一种空心复合微球及其制备方法和钻井液技术

本发明专利技术公开了一种空心复合微球，其中，该空心复合微球的壳体含有有机聚合物和分布在该有机聚合物中的无机颗粒，所述空心复合微球的内径与外径的比值为1：1.1-10，所述空心复合微球的耐压强度为30-50MPa。本发明专利技术还公开了一种空心复合微球的制备方法和制得的空心复合微球以及含有所述空心复合微球的钻井液。所述空心复合微球有强度合适、不易破损和密度理想的特点，能够降低配制的钻井液的密度和使用破损率。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种空心复合微球，其中，该空心复合微球的壳体含有有机聚合物和分布在该有机聚合物中的无机颗粒，所述空心复合微球的内径与外径的比值为1：1.1-10，所述空心复合微球的耐压强度为30-50MPa。本专利技术还公开了一种空心复合微球的制备方法和制得的空心复合微球以及含有所述空心复合微球的钻井液。所述空心复合微球有强度合适、不易破损和密度理想的特点，能够降低配制的钻井液的密度和使用破损率。【专利说明】一种空心复合微球及其制备方法和钻井液
本专利技术涉及一种空心复合微球及其制备方法与含有该空心复合微球的钻井液，具体地，涉及一种在钻井液中用作低密度材料的、由有机聚合物和无机颗粒复合而成的空心复合微球，以及制备该空心复合微球的方法，和一种含有该空心复合微球的钻井液。
技术介绍
随着油田开采的发展，在现在的油田钻井工程中，对钻井液的要求越来越高。为了在钻进低压低层时，减少漏失和对油气层的损害，需要采用密度小于1.0g/cm3的钻井液。目前使用的密度小于0.83g/cm3的钻井液，都含有气体，而使用泡沫、充气、氮气等会增加钻井成本，还会造成钻具磨蚀、摩阻高等问题，因而需要研制降低钻井液密度的新材料。对于低密度钻井液技术的研究涵盖了气体钻井液、充气钻井液、乳化钻井液、泡沫钻井液及空心玻璃微球钻井液等多个方面。广泛应用的方法是在钻井液中加入低密度材料。现有技术中，采用较多的是加入空心玻璃微球的低密度钻井液，但在现场应用中存在着诸多问题。在国内的广安002-H1井、沈289井、南扶273-平253井、大牛地DF2和DP3井等的现场应用中，普遍遇到的问题是玻璃微球破损率较高、消耗量大、密度保持效果不理想等，严重影响了开采的质量。此外，在军事工业和民用工业方面，水下舰艇和声纳设备等的潜入深度不断增加，也相应对耐水耐压提出更高的要求，如浮力材料。传统的浮力材料一般使用封装的低密度液体(如汽油、氨、硅油等)、泡沫塑料、泡沫玻璃、泡沫铝、金属锂、木材和聚烯烃材料等。现有的浮力材料存在着污染大，强度低，以及不能满足深海下^OOOm以下)使用的多个问题。由此可见，在许多工业应用中，尤其是在石油钻井工程中，需要研发新的材质的低密度材料，以克服现有技术中玻璃微球存在的微球强度低、易破损、密度不理想的缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中使用玻璃材质制备的微球的强度低、易破损、密度不理想的缺陷，提供一种空心复合微球及其制备方法与含有其的钻井液。当前钻井液中使用的低密度材料是材质为玻璃的玻璃微球，由于材质本身存在的脆性和密度限制，在实际现场使用中此种低密度材料表现出强度低，易破损、密度不理想的问题。为此，本专利技术的专利技术人首先从材质上改进采用聚合物材料，保证了钻井液使用所需要的材料的韧性，其次提出了制备方法将聚合物材料制备成空心结构微球，获得了空心复合微球，达到钻井液应用所需要的低密度，并在钻井液中使用；另外本专利技术的专利技术人发现在聚合物材料中增加无机颗粒可以增强低密度材料的强度，更好地适应在钻井液中的应用，从而完成了本专利技术。为了实现上述目的，本专利技术提供一种空心复合微球，其特征在于，该空心复合微球的壳体含有有机聚合物和分布在该有机聚合物中的无机颗粒，所述空心复合微球的内径和外径的比值为1:1.1-10，所述空心复合微球的耐压强度为30-50MPa。本专利技术还提供一种空心复合微球的制备方法，该方法包括:I)将组分A和溶液B混合，得到乳液C ；2)将所述乳液C与溶液D混合，得到反应液E ；3)将所述反应液E进行聚合反应；所述组分A含有聚合单体、无机颗粒、聚合物增粘剂和/或有机溶剂、交联剂以及引发剂；优选所述组分A含有聚合单体、无机颗粒、聚合物增粘剂和有机溶剂、交联剂以及引发剂；所述溶液B为含有表面活性剂的水溶液；所述溶液D为含有稳定剂的水溶液，所述稳定剂为调节反应液E的稳定性的物质。