阅读说明：本技术 钻井液用抗高温抗盐降滤失剂四元聚合物 (High-temperature-resistant salt-resistant filtrate reducer quadripolymer for drilling fluid ) 是由 柳云涛 于 2020-08-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种钻井液用抗高温抗盐降滤失剂四元聚合物,由如下重量份原料制成：去离子水100-200份、2-甲基-2丙烯酰胺基丙磺酸钠20-30份、丙烯酸钠8-10份、N-乙烯基吡咯烷酮11-15份、过硫酸铵40-60份、亚硫酸氢钠40-60份、大分子单体10-14份和引发剂0.1-0.5份；大分子单体表面带正电荷,且引入了有机硅官能团,提高了降滤失剂的抗高温性能,且该钻井液用抗高温抗盐降滤失剂四元聚合物的侧链的C-C、C-S和C-N等结构,进一步提高了聚合物的抗温性能；侧链上还引入了磺酸基团和羧酸基团,增强了降滤失剂在高温和高矿化度下的水解能力和抗高温抗盐能力。(The invention discloses a high-temperature-resistant salt-resistant filtrate reducer quaternary polymer for drilling fluid, which is prepared from the following raw materials in parts by weight: 100 portions of deionized water, 20 to 30 portions of 2-methyl-2 acrylamide propyl sodium sulfonate, 8 to 10 portions of sodium acrylate, 11 to 15 portions of N-vinyl pyrrolidone, 40 to 60 portions of ammonium persulfate, 40 to 60 portions of sodium bisulfite, 10 to 14 portions of macromonomer and 0.1 to 0.5 portion of initiator; the surface of the macromonomer is positively charged, and an organic silicon functional group is introduced, so that the high temperature resistance of the filtrate reducer is improved, and the high temperature resistance of the polymer is further improved by adopting the structures of C-C, C-S, C-N and the like of the side chain of the high temperature resistant salt-resistant filtrate reducer tetrapolymer for the drilling fluid; the side chain is also introduced with sulfonic acid group and carboxylic acid group, thus enhancing the hydrolytic capability and high-temperature resistance and salt resistance of the fluid loss additive under high temperature and high mineralization.)

钻井液用抗高温抗盐降滤失剂四元聚合物

技术领域

本发明属于降滤失剂制备技术领域，具体涉及钻井液用抗高温抗盐降滤失剂四元聚合物。

背景技术

随着地层深度的増加，地层温度也会越来越高，并且在钻井过程中，经常会遭遇含盐地层。聚合物降滤失剂分子主要通过侧链上的功能性基团与粘土颗粒作用，保证钻井液的稳定性与多级分散性，从而使钻井液在钻井过程中可以形成致密、低渗的泥饼，降低钻井液的滤失量。而钻井液中，无机盐的存在也会严重影响功能性基团与粘土颗粒的作用，从而导致聚合物降滤失性能的减弱。降滤失剂作为钻井液处理剂，往往需要在高温高压高矿化度的严苛环境下，仍然能够保持较好的降滤失效果。虽然目前降滤失剂的种类很多，但同时具备抗高温，抗复合盐水的降滤失剂却不常见。

发明CN106432632A提出了一种抗高温抗盐钙水基钻井液用胺基聚合物降滤失剂及其制备方法和应用，降滤失剂由丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、烯丙基聚乙二醇、三羟乙基烯丙基溴化铵制备而成，四种单体摩尔比为8.1～20.2：9～15.2：2.1～4.3：8～10。降滤失剂可有效的吸附在黏土颗粒上，同时，水化基团磺酸基、羟基能给黏土颗粒带来吸附的水化层，增强了分散体系的空间稳定性，有效抑制了微细颗粒的聚结，形成致密的泥饼，从而达到降滤失的效果。阳离子季铵基团与表面带负电荷的粘土颗粒间存在范德华力和静电引力，可牢固吸附在黏土颗粒表面上，聚氧乙烯基长侧链产生的空间位阻，可增强主链的刚性，从而提高聚合物的抗温性能。

