一种改性聚乙烯醇及其制备方法与应用技术

技术编号：40948839 阅读：5 留言：0更新日期：2024-04-18 20:23

本发明专利技术提供了一种改性聚乙烯醇及其制备方法与应用，其中，以物质的量计，该改性聚乙烯醇的原料包括：聚乙烯醇0.7‑1份，丙烯酰胺600‑700份，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵50‑80份，引发剂1.5‑3.5份。本发明专利技术的改性聚乙烯醇通过水化抑制作用与水下粘合作用实现水合物储层传质、传热的阻隔，解决了水合物分解水引起地层粘土水化，以及地层水合物分解引起地层胶结强度下降、岩石骨架失去支撑的问题。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及天然气水合物勘探，具体涉及一种改性聚乙烯醇及其制备方法与应用。

技术介绍

1、石油天然气需求持续增长，天然气对外依存度近年快速增加，资源供需矛盾突出。天然气水合物是由天然气作为客体分子与水形成的固体非计量型化合物，全球水合物资源总量约为传统化石能源的两倍，属于重要的未来清洁能源，对于保障能源战略安全尤为重要。近年来研究人员开展了水合物试采，深水天然气水合物试采也取得重要突破，但与传统能源相比，尚无经济高效的天然气水合物钻采方案，与商业化开采相距甚远。针对钻井液与水合物传质传热导致井壁失稳及储层损害的技术难题，需要结合天然气水合物储层的地质特征，探明钻井液与水合物的相互作用机制，研发阻隔传质钻井液新材料，构建钻井液阻隔储层传质方法，为天然气水合物安全高效钻井提供技术支撑。

2、目前针对水合物地层坍塌、储层损害问题的研究主要集中在通过冷却钻井液温度、提高密度以及注入化学剂等方法，控制井周地层水合物的分解范围，从而避免钻井液相关的井筒稳定和安全难题。cn109321215a公开了一种由聚n-乙烯基吡咯烷酮、聚3-亚甲基2-吡咯烷酮和卵磷脂复配而成的水合物分解抑制剂，可将水合物完全分解所需时间从8h提高至15h以上，可有效抑制水合物分解，提高天然气水合物地层稳定性；cn112961255a公开了一种由多氨基硅烷偶联剂对纤维素修饰改性制备的水合物分解抑制剂，能显著增强钻井液体系的水合物分解抑制性，可满足深水钻井的环保要求。以上方法主要考虑的是水合物饱和度对地层力学性质的影响，忽略了岩石骨架强度随粘土水化程度和胶结

技术实现思路

1、为解决水合物分解水引起地层粘土水化，以及地层水合物分解引起地层胶结强度下降、岩石骨架失去支撑作用的问题，本专利技术的目的在于提供一种改性聚乙烯醇及其制备方法与应用，通过水化抑制作用与水下粘合作用实现水合物储层传质、传热的阻隔。

2、为达到上述目的，本专利技术提供一种改性聚乙烯醇，以摩尔份数计，其原料包括：聚乙烯醇0.7-1份，丙烯酰胺600-700份，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵50-80份，引发剂1.5-3.5份。

3、水合物地层弱胶结、未成岩，具有水下粘合作用的处理剂可通过化学胶结作用控制裂缝发育，降低传质传热面积。聚乙烯醇具有良好的成膜性和粘结性，由于其分子链含有大量的羟基结构，聚乙烯醇与岩石表面由很强的吸附力，进入岩石颗粒之间后，改性聚乙烯醇形成分子间和分子内氢键，通过化学胶结提高颗粒间的内聚力，从而提高岩石强度，控制裂缝发育，降低传质传热面积。

4、水合物地层中粘土含量高，并且会在水合物分解水的作用下进一步水化，针对这一特点，本专利技术对聚乙烯醇接枝阳离子单体(甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵)，增强聚合物在粘土表面的吸附能力，使得改性聚乙烯醇对水合物原位土和膨润土岩样都表现出良好的抑制水化性能。此外，本专利技术通过在聚乙烯醇上引入亲水性基团(丙烯酰胺)，使得改性聚乙烯醇在常温下表现出良好的溶解性，溶解后粘度有所提升，在不影响钻井液流变性的前提下限制了溶液水分子的活动能力，有利于降低钻井液与地层的传质效率。

5、上述改性聚乙烯醇中，优选地，所述聚乙烯醇聚合度为1700-2000，醇解度为87-89mol％。

6、在本专利技术中，聚乙烯醇聚合度过低会导致形成的聚乙烯醇膜抗拉强度降低，聚合度过高会导致溶液粘度过大，影响钻井液流变性。部分醇解聚乙烯醇(醇解度为87-89mol％)的水溶液粘度稳定性较好；相比之外，完全醇解聚乙烯醇(醇解度为98-100mol％)的水溶液粘度随存放时间而升高。

7、上述改性聚乙烯醇中，优选地，所述引发剂的用量占所述丙烯酰胺和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵总量的0.3-0.8wt％。

8、上述改性聚乙烯醇中，优选地，所述引发剂选自过硫酸钾或过硫酸钠。

9、本专利技术还提提供一种上述改性聚乙烯醇的制备方法，其包括如下步骤：

10、向冷却的聚乙烯醇溶液中加入含有丙烯酰胺与甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的混合单体溶液，在氮气保护下加热至反应温度，再加入引发剂，进行改性反应；反应结束后干燥反应液，得到所述改性聚乙烯醇。

