，钻井液与完井液，2006,32(1):80-83）。此类包被剂具有包被钻屑，防止钻屑水化分散的能力，但高分子量的包被剂在使用时造成体系粘度升高（范玉福，中国石油大学胜利学院学报，2008,22(1):4-5），并容易出现过度现絮凝的现象，造成泥浆滤失量增大，泥浆性能不稳定；且由于分子量大，粉末状包被剂溶解时容易相互结成难以溶解的团块，完全溶解耗时长，速度慢，严重影响施工进度。分子量相对较低的聚合物溶解时间短，能够满足现场作业要求，如国外麦克巴公司的ULTRACAP产品，但其价格昂贵且用量大，造成钻井液成本较高。另一方面，页岩、钻屑以及粘土表面存在大量硅羟基，一般聚丙烯酰胺类包被剂分子结构中缺少能与之产生相互作用的基团，包被抑制效果有待进一步加强。因此，为稳定钻井液体系，增强包被抑制效果，便于施工，需要一种分子量低、溶解迅速、性能优异的包被剂。技术实现要素：本发明的目的之一在于提供了一种速溶型聚丙烯酰胺类包被剂。本发明的目的之二在于提供了这种速溶型低分子量阳离子聚丙烯酰胺类包被剂的制备方法。本发明所述的速溶型低分子量阳离子聚丙烯酰胺类包被剂，由以下三种单体共聚而成：所述第一单体选自丙烯酰胺、丙烯酸钠中的一种；所述第二单体选自二甲基二烯丙基氯化铵、二乙基二烯丙基氯化铵、丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵中的一种；第三单体选自甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯中的一种。本发明所述的速溶型阳离子聚丙烯酰胺类包被剂的粘均分子量为20万-200万。所述速溶型阳离子聚丙烯酰胺类包被剂，按重量份数计，所述第一单体：60-85；第二单体：10-35；第三单体为：0.5-5。本发明所述的速溶型阳离子聚丙烯酰胺类包被剂的制备方法包括以下步骤：（1）将10-50wt%的单体溶液与50-90wt%的油相混合，再加入一定量的引发剂，在氮气保护下，在45-60℃下反应4-6小时进行反相乳液聚合。其中所述单体溶液由10-45wt%的单体和55-90wt%的蒸馏水组成；所述油相由0.2-2wt%的乳化剂和98-99.8wt%的有机溶剂混合溶解而成。（2）将聚合后的乳液滴加入乙醇溶液，同时高速搅拌，使聚合物沉淀，抽滤后颗粒聚合物用丙酮洗涤多次，在55-65℃、0.01-0.05MPa的真空度下，干燥至恒重既得。所述乳化剂选自失水山梨醇单硬脂酸酯、失水山梨醇单油酸酯、失水山梨醇三油酸酯、失水山梨醇三硬脂酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇单硬脂酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇三油酸酯。所述有机溶剂为煤油和白油中的一种。其中所述引发剂质量占单体总质量的0.005-0.2wt%。其中所述引发剂为氧化-还原体系引发剂，为过硫酸钠-亚硫酸氢钠、过硫酸铵-季戊四醇、异丙苯过氧化氢-氯化亚铁、过硫酸钾一四甲基乙二胺中的至少一对。使用本发明的阳离子聚丙烯酰胺类包被剂时，可以将其与如页岩抑制剂、降滤失剂等其它组分复配成水基钻井液来进行使用，其中包被剂的用量占水基钻井液总重量的0.5-1.5wt%。本发明的优点在于，反应采用反相乳液聚合聚合，反应条件温和，副反应较少，操作简便，便于长期储存和长途运输；与研磨粉碎的聚合物产品相比，后处理工艺简洁，成本低能耗少。本发明的目标物分子量低，溶解速度快，现场应用方便，在分子结构引入羟基，使其能够与页岩、钻屑以及粘土表面形成更强的相互作用，包被抑制性能更优。具体实施方式下面通过实施例对本发明作进一步的说明，其目的仅在于更好的理解本发明而非限制本发明保护的范围。