一种钻井液用支化聚合物处理剂及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种钻井液用支化聚合物处理剂及其制备方法，属油田钻井液处理剂【技术领域】，该处理剂由烯基羧酸聚醚胺盐、磺酸单体、酰胺单体，按照物质的量比为(0.10～0.55)：(0.05～0.35)：(0.30～0.55)的比例，采用水溶性偶氮化合物和氧化还原引发剂，在pH为6.0～9.0下通过水溶液聚合、140℃～160℃下烘干、酰胺化得到，其1％水溶液表观粘度35～75mPa·s，在高温、高盐和高钙条件下具有较好的降滤失特性，在无黏土相盐水钻井液中具有良好的增粘效果，同时具有较强的抑制能力。产品干燥和酰胺化一步完成，过程简单，生产成本低、效率高，产品质量稳定，且产品水溶性好，现场应用方便。
【专利说明】-种钻井液用支化聚合物处理剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种钻井液用支化聚合物处理剂及其制备方法，属于水溶性高分子材 料合成制备【技术领域】，更确切地说，是一种支化聚合物抗高温抗巧钻井液处理剂及其制备 方法。
【背景技术】
[0002] 在石油钻井过程中，钻遇地层日趋复杂，特殊井、超深井和复杂井数量逐年增加， 该对钻井液提出了更高的要求，针对该一情况，国内外在抗高温钻井液处理剂方面开展了 一系列工作，但在高温高盐情况下，尤其是在含巧镇等高价离子的环境或无黏±相钻井液 中，由于结构和基团的限制，现有的处理剂不能完全满足苛刻环境下维护钻井液性能的需 要。近年来，尽管钻井液处理剂的水平不断提升，但由于分子和合成设计还局限在提高主链 稳定性及优化基团与比例上，钻井液处理剂的合成原料仍然采用传统原料，当原料及合成 方法没有改变时，无论如何优化设计和合成，都很难使钻井液处理剂的性能有大的提高。
[0003] 目前在用或研究开发的处理剂仍为直链线性聚合物，由于分子热稳定性和剪切稳 定性的限制，处理剂抗温能力受限，要想提高深井、超深井钻井液的抗温抗盐性能，就必须 增加其用量，但随着加量提高又增加了钻井液的粘度，特别是在巧、镇含量高的情况下，钻 井液性能控制更加困难，已有的钻井液处理剂已不能完全满足钻井的需要。而支化结构的 聚合物与传统的柔性链聚合物相比，由于支链的位阻效应及支链上基团的相互影响，高分 子结构的热稳定性会明显提高，分子支链上丰富的基团保证处理剂良好的吸附和水化性 能。本发明人于《中外能源》，2013, 18(1) :36-46阐述了提高处理剂的抗温和抗剪切能力， 是未来高性能钻井液处理剂的发展方向。用支化单体与其它单体共聚及活性可控聚合可W 制备支化聚合物，但由于支化单体制备过程复杂、成本高，活性可控聚合制备支化聚合物过 程不易控制，基于此，采用高温下可醜胺化反应的丙帰酸聚離胺盐或甲基丙帰酸聚離胺盐 与其它单体共聚，共聚产物在高温下进一步醜胺化得到支化聚合物，不仅制备过程简单，且 生产成本低。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术中支化单体制备过程复杂、成本高，活性可控聚 合制备支化聚合物过程不易控制的缺陷，而提供一种钻井液用支化聚合物处理剂及其制备 方法，可满足井底温度高和/或高盐（氯化轴）高巧环境下的安全钻井施工的需要，能够控 制水基钻井液高温高压条件下流变性、息浮稳定性及滤失量。
[0005] 本发明钻井液用支化聚合物处理剂，其结构通式如式（I )所示：
[0006]
【权利要求】
1. 一种钻井液用支化聚合物处理剂，其特征在于：其结构通式如式（I)所示：
(0? 10 ?0? 55) : (0? 05 ?0? 35) : (0? 30 ?0? 55) 式中，R1、R2为H或CH3, R3?R6相同或不同，各自独立地为H、碳原子数为1?4的烷基 或苯基，X为NH或0, n为4?20的整数，y为1?4的整数，M为K或Na, a :b :c = (1? 5. 5) : (0? 5 ?3. 5) : (3 ?5. 5)。
