[发明专利]一种制备聚苯乙烯塑料小球的方法和其制备的产品及应用

说明书

技术领域

本发明涉及石油勘探领域，进一步地说，是涉及一种聚苯乙烯塑料小球的制备方法和由其制备的聚苯乙烯塑料小球产品及应用。

背景技术

随着石油勘探工作的发展，钻井深度不断增加，丛式井、大斜度定向井和水平井的钻井数量也迅速增大，避免卡钻、降低钻具扭矩、减少钻柱磨损成为急需解决的问题，在钻井液中加入润滑剂可有效避免卡钻等事故。固体润滑剂是相对于液体润滑剂来说的，是以固体的形式加入到钻井液中起到润滑井壁、防止粘附卡钻等作用。它具有运输便利、无荧光、润滑性能好等优点。目前所用的钻井液用固体润滑剂按照润滑机理主要有以下两种。

(1)石墨类，润滑机理主要靠层间的滑动。石墨是碳的一种结晶形态，具有六方晶格，原子呈层状排列，同一层晶面上碳原子间的距离为0.142nm，相互之间是共价键结合；层与层之间的距离为0.34nm，原子间呈分子键结合，层与层之间的作用力很小故很容易在层间发生相对滑动，从而起到很好的减磨作用。石墨粉作为润滑剂具有抗高温、无荧光、降摩阻效果明显、加量小、对钻井液性能无不良影响等特点。加入到钻井液后能牢固地吸附(包括物理和化学吸附)在钻具和井壁岩石表面，从而改善摩擦接触面之间的摩擦状态，起到降低摩阻的作用。

(2)圆形球状体，类似于细小滚珠，润滑机理是存在于钻柱与井壁之间，将滑动摩擦转化为滚动摩擦，从而大幅度降低扭矩和阻力，防止粘附卡钻，主要包括玻璃小球和塑料小球。玻璃小球成分为玻璃体，性脆，在打钻过程中极易破碎，一般用于下套管时使用，而不能用于常规钻井中。塑料小球主要为苯乙烯与二乙烯苯的共聚物，韧性强，具有无毒、无荧光、可回收利用等特点。它耐酸、耐碱、不溶于水和油类，在钻井液中呈惰性，可与水基和油基的各种类型钻井液匹配，是一种高效润滑剂，近年来发展很快。

由于石墨为天然矿物材料，玻璃小球由于脆性大，在打钻过程中无法应用，钻井液用固体润滑剂研究主要集中在塑料小球方面，目前塑料小球制备方法主要有以下两种：

(1)以苯乙烯或丙烯酸酯为主，配二烯属烃共聚而成。采用悬浮聚合的方法，以苯乙烯为单体，以二乙烯基苯为交联剂，过氧化二苯甲酰为引发剂，聚乙烯醇和明胶为分散剂合成出塑料小球，目前所用的塑料小球大部分为这种方法制备。缺点是合成时需使用单体，并且二乙烯苯成本较高；另外采用这种方法制备的微球粒径较小，一般在2μm以下。

(2)有机无机复合，以苯乙烯和无机层状材料为原料，利用单体原位插层悬浮聚合的方法制备聚苯乙烯复合粒子，聚苯乙烯/无机复合塑料小球，可以通过调整搅拌强度、分散剂用量、聚合时间和温度等来控制产品的粒径，这种方法存在的问题是目前原位插层技术不成熟，反应过程不好控制，产品产率低。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种制备聚苯乙烯塑料小球的方法和由其制备的聚苯乙烯塑料小球产品。工艺简单，可制备大粒径塑料小球，一方面可解决“白色污染”问题，另一方面使低成本的固体润滑剂大量应用成为可能。

本发明的目的之一是提供一种聚苯乙烯塑料小球的制备方法。该方法包括将油相溶质溶于有机溶剂中，混合均匀作为油相；所述油相溶质为聚苯乙烯或聚苯乙烯和苯乙烯单体的混合物；将分散剂或者分散剂和乳化剂溶于水制成水相；将上述油相和水相充分混合，使得油相在水相中分散均匀制得乳液；将乳液升温使有机溶剂挥发同时油相液滴固化；之后对乳液进行液固分离，分离出固相，干燥后即制得所述聚苯乙烯塑料小球。

具体地，本发明的方法包括以下步骤：

(1)将油相溶质溶解于有机溶剂中制得油相，油相溶质为有机溶剂重量的4～40％，所述油相溶质为聚苯乙烯，或为聚苯乙烯和苯乙烯单体的混合物，聚苯乙烯重量为所述油相溶质总重量的15～100％，优选为30～70％；当油相溶质中含有苯乙烯单体时，有机溶剂中同时加入有苯乙烯聚合用引发剂，苯乙烯聚合用引发剂的加量为苯乙烯单体重量的0.02～3％，优选为0.1～0.5％；

所述有机溶剂的溶解度参数为8.0～10.2；在水中溶解度小于或等于30g/l，并且沸点小于100℃。

(2)在水中加入分散剂和乳化剂制得水相，分散剂的重量占水重量的0.12～8％，优选为1～3％，乳化剂的重量占水重量的0～1.0％，优选为0.1～0.3％；所述水为现有技术中通常的水，包括自来水，蒸馏水等。