发明内容

为了克服上述的技术问题，本发明提供钻井液用抗高温抗盐降滤失剂四元聚合物。

本发明要解决的技术问题：

随着地层深度的増加，地层温度也会越来越高，并且在钻井过程中，经常会遭遇含盐地层；而钻井液中，无机盐的存在也会严重影响功能性基团与粘土颗粒的作用，从而导致聚合物降滤失性能的减弱。降滤失剂作为钻井液处理剂，往往需要在高温高压高矿化度的严苛环境下，仍然能够保持较好的降滤失效果。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

钻井液用抗高温抗盐降滤失剂四元聚合物，由如下重量份原料制成：去离子水100-200份、2-甲基-2丙烯酰胺基丙磺酸钠20-30份、丙烯酸钠8-10份、N-乙烯基吡咯烷酮11-15份、过硫酸铵40-60份、亚硫酸氢钠40-60份、大分子单体10-14份和引发剂0.1-0.5份；

该钻井液用抗高温抗盐降滤失剂四元聚合物由如下步骤制成：

第一步、在四口烧瓶中加入去离子水，然后依次加入2-甲基-2丙烯酰胺基丙磺酸钠、丙烯酸钠、N-乙烯基吡咯烷酮、过硫酸铵和亚硫酸氢钠，在转速为300-400r/min、温度为25-30℃的条件下，搅拌30min得到第一混合液；

第二步、向第一混合液中，加入质量分数40％的氢氧化钠调节体系的pH值为7-9，设置温度为50-70℃、转速为300-400r/min，反应4-6h得到第二混合液；

第三步、在氮气保护下，向第二混合液中加入大分子单体和引发剂，设置温度为30-60℃、转速为350-450r/min，反应4-12h，用无水乙醇洗涤三遍，在100-120℃干燥至恒重，制得钻井液用抗高温抗盐降滤失剂四元聚合物。

进一步地，大分子单体通过如下步骤制备：

S11、将苯基羟胺和碘化钾加入三口瓶中，在冰水浴中搅拌，设置转速为100-200r/min，边搅拌边滴加环氧氯丙烷，环氧氯丙烷滴加完后，保持转速不变，在冰水浴中继续反应2-3h，反应结束后在温度为20-30℃、避光条件下静置6-7天，用分液漏斗分出下层粘稠液体，用***洗涤粘稠液体三遍，得到混合物A；

S12、将羧甲基淀粉钠和无水乙醇加入三口瓶中，设置转速为250-300r/min，在温度为25℃的条件下搅拌20min，再向三口瓶中加入去离子水和质量分数20％的氢氧化钠溶液，升高温度至60-70℃，加入十二烷基二甲基苄基氯化铵和混合物A，保持转速不变，搅拌4-6h，冷却至20-30℃，用无水乙醇洗涤三遍，在100-120℃干燥至恒重得到混合物B；

S13、将混合物B加入三口瓶中，先加入无水乙醇搅拌均匀，随后加入二甲基亚砜和甲苯，搅拌均匀，用1mol/L的盐酸溶液调节pH值为3-5，设置温度为60-70℃，通入氮气，在氮气保护下滴加六甲基二硅氮烷，反应7-9h，冷却至25℃，静置过滤得到沉淀，沉淀用无水乙醇洗涤三遍，100-120℃下干燥至恒重即得大分子单体。

进一步地，步骤S11中苯基羟胺、碘化钾和环氧氯丙烷的物质的量的比为1：50-60：10-13，且环氧氯丙烷在40min内滴完；步骤S12中羧甲基淀粉钠、无水乙醇、去离子水、质量分数20％的氢氧化钠溶液、十二烷基二甲基苄基氯化铵和混合物A的质量比为4：0.03：26-30：2-4：1:4；步骤S13中混合物B、无水乙醇、二甲基亚砜、甲苯和六甲基二硅氮烷的质量比为4：3：26-30：16-20：2。

