聚合物乳液的合成及其在钻井液中的应用

王 琳，钱晓琳

（中国石化石油工程技术研究院，北京100101）

聚合物乳液的合成及其在钻井液中的应用

王 琳*，钱晓琳

（中国石化石油工程技术研究院，北京100101）

以丙烯酰胺、丙烯酸钾及阳离子单体为原料，采用反相乳液聚合的方法合成了一系列共聚物乳液，进行了分子量、水溶性与对钻井液性能影响的室内测试。实验结果表明，合成的聚合物乳液具有较好的增黏、降滤失、抗盐性能，可作为钻井液添加剂使用。

反相乳液聚合；钻井液添加剂；性能评价

乳液聚合物作为钻井液添加剂，不但具有增粘、提切、降滤失、防塌、润滑的作用，而且溶解迅速，克服了因聚合物颗粒溶解不彻底形成“鱼眼”造成的浪费和性能降低[1-2]。并且反相乳液聚合具有反应速度快、体系温度均匀易控、产品的固含量较高的优点，反应产物毋须处理，可直接作为钻井液添加剂使用[3-6]。本文以反相乳液聚合方法合成了可用于钻井液添加剂的聚合物产品。

1 实验部分

1.1 原料与仪器

原料：丙烯酰胺、丙烯酸、氢氧化钾、非离子表面活性剂、去离子水、白油均为工业级，阳离子单体（室内合成），引发剂、乙醇、庚烷均为分析纯试剂，高纯氮，转相剂。

仪器：乌氏粘度计，恒温水浴，四口瓶，搅拌器，温控仪，ZNN-D6旋转粘度计，ZNS-1型中压泥浆滤失测定仪。

1.2 乳液聚合物的合成

在装有恒压加料器、搅拌器、温度计、通气排气管500ml的四口瓶中，加入一定量的白油和非离子表面活性剂,加热使之溶解，氮气保护下快速搅拌,同时滴加一定量的丙烯酰胺、丙烯酸钾及阳离子单体的混合水溶液,加完后继续氮气吹扫，至反应温度时加入引发剂，氮气鼓泡脱除O2约20min。控制一定反应温度至反应转化完全，加入一定比例的转相剂，合成了3种乳液聚合物A、B、C。

1.3 分子量测定

用乙醇对乳液聚合物进行分级处理，干燥所得白色粉末研细后在庚烷中搅拌24h，滤饼真空干燥后用于分子量的测定。

采用乌氏粘度计法测其粘均相对分子质量。粘均相对分子质量计算公式如下：

式中：t溶液——试样溶液流经时间，s；

t溶剂——硝酸钠溶液的流经时间，s；

ηr——相对粘度；

η——特性粘数，mL/g；

ηsp——增比粘数；

Mη——粘均相对分子质量；

C——试样溶液浓度，g/100mL。

采用上述试验方法测得3种乳液聚合物的特性粘数和相对分子质量见表1。

表1 乳液聚合物的特性粘数和相对分子质量

1.4 基浆配制

按4%加量称取膨润土，搅拌条件下加至80℃自来水中，搅拌均匀后加入0.4%Na2CO3，继续搅拌2h，放置老化24h后备用。

1.5 钻井液流变性测试方法

在基浆中加入乳液聚合物A、B、C，高速搅拌10min，采用六速旋转粘度计测试钻井液的流变性。

1.6 降滤失性的测定方法

按照国家标准SY/T5621-93，采用ZNS-1型中压泥浆滤失测定仪测定API滤失量。

2 结果与讨论

2.1 乳液聚合物的水溶性测试

搅拌条件下，向200mL水中加入乳液聚合物1.0g，可见乳液聚合物分散迅速，完全溶解的时间均小于2min。

2.2 乳液聚合物对钻井液性能的影响

乳液聚合物对钻井液性能的影响见表2。可以看出，乳液聚合物的加入可使钻井液的表观粘度、动切力增大，失水量减少。当乳液聚合物加量0.4%时，可达到钻井液性能的基本要求，满足上部钻井工程的需要。

表2 乳液聚合物对钻井液的影响

2.3 乳液聚合物的抗盐能力测试

为考察乳液聚合物的抗盐能力，在含不同加量的氯化钠的基浆中加入1.2%的乳液聚合物A、B，测试钻井液性能见表4。可以看出，两种乳液聚合物都具有较强的抗钠盐的能力，抗盐可达20%，在加量较少时就显示出好的增粘、降失水效果。

表3 添加剂的抗盐能力测试

3 结论

(1)乳液聚合物钻井液添加剂易溶于水，可直接加入钻井液中使用。

(2)采用乳液聚合法制得的3种乳液聚合物作为钻井液添加剂，具有较好增粘、提切、降失水性能。当乳液聚合物加量0.4%时，即可达到钻井液性能的基本要求，满足上部钻井工程的需要。

(3)乳液聚合物抗盐可达20%，具有较强的抗盐能力。

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TE254.4

B

1004-5716(2015)12-0044-03

2015-07-27

2015-07-31

王琳（1970-），女（汉族），山东德州人，高级工程师，现从事钻油田化学剂研究工作。