本发明涉及钻井液技术领域，尤其涉及一种钻井液用增粘提切剂的制备方法和钻井液。
背景技术：
超支化聚合物具有高度支化且分支内带有大量官能团端基，与相同分子量的线性聚合物相比具有易溶解、低粘度、更好的抗温性、大量可修饰的末端官能团，这些特殊的性能使其在纳米材料、污水处理、涂料、药物以及防腐方面显示出较强的应用价值。目前，还未发现任何超支化聚合物应用于钻井液添加剂方面的报道。
现有技术中钻井液所用增粘提切剂一般为线性大分子，其在常温下具有较好的增粘降滤失的效果，但是在150℃以上的高温下，其线性结构易断裂，高温稳定性较差，从而失去增粘提切的作用。
因此，提供一种高温稳定性好的增粘提切剂成为本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高温稳定性较好的增粘提切剂的制备方法和钻井液。
本发明提供了一种钻井液用增粘提切剂的制备方法，包括：
将水相物料加入到油相物料中进行乳化，得到乳液；
将所述乳液和引发剂进行聚合反应，得到钻井液用增粘提切剂。
在本发明中，所述水相物料以重量份计，包括：
154～176份的水；
44～67份的有机酸类单体；
36～53份的丙烯酰胺单体；
0.04～0.6份的支化剂；
0.06～0.76份的链转移剂；
0.882～4.32份的亲水性乳化剂。
在本发明中，所述水的重量份数优选为160～170份，更优选为162～168份，最优选为164～166份。在本发明中，所述水优选为去离子水。
在本发明中，所述有机酸类单体的重量份数优选为50～60份，更优选为52～58份，最优选为54～56份。在本发明中，所述有机酸类单体优选为丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和2-丙烯酰氧基-2-甲基丙磺酸中的一种或几种。
在本发明中，所述丙烯酰胺单体的重量份数优选为40～50份，更优选为42～48份，最优选为44～46份。
在本发明中，所述支化剂的重量份数优选为0.1～0.5份，更优选为0.2～0.4份，最优选为0.3份。在本发明中，所述支化剂优选为二乙烯基苯或二丙烯酸酯聚乙二醇酯。
在本发明中，所述链转移剂的重量份数优选为0.1～0.7份，更优选为0.2～0.6份，最优选为0.3～0.5份。在本发明中，所述链转移剂优选为3-苯甲巯基硫代羰基丙酸或4-氰基戊酸二硫代苯甲酸酯。
在本发明中，所述亲水性乳化剂的重量份数优选为1～4份，更优选为2～3份，最优选为2.5份。在本发明中，所述亲水性乳化剂优选包括聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯(twen80)、聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯(twen60)和辛基酚聚氧乙烯醚(op-15)中的一种或几种。
在本发明中，所述油相物料以水的重量份数为基准，包括：
101～115份的基础油；
7.938～10.08份的亲油性乳化剂。
在本发明中，所述基础油的重量份数优选为105～110份，更优选为106～108份。在本发明中，所述基础油优选为白油，更优选为聚合级白油，最优选为2#聚合级白油即本领域熟知的2号白油，可由市场购买获得。
在本发明中，所述亲油性乳化剂优选为8～10份，更优选为9份。在本发明中，所述亲油性乳化剂优选包括山梨醇酐三油酸酯(sp-85)、失水山梨糖醇脂肪酸酯(sp-80)和山梨酸酐硬脂酸酯(sp-60)中的一种或几种。
在本发明中，所述乳化的速度优选为13000～15000rpm，更优选为13500～14500rpm，最优选为140000rpm。在本发明中，所述乳化的时间优选为5～15min，更优选为8～12min，最优选为10min。
在本发明中，所述钻井液用增粘提切剂的制备方法优选为：
将所述乳液和引发剂进行混合后静置，再进行聚合反应，得到钻井液用增粘提切剂。
在本发明中，所述引发剂的重量份数以乳液中水的重量份数为基准优选为0.08～0.36份，更优选为0.1～0.3份，更优选为0.15～0.25份，最优选为0.2份。在本发明中，所述引发剂优选为偶氮类引发剂和氧化还原引发剂中的一种或几种。在本发明中，所述偶氮类引发剂优选包括偶氮二异丁腈、偶氮二异丁基脒盐酸盐。在本发明中，所述氧化还原引发剂为由过氧化物和还原剂组成的复合体系。在本发明中，所述过氧化物优选包括过硫酸铵或过硫酸钾。在本发明中，所述还原剂优选包括亚硫酸氢钠或亚硫酸钠。
在本发明中，所述混合的温度优选为20～30℃，更优选为22～28℃，最优选为24～26℃。
在本发明中，所述聚合反应的温度优选为35～60℃，更优选为40～55℃，最优选为45～50℃。在本发明中，所述聚合反应的时间优选为5～10小时，更优选为6～9小时，最优选为7～8小时。
本发明提供的方法制备得到了一种钻井液用反相乳液超支化聚合物处理剂。本发明采用反相乳液聚合方法，通过raft可控聚合方式合成具有超支化结构的增粘提切聚合物，反应过程易控制，得到的产物抗温性好。与线性聚合物相比，在相同分子量下，本发明制备得到的超支化聚合物在水中的分散性更好、粘度更低，本发明提供的反相乳液聚合物不需要烘干、粉碎，可直接加入到钻井液中使用。本发明中的反相乳液聚合物与粉状聚合物相比，在达到相同效果的情况下，可以大大减少用量，降低钻井液的处理费用，具有良好的应用前景。
