一种钻井液用耐超高温抗盐降滤失剂及其制备方法
阅读说明：本技术 一种钻井液用耐超高温抗盐降滤失剂及其制备方法 (Ultrahigh-temperature-resistant salt-resistant filtrate reducer for drilling fluid and preparation method thereof ) 是由 刘妍 于 2020-12-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种钻井液用耐超高温抗盐降滤失剂及其制备方法,涉及钻井技术领域,解决了现有降滤失剂耐高温性能差、渗透率高的问题,其技术方案要点是：主要由以下原料制备而成：甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酰胺单体、交联剂、偶联剂、余量为水；将甲基丙烯酸缩水甘油酯单体、丙烯酰胺单体反应合成二元共聚物；将二元共聚物、交联剂键合交联成一次网络共聚物；将一次网络共聚物、偶联剂键合交联成二次网络共聚物；将二次网络共聚物经干燥、粉碎、过筛处理后得到降滤失剂。本发明通过将两种单体经过聚合、交联形成双线型的共聚物,其网络结构可呈现一定空间结构,整体结构的稳定性得以提示,能够耐250℃的高温,其渗透率低,粘度高。(The invention discloses an ultra-high temperature resistant and salt resistant filtrate reducer for drilling fluid and a preparation method thereof, relates to the technical field of drilling, solves the problems of poor high temperature resistance and high permeability of the existing filtrate reducer, and has the technical scheme key points that: the health-care food is mainly prepared from the following raw materials: glycidyl methacrylate, an acrylamide monomer, a cross-linking agent, a coupling agent and the balance of water; reacting a glycidyl methacrylate monomer and an acrylamide monomer to synthesize a binary copolymer; bonding and crosslinking the binary copolymer and the crosslinking agent into a primary network copolymer; bonding and crosslinking the primary network copolymer and the coupling agent into a secondary network copolymer; and drying, crushing and screening the secondary network copolymer to obtain the filtrate reducer. According to the invention, two monomers are polymerized and crosslinked to form a double-linear copolymer, the network structure of the double-linear copolymer can present a certain space structure, the stability of the whole structure is prompted, the double-linear copolymer can resist the high temperature of 250 ℃, and the double-linear copolymer has low permeability and high viscosity.)
技术领域
本发明涉及钻井技术领域，更具体地说，它涉及一种钻井液用耐超高温抗盐降滤失剂及其制备方法。
背景技术