进一步地，制备的钻井液用抗高温抗盐降滤失剂四元聚合物的平均分子量为800万。

本发明的有益效果：

钻井液用抗高温抗盐降滤失剂四元聚合物的主链是C-C单键结构，C-C单键的平均键能为347.3kJ/mol，在高温下不易降解；且该钻井液用抗高温抗盐降滤失剂四元聚合物的侧链有2-甲基-2丙烯酰胺基丙磺酸钠提供的C-C和C-S等结构，有N-乙烯基吡咯烷酮提供的C-C和C-N等结构，C-C、C-S和C-N等结构键能高，进一步提高了聚合物的抗温性能；侧链上还引入了2-甲基-2丙烯酰胺基丙磺酸钠提供的磺酸基团和丙烯酸钠提供的羧酸基团，磺酸基团和羧酸基团可形成水化膜使钻井液具有较强的稳定性，增强了降滤失剂在高温和高矿化度下的水解能力。

大分子单体表面带正电荷，且引入了有机硅官能团，提高了降滤失剂的抗高温性能，钻井液用抗高温抗盐降滤失剂四元聚合物的平均分子量为800万，能够很快粘附到钻屑及粘土表面，起到包被絮凝降滤失的作用；十二烷基二甲基苄基氯化铵易溶于水，呈透明溶液，无毒性，对金属不腐蚀，即使在沸水中亦稳定，引入了铵盐，铵盐和有机硅官能团可有效阻止降滤失剂的进一步水化膨胀，减少了降滤失剂表面的羟基发生吸附，减低了钻井液的表观粘度。钻井液用抗高温抗盐降滤失剂四元聚合物的抗盐抗温能力强，抗温可达260℃，产品性能稳定。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

钻井液用抗高温抗盐降滤失剂四元聚合物，由如下重量份原料制成：去离子水100份、2-甲基-2丙烯酰胺基丙磺酸钠20份、丙烯酸钠8份、N-乙烯基吡咯烷酮11份、过硫酸铵40份、亚硫酸氢钠40份、大分子单体10份和引发剂0.1份；

该钻井液用抗高温抗盐降滤失剂四元聚合物由如下步骤制成：

第一步、在四口烧瓶中加入去离子水，然后依次加入2-甲基-2丙烯酰胺基丙磺酸钠、丙烯酸钠、N-乙烯基吡咯烷酮、过硫酸铵和亚硫酸氢钠，在转速为300-400r/min、温度为25℃的条件下，搅拌30min得到第一混合液；

第二步、向第一混合液中，加入质量分数40％的氢氧化钠调节体系的pH值为7，设置温度为50℃、转速为300r/min，反应4h得到第二混合液；

第三步、在氮气保护下，向第二混合液中加入大分子单体和引发剂，设置温度为30℃、转速为350r/min，反应4h，用无水乙醇洗涤三遍，在100℃干燥至恒重，制得钻井液用抗高温抗盐降滤失剂四元聚合物。

其中，大分子单体通过如下步骤制备：

S11、将苯基羟胺和碘化钾加入三口瓶中，在冰水浴中搅拌，设置转速为100r/min，边搅拌边滴加环氧氯丙烷，环氧氯丙烷滴加完后，保持转速不变，在冰水浴中继续反应2h，反应结束后在温度为20℃、避光条件下静置6天，用分液漏斗分出下层粘稠液体，用***洗涤粘稠液体三遍，得到混合物A；

S12、将羧甲基淀粉钠和无水乙醇加入三口瓶中，设置转速为250r/min，在温度为25℃的条件下搅拌20min，再向三口瓶中加入去离子水和质量分数20％的氢氧化钠溶液，升高温度至60℃，加入十二烷基二甲基苄基氯化铵和混合物A，保持转速不变，搅拌4h，冷却至20℃，用无水乙醇洗涤三遍，在100℃干燥至恒重得到混合物B；

