一种两性离子聚合物、制备方法及应用_2

文档序号:9299689阅读:来源:国知局
本发明对所述两性离子聚合物的分子量没有特别地限定,例如,以1 %水溶液表观 粘度表示,可以为20-80mPa. s,优选为30-60mPa. s。
[0039] 上述聚合物可以通过以下方法制备,所述制备的方法包括:在弱碱性条件下将单 体A、单体B、单体C以及单体D的水溶液在水溶性偶氮引发剂和氧化-还原引发剂的作用 下进行聚合;
[0040]
[0041] 其中,R1选自氢原子和C「C4的烷基;R2和R 3独立地为C「C4的烷基;R4为含1-4 个碳原子亚烷基;R 5为含1-4个碳原子的取代或未取代的亚烷基;P选自氢原子、甲基和 CH2COOM ;X选自0和NH ;R6和R7各自独立地选自H和C1-C12的烷基;η为1-4的整数;M选 自氢和金属;R 8和R9各自独立地选自H和C1-C4的烷基;Q选自H和C (CH3) 2CH2C00M。
[0042] 在上述方法的一个具体实施例中,所述单体A、单体B、单体C和单体D的摩尔比为 (5-25) : (5-30) : (5-30) : (15-55)。在所述的摩尔比范围内,得到的两性离子聚合物具有更 好的性能,在保证抗温抗盐的情况下,具有更加良好的降滤失性能、抑制防塌能力及较强的 护胶能力。
[0043] 上述方法的一个具体实施例中,所述水用量如可以控制单体质量分数20%~ 50%〇
[0044] 特别优选地,上述单体A选自3-甲基丙烯酰胺基丙基二甲基丙磺酸铵、3-甲基丙 烯酰氧基乙基二甲基丙磺酸铵、3-丙烯酰氧基乙基二乙基丙磺酸铵和3-丙烯酰氧基乙基 二异丙基丙磺酸铵。
[0045] 特别优选地,上述单体B选自丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸和3-丙烯酰胺基-2-甲 基丁羧酸。
[0046] 特别优选地,上述单体C选自2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、2_丙烯 酰氧-2-甲基丙磺酸(AOMPS)、丙烯酰氧丁基磺酸(AOBS)、2_丙烯酰胺基十四烷基磺酸 (AMC14M)及其相应的盐。
[0047] 特别优选地,上述单体D为丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、异丙基丙烯酰胺。
[0048] 当所述单体B、C为酸性单体时,可以通过加入碱液如氢氧化钠或氢氧化钾将单体 B和C转化成其盐,然后再进行聚合。
[0049] 所述弱碱性条件可以通过向水溶液中加入碱,如氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠和碳 酸钾等对pH值进行调节。
[0050] 在上述方法的一个具体实施例中,所述方法如可包括以下步骤:
[0051] (1)将水、与单体B、单体C等摩尔的氢氧化钠或氢氧化钾加入配液釜,待其溶解 后,于20°C以下慢慢加入单体B、单体C,搅拌均匀后,如可用质量分数10%~20%的氢氧化 钠或氢氧化钾溶液将体系的pH值调节到6. 0~9. 0,然后加入单体A和单体D,搅拌使其溶 解,控制单体质量分数;
[0052] (2)通氮气(如高纯氮气)10~30分钟,在搅拌下加入引发剂,搅拌2~5分钟, 再继续通氮气5~10分钟,停止搅拌,控制聚合反应的起始温度为10~40°C,维持聚合反 应时间为1~12h,最后得到胶状产物;将得到的胶状产物于适当温度下烘干(如在80~ KKTC下烘干)、粉碎。
[0053] 若商品单体A、B、C和D中含有阻聚剂,则通过一定的方法如蒸馏或物理吸附(若 活性炭吸附)的方法去除,以利于聚合的进行。
[0054] 根据本发明的两性离子聚合物,其具有良好的抗温抗盐性,含树枝状支链,结构稳 定。当其用作钻井液处理剂时,不但兼顾抗温抗盐性,且具有较好的降滤失作用和抗钙污染 能力,同时具有较强的抑制页岩水化膨胀分散的能力,较高的相对回收率(表明合成的共 聚物具有良好的长期稳定效果),用作钻井液处理剂有利于控制地层造浆、保护油气层。采 用水溶液聚合方法制备,反应过程容易控制、操作简单,产品质量稳定,生产和烘干过程耗 能低,对环境无污染。
[0055] 本发明的其他特征和优点将在随后的实施例部分予以详细说明。
[0056] 测试方法:
[0057] 结构表征:压片法,用IR200傅里叶变换红外光谱仪进行测试;
[0058] 流变参数的测定:使用ZNN-D6型六速粘度计,在室温下测定,表观粘度=600转读 数/2 ;
[0059] API滤失量的测定:使用ZNS型钻井液失水仪,室温下测定,API滤失量=7. 5min 滤液量X2。以钻井液滤失量的大小评价产物的降滤失能力,滤失量越小则降滤失能力越 强,反之亦然。