本专利技术还提供了一种由上述制备方法得到的空心复合微球。本专利技术还提供了含有上述空心复合微球或由上述制备方法得到的空心复合微球的钻井液。本专利技术通过采用聚合物材料替代玻璃微球的玻璃，和在聚合物材料中加入无机颗粒，制成有机/无机复合材料，并通过本专利技术的制备方法将复合材料成型为空心微球，得到空心复合微球结构的低密度材料，在密度、粒径大小、耐温能力和耐压能力等方面均可以提供更好的使用效果。如实施例1中制备得到的空心复合微球，经场发射扫描电子显微镜(SEM)、密度、耐温能力、耐压能力和溶剂耐受性能的测试，结果表明，如图1所示，所述空心复合微球为空心微球；密度为0.51g/cm3 ;粒径分布为10-80微米；在45MPa (常温)和90°C(常压)条件下，所述空心复合微球无破损；所述空心复合微球不溶于水和常规有机溶剂。本专利技术的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。【专利附图】【附图说明】附图是用来提供对本专利技术`的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中:图1是低密度材料的空心微球剖面的SEM照片。图2是低密度材料的空心微球形貌的SEM照片。【具体实施方式】以下对本专利技术的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。本专利技术提供了一种空心复合微球，其特征在于，该空心复合微球的壳体含有有机聚合物和分布在该有机聚合物中的无机颗粒，所述空心复合微球的内径和外径的比值为1:1.1-10,所述空心复合微球的耐压强度为30_50MPa ;优选所述空心复合微球的内径和外径的比值为1:1.1-5，所述空心复合微球的耐压强度为35-45MPa ;更优选所述空心复合微球的耐压强度为45MPa。本专利技术中，所述空心复合微球的耐压强度通过将所述空心复合微球样品装入耐压容器中，然后将容器中的压力逐渐增加到预设压力，温度为25°C，并保持恒压I小时，卸压后将样品取出，在显微镜下观察样品有无破损的方法测得，其中样品无破损的最大预设压力即为所述空心复合微球的耐压强度。根据本专利技术，所述壳体内，无机颗粒分散在有机聚合物中，形成有机聚合物和无机颗粒复合的有机/无机复合壳体。所述无机颗粒可以用于增加所述壳体的耐压强度，粒径为1-200纳米，优选粒径为5-100纳米。形成的所述空心复合微球的尺寸满足钻井液的使用要求，优选情况下，所述空心复合微球的直径为1-200微米；优选所述空心复合微球的直径为10-100微米。根据本专利技术，所述壳体中有机聚合物和无机颗粒的重量比，可以为任何最终能够形成所述壳体的重量比，优选情况下，所述有机聚合物与所述无机颗粒的重量比为10-1000:1，优选重量比为 20-100:1。根据本专利技术，所述空心复合微球为密度小于lg/cm3的微球，以适应钻井液的使用要求，优选情况下，所述空心复合微球的密度为0.3-0.85g/cm3 ;优选为0.5-0.65g/cm3。根据本专利技术，形成所述空心复合微球的所述有机聚合物可以是已有的各种有机聚合物，所述有机聚合物可以是一种单体聚合的聚合物，也可以是多种单体聚合的共聚聚合物。所述有机聚合物形成的所述空心复合微球在45MPa (常温)和90°C (常压)条件下不破损，优选情况下，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空心复合微球，其特征在于，该空心复合微球的壳体含有有机聚合物和分布在该有机聚合物中的无机颗粒，所述空心复合微球的内径和外径的比值为1：1.1‑10，所述空心复合微球的耐压强度为30‑50MPa。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴江勇，高文骥，杨捷，于芳，王晓春，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司， 中国石油化工股份有限公司北京化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11