S13、将混合物B加入三口瓶中，先加入无水乙醇搅拌均匀，随后加入二甲基亚砜和甲苯，搅拌均匀，用1mol/L的盐酸溶液调节pH值为3，设置温度为60℃，通入氮气，在氮气保护下滴加六甲基二硅氮烷，反应7h，冷却至25℃，静置过滤得到沉淀，沉淀用无水乙醇洗涤三遍，100℃下干燥至恒重即得大分子单体。

其中，步骤S11中苯基羟胺、碘化钾和环氧氯丙烷的物质的量的比为1：50：10，且环氧氯丙烷在40min内滴完；步骤S12中羧甲基淀粉钠、无水乙醇、去离子水、质量分数20％的氢氧化钠溶液、十二烷基二甲基苄基氯化铵和混合物A的质量比为4：0.03：26：2：1:4；步骤S13中混合物B、无水乙醇、二甲基亚砜、甲苯和六甲基二硅氮烷的质量比为4：3：26：16：2。

实施例2

钻井液用抗高温抗盐降滤失剂四元聚合物，由如下重量份原料制成：去离子水150份、2-甲基-2丙烯酰胺基丙磺酸钠25份、丙烯酸钠9份、N-乙烯基吡咯烷酮13份、过硫酸铵50份、亚硫酸氢钠50份、大分子单体12份和引发剂0.3份；

该钻井液用抗高温抗盐降滤失剂四元聚合物由如下步骤制成：

第一步、在四口烧瓶中加入去离子水，然后依次加入2-甲基-2丙烯酰胺基丙磺酸钠、丙烯酸钠、N-乙烯基吡咯烷酮、过硫酸铵和亚硫酸氢钠，在转速为350r/min、温度为26℃的条件下，搅拌30min得到第一混合液；

第二步、向第一混合液中，加入质量分数40％的氢氧化钠调节体系的pH值为8，设置温度为60℃、转速为350r/min，反应5h得到第二混合液；

第三步、在氮气保护下，向第二混合液中加入大分子单体和引发剂，设置温度为45℃、转速为300/min，反应8h，用无水乙醇洗涤三遍，在110℃干燥至恒重，制得钻井液用抗高温抗盐降滤失剂四元聚合物。

其中，大分子单体通过如下步骤制备：

S11、将苯基羟胺和碘化钾加入三口瓶中，在冰水浴中搅拌，设置转速为150r/min，边搅拌边滴加环氧氯丙烷，环氧氯丙烷滴加完后，保持转速不变，在冰水浴中继续反应2.5h，反应结束后在温度为25℃、避光条件下静置6天，用分液漏斗分出下层粘稠液体，用***洗涤粘稠液体三遍，得到混合物A；

S12、将羧甲基淀粉钠和无水乙醇加入三口瓶中，设置转速为270r/min，在温度为25℃的条件下搅拌20min，再向三口瓶中加入去离子水和质量分数20％的氢氧化钠溶液，升高温度至65℃，加入十二烷基二甲基苄基氯化铵和混合物A，保持转速不变，搅拌5h，冷却至25℃，用无水乙醇洗涤三遍，在110℃干燥至恒重得到混合物B；

S13、将混合物B加入三口瓶中，先加入无水乙醇搅拌均匀，随后加入二甲基亚砜和甲苯，搅拌均匀，用1mol/L的盐酸溶液调节pH值为4，设置温度为65℃，通入氮气，在氮气保护下滴加六甲基二硅氮烷，反应8h，冷却至25℃，静置过滤得到沉淀，沉淀用无水乙醇洗涤三遍，110℃下干燥至恒重即得大分子单体。

其中，步骤S11中苯基羟胺、碘化钾和环氧氯丙烷的物质的量的比为1：55：12，且环氧氯丙烷在40min内滴完；步骤S12中羧甲基淀粉钠、无水乙醇、去离子水、质量分数20％的氢氧化钠溶液、十二烷基二甲基苄基氯化铵和混合物A的质量比为4：0.03：28：3：1:4；步骤S13中混合物B、无水乙醇、二甲基亚砜、甲苯和六甲基二硅氮烷的质量比为4：3：28：18：2。