11、上述改性聚乙烯醇的制备方法中，优选地，所述聚乙烯醇溶液的浓度为5-30wt％；所述聚乙烯醇溶液的配制方法包括：将聚乙烯醇与水混合后，在80℃温度条件下搅拌，直至所述聚乙烯醇充分溶解，得到所述聚乙烯醇溶液。

12、上述改性聚乙烯醇的制备方法中，优选地，所述聚乙烯醇溶液的冷却温度为15-30℃。

13、上述改性聚乙烯醇的制备方法中，优选地，改性反应的反应温度为50-75℃，反应时间为4-6h。

14、上述改性聚乙烯醇的制备方法中，优选地，反应液的干燥方式为真空干燥，干燥温度为50-70℃，干燥时间为12-24h。

15、上述改性聚乙烯醇的制备方法中，优选地，所述混合单体溶液的溶剂为水，丙烯酰胺与甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的总量与水的摩尔比为65-78:15。

16、上述改性聚乙烯醇的制备方法中，优选地，所述引发剂以溶液的形式加入，引发剂溶液的浓度为1-4wt％。

17、上述改性聚乙烯醇的制备方法，优选地，具体包括以下步骤：

18、(1)按照原料配比称取聚乙烯醇，与蒸馏水混合，在磁力搅拌和80℃水浴的条件下加热1-2h至充分溶解，得到5-30wt％浓度的聚乙烯醇溶液，并冷却至15-30℃；

19、(2)取丙烯酰胺和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵溶解于蒸馏水中，得到混合单体溶液，将混合单体溶液加入至冷却后的聚乙烯醇溶液中，然后在氮气保护的条件下水浴加热至50-75℃，再加入质量浓度为1-4wt％的引发剂溶液以促进聚乙烯醇的改性反应，在水浴条件下50-75℃恒温搅拌4-6h至改性反应基本完成，得到具有一定粘度的溶液；

20、(3)将所述具有一定粘度的溶液在50-70℃下真空干燥12-24h，对干燥产物进行粉碎，获得改性聚乙烯醇产品。

21、本专利技术还提供一种上述改性聚乙烯醇在阻隔天然气水合物储层传质和/或传热中的应用。

22、上述应用中，优选地，所述天然气水合物储层包括膨胀性黏土和/或非膨胀性黏土。

23、上述应用中，优选地，所述改性聚乙烯醇添加至钻井液中进行阻隔，所述改性聚乙烯醇在钻井液中的浓度为1-3wt％。

24、本专利技术的改性聚乙烯醇作为阻隔剂加入钻井液后，通过在吸附于粘土表面与水下粘合作用，在地层表面形成阻隔，能有效防止地层因水化和失去胶结支撑物形成裂缝甚至坍塌，经过72h浸泡水合物地层原位岩样仍能保持原始形态，相比于纯水，岩样线性膨胀率由18％降低至2％以内，钻井液配伍性良好，满足现场施工要求。

25、本专利技术的改性聚乙烯醇通过水化抑制作用本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种改性聚乙烯醇，以摩尔份数计，其原料包括：聚乙烯醇0.7-1份，丙烯酰胺600-700份，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵50-80份，引发剂1.5-3.5份。

2.根据权利要求1所述的改性聚乙烯醇，其中，所述聚乙烯醇聚合度为1700-2000，醇解度为87-89mol％。

3.根据权利要求1所述的改性聚乙烯醇，其中，所述引发剂的用量占所述丙烯酰胺和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵总量的0.3-0.8wt％。

4.根据权利要求1所述的改性聚乙烯醇，其中，所述引发剂选自过硫酸钾或过硫酸钠。

5.一种权利要求1-4任一项所述的改性聚乙烯醇的制备方法，其包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的改性聚乙烯醇的制备方法，其中，所述聚乙烯醇溶液的浓度为5-30wt％；

7.根据权利要求5所述的改性聚乙烯醇的制备方法，其中，所述聚乙烯醇溶液的冷却温度为15-30℃。

8.根据权利要求5所述的改性聚乙烯醇的制备方法，其中，改性反应的反应温度为50-75℃，反应时间为4-6h。

9.根据权利要求5所述的改

10.根据权利要求5所述的改性聚乙烯醇的制备方法，其中，所述混合单体溶液的溶剂为水，丙烯酰胺与甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的总量与水的摩尔比为65-78:15。

11.根据权利要求5所述的改性聚乙烯醇的制备方法，其中，所述引发剂以溶液的形式加入，引发剂溶液的浓度为1-4wt％。

12.一种权利要求1-4任一项所述的改性聚乙烯醇或权利要求5-11任一项所述的改性聚乙烯醇的制备方法得到的改性聚乙烯醇在阻隔天然气水合物储层传质和/或传热中的应用。

13.根据权利要求12所述的应用，其中，所述天然气水合物储层含有膨胀性黏土和/或非膨胀性黏土。

14.根据权利要求12所述的应用，其中，所述改性聚乙烯醇添加至钻井液中进行阻隔，所述改性聚乙烯醇在钻井液中的浓度为1-3wt％。

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【技术特征摘要】