降滤失剂是保证钻井液性能稳定、减少有害液体向地层滤失、稳定井壁和保证井径规则的重要钻井液处理剂。以往降滤失剂的耐高温要求不低于180度，但随着油田钻井的发展和深井海洋钻井项目的增加，对钻井液降滤失剂的要求也不断提高，以满足耐盐性和抗高温性，温度高于200℃，甚至240℃的新要求。
目前，现有的降滤失剂一般通过至少一种单体聚合，再通过交联剂或偶联剂生成呈网络结构的聚合物。然而，现有的降滤失剂聚合形成的都为单线型聚合物，再将单线型聚合物直接级联的形式形成的网络结构，其结构的稳定性相对较差，耐高温和渗透率较差。因此，如何研究设计一种钻井液用耐超高温抗盐降滤失剂及其制备方法是我们目前急需解决的问题。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种钻井液用耐超高温抗盐降滤失剂及其制备方法。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
第一方面，提供了一种钻井液用耐超高温抗盐降滤失剂，主要由以下原料制备而成：甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酰胺单体、交联剂、偶联剂、余量为水；
将甲基丙烯酸缩水甘油酯单体、丙烯酰胺单体反应合成二元共聚物；
将二元共聚物、交联剂键合交联成一次网络共聚物；
将一次网络共聚物、偶联剂键合交联成二次网络共聚物；
将二次网络共聚物经干燥、粉碎、过筛处理后得到降滤失剂。
进一步的，所述甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酰胺单体、交联剂、偶联剂的摩尔百分数分别为：33.33-44.44％、33.33-44.44％、5.56-16.67％、5.56-16.67％。
进一步的，所述二次网络共聚物中的一次交联位与二次交联位错位设置，具有以下的结构通式：
其中，n>1。
进一步的，所述交联剂为二甲基二氯硅烷。
进一步的，所述偶联剂为3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。
进一步的，所述降滤失剂的耐高温上限值为250℃。
第二方面，提供了一种钻井液用耐超高温抗盐降滤失剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：将甲基丙烯酸缩水甘油酯单体、丙烯酰胺单体反应合成二元共聚物；
S2：将二元共聚物、交联剂键合交联成一次网络共聚物；
S3：将一次网络共聚物、偶联剂键合交联成二次网络共聚物；
S4：将二次网络共聚物经干燥、粉碎、过筛处理后得到降滤失剂。
进一步的，所述二元共聚物制备具体为：
S101：将甲基丙烯酸缩水甘油酯单体、丙烯酰胺单体以1：1的摩尔量比例加入到反应器中，乳化形成乳状液；
S102：将氮气持续通入反应器中5-10min以将氧气排除后作为保护气体；
S103：向反应器中加入水溶性引发剂，在55-65℃恒温下搅拌聚合反应2-3h后得到二元共聚物；水溶性引发剂为硫酸盐，硫酸盐的摩尔量为丙烯酰胺单体摩尔量的100-120％；
由步骤S103制备的二元共聚物具有以下结构通式：
进一步的，所述一次网络共聚物制备具体为：
S201：向S1制备的二元共聚物中加入交联剂，在35-45℃恒温加压至0.6-0.8MPa水解反应1.5-2h，交联剂的摩尔量为丙烯酰胺单体摩尔量的12.5-50％；
S202：然后加入无机过氧化物引发剂进行键合交联反应得到一次网络共聚物，一次网络共聚物为双线型网格结构；无机过氧化物引发剂为过硫酸钾；
由步骤S202制备的一次网络共聚物具有以下结构通式：
进一步的，所述二次网络共聚物制备具体为：
S301：将S2制备的一次网络共聚物中加入偶联剂，在45-55℃恒温下偶联反应1.5-2h，得到凝胶状的二次网络共聚物，二次网络共聚物为双层互穿网络结构，偶联剂的摩尔量为丙烯酰胺单体摩尔量的12.5-50％；
S302：将二次网络共聚物加入蒸馏水水后进行稀释、冲洗，然后进行蒸馏、干燥、粉碎、过筛处理后得到颗粒状的降滤失剂。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过将两种单体经过聚合、交联形成双线型的共聚物，其网络结构可呈现一定空间结构，整体结构的稳定性得以提示，能够耐250℃的高温；
2、本发明通过偶联剂偶联后形成的二次网络共聚物，在双线型的网络结构中进行网格结构互穿布设，降低了降滤失剂的渗透率；
3、本发明通过二甲基二氯硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷进行网络结构构建，增强了降滤失剂的粘度；