实施例3

钻井液用抗高温抗盐降滤失剂四元聚合物，由如下重量份原料制成：去离子水200份、2-甲基-2丙烯酰胺基丙磺酸钠30份、丙烯酸钠10份、N-乙烯基吡咯烷酮15份、过硫酸铵60份、亚硫酸氢钠60份、大分子单体14份和引发剂0.5份；

该钻井液用抗高温抗盐降滤失剂四元聚合物由如下步骤制成：

第一步、在四口烧瓶中加入去离子水，然后依次加入2-甲基-2丙烯酰胺基丙磺酸钠、丙烯酸钠、N-乙烯基吡咯烷酮、过硫酸铵和亚硫酸氢钠，在转速为400r/min、温度为30℃的条件下，搅拌30min得到第一混合液；

第二步、向第一混合液中，加入质量分数40％的氢氧化钠调节体系的pH值为9，设置温度为70℃、转速为400r/min，反应6h得到第二混合液；

第三步、在氮气保护下，向第二混合液中加入大分子单体和引发剂，设置温度为60℃、转速为450r/min，反应12h，用无水乙醇洗涤三遍，在120℃干燥至恒重，制得钻井液用抗高温抗盐降滤失剂四元聚合物。

其中，大分子单体通过如下步骤制备：

S11、将苯基羟胺和碘化钾加入三口瓶中，在冰水浴中搅拌，设置转速为200r/min，边搅拌边滴加环氧氯丙烷，环氧氯丙烷滴加完后，保持转速不变，在冰水浴中继续反应3h，反应结束后在温度为30℃、避光条件下静置7天，用分液漏斗分出下层粘稠液体，用***洗涤粘稠液体三遍，得到混合物A；

S12、将羧甲基淀粉钠和无水乙醇加入三口瓶中，设置转速为300r/min，在温度为25℃的条件下搅拌20min，再向三口瓶中加入去离子水和质量分数20％的氢氧化钠溶液，升高温度至70℃，加入十二烷基二甲基苄基氯化铵和混合物A，保持转速不变，搅拌6h，冷却至30℃，用无水乙醇洗涤三遍，在120℃干燥至恒重得到混合物B；

S13、将混合物B加入三口瓶中，先加入无水乙醇搅拌均匀，随后加入二甲基亚砜和甲苯，搅拌均匀，用1mol/L的盐酸溶液调节pH值为5，设置温度为70℃，通入氮气，在氮气保护下滴加六甲基二硅氮烷，反应9h，冷却至25℃，静置过滤得到沉淀，沉淀用无水乙醇洗涤三遍，120℃下干燥至恒重即得大分子单体。

其中，步骤S11中苯基羟胺、碘化钾和环氧氯丙烷的物质的量的比为1：50-60：10-13，且环氧氯丙烷在40min内滴完；步骤S12中羧甲基淀粉钠、无水乙醇、去离子水、质量分数20％的氢氧化钠溶液、十二烷基二甲基苄基氯化铵和混合物A的质量比为4：0.03：30：4：1:4；步骤S13中混合物B、无水乙醇、二甲基亚砜、甲苯和六甲基二硅氮烷的质量比为4：3：30：20：2。

对比例1

本对比例为市面上一种常见的钻井液用抗高温抗盐降滤失剂四元聚合物。

对实施例1-3和对比例1制得的钻井液用抗高温抗盐降滤失剂四元聚合物进行性能检测，首先将实施例1-3和对比例1制得的钻井液用抗高温抗盐降滤失剂四元聚合物加入淡水浆和饱和盐水浆中，降滤失剂添加量为浆液质量的0.5％；测量常温常压滤失量和在260℃下热滚16h的高温老化后常温常压滤失量，检测结果如下表1所示：

表1

由上表1可知实施例1-3制得的钻井液用抗高温抗盐降滤失剂四元聚合物的性能优于对比例1，实施例1-3制得的钻井液用抗高温抗盐降滤失剂四元聚合物的抗盐抗温能力强，抗温可达260℃，产品性能稳定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。