本發明專利技術提供了一種疏水單體，所述單體的結構式如式I所示，以及所述單體的制備方法。并以烯基酰胺、烯基羧酸、烯基磺酸、表面活性劑、所述單體和引發劑為反應原料，通過自由基膠束聚合方法制備得到鉆井堵漏用水凝膠。所述水凝膠在成膠前低剪切速率下表觀粘度高，剪切稀釋性良好，成膠后抗稀釋性能優異，且具備生產工藝簡單、成本較低的優點，有利于工業化生產和現場推廣應用。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于石油助劑領域，涉及一種疏水單體，以及基于該單體的鉆井堵漏用水凝膠。
技術介紹
鉆井工程中，井漏是指鉆井液從井眼漏入地層的現象，是一種常見的井下復雜事故。隨著近年來復雜油氣藏鉆井工作量逐漸加大，由井漏產生的一系列問題日益突出，主要體現在延長鉆井周期、損失鉆井液、井壁坍塌、卡鉆甚至井眼報廢等，造成巨大的經濟損失。在各種漏失種類中，由天然裂縫和溶洞引起的惡性漏失最難解決。長期以來，針對不同的惡性漏失情況，工程技術人員在實踐中對各種堵漏材料進行了優選和總結，把堵漏材料歸類為橋塞類堵漏材料、高失水堵漏材料、暫堵類堵漏材料和有機凝膠堵漏材料等。實踐證明，相比于有機凝膠堵漏材料，其他堵漏材料一般存在自身可變形性較差的缺點，如果其粒徑稍大于漏層尺寸或者與外形與漏層裂隙不匹配，則不宜進入漏層，而只是在漏層表面形成堆積，極易造成反復漏失或直接造成堵漏失敗。而凝膠堵漏材料可以不受流失通道大小與形狀影響而在成膠前以流體形式進入漏失通道，并隨著實驗的延長逐漸成膠后，可與漏失通道壁之間產生較大的粘滯阻力，凝膠強度不斷增大，當其強度足以抵抗井筒與漏層之間的壓差時，堵漏便成功了。在鉆井液方面，少量的疏水締合型聚合物(即水凝膠)可提供較大粘度，保證了鉆井液懸浮巖屑的能力，可以高效代替膨潤土的提粘提切功能，減少了鉆井液的固相含量。目前，深入研究并現場應用較多的是西南石油大學開發的一種代號為ZND的特種凝膠，是一種疏水締合型水凝膠，在低剪切速率(7.32s-1)條件下，可以在疏水締合作用下產生高達1.0×104-3.0×104mPa·s的粘度，在高剪切速率(約1000s-1)條件下，又具有良好的流動性(50-100mPa·s)，有利于現場井上配漿和井下井筒泵注。該水凝膠具有很強的內聚力，不容易被水稀釋，在漏層中滯留并形成一定粘度與彈性的凝膠段塞。該類型的堵漏凝膠主要是以親水單體作為主反應單體與少量帶有疏水基團的單體共聚得到的。經疏水改性的高分子中，分子鏈中的疏水基團彼此之間趨于締合，形成疏水締合微區，使得在成膠前具備普通疏水締合水溶性在水溶液中的性能，即在低于臨界膠束濃度時，聚合物分子鏈呈蜷曲狀態，主要以分子內締合為主，粘度較低，而在高于臨界膠束濃度時，聚合物分子鏈呈疏松伸展狀態，形成以分子間締合為主的動態物理交聯網絡，呈現超分子鏈聚集體，粘度顯著升高。成膠后，凝膠網絡中的締合微區充當物理交聯點，具備較強的內聚力而不易被水沖稀。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種疏水單體，以及所述單體的制備方法。本專利技術的又一目的在于提供基于該單體的鉆井堵漏用水凝膠，以及所述水凝膠的制備方法。為實現上述目的，本專利技術的技術方案如下：一種疏水單體，其結構式如式I所示：式I中，m為3-20的整數，優選m為7、10或15，更優選m為10。n為1-5的整數，優選n為1、2或3，更優選n為1。