[0060] 页岩滚动回收率的测定:取2. 0~3. 8mm页岩于105°C下烘至质量恒定,降至室 温,称取50g岩样(G。)放入待测试液中于120°C下滚动16h,降温后取出,用孔径0.42mm筛 回收岩样,于l〇5°C下烘至质量恒定,降至室温称回收岩样质量(G 1);将回收所得岩样置于 清水中,在120°C下滚动2h,降温后取出,用0. 42mm筛回收岩样,于105°C下烘至质量恒定, 降至室温,称二次回收岩样质量(G2),计算回收率:
[0061] 一次回收率=R1 = G1A^lOOW
[0062] 二次回收率 R2 = G2/Gq*100%
[0063] 相对回收率 R' = iVRflOO%
[0064] 两性离子聚合物的合成及表征
[0065] 实施例1
[0066] (1)将22. 5公斤氢氧化钾和600公斤水加入配液荃,待其完全溶解后,于20°C下 慢慢加入14. 4公斤丙烯酸、42公斤2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS),搅拌均匀后, 用质量分数为10 %的氢氧化钾溶液将体系的PH值调到6. 5,然后搅拌情况下加入34公斤 3_丙烯酰氧基乙基二异丙基丙磺酸铵和40公斤异丙基丙烯酰胺,搅拌使其溶解,;
[0067] (2)通氮气13分钟,在搅拌下加入0. 45公斤过硫酸钾和0. 45公斤焦亚硫酸钠,搅 拌5分钟,继续通氮10分钟,停止搅拌,控制聚合反应的起始温度为15°C,维持聚合反应时 间为l〇h,得到胶状产物;将得到的胶状产物于105°C温度下烘干、粉碎得到实施例1样品。
[0068] 结构表征:
[0069] 将实施例1合成样品经过纯化后与KBr混合压片,用IR200傅里叶变换红外光谱 仪测定红外光谱,见图1。图1中,波谱显示波数1667cm ^15570111附近有酰胺基(-CONH-) 的特征吸收,波数2871、1447、768cm 1附近有(亚)甲基的特征吸收,波数1191、1043cm 1附 近有磺酸基(-SO3)的特征吸收,1091、1709cm 1附近有羧基的特征吸收,波数1408cm 1附近 有季铵基团的特征吸收,1120、1312cm 1附近有酯基的特征吸收。
[0070] 粘度:将实施例1中的样品配制成重量浓度为1 %的水溶液,测得其表观粘度为 60mPa. S〇
[0071] 实施例2
[0072] (1)将8公斤氢氧化钠和250公斤水加入配液釜,待其完全溶解后,于20°C下慢慢 加入8. 6公斤甲基丙烯酸、20. 6公斤2-丙烯酰氧-2-甲基丙磺酸(AOMPS),搅拌均匀后, 用质量分数为10%的氢氧化钠溶液将体系的pH值调到8. 0,然后搅拌情况下加入60公斤 3_丙烯酰氧基乙基二乙基丙磺酸铵和11公斤丙烯酰胺,搅拌使其溶解,;
[0073] (2)通高纯氮气15分钟,在搅拌下加入0. 75公斤过硫酸铵和0. 75公斤亚硫酸钠, 搅拌4分钟,继续通氮5分钟,停止搅拌,控制聚合反应的起始温度为25°C,维持聚合反应时 间为8h,得到胶状产物;将得到的胶状产物于95°C温度下烘干、粉碎得到实施例2样品。
[0074] 实施例3 :
[0075] (1)将20公斤氢氧化钠和300公斤水加入配液釜,待其完全溶解后,于20°C下慢 慢加入39公斤衣康酸、42公斤丙烯酰氧丁基磺酸(AOBS),搅拌均匀后,用质量分数为20% 的氢氧化钠溶液将体系的PH值调到8. 5,然后搅拌情况下加入15公斤3-甲基丙烯酰氧基 乙基二甲基丙磺酸铵和44公斤N,N-二甲基丙烯酰胺,搅拌使其溶解,;
[0076] (2)通高纯氮气20分钟,在搅拌下加入0. 8公斤偶氮二异丙基咪唑啉,搅拌3分 钟,继续通氮10分钟,停止搅拌,控制聚合反应的起始温度为35°C,维持聚合反应时间为 4h,得到胶状产物;将得到的胶状产物于90°C温度下烘干、粉碎得到实施例3样品。
[0077] 实施例4 :
[0078] (1)将6公斤氢氧化钾和180公斤水加入配液釜,待其完全溶解后,于20°C下 慢慢加入10公斤3-丙烯酰胺基-2-甲基丁羧酸、18公斤2-丙烯酰胺基十四烷基磺酸 (AMC14M),搅拌均匀后,用质量分数为20%的氢氧化钾溶液将体系的pH值调到9. 0,然后搅 拌情况下加入77. 5公斤3-甲基丙烯酰胺基丙基二甲基丙磺酸铵和38公斤丙烯酰胺,搅拌 使其溶解,;
[0079] (2)通高纯氮气25分钟,在搅拌下加入0. 15公斤偶氮二异丁基脒盐酸盐,搅拌5 分钟,继续通氮8分钟,停止搅拌,控制聚合反应的起始温度为40°C,维持聚合反应时间为 6h,得到胶状产物;将得到的胶状产物于85°C温度下烘干、粉碎得到实施例4样品。
[0080] 为了说明本发明的效果,采用实施例1的方法和配方合成样品,并以其为代表进 行表征及综合评价。
[0081] 性能评价
[0082] 实验用基浆:淡水基浆1# (在1000 mL水中加入40g钠膨润土和5g无水Na2CO3)、 淡水基浆2# (在1000 mL水中加
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