[发明专利]一种钻井液用聚丙烯酰胺钾盐的制备方法

说明书

本发明涉及一种钻井液用聚丙烯酰胺钾盐的制备方法，包括以下步骤：将丙烯酰胺溶液、尿素溶液加入到去离子水中溶解均匀；溶液传送至通入氮气保护装置的反应釜中；向反应釜中分别加入氧化还原剂和复合引发剂进行聚合引发；当反应温度达到最高温度后，在高温下老化得到胶块；胶块打碎得到胶体颗粒，在胶体颗粒中滴加氢氧化钾溶液，传送至水解器进行水解，水解后胶体颗粒造粒烘干，研磨并筛分成粉末状或颗粒状的产品聚丙烯酰胺钾盐。该方法能够增加溶解速度，缩短溶解时间，提高了现场使用效率。

技术领域

本发明属于石油开发领域，更具体地，涉及一种钻井液用聚丙烯酰胺钾盐的制备方法。

背景技术

在油气钻井过程中，在使用水基钻井液过程中，泥页岩地层井壁易吸水膨胀，导致造成井壁失稳，井塌，同时转屑也易吸水膨胀，造成起下钻遇阻，卡钻，扭矩增大，憋泵等复杂的井下问题，甚至会造成掉钻或者整口井的报废，目前页岩气钻井多使用油基钻井液来缓解井壁失稳现象，但是从经济效应和环境保护的角度来看，具有强抑制性和优良环保型的水基钻井液是今后的主要发展方向，而作为水基钻井液的核心助剂-页岩抑制膨胀剂一直是钻井液领域的重点研究方向。现在市场上常用的页岩抑制剂有无机离子型抑制剂氯化钾，聚铵类抑制剂，聚醚胺类抑制剂，天然产物改性抑制剂以及共聚物抑制剂等。

聚丙烯酰胺钾盐在钻井液作业中常作为页岩抑制剂，其中的钾离子能够保证该产品有较好的抑制黏土和转屑水化分散的能力，控制地层造浆，保持良好的防塌效果，聚丙烯酰胺钾盐的高粘度能有效的对钻屑产生“包被”“悬浮”作用，同时钾离子能够与地层中的其他离子进行离子交换，在孔壁上形成一层膜，阻止钻井液中的水进入地层，达到抑制水化膨胀的效果，从而减轻了缩径卡钻等井内事故，起到了稳定孔壁的作用。

目前市场上的聚丙烯酰胺钾盐多是通过共聚法生产制得，共聚法需要先将氢氧化钾溶液与丙烯酸溶液中和至中性，生产丙烯酸钾溶液，然后将丙烯酸钾溶液与丙烯酰胺溶液混合均匀，加入催化剂，生成胶体，再干燥，碾磨，筛分成颗粒状的产品。这个工艺，在氢氧化钾与丙烯酸中和的过程中会产生大量的热，导致配料罐中温度升高，在生产工艺上需要通过开启冷却设备来降温，耗能较大，同时由于中和生成的丙烯酸钾单体与丙烯酰胺单体在自由基聚合过程中的竞聚率不同，丙烯酰胺反应速率快，丙烯酸钾反应速率慢，且容易交联，终止反应。导致共聚生产的聚合物高分链电荷不均，分子链线性不高，不长。具体体现在产品上就是分子量不高，不超过1800万，水溶性不好，溶液粘度低，应用上用量就大。

文献报道（陈建波，刘彭城，汪艳，高分子量抗盐聚丙烯酰胺钾盐的合成，安徽化工，第46卷，第6期）了一种由丙烯酰胺（AM）、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酸钾为原料，采用低温复合引发剂，制备高分子量聚丙烯酰胺钾盐产品。由该方法制得的聚丙烯酰胺钾盐的分子量最高只能达到1800万，且水溶性不好，高剪切速率下，粘度不高。

中国专利（CN 111978464 A 一种聚丙烯酰胺钾盐及其制备方法和应用）中，介绍了以丙烯酰胺单体类，磺酸类单体和丙烯腈类单体，加入辅剂氢氧化钾，引发剂过硫酸盐和表面活性剂在氮气保护下进行反应，得到聚丙烯酰胺钾盐半成品，然后进行粉碎，烘干和筛分，得到成品。该专利同样是采用了共聚的方法，预先将氢氧化钾作为辅剂，加入单体中，与磺酸类单体反应生成磺酸钾盐，然后再与丙烯酰胺在引发剂过硫酸盐的引发下自由基共聚生成聚丙烯酰胺钾盐，由于该专利中所列磺酸类单体为：2-丙烯酰胺基-2-甲基丁磺酸，丙烯基磺酸和乙烯基磺酸中的一种，该类单体分子结构较大，比较难以聚合，跟丙烯酰胺相比，反应速率同样不高，容易自聚终止反应，得到的产品同样具有共聚法的缺点。

聚丙烯酰胺钾盐在钻井液中的包被抑制作用，主要就是通过聚合物溶液本身的高粘度和适当的钾含量来实现的，聚合物溶液的粘度跟聚合物本身的分子量有关，分子量越高，溶液粘度越高，而钾含量的高低可以通过水解度来调节，水解度过高或者过低，聚合物的分子量都会降低，我们必须通过寻找合适的水解度的范围，来实现聚丙烯酰胺钾盐的最佳使用效果。

发明内容