[發明專利]鉆井液用抗高溫兩性離子聚合物降濾失劑及其制備方法

無效

• 申請號: 200910060168.0
• 申請日: 2009-07-29
• 公開（公告）號: CN101691485A
• 公開（公告）日: 2010-04-07
• 發明（設計）人: 蒲曉林;鄭琨;賀明敏;蘇俊霖;王貴
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: C09K8/035
• 分類號: C09K8/035;C08F220/56
• 代理公司: 成都市輔君專利代理有限公司 51120
• 代理人: 楊海燕

技術領域

本發明涉及石油鉆井過程中用于高溫高壓地層鉆井的鉆井液降濾失劑及 其制備方法，特別是涉及兩性離子聚合物降濾失劑及其制備方法。

背景技術

我國在鉆井液降濾失劑研究與應用方面已取得較大進展，隨著鉆井液工 藝技術的不斷發展，在深井、超深井鉆進過程中，研制與應用抗高溫鉆井液 降濾失劑成為當務之急，目前抗高溫鉆井液降濾失劑主要在以下方面取得一 定進展：1、采用幾種抗高溫的單體合成出抗高溫降濾失劑，選擇的單體不 同，合成的方法不同，產品主要是陰離子型或者陽離子型，導致產品性能單 一，不能滿足現場需要；2、采用表面活性劑作為提高主體聚合物降濾失劑的 溫度穩定劑，使用該方法達到的效果有限；3、采用天然抗高溫原材料進行改 性，從而獲得改性的抗高溫降濾失劑，如腐殖酸類、淀粉類降濾失劑，但其 使用有很多局限性，如淀粉類降濾失劑使用時，對鉆井液礦化度、PH值、溫 度等條件有較高的要求，因此其使用范圍受到限制。

總的來說，為適應鉆井的需要，鉆井液降濾失劑必須向適用于深井(大 于4500m)、抗高溫(150～180℃或更高)、抗鹽(至飽和)、抗鈣或鎂，對環 境友好，適用海上鉆井和深井鉆探的方向發展。由于兩性離子聚合物中既含 有具有吸附和水化雙重作用的陽離子基團，又含有大量的水化基團，可以在 粘土顆粒周圍形成致密的水化層，阻止和延緩水分子與粘土表面接觸，起到 防止粘土顆粒水化膨脹的目的，同時具有抗高溫降濾失性能和抗鹽性等優點， 其研制和應用逐步受到重視(王中華，油田用表面活性劑現狀和發展趨勢，[J] 河南化工，2006，23(1)：4～6.；張克勤，盧彥麗等，國外鉆井液處理劑20年 發展分析，[J]鉆井液與完井液，2005，(22)5：1～4)。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鉆井液用抗高溫兩性離子聚合物降濾失劑， 該降濾失劑具有較理想的抗高溫(＞220℃)降濾失性能、頁巖抑制性能和穩定的 流體流變性能。本發明的另一目的是提供該降濾失劑的制備方法，該方法簡 便可行，易于操作，收率較高。

為達到以上目的，本發明提供以下技術方案。

鉆井液用抗高溫兩性離子聚合物降濾失劑，其結構式如下：

其中：a＝50.1％～66.7％，b＝10％～25％，c＝3.7％～5.6％，d＝1-a-b-c

鉆井液用抗高溫兩性離子聚合物降濾失劑(PAADS)，以丙烯酰胺(AM)、 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、二甲基二烯丙基氯化銨(DMDAAC)、 苯乙烯磺酸鈉(SSS)四種單體為原料，采用溶液聚合法共聚而合成。

本發明選用具有C＝C不飽和雙鏈的單體進行共聚得到主鏈為C-Cσ共價鍵 的聚合物。側鏈主要是水化基團和吸附基團，側鏈失去會引起其吸附和水化 作用降低，因此側鏈采用C-S、C-N等結構，由于它們熱能很高，抗溫能力強， 高溫下不易斷裂，在高溫、高壓、高堿性條件下非常穩定。

由于-SO₃-在高溫高鹽中表現了非常優良的性能，本發明在分子側鏈上引 入親水能力最強的-SO₃H，特別是在高溫下分子仍具有很強的水化能力；其抗 鹽性也很突出，即使在飽和鹽水中仍然具有良好的溶解性。此外，為了使處 理劑在較低pH值情況下也能充分發揮其效力，要求親水基團的親水性盡量不 受pH值的影響。相比之下，帶有磺酸基的處理劑可以較好地滿足這一要求； -CONH₂能與金屬離子形成穩定的五員環和六員環鰲合，增強高分子的吸附能 力，因此選擇這兩種官能團。

該兩性離子聚合物降濾失劑的制備方法，依次包括以下步驟：

(1)按照以下摩爾比稱量四種單體，丙烯酰胺(AM)∶2-丙烯酰胺-2-甲基丙 磺酸(AMPS)∶二甲基二烯丙基氯化銨(DMDAAC)∶苯乙烯磺酸鈉(SSS) ＝(9～11)∶(3～4)∶(0.5～1.5)∶(1.0～1.5)；

(2)將AMPS和水溶解于反應器中，在冷卻條件下，用氫氧化鈉溶液調節 pH值至中性，然后加入用水溶解了的AM，并升溫至60℃，加入DMDAAC、 SSS攪拌，通N₂30分鐘后，加入0.3％的引發劑過硫酸銨-亞硫酸氫鈉，單體 總濃度為20％，采用溶液聚合法共聚；

(3)反應5-6小時后，得粘彈性共聚物膠體，用無水乙醇沉淀，得白色沉淀 物；