4、本发明通过交联点位、偶联点位错位设置，能够增强网络结构的均匀性，进一步提升了结构的稳定性以及降低了渗透率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中滤失量测定结果对比曲线图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
实施例1
一种钻井液用耐超高温抗盐降滤失剂，主要由以下原料制备而成：甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酰胺单体、交联剂、偶联剂、余量为水。将甲基丙烯酸缩水甘油酯单体、丙烯酰胺单体反应合成二元共聚物。将二元共聚物、交联剂键合交联成一次网络共聚物。将一次网络共聚物、偶联剂键合交联成二次网络共聚物。将二次网络共聚物经干燥、粉碎、过筛处理后得到降滤失剂。交联剂为二甲基二氯硅烷，偶联剂为3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。
甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酰胺单体、交联剂、偶联剂的摩尔百分数分别为：33.33％、33.33％、16.67％、16.67％。
制备方法具体如下：
S1：将甲基丙烯酸缩水甘油酯单体、丙烯酰胺单体反应合成二元共聚物。将甲基丙烯酸缩水甘油酯单体、丙烯酰胺单体以1：1的摩尔量比例加入到反应器中，乳化形成乳状液；将氮气持续通入反应器中5min以将氧气排除后作为保护气体；向反应器中加入水溶性引发剂，在55℃恒温下搅拌聚合反应2h后得到二元共聚物；水溶性引发剂为硫酸盐，硫酸盐的摩尔量为丙烯酰胺单体摩尔量的100％。
S2：将二元共聚物、交联剂键合交联成一次网络共聚物。向S1制备的二元共聚物中加入交联剂，在35℃恒温加压至0.6MPa水解反应1.5h；然后加入无机过氧化物引发剂进行键合交联反应得到一次网络共聚物，一次网络共聚物为双线型网格结构；无机过氧化物引发剂为过硫酸钾。
S3：将一次网络共聚物、偶联剂键合交联成二次网络共聚物；将S2制备的一次网络共聚物中加入偶联剂，在45℃恒温下偶联反应1.5h，得到凝胶状的二次网络共聚物，二次网络共聚物为双层互穿网络结构；将二次网络共聚物加入蒸馏水水后进行稀释、冲洗。
S4：将二次网络共聚物经蒸馏、干燥、粉碎、过筛处理后得到降滤失剂。
实施例2
一种钻井液用耐超高温抗盐降滤失剂，主要由以下原料制备而成：甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酰胺单体、交联剂、偶联剂、余量为水。将甲基丙烯酸缩水甘油酯单体、丙烯酰胺单体反应合成二元共聚物。将二元共聚物、交联剂键合交联成一次网络共聚物。将一次网络共聚物、偶联剂键合交联成二次网络共聚物。将二次网络共聚物经干燥、粉碎、过筛处理后得到降滤失剂。交联剂为二甲基二氯硅烷，偶联剂为3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。
甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酰胺单体、交联剂、偶联剂的摩尔百分数分别为：33.33％、33.33％、5.56％、5.56％。
制备方法具体如下：
S1：将甲基丙烯酸缩水甘油酯单体、丙烯酰胺单体反应合成二元共聚物。将甲基丙烯酸缩水甘油酯单体、丙烯酰胺单体以1：1的摩尔量比例加入到反应器中，乳化形成乳状液；将氮气持续通入反应器中5min以将氧气排除后作为保护气体；向反应器中加入水溶性引发剂，在55℃恒温下搅拌聚合反应2h后得到二元共聚物；水溶性引发剂为硫酸盐，硫酸盐的摩尔量为丙烯酰胺单体摩尔量的100％。
S2：将二元共聚物、交联剂键合交联成一次网络共聚物。向S1制备的二元共聚物中加入交联剂，在35℃恒温加压至0.6MPa水解反应1.5h；然后加入无机过氧化物引发剂进行键合交联反应得到一次网络共聚物，一次网络共聚物为双线型网格结构；无机过氧化物引发剂为过硫酸钾。
S3：将一次网络共聚物、偶联剂键合交联成二次网络共聚物；将S2制备的一次网络共聚物中加入偶联剂，在45℃恒温下偶联反应1.5h，得到凝胶状的二次网络共聚物，二次网络共聚物为双层互穿网络结构；将二次网络共聚物加入蒸馏水水后进行稀释、冲洗。
S4：将二次网络共聚物经蒸馏、干燥、粉碎、过筛处理后得到降滤失剂。
实施例3
