[发明专利]一种塑料小球及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及石油勘探领域，进一步地说，是涉及一种塑料小球及其制备方法和应用。

背景技术

随着石油勘探工作的发展，钻井深度不断增加，丛式井、大斜度定向井和水平井的钻井数量也迅速增大，避免卡钻、降低钻具扭矩、减少钻柱磨损成为急需解决的问题，在钻井液中加入润滑剂可有效避免卡钻等事故。固体润滑剂是相对于液体润滑剂来说的，是以固体的形式加入到钻井液中起到润滑井壁、防止粘附卡钻等作用。它具有运输便利、无荧光、润滑性能好等优点。目前所用的钻井液用固体润滑剂按照润滑机理主要有以下两种。

(1)石墨类，润滑机理主要靠层间的滑动。石墨是碳的一种结晶形态，具有六方晶格，原子呈层状排列，同一层晶面上碳原子间的距离为0.142nm，相互之间是共价键结合；层与层之间的距离为0.34nm，原子间呈分子键结合，层与层之间的作用力很小故很容易在层间发生相对滑动，从而起到很好的减磨作用。石墨粉作为润滑剂具有抗高温、无荧光、降摩阻效果明显、加量小、对钻井液性能无不良影响等特点。加入到钻井液后能牢固地吸附(包括物理和化学吸附)在钻具和井壁岩石表面，从而改善摩擦接触面之间的摩擦状态，起到降低摩阻的作用。

(2)圆形球状体，类似于细小滚珠，润滑机理是存在于钻柱与井壁之间，将滑动摩擦转化为滚动摩擦，从而大幅度降低扭矩和阻力，防止粘附卡钻，主要包括玻璃小球和塑料小球。玻璃小球成分为玻璃体，性脆，在打钻过程中极易破碎，一般用于下套管时使用，而不能用于常规钻井中。目前所用的塑料小球主要为苯乙烯与二乙烯苯的共聚物，韧性强，具有无毒、无荧光、可回收利用等特点。它耐酸、耐碱、不溶于水和油类，在钻井液中呈惰性，可与水基和油基的各种类型钻井液匹配，是一种高效润滑剂，近年来发展很快。

由于石墨为天然矿物材料，而玻璃小球由于脆性大，在打钻过程中无法应用，钻井液用固体润滑剂研究主要集中在塑料小球方面，目前塑料小球制备方法主要有以下两种：

(1)以苯乙烯或丙烯酸酯为主，配二烯属烃共聚而成。采用悬浮聚合的方法，以苯乙烯为单体，以二乙烯基苯为交联剂，过氧化二苯甲酰为引发剂，聚乙烯醇和明胶为分散剂合成出塑料小球，目前所用的塑料小球大部分为这种方法制备。缺点是合成时需使用单体，并且二乙烯苯成本较高；

(2)有机无机复合，以苯乙烯和无机层状材料为原料，利用单体原位插层悬浮聚合的方法制备聚苯乙烯复合粒子，聚苯乙烯/无机复合塑料小球，可以通过调整搅拌强度、分散剂用量、聚合时间和温度等来控制产品的粒径。缺点是原位插层需要的条件苛刻，产率低，工业化难度大。

以上方法制备的塑料小球，材料主要为聚苯乙烯，由于聚苯乙烯的玻璃化温度范围在80～110℃，只能用于110℃以下的钻井中。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种塑料小球及其制备方法和应用，工艺简单，产品密度、抗压、抗温能力都可调整，性能良好。

本发明的目的之一是提供一种塑料小球。其平均粒径为1～300μm，优选为10～100μm。所述塑料含有以重量百分比计的以下组分：聚碳酸酯0.1～100％，优选25～75％，其余为聚苯乙烯。本发明空心塑料小球平均粒径为1～300μm，优选为20～120μm。

本发明的目的之二是提供以上所述塑料小球的制备方法。该方法包括将油相溶质溶于有机溶剂中，混合均匀作为油相，所述油相溶质为聚碳酸酯，或者为聚苯乙烯和/或苯乙烯单体与聚碳酸酯组成的混合物；将分散剂或者分散剂和乳化剂溶于水制成水相；将上述油相和水相充分混合，使得油相在水相中分散均匀制得乳液；将乳液升温使有机溶剂挥发同时油相液滴固化；之后对乳液进行液固分离，分离出固相，干燥后即制得所述塑料小球。

具体地，本发明的塑料小球的制备方法包括以下步骤：

(1)将油相溶质溶解于有机溶剂，油相溶质为有机溶剂重量的4～27％，所述油相溶质为聚碳酸酯，或者为聚苯乙烯和/或苯乙烯单体与聚碳酸酯组成的混合物，其中油相溶质中聚碳酸酯重量百分含量0.1～100％，优选25～75％，其余为聚苯乙烯和/或苯乙烯单体；当油相溶质为聚苯乙烯和/或苯乙烯单体与聚碳酸酯组成的混合物时，除所述量的聚碳酸酯外，油相溶质余量中聚苯乙烯重量为0～100％，优选为15～75％，其余为苯乙烯单体；同时在有机溶剂中加入聚碳酸酯重量0～15wt％的增塑剂，搅拌均匀后制成油相；当油相溶质中含有苯乙烯单体时，有机溶剂中同时溶解有苯乙烯聚合用引发剂，苯乙烯聚合用引发剂的加量为苯乙烯单体重量的0.02～3％，优选为0.1～0.5％；