一种油包水型阴离子聚丙烯酰胺乳液及其方法技术

本发明专利技术涉及一种油包水型阴离子聚丙烯酰胺乳液及其制备方法。该方法包括如下步骤：配制聚合用单体溶液；将聚合用单体溶液、烃类溶剂油、复合乳化剂、引发剂、链转移剂和络合剂混合，对得到的混合液进行均质乳化，再进行聚合，得到所述油包水型阴离子聚丙烯酰胺乳液；所述复合乳化剂为司盘类乳化剂、吐温类乳化剂、醚类乳化剂和速溶型乳化剂组成的混合物；所述速溶性乳化剂选自烷基酰胺丙基二甲胺、十二烷基硫酸钠、N‑十六烷基‑N‑乙基吗啉基乙基硫酸盐中的任一种或多种。最终乳液在纯水中的溶解速度最快可达到10秒，其溶解浓度为1％、总矿化度为20000mg/L的模拟地层盐水溶液(较同浓度纯水溶液)的粘度损失率为40％～58％。

An oil in water anionic polyacrylamide emulsion and its method

The invention relates to an oil in water anionic polyacrylamide emulsion and a preparation method thereof. The method comprises the following steps: preparing monomer solution for polymerization; mixing monomer solution, hydrocarbon solvent oil, compound emulsifier, initiator, chain transfer agent and complexing agent, homogenizing and emulsifying the obtained mixture, and then polymerizing to obtain the oil in water type anion polyacrylamide emulsion; the composite emulsifier is the emulsifying agent of the dish type and the Twain type emulsifier. A mixture of ether emulsifier and instant emulsifier; the instant emulsifier is selected from one or more of alkylamide propyl dimethylamine, sodium dodecyl sulfate, N hexadecyl N ethylmorpholine ethyl sulfate. The dissolution rate of the final emulsion in pure water can reach 10 seconds. The viscosity loss rate of the simulated formation brine solution (the same concentration pure water solution) is 40% to 58% with a dissolution concentration of 1% and a total salinity of 20000mg/L.