一种钻井液用耐超高温抗盐降滤失剂，主要由以下原料制备而成：甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酰胺单体、交联剂、偶联剂、余量为水。将甲基丙烯酸缩水甘油酯单体、丙烯酰胺单体反应合成二元共聚物。将二元共聚物、交联剂键合交联成一次网络共聚物。将一次网络共聚物、偶联剂键合交联成二次网络共聚物。将二次网络共聚物经干燥、粉碎、过筛处理后得到降滤失剂。交联剂为二甲基二氯硅烷，偶联剂为3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。
甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酰胺单体、交联剂、偶联剂的摩尔百分数分别为：44.44％、44.44％、16.67％、16.67％。
制备方法具体如下：
S1：将甲基丙烯酸缩水甘油酯单体、丙烯酰胺单体反应合成二元共聚物。将甲基丙烯酸缩水甘油酯单体、丙烯酰胺单体以1：1的摩尔量比例加入到反应器中，乳化形成乳状液；将氮气持续通入反应器中10min以将氧气排除后作为保护气体；向反应器中加入水溶性引发剂，在65℃恒温下搅拌聚合反应3h后得到二元共聚物；水溶性引发剂为硫酸盐，硫酸盐的摩尔量为丙烯酰胺单体摩尔量的120％。
S2：将二元共聚物、交联剂键合交联成一次网络共聚物。向S1制备的二元共聚物中加入交联剂，在45℃恒温加压至0.8MPa水解反应2h；然后加入无机过氧化物引发剂进行键合交联反应得到一次网络共聚物，一次网络共聚物为双线型网格结构；无机过氧化物引发剂为过硫酸钾。
S3：将一次网络共聚物、偶联剂键合交联成二次网络共聚物；将S2制备的一次网络共聚物中加入偶联剂，在55℃恒温下偶联反应2h，得到凝胶状的二次网络共聚物，二次网络共聚物为双层互穿网络结构；将二次网络共聚物加入蒸馏水水后进行稀释、冲洗。
实施例4
一种钻井液用耐超高温抗盐降滤失剂，主要由以下原料制备而成：甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酰胺单体、交联剂、偶联剂、余量为水。将甲基丙烯酸缩水甘油酯单体、丙烯酰胺单体反应合成二元共聚物。将二元共聚物、交联剂键合交联成一次网络共聚物。将一次网络共聚物、偶联剂键合交联成二次网络共聚物。将二次网络共聚物经干燥、粉碎、过筛处理后得到降滤失剂。交联剂为二甲基二氯硅烷，偶联剂为3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。
甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酰胺单体、交联剂、偶联剂的摩尔百分数分别为：44.44％、44.44％、5.56％、5.56％。
制备方法具体如下：
S1：将甲基丙烯酸缩水甘油酯单体、丙烯酰胺单体反应合成二元共聚物。将甲基丙烯酸缩水甘油酯单体、丙烯酰胺单体以1：1的摩尔量比例加入到反应器中，乳化形成乳状液；将氮气持续通入反应器中10min以将氧气排除后作为保护气体；向反应器中加入水溶性引发剂，在65℃恒温下搅拌聚合反应3h后得到二元共聚物；水溶性引发剂为硫酸盐，硫酸盐的摩尔量为丙烯酰胺单体摩尔量的120％。
S2：将二元共聚物、交联剂键合交联成一次网络共聚物。向S1制备的二元共聚物中加入交联剂，在45℃恒温加压至0.8MPa水解反应2h；然后加入无机过氧化物引发剂进行键合交联反应得到一次网络共聚物，一次网络共聚物为双线型网格结构；无机过氧化物引发剂为过硫酸钾。
S3：将一次网络共聚物、偶联剂键合交联成二次网络共聚物；将S2制备的一次网络共聚物中加入偶联剂，在55℃恒温下偶联反应2h，得到凝胶状的二次网络共聚物，二次网络共聚物为双层互穿网络结构；将二次网络共聚物加入蒸馏水水后进行稀释、冲洗。
S4：将二次网络共聚物经蒸馏、干燥、粉碎、过筛处理后得到降滤失剂。
实施例5
一种钻井液用耐超高温抗盐降滤失剂，主要由以下原料制备而成：甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酰胺单体、交联剂、偶联剂、余量为水。将甲基丙烯酸缩水甘油酯单体、丙烯酰胺单体反应合成二元共聚物。将二元共聚物、交联剂键合交联成一次网络共聚物。将一次网络共聚物、偶联剂键合交联成二次网络共聚物。将二次网络共聚物经干燥、粉碎、过筛处理后得到降滤失剂。交联剂为二甲基二氯硅烷，偶联剂为3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。
甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酰胺单体、交联剂、偶联剂的摩尔百分数分别为：44.44％、44.44％、5.56％、5.56％。