实施例1将第一单体丙烯酰胺27.00g，第二单体丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵15.75g，第三单体甲基丙烯酸羟乙酯2.25g，过硫酸钠0.09g以及蒸馏水45.00g，搅拌使其水溶液完全溶解；在反应器中加入乳化剂失水山梨醇单硬脂酸酯1.80g，煤油898.20g，混合溶解完全后加入上述水溶液；再将0.09g亚硫酸氢钠溶于10.00g蒸馏水，置于恒压滴液漏斗中；通入惰性气体氮气，保持30分钟；随后开始滴加亚硫酸氢钠水溶液，在15-25分钟内滴加完毕；保持氮气氛围，45℃下搅拌反应4小时后，将聚合后的乳液滴加入乙醇溶液，同时高速搅拌，使聚合物沉淀，抽滤后颗粒产物用丙酮洗涤多次，在55℃、0.01-0.05Mpa的真空度下，干燥后即得到颗粒状低分子量阳离子基丙烯酰胺类包被剂。按GB17514-1998测定其分子量为25.43×104g/mol。实施例2将第一单体丙烯酸钠17.00g，第二单体二甲基二烯丙基氯化铵2.60g，第三单体甲基丙烯酸羟乙酯0.40g，过硫酸铵0.001g以及蒸馏水160.00g，搅拌使其水溶液完全溶解；在反应器中加入乳化剂失水山梨醇三油酸酯16.00g，白油784.00g，混合溶解完全后加入上述水溶液；再将0.001g季戊四醇溶于20.00g蒸馏水，置于恒压滴液漏斗中；通入惰性气体氮气，保持30分钟；随后开始滴加季戊四醇水溶液，在15-25分钟内滴加完毕；保持氮气氛围，60℃下搅拌反应6小时后，将聚合后的乳液滴加入乙醇溶液，同时高速搅拌，使聚合物沉淀，抽滤后颗粒产物用丙酮洗涤多次，在65℃、0.01-0.05Mpa的真空度下，干燥后即得到颗粒状低分子量阳离子基丙烯酰胺类包被剂。按GB17514-1998测定其分子量为187.94×104g/mol。实施例3将第一单体丙烯酰胺48.38g，第二单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵26.25g，第三单体甲基丙烯酸羟丙酯0.37g，过硫酸钾0.075g以及蒸馏水160.00g，搅拌使其水溶液完全溶解；在反应器中加入乳化剂聚氧乙烯失水山梨醇单硬脂酸酯7.50g，环己烷742.50g，混合溶解完全后加入上述水溶液；再将0.075g四甲基乙二胺溶于15.00g蒸馏水，置于恒压滴液漏斗中；通入惰性气体氮气，保持30分钟；随后开始滴加四甲基乙二胺水溶液，在15-25分钟内滴加完毕；保持氮气氛围，50℃下搅拌反应4小时后，将聚合后的乳液滴加入乙醇溶液，同时高速搅拌，使聚合物沉淀，抽滤后颗粒产物用丙酮洗涤多次，在60℃、0.01-0.05Mpa的真空度下，干燥后即得到颗粒状低分子量阳离子基丙烯酰胺类包被剂。按GB17514-1998测定其分子量为127.58×104g/mol。实施例4将第一单体丙烯酸钠70.00g，第二单体甲基二乙基二烯丙基氯化铵27.00g，第三单体甲基丙烯酸羟丙酯3.00g，异丙苯过氧化氢0.05g以及蒸馏水380.00g，搅拌使其水溶液完全溶解；在反应器中加入乳化剂聚氧乙烯失水山梨醇单硬脂酸酯2.50g，白油497.50g，混合溶解完全后加入上述水溶液；再将0.05g氯化亚铁溶于20.00g蒸馏水，置于恒压滴液漏斗中；通入惰性气体氮气，保持30分钟；随后开始滴加氯化亚铁水溶液，在15-25分钟内滴加完毕；保持氮气氛围，60℃下搅拌反应5小时后，将聚合后的乳液滴加入乙醇溶液，同时高速搅拌，使聚合物沉淀，抽滤后颗粒产物用丙酮洗涤多次，在65℃、0.01-0.05Mpa的真空度下，干燥后即得到颗粒状低分子量阳离子基丙烯酰胺类包被剂。按GB17514-1998测定其分子量为89.42×104g/mol。对合成的低分子量阳离子聚丙烯酰胺类包被剂，进行室内评价；其包被抑制性能由岩屑滚动回收率（表1）、页岩膨胀率（表2）和溶解时间（表3）表征。将实施例1-4配成0.75%水溶液，按照SY-T5613-2000方法测定页岩滚动回收率、页岩膨胀率，按照SH0237-2008方法测试溶解时间。表1岩屑滚动回收率样品岩屑质量（g）滚后/滚前回收率（%）清水样10.18/2050.90实施例119.81/2099.05实施例219.76/2098.80实施例319.79/2098.95实施例419.85/2099.25表2页岩膨胀率表3溶解时间样品溶解时间（min）其他包被剂样品120实施例13实施例215实施例312实施例49当前第1页1 2 3