本发明涉及石油天然气领域，具体地涉及一种氯化钾聚合物钻井液用多效降滤失剂及其制备方法。
背景技术：
随着石油工业的发展和石油需求的不断增长，油气勘探开发逐渐向深部地层和海上发展，钻井工程的难度越来越大，对钻井液和钻井液处理剂提出了更高要求。降滤失剂作为水基钻井液的重要处理剂之一，对保证安全、快速、高效钻井起着重要作用。其用量最大，且种类繁多，主要为天然材料或天然材料改性产物和合成聚合物类。天然材料或天然材料改性产物包括腐殖酸、纤维素、木质素、淀粉类及其衍生物；合成聚合物主要以各种乙烯基单体多元共聚物和磺甲基化的酚醛树脂等为主。在一定条件下，超细碳酸钙等一些无机化合物也可用作降滤失剂。近年来，合成聚合物类降滤失剂由于其单体类别丰富，可调性强，在抗高温、抗盐方面有着广阔的应用前景，研究逐步得到重视。
为了提高产品的降滤失性能，目前常用合成聚合物类降滤失剂分子量相对较大，它们在降低钻井液滤失量的同时，也不同程度的提高了钻井液粘度，给现场施工带来了不便。而一些相对分子量小的降滤失剂虽然增粘效果不明显，可以满足现场施工的要求，但其用量较多，抗温较差，随着循环次数的增加，投入的成本也逐渐升高。抗温、抗盐，在钻井液体系中不增粘甚至降粘的降滤失剂是目前现场急需的处理剂之一，磺化酚醛树脂和磺化褐煤树脂具有该特性，是目前高温高密度井中常用的处理剂，但其使用时往往还需要配合其他处理剂以护胶，造成钻井液配方复杂化。随着钻井工程对成本控制越来越严格，“一剂多效”是钻井液处理剂未来的发展趋势，要求处理剂在发挥本身功能的同时，兼具其他作用。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种氯化钾聚合物钻井液用多效降滤失剂材料及其制备方法，以提高氯化钾聚合物钻井液的滤失、润滑和封堵性能。
本发明通过如下技术方案实现：
一种氯化钾聚合物钻井液用多效降滤失剂，是由包括下述质量份的原料制成的：
所述氧化石墨和海泡石分别经过有机酸单体预处理，再与非离子单体共聚制得所述多效降滤失剂。
所述的海泡石目数为300-1000目，优选为500-800目。
所述的有机酸单体选自下述任意一种或两种以上的混合物：丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、马来酸、烯丙基磺酸、甲基烯丙基磺酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、2-丙烯酰氧基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰氧丁磺酸、2-丙烯酰胺-2-苯基乙磺酸和2-丙烯酰胺十二烷基磺。
所述的非离子单体选自下述任意一种或两种以上的混合物：丙烯酰胺、n,n-二甲基丙烯酰胺、n-异丙基丙烯酰胺和丙烯腈。
该氯化钾聚合物钻井液用多效降滤失剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)边搅拌边将所述的氧化石墨缓慢加入至去离子水中，并超声分散1小时，而后加入有机酸单体，搅拌1-2小时，得到溶液a；
(2)在高速搅拌的条件下，将所述的海泡石缓慢加入至去离子水中，高速搅拌1小时，而后加入有机酸单体，高速搅拌1小时，得到溶液b；
(3)将溶液b加入至溶液a中，搅拌1小时，而后加入非离子单体，搅拌形成c；
(4)向c中加入适量的naoh，调节水溶液ph值至9-11；加热至60-70℃，氮气保护下，缓慢加入引发剂，反应4-6小时，得到胶液；烘干、粉碎，得到所述的氯化钾聚合物钻井液用多效降滤失剂。
上述制备方法中，各组分原料的质量份如下：
所述的引发剂选自下述任意一种或两种以上的混合物：过硫酸铵、过硫酸钾、偶氮二异丁基脒二盐酸盐。
氧化石墨是制备石墨烯的重要中间体，多为片状结构，具有良好的润滑性能，同时，氧化石墨也是制备其他功能复合材料的重要原料。相比天然石墨，氧化石墨的表面及边缘具有许多含氧官能团(如羧基和羟基等)，因此具有更高的表面活性，可与有机分子通过相互作用力结合，经超声分散，其尺寸为纳米级。