制备方法具体如下：
S1：将甲基丙烯酸缩水甘油酯单体、丙烯酰胺单体反应合成二元共聚物。将甲基丙烯酸缩水甘油酯单体、丙烯酰胺单体以1：1的摩尔量比例加入到反应器中，乳化形成乳状液；将氮气持续通入反应器中8min以将氧气排除后作为保护气体；向反应器中加入水溶性引发剂，在60℃恒温下搅拌聚合反应2.5h后得到二元共聚物；水溶性引发剂为硫酸盐，硫酸盐的摩尔量为丙烯酰胺单体摩尔量的110％。
S2：将二元共聚物、交联剂键合交联成一次网络共聚物。向S1制备的二元共聚物中加入交联剂，在40℃恒温加压至0.7MPa水解反应1.8h；然后加入无机过氧化物引发剂进行键合交联反应得到一次网络共聚物，一次网络共聚物为双线型网格结构；无机过氧化物引发剂为过硫酸钾。其中，交联剂等量分为两部分进行两次键合交联，第一次键合交联可得到交联结构稀疏的双线型网格结构，第二次进行键合交联得到以单线型为一层的双层网格结构。
S3：将一次网络共聚物、偶联剂键合交联成二次网络共聚物；将S2制备的一次网络共聚物中加入偶联剂，在50℃恒温下偶联反应1.8h，得到凝胶状的二次网络共聚物，二次网络共聚物为双层互穿网络结构；将二次网络共聚物加入蒸馏水水后进行稀释、冲洗。
S4：将二次网络共聚物经蒸馏、干燥、粉碎、过筛处理后得到降滤失剂。
对比例1
选取现有的降滤失剂作为对比实验组，具体如下：由甲醇、去离子水、聚乙烯基吡咯烷酮、丙烯酰胺、甲基丙烯酸十八酯制备而成的降滤失剂。
实验验证与分析
一、滤失量测定
(1)仪器与材料
a.高速搅拌机：GJ-I型或同类产品，转速11000±300r/min；
b.钻井液用老化罐：500mL广口玻璃瓶；
c.天平感量0.01g；
d.滤失仪：容积300-400m，过滤面积45.6±0.6cm2；
e.滤纸：what man 50号滤纸或同类产品；
f.烘箱：(160-300)±2℃；
g.干燥器；
h.标准分样筛：筛孔孔径为0.42cm；
I.滚子加热炉：控温范围0-300℃，控温敏度±3℃，带老化罐；
J.评价土：化学纯；
t.氯化钠:化学纯。
(2)理化性能测定
1)水分测定,在自然光下目测试验品
用已恒重的称量瓶称取3g(称准至0.1mg)试样，至于恒温干燥箱中，在(105±3)℃恒温4h，取出放入干燥器中，冷却至室温，称其质量(称准至0.1mg),计算公式如下：
式中：w表示水分，％；m0表示称量瓶质量，g；m1表示瓶和试样质量，g；m2表示烘后瓶和试样质量，g。
试验结果：实施例1-5中的降滤失剂的均呈浅灰色自由流动粉末，其水分含量指标均值为8.9。
2)筛余量测定
称取试样20.0g放在筛孔孔径为0.42mm的筛中，迅速摇动试样，直至无样品通过时为止，称量筛余物的质量。计算公式如下：
式中：p表示筛余量的含量，％；m2表示试样质量，g；m1表示筛余物质量，g。
试验结果：实施例1-5中的降滤失剂在筛孔孔径为0.42mm的筛余量均值为8.6。
3)滤失量测定
取12份配好的基浆350mL，分别加入5.25g试样高速搅拌20min。其中6份在室温下密闭16h，实施例1-5、对比例分别设置一份(简称API)。另外6份基浆装入高温罐，施例1-5、对比例分别设置一份，于160℃下热滚16h后，冷却取出(简称HTHP)。将两份待测样浆高速搅拌20min，测高温前后的滤失量(0.7mpa/30min)。
然后以温度为变量并安装上述的方法重复测定，其测定结果如图1所示。由图1可知：对比例中的降滤失剂在180℃高温后，通过API方法测定的滤失量存在较缓程度的增加，通过HTHP方法测定的滤失量存在较快程度的增加；而实施例1-5中的降滤失剂在250℃高温前，通过API方法测定的滤失量保持相对稳定，通过HTHP方法测定的滤失量同样保持相对稳定；此外，实施例1-5中的降滤失剂整体的滤失量相对于对比例来说较低。
4)粘度测定
根据3)中记载的温度条件对降滤失剂在高温处理后的表观粘度、塑性粘度进行统计对比，其结果如表1所示：
表1表观粘度和塑性粘度测定结果
由表1可知，实施例1-5制备的降滤失剂整体的表观粘度、塑性粘度均明显优于对比例中的降滤失剂的表观粘度、塑性粘度，其中，实施例5中的最好；此外，在高温热处理后，实施例1-5制备的降滤失剂的表观粘度、塑性粘度提升幅度明显高于对比例中的降滤失剂的表观粘度、塑性粘度的提升幅度。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
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