2. -种钻井液用支化聚合物处理剂的制备方法，其特征是：包括以下步骤： (1) 将水、氢氧化钠或氢氧化钾加入反应釜，待其溶解后加入磺酸单体（III)，搅拌均匀 后，用质量分数10%?20%的氢氧化钠或氢氧化钾溶液将体系的pH值调节到6. 0?9. 0， 然后加入丙烯酸聚醚胺盐或甲基丙烯酸聚醚胺盐（II )、酰胺单体（IV)，搅拌使其溶解，其 中丙烯酸聚醚胺盐或甲基丙烯酸聚醚胺盐（II )、磺酸单体（III)和酰胺单体（IV)为反应 单体混合物A,水：反应单体混合物A总质量比=(8?5) : (2?5),控制反应单体混合物A 在水溶液中质量分数在20 %?50% ; (2) 通氮10分钟，在搅拌下加入水溶性偶氮引发剂和/或氧化-还原引发剂，再继续 通氮5?10分钟,静止聚合,聚合反应的起始温度为10?40°C,维持聚合反应时间为45? 120分钟，最后得到粘稠或胶状产物，如式（V )结构； (3) 将步骤（2)得到的粘稠或胶状产物于140?160°C下烘干、酰胺化，粉碎即得钻井 液用支化聚合物处理剂。
3. 根据权利要求2所述的钻井液用支化聚合物处理剂的制备方法，其特征是：所述 的丙烯酸聚醚胺盐或甲基丙烯酸聚醚胺盐：磺酸单体：酰胺单体的物质的量比为（〇. 10? 0? 55) : (0? 05 ?0? 35) : (0? 30 ?0? 55)。
4. 根据权利要求2或3所述的钻井液用支化聚合物处理剂的制备方法，其特征是：所 述的丙烯酸聚醚胺盐或甲基丙烯酸聚醚胺盐，通式如式（II ):
其中，式（II )中，RpR2S H或 CH3，n = 4?20。
5. 根据权利要求2或3所述的钻井液用支化聚合物处理剂的制备方法，其特征是：所 述的磺酸单体，通式如式（III):
其中，式（III)中，X为NH，R3和R4为CH3, y为1 ;或者，X为NH，R3和R4为H，y为1 ; 或者，X为NH, R3为H, R4为〇, y为1 ;或者，X为0, R3和R4为CH3, y为1 ;或者，X为0, R3和 R4SH，y 为 3。
6. 根据权利要求2或3所述的钻井液用支化聚合物处理剂的制备方法，其特征是： 所述的酰胺单体，通式为式（IV):
其中，式（IV )中，R5和R6为H ;或者，R5和R6为CH3 ;或者，R5和R6为CH2CH3 ;或者，R5为 H，R6 为 CH(CH3)CH3 ;或者，R5 为 H，R6 为 C (CH3) 2CH3。
7. 根据权利要求2所述的钻井液用支化聚合物处理剂的制备方法，其特征是：所述磺 酸单体是2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、2-丙烯酰胺基乙磺酸、2-丙烯酰胺基苯基磺酸、 2_丙烯酰胺氧-2-甲基丙磺酸或2-丙烯酰氧丁基磺酸。
8. 根据权利要求2所述的钻井液用支化聚合物处理剂的制备方法，其特征是：所述酰 胺单体是丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N，N-二乙基丙烯酰胺、异丙基丙烯酰胺或异丁 基丙烯酰胺。
9. 根据权利要求2所述的钻井液用支化聚合物处理剂的制备方法，其特征是：所述的 水溶性偶氮引发剂是偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、偶氮二异丁基脒盐酸盐、偶氮二氰基戊酸 或偶氮二异丙基咪唑啉，所述的水溶性偶氮引发剂为反应单体混合物A总质量的0. 05%? 0? 5%。
10. 根据权利要求2所述的钻井液用支化聚合物处理剂的制备方法，其特征是：所述的 氧化还原引发剂中的氧化剂是过硫酸钾或过硫酸铵，还原剂是亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠、亚 硫酸钠或硫代硫酸钠中的一种，氧化还原反应引发剂中的氧化剂与还原剂各占反应单体混 合物A总质量的0? 10%?0? 75%。
【文档编号】C08F220/58GK104357030SQ201410245428
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年6月4日 优先权日:2014年6月4日
【发明者】王中华 申请人:中国石油化工集团公司, 中石化中原石油工程有限公司钻井工程技术研究院