【技术实现步骤摘要】
一种油包水型阴离子聚丙烯酰胺乳液及其方法
本专利技术涉及聚合物乳液
，尤其涉及一种油包水型阴离子聚丙烯酰胺乳液及其方法。
技术介绍
聚丙烯酰胺(Polyacrylamide，PAM)是丙烯酰胺及其衍生的各种均聚物、共聚物的一种统称，可以划分成阴离子型、阳离子型、非离子型和两性离子型四种。其中，阴离子聚丙烯酰胺(APAM)同时具备了絮凝、增稠、吸水、降阻等性能，在石油采油、造纸、水处理等领域有着广泛的应用。聚丙烯酰胺还可以划分为聚丙烯酰胺乳液和聚丙烯酰胺粉末。当阴离子聚丙烯酰胺被用作钻井用减阻剂时，其溶解时间是衡量其使用效果的一个重要因素，尤其是对于追求高效的施工作业环境而言。粉末类阴离子聚丙烯酰胺的溶解时间长，有的甚至长达60～100分钟，而且有的粉末类阴离子聚丙烯酰胺因制备工艺还存在溶解性能一般而无法快速获得有效使用粘度、溶液中残留中较多不溶解、难溶解的颗粒而降低使用效果的问题。相比于粉末状阴离子聚丙烯酰胺而言，阴离子聚丙烯酰胺乳液具有聚合防热均匀、工艺简便、溶解速度较快、施工方便等优点而广泛使用。目前已知的阴离子聚丙烯酰胺乳液的溶解速度最快在10分钟之内，例如3～5分钟，而还未有可以在数十秒内溶解的阴离子聚丙烯酰胺乳液制备工艺的相关报道。而且，阴离子聚丙烯酰胺乳液被用作钻井用减阻剂时，利用其自身所带电荷吸附钻井液中固相颗粒，降低钻头周围钻井液的流动阻力和剪切力，从而达到保护钻头和降低钻探能耗的目的，然而阴离子聚丙烯酰胺乳液不可忽视的一个缺点是其在高矿化度的盐水(如采油、气、矿等地层水)中由于电解质效应使本来完全舒展的大分子链发生卷曲，导致粘度大幅度下降，严重影响了其使用性能。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种能够在数十秒内即可溶解并获得有效使用粘度的阴离子聚丙烯酰胺乳液的制备方法。本专利技术的另一个目的在于提供一种既能在数十秒内溶解(当然溶解后的溶液具有有效的使用粘度)又能改善阴离子聚丙烯酰胺乳液在高矿化度使用环境下粘度大幅度下降这一问题的阴离子聚丙烯酰胺乳液的制备工艺。本专利技术的第三个目的在于提供一种利用上述制备工艺制得的油包水型阴离子聚丙烯酰胺乳液，该乳液作为西南地区页岩气开采过程中压裂用减阻剂时有着出色的表现。为了实现上述目的或者说为了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：1、一种油包水型阴离子聚丙烯酰胺乳液的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)将单体加水溶解，加入强碱调节溶液的pH至中性，得到聚合用单体溶液；(2)将聚合用单体溶液、烃类溶剂油、复合乳化剂、引发剂、链转移剂和络合剂混合，对得到的混合液进行均质乳化，再进行聚合，得到所述油包水型阴离子聚丙烯酰胺乳液；其中，所述复合乳化剂为司盘类乳化剂、吐温类乳化剂、醚类乳化剂和速溶型乳化剂组成的混合物；所述速溶性乳化剂选自烷基酰胺丙基二甲胺、十二烷基硫酸钠、N-十六烷基-N-乙基吗啉基乙基硫酸盐中的任一种或多种。2、根据技术方案1所述的制备方法，所述司盘类乳化剂选自司盘20、司盘60、司盘80中任一种或多种；优选为司盘80；所述吐温类乳化剂选自吐温65、吐温80和吐温81中的任一种或多种；优选为吐温81；和/或所述醚类乳化剂选自壬基酚聚氧乙烯醚和/或辛基酚聚氧乙烯醚，优选为壬基酚聚氧乙烯醚。3、根据技术方案2所述的制备方法，所述司盘类乳化剂、所述吐温类乳化剂、所述醚类乳化剂和所述速溶型乳化剂的质量比为(5～9)：(18～23)：(20～28)：(5～10)，优选为(6～8)：(18～20)：(23～26)：(5～6)。4、根据技术方案3所述的制备方法，所述复合乳化剂的用量为所述混合液质量的4.8％～7.0％。5、根据技术方案1所述的制备方法，所述单体包含丙烯酰胺、丙烯酸和抗盐单体；所述丙烯酰胺的质量占所述聚合用单体溶液质量的20％～23％，更优选为21％～22％；所述丙烯酸的质量占所述聚合用单体溶液质量的9～12％，更优选为9％～10％；所述抗盐单体选自烯丙基磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮、乙烯基苯磺酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N-乙烯酰胺中的任一种或多种；优选的是，所述抗盐单体的质量占所述聚合用单体溶液质量的3％～4％，更优选为3％～3.5％。6、根据技术方案5所述的制备方法，所述聚合用单体溶液的质量占所述混合液质量的70％～76％，更优选为70％～72％。7、根据技术方案1所述的制备方法，所述强碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠中的任一种或多种，优选为氢氧化钠。8、根据技术方案1至7任一项所述的制备方法，所述烃类溶剂油选自汽油、庚烷、煤油、白油、甲苯中的任一种或多种，质量为混合液质量的22％～26％，优选为23％～25％；所述链转移剂选自甲酸钠、次磷酸钠、十二烷基硫醇中的任一种或多种，质量为混合液质量的0.003％～0.008％，优选为0.003％～0.005％；所述络合剂选自EDTA、EDTA-2Na、代用碱中的任一种或多种，质量为混合液质量的0.005％～0.009％，优选为0.007％～0.009％；和/或所述引发剂包含氧化剂、还原剂和偶氮类引发剂；其中，所述氧化剂选自过氧化二苯甲酰、过硫酸铵、叔丁基过氧化氢中的任一种或多种，质量为混合液质量的0.0001％～0.00016％，优选为0.00012％～0.00015％；所述还原剂选自亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠、硫酸亚铁铵中的任一种或多种，质量为混合液质量的0.003％～0.008％，优选为0.005％～0.007％；所述偶氮类引发剂选自偶氮二异丁腈、偶氮二异戊腈、偶氮二异丁基脒盐酸盐中的任一种或多种，质量为混合液质量的0.023％～0.030％，优选为0.023％～0.026％。9、根据技术方案1所述的制备方法，在聚合之前，对均质乳化后的混合液进行吹氮除氧；和所述聚合在20℃～23℃下被引发，聚合过程中控制反应温度不超过45℃～50℃，4h～6h后视为聚合反应结束。10、一种油包水型阴离子聚丙烯酰胺乳液，采用技术方案1～9任一项所述的制备方法制得；和所述乳液在纯水中的溶解速度为10秒～30秒且可以获得1％～1.5％的质量浓度；在总矿化度为20000mg/L的盐水溶液中，所述乳液的粘度损失率为40～58％。(三)有益效果本专利技术的上述技术方案具有如下优点：专利技术制备工艺的反应时间适中、反应过程稳定可控，生产效率高，更适合工业化生产，能制得溶解迅速、抗盐效果好的油包水型速溶抗盐阴离子聚丙烯酰胺乳液。本专利技术能制得油包水型速溶抗盐阴离子聚丙烯酰胺乳液，其在纯水中的溶解速度最快可达到10秒，不超过60秒，较同类乳液型减阻剂溶解速度快10倍。本专利技术能制得油包水型速溶抗盐阴离子聚丙烯酰胺乳液，其溶解浓度为1％、总矿化度为20000mg/L的模拟地层盐水溶液(较同浓度纯水溶液)的粘度损失率为40％～58％，较其他聚丙烯酰胺类减阻剂，粘度损失率降低20％～30％。对比其他类阴离子型聚丙烯酰胺，采用本专利技术中的油包水型速溶抗盐阴离子聚丙烯酰胺乳液作为西南地区页岩气开采过程中压裂用减阻剂，采用在线稀释方式快速溶解，无需在使用现场安装溶解设备，节省了设备投入资金，使钻井液流动阻力更低，从而使钻头磨损率更低，大幅度降低了钻探过程中的能耗和设备损耗。具体实施方式为使本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种油包水型阴离子聚丙烯酰胺乳液的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：(1)将单体加水溶解，加入强碱调节溶液的pH至中性，得到聚合用单体溶液；(2)将聚合用单体溶液、烃类溶剂油、复合乳化剂、引发剂、链转移剂和络合剂混合，对得到的混合液进行均质乳化，再进行聚合，得到所述油包水型阴离子聚丙烯酰胺乳液；其中，所述复合乳化剂为司盘类乳化剂、吐温类乳化剂、醚类乳化剂和速溶型乳化剂组成的混合物；所述速溶性乳化剂选自烷基酰胺丙基二甲胺、十二烷基硫酸钠、N‑十六烷基‑N‑乙基吗啉基乙基硫酸盐中的任一种或多种。