海泡石是一种纤维状的含水硅酸镁，具有极大的比表面积和极强的吸附能力，相比于其他粘土矿物，具有更好的抗温和抗盐性能，作为非水溶性无机材料，其具有一定的封堵性能。海泡石的物理表面存在着三类吸附活性中心：硅氧四面体中的氧原子、在八面体侧面与镁离子配位的水分子、在四面体的表面由si-o-si键破裂而产生的si-oh离子团。海泡石这些特殊的结构为物理吸附及某些化学吸附提供了有利条件。
为了得到一种兼具润滑、封堵功能的非增粘型降滤失剂，本发明利用有机酸与氧化石墨和海泡石表面的强相互作用，以石墨和海泡石表面的有机酸为反应点，将有机小分子(有机酸和非离子单体)与无机固相颗粒(氧化石墨和海泡石)相结合，制备了一种氯化钾聚合物钻井液用多效降滤失剂。
本发明提供的氯化钾聚合物钻井液用多效降滤失剂的工作原理及有益效果是：
由于采用有机酸对氧化石墨和海泡石表面进行了预处理，因此，相比于常规的物理混拌，本发明的氧化石墨和海泡石在聚合物分子链中分布的更为均匀；而相比于单一的氧化石墨/聚合物产品和海泡石/聚合物产品，本发明利用有机酸和非离子单体实现了氧化石墨和海泡石的有机结合，纳米尺寸的氧化石墨和微米尺寸的海泡石可实现多维度封堵，与聚合物分子链共同形成的立体网状结构实现了“协同增效”和“架桥封堵”。一方面，聚合物分子链在钻井液中可起到护胶的作用，分散粘土颗粒使泥饼更为致密，降低滤失量；另一方面，在形成泥饼过程中，纳米尺寸的层状氧化石墨、微米尺寸的海泡石纤维可在泥饼孔隙中架桥，而聚合物分子链则楔入间隙中，进一步堵塞滤饼微孔隙，降低滤失量；同时，处理剂中的纳米级层状氧化石墨可增大分子链的自由体积，起到润滑和降粘的效果，达到“一剂多效”的目的。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。下述各实施例中，所述份均为质量份数。所述反应物如无特别说明均能从公开商业途径而得。
实施例1
在装有机械搅拌器的四口瓶中加入30份去离子水，而后边搅拌边缓慢加入1份氧化石墨，500w功率下超声分散1小时，而后加入5份丙烯酸，并搅拌2小时，得到溶液a；在高搅杯中加入35份去离子水，而后在11000rpm转速下，缓慢加入1份500目的海泡石，并继续高速搅拌1小时，而后加入5份丙烯酸，搅拌2小时，得到溶液b；将溶液b加入溶液a中，并搅拌1小时；加入13份丙烯酰胺，搅拌1小时；加入适量的naoh，调节水溶液ph值至9；加热至60℃，氮气保护下，缓慢加入0.05份过硫酸铵，反应4小时，得到胶液；烘干、粉碎，得到所述的氯化钾聚合物钻井液用多效降滤失剂，具体性能列于表1中。
实施例2
在装有机械搅拌器的四口瓶中加入38份去离子水，而后边搅拌边缓慢加入5份氧化石墨，500w功率下超声分散1小时，而后加入9份甲基丙烯酸，并搅拌2小时，得到溶液a；在高搅杯中加入39份去离子水，而后在11000rpm转速下，缓慢加入5份500目的海泡石，并继续高速搅拌1小时，而后加入9份甲基丙烯酸，搅拌1小时，得到溶液b；将溶液b加入溶液a中，并搅拌1小时；加入5份n,n-二甲基丙烯酰胺，搅拌1小时；加入适量的naoh，调节水溶液ph值至11；加热至60℃，氮气保护下，缓慢加入1份过硫酸铵，反应4小时，得到胶液；烘干、粉碎，得到所述的氯化钾聚合物钻井液用多效降滤失剂，具体性能列于表1中。
实施例3
在装有机械搅拌器的四口瓶中加入30份去离子水，而后边搅拌边缓慢加入5份氧化石墨，500w功率下超声分散1小时，而后加入5份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，并搅拌1小时，得到溶液a；在高搅杯中加入30份去离子水，而后在11000rpm转速下，缓慢加入7份700目的海泡石，并继续高速搅拌1小时，而后加入5份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，搅拌1小时，得到溶液b；将溶液b加入溶液a中，并搅拌1小时；加入18份n-异丙基丙烯酰胺，搅拌1小时；加入适量的naoh，调节水溶液ph值至9；加热至70℃，氮气保护下，缓慢加入0.7份过硫酸钾，反应6小时，得到胶液；烘干、粉碎，得到所述的氯化钾聚合物钻井液用多效降滤失剂，具体性能列于表1中。