根據本專利技術，所述單體的制備方法包括：(1)將結構式如II所示的化合物溶于有機溶劑中，加熱至45-60℃，然后在惰性氣體保護下加入第一部分的催化劑；(2)加入異佛爾酮二異氰酸酯，反應3-6小時，然后升高反應溫度至60-80℃，惰性氣體保護下加入第二部分的催化劑和結構式如III所示的化合物，繼續反應3-6小時。根據本專利技術，式II所示的化合物為壬基酚聚氧乙烯醚，其中m為3-20的整數，基于原料和成本考慮，優選m為7、10或15，更優選m為10。根據本專利技術，式III所示的化合物為N-羥烷基丙烯酰胺，其中n為1-5的整數，基于原料和成本考慮，優選n為1、2或3，更優選n為1。根據本專利技術，所述第一部分的催化劑和第二部分的催化劑均為二丁基二月桂酸錫。上述反應的化學反應式如下：在本專利技術的實施例中，所述化合物II與異佛爾酮二異氰酸酯的摩爾比為1:(1.02-1.04)，優選為1:1.03。在本專利技術的實施例中，所述化合物III與異佛爾酮二異氰酸酯的摩爾比為1:(1.02-1.04)，優選為1:1.03。在本專利技術的實施例中，第一部分催化劑二丁基二月桂酸錫的用量為異佛爾酮二異氰酸酯的0.06-0.08重量％，優選為0.07重量％；第二部分催化劑二丁基二月桂酸錫的用量為異佛爾酮二異氰酸酯的0.04-0.06重量％，優選為0.05重量％。在本專利技術的實施例中，所述有機溶劑為丙酮、甲苯和二甲苯中的至少一種。在本專利技術的實施例中，所述單體的制備方法包括：(1)將結構式如II所示的化合物溶于有機溶劑中，水浴加熱至45-60℃，加熱的同時抽真空1.5-5小時，然后在惰性氣體保護下加入第一部分的催化劑二丁基二月桂酸錫。(2)加入異佛爾酮二異氰酸酯，反應3-6小時，然后升高反應溫度至60-80℃，惰性氣體保護下加入第二部分的催化劑二丁基二月桂酸錫和結構式如III所示的化合物，繼續反應3-6小時。減壓蒸餾以去除有機溶劑得到粗產物，將粗產物進一步提純得到目標產物。在本專利技術的一個具體實施例中，所述單體的制備方法為：在帶攪拌器、冷凝器和滴液漏斗的干燥三口燒瓶中加入有機溶劑和化合物II，滴液漏斗中加入異佛爾酮二異氰酸酯，開動攪拌至燒瓶內的化合物II充分溶解。水浴加熱至54℃，加熱的同時抽真空2小時以除去燒瓶內的水分。然后在氮氣或氬氣保護下加入第一部分的二丁基二月桂酸錫。將滴液漏斗中的異佛爾酮二異氰酸酯滴入三口燒瓶中，反應3.5小時。然后升高反應溫度至65℃，氮氣或氬氣保護下向燒瓶中加入第二部分的二丁基二月桂酸錫和化合物III，反應4.5小時。減壓蒸餾以去除有機溶劑，即得到粗產物。將所述粗產物用石油醚沉淀，取出沉淀物用氯仿溶解、抽濾去除不溶物，再減壓蒸餾去除氯仿，即得目標產物。本專利技術還提供了所述疏水單體在鉆井堵漏領域中的應用。具體地，本專利技術提供了一種基于該單體的鉆井堵漏用水凝膠，包括式IV、V、VI和VII所示的結構單元：式IV中，R1為酰胺類基團，優選R1的結構式為其中R4和R5選自氫、甲基、乙基、異丙基、羥甲基(—CH2OH)或羥乙基(—CH2CH2OH)。式V中，R2為氫或甲基。式VI中，R3為其中，式IV、V和VI所示的結構單元的數量比為(20-40):(30-50):(10-20)，式IV、V和VI所示的結構單元的數量和與VII所示的結構單元的數量比為200:(1-2)。m為3-20的整數，優選m為7、10或15，更優選m為10。在本專利技術的一個具體實施例中，所述水凝膠的結構式如式VIII所示：其中，a:b:c＝(20-40):(30-50):(10-20)，(a+b+c):d＝200:(1-2)。