【技术特征摘要】
1.一种油包水型阴离子聚丙烯酰胺乳液的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：(1)将单体加水溶解，加入强碱调节溶液的pH至中性，得到聚合用单体溶液；(2)将聚合用单体溶液、烃类溶剂油、复合乳化剂、引发剂、链转移剂和络合剂混合，对得到的混合液进行均质乳化，再进行聚合，得到所述油包水型阴离子聚丙烯酰胺乳液；其中，所述复合乳化剂为司盘类乳化剂、吐温类乳化剂、醚类乳化剂和速溶型乳化剂组成的混合物；所述速溶性乳化剂选自烷基酰胺丙基二甲胺、十二烷基硫酸钠、N-十六烷基-N-乙基吗啉基乙基硫酸盐中的任一种或多种。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述司盘类乳化剂选自司盘20、司盘60、司盘80中任一种或多种；优选为司盘80；所述吐温类乳化剂选自吐温65、吐温80和吐温81中的任一种或多种；优选为吐温81；和/或所述醚类乳化剂选自壬基酚聚氧乙烯醚和/或辛基酚聚氧乙烯醚，优选为壬基酚聚氧乙烯醚。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述司盘类乳化剂、所述吐温类乳化剂、所述醚类乳化剂和所述速溶型乳化剂的质量比为(5～9)：(18～23)：(20～28)：(5～10)，优选为(6～8)：(18～20)：(23～26)：(5～6)。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述复合乳化剂的用量为所述混合液质量的4.8％～7.0％。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述单体包含丙烯酰胺、丙烯酸和抗盐单体；所述丙烯酰胺的质量占所述聚合用单体溶液质量的20％～23％，更优选为21％～22％；所述丙烯酸的质量占所述聚合用单体溶液质量的9～12％，更优选为9％～10％；所述抗盐单体选自烯丙基磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮、乙烯基苯磺酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N-乙烯酰胺中的任一种或多种；优选的是，所述抗盐单体的质量占所述聚合用单体溶液质量的3％～4％，更优选为3％～3.5％。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：荣敏杰，赵海港，赵立国，
申请(专利权)人：东营市诺尔化工有限责任公司，
类型：发明
国别省市：山东,37