对比例1
在装有机械搅拌器的四口瓶中加入60份去离子水，而后加入10份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，18份n-异丙基丙烯酰胺，搅拌1小时；加入适量的naoh，调节水溶液ph值至9；加热至70℃，氮气保护下，缓慢加入0.7份过硫酸钾，反应6小时，得到胶液；烘干、粉碎，得到所述的氯化钾聚合物钻井液用多效降滤失剂，具体性能列于表1中。
对比例2
在装有机械搅拌器的四口瓶中加入60份去离子水，而后边搅拌边缓慢加入5份氧化石墨，500w功率下超声分散1小时，而后加入10份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，并搅拌1小时；加入18份n-异丙基丙烯酰胺，搅拌1小时；加入适量的naoh，调节水溶液ph值至9；加热至70℃，氮气保护下，缓慢加入0.7份过硫酸钾，反应6小时，得到胶液；烘干、粉碎，得到所述的氯化钾聚合物钻井液用多效降滤失剂，具体性能列于表1中。
对比例3
在高搅杯中加入60份去离子水，而后在11000rpm转速下，缓慢加入7份700目的海泡石，并继续高速搅拌1小时，而后加入10份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，搅拌1小时，得到非均相溶液；将溶液倒入装有机械搅拌器的四口瓶中，加入18份n-异丙基丙烯酰胺，搅拌1小时；加入适量的naoh，调节水溶液ph值至9；加热至70℃，氮气保护下，缓慢加入0.7份过硫酸钾，反应6小时，得到胶液；烘干、粉碎，得到所述的氯化钾聚合物钻井液用多效降滤失剂，具体性能列于表1中。
实施例4
在装有机械搅拌器的四口瓶中加入32份去离子水，而后边搅拌边缓慢加入5份氧化石墨，500w功率下超声分散1小时，而后加入7份马来酸，并搅拌1小时，得到溶液a；在高搅杯中加入30份去离子水，而后在11000rpm转速下，缓慢加入4份700目的海泡石，并继续高速搅拌1小时，而后加入7份马来酸，搅拌1小时，得到溶液b；将溶液b加入溶液a中，并搅拌1小时；加入15份丙烯腈，搅拌1小时；加入适量的naoh，调节水溶液ph值至9；加热至70℃，氮气保护下，缓慢加入0.3份偶氮二异丁基脒二盐酸盐，反应5小时，得到胶液；烘干、粉碎，得到所述的氯化钾聚合物钻井液用多效降滤失剂，具体性能列于表1中。
对所述的氯化钾聚合物钻井液用多效降滤失剂在饱和盐水基浆中进行性能评价，以考察其性能。
1)将350ml饱和盐水置于高搅杯中，加入1.00gnahco3和35.00g评价土，搅拌20min，中间至少停两次刮壁。24±3℃密闭养护24h，得到饱和盐水基浆；搅拌20min，测定其性能(见表1)。
2)向盛有基浆的高搅杯中加入2％的氯化钾聚合物钻井液用多效降滤失剂及对比例产品，高速搅拌20min，测定室温下性能，而后将钻井液倒入老化罐中180℃老化16h，取出后高速搅拌5min，测定其性能(见表1)。
表1.抗高温抗盐降滤失剂的性能评价
从评价结果可以看出，所述的氯化钾聚合物钻井液用多效降滤失剂具有较好的封堵降滤失和润滑作用，且增粘效果不明显，实现了“一剂多效”的目的，其中以实施例4效果最优。相比于纯聚合物产品(对比例1)，加入氧化石墨和海泡石的实施例3具有更低的粘度、更小的滤失量和更低的润滑系数；相比于氧化石墨/聚合物产品(对比例2)，氧化石墨/海泡石/聚合物产品(实施例3)具有更低的粘度和滤失量；相比于海泡石/聚合物产品(对比例3)，氧化石墨/海泡石/聚合物产品(实施例3)具有更低的粘度、滤失量和润滑系数，以上对比说明本发明所述的多效降滤失剂中，石墨、海泡石、以及聚合物分子链共同形成的立体网状结构实现了“协同增效”。