m為3-20的整數，優選m為7、10或15，更優選m為10。根據本專利技術，所述水凝膠在表面活性劑和引發劑存在下，由烯基酰胺、烯基羧酸鹽、烯基磺酸鹽和所述疏水單體經自由基膠束聚合反應制備得到。根據本專利技術，所述水凝膠的制備方法包括：1)將烯基酰胺、烯基羧酸鹽和烯基磺酸鹽溶于水，加入本專利技術所述單體和表面活性劑，繼續攪拌至溶解得到液相反應物，通入惰性氣體以除去溶解的氧氣。2)加入引發劑，惰性氣體氛圍中升溫至40-55℃，攪拌下反應8-12小時得到粗產物。將粗產物洗滌、粉碎、干燥后即得到目標產物。在本專利技術的實施例中，所述烯基酰胺為前述式IV所示的結構單元對應的烯基酰胺，選自丙烯酰胺、N，本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種疏水單體，其結構式如式I所示：式I中，m為3?20的整數，優選m為7、10或15，更優選m為10；n為1?5的整數，優選n為1、2或3，更優選n為1。
【技術特征摘要】
1.一種疏水單體，其結構式如式I所示：式I中，m為3-20的整數，優選m為7、10或15，更優選m為10；n為1-5的整數，優選n為1、2或3，更優選n為1。2.一種制備根據權利要求1所述疏水單體的方法，包括：(1)將結構式如II所示的化合物溶于有機溶劑中，加熱至45-60℃，然后在惰性氣體保護下加入第一部分的催化劑；(2)加入異佛爾酮二異氰酸酯，反應3-6小時，然后升高反應溫度至60-80℃，惰性氣體保護下加入第二部分的催化劑和結構式如III所示的化合物，繼續反應3-6小時；式II所示的化合物中，m為3-20的整數，優選m為7、10或15，更優選m為10；式III所示的化合物中，n為1-5的整數，優選n為1、2或3，更優選n為1。3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述化合物II與異佛爾酮二異氰酸酯的摩爾比為1:(1.02-1.04)；所述化合物III與異佛爾酮二異氰酸酯的摩爾比為1:(1.02-1.04)；和/或第一部分催化劑的用量為異佛爾酮二異氰酸酯的0.06-0.08重量％；第二部分催化劑的用量為異佛爾酮二異氰酸酯的0.04-0.06重量％；所述催化劑優選為二丁基二月桂酸錫。4.一種鉆井堵漏用水凝膠，其包括式IV、V、VI和VII所示的結構單元：式IV中，R1為酰胺類基團，優選R1的結構式為其中R4和R5選自氫、甲基、乙基、異丙基、羥甲基或羥乙基；式V中，R2為氫或甲基；式VI中，R3為其中，式IV、V和VI所示的結構單元的數量比為(20-40):(30-50):(10-20)，式
\tIV、V和VI所示的結構單元的數量和與VII所示的結構單元的數量比為200:(1-2)；m為3-20的整數，優選m為7、10或15，更優選m為10。5.根據權利要求4所述的水凝膠，其通過在表面活性劑和引發劑存在下，由烯基酰胺、烯基羧酸鹽、烯基磺酸鹽和權利要...
【專利技術屬性】
技術研發人員：褚奇，劉四海，薛玉志，
申請(專利權)人：中國石油化工股份有限公司，中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院，
類型：發明
國別省市：北京;11
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