本发明解决了现有技术中钻井液处理剂所用线性聚合物抗盐抗钙能力不足，高温降解，分子断裂粘度保持率低等问题，本发明提供的增粘提切剂充分发挥了超支化聚合物的支化度高、支链较短、抗剪切能力强，且支链相互保护，提高其抗温性能；本发明提供的增强提切剂为超支化聚合物，支化度高，基团密度高，链与链之间易形成结构，提高提切能力。
本发明提供了一种增粘提切型反相乳液超支化聚合物处理剂，这种处理剂为钻井液用反向乳液超支化聚合物。本发明通过反向乳液聚合和raft可控聚合的方法来合成超支化聚合物，其具有较高的支化度、端基吸附基团，支链短，在钻井液中不仅具有较好的提切增粘效果，而且在护胶和降滤失方面也具有良好的效果，尤其是在高温深井钻探领域具有良好的应用前景。
本发明还提供了一种钻井液，所述钻井液包括上述技术方案所述的钻井液用增粘提切剂。本发明对所述钻井液中的其他成分没有特殊的限制，本领域技术人员可根据实际所需的钻井液选择钻井液的成分。在本发明中，所述钻井液优选为聚磺钻井液体系，所述钻井液优选包括：
基浆；
钻井液用增粘提切剂；
磺化褐煤(smc)；
磺化酚醛树脂(smp-3)；
氢氧化钠；
氯化钾；
重晶石。
在本发明中，所述基浆的成分优选为：水、纯碱和膨润土。
在本发明中，所述基浆中，纯碱的质量含量优选为0.2～0.4％，更优选为0.3％。
在本发明中，所述膨润土优选为钠膨润土。在本发明中，所述基浆中，膨润土的质量含量优选为3～5％，更优选为3.5～4.5％，最优选为4％。
在本发明中，所述基浆的制备方法优选为：
将水、纯碱和钠膨润土混合搅拌8h，室温放置48h。
在本发明中，所述钻井液用增粘提切剂在钻井液中的质量含量优选1.0～2.0％，更优选为1.3～1.7％，最优选为1.5％。
在本发明中，所述smc在钻井液中的质量含量优选为4～6％，更优选为4.5～5.5％，最优选为5％。
在本发明中，所述smp-3在钻井液中的质量含量优选为4～6％，更优选为4.5～5.5％，最优选为5％。
在本发明中，所述氢氧化钠在钻井液中的质量含量优选为0.05～0.3％，更优选为0.1～0.2％，最优选为0.15％。
在本发明中，所述氯化钾在钻井液中的质量含量优选为3～7％，更优选为4～6％，最优选为5％。
在本发明中，所述重晶石在钻井液中的质量含量优选为150～200％，更优选为160～180％，最优选为170％。
将本发明提供的方法制备得到的钻井液用增粘提切剂进行聚合物溶液粘度保持率评价、复合盐水浆中降滤失性能评价和聚磺钻井液体系的钻井液性能评价。
聚合物溶液的配制和粘度保持率的测定：
将4g本发明提供的方法制备得到的钻井液用增粘提切型超支化聚合物加入到400ml的去离子水中，静置养护24小时。按照gb/t16783.1-2006《石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液》中6.3的规定测定室温表观粘度c1，将测定后的溶液装入高温陈化釜中，于150℃/16h老化后，取出冷却至室温，按照上述的表观粘度测试方法，测出老化后的表观粘度c2，粘度保持率按照下式计算：
粘度保持率＝(c1/c2)*100％。
复合盐水浆的配制和滤失量的测定：
按照标准q/sh10250523-2008《钻井液用合成聚合物通用技术条件》：量取350ml蒸馏水置于杯中，加入16.0g的氯化钠，2.6g的无水氯化钙，6.9g的氯化镁，待其溶解后加入52.5g的钙膨润土和3.15g的无水碳酸钠，高速搅拌20min，其间至少停两次，以刮下粘附在容器壁上的粘土，在24±3℃下密闭养护24小时，制备得到复合盐水基浆。
将本发明制备得到的钻井液用增粘提切剂按照质量分数的1.5％加入复合盐水基浆中，然后高搅20min，测定其常温下的流变性能以及滤失量；然后进行150℃/16h的高温老化，取出，高搅5min。按照gb/t16783.1-2006《石油天然气工业钻井液现场测试第1部分:水基钻井液》中6.3的规定测定流变性能；表观粘度av，单位mpa.s；塑性粘度pv，单位mpa.s；动切力yp；初/终切q10s/q10min；按照7.2的规定测定api滤失量flapi。
聚磺钻井液的配制及性能评价：
量取300ml质量浓度为4％的预水化基浆(预水化基浆由4wt％钠膨润土、0.3wt％碳酸钠和水组成)，高搅5min；按照质量分数的1.5％增黏提切剂加入预水化基浆中，高搅5min；再称取质量分数5％的smc、5％的smp-3和0.1％的氢氧化钠一起加入到基浆中高搅10min；再加入质量分数5％氯化钾，高搅5min；最后加入170％重晶石，高搅20min，配成密度为1.8g/cm3的水基钻井液。
按照gb/t16783.2-2012《石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液》进行聚磺钻井液室温流变性能评价。再将配制的钻井液装入高温陈化釜，置于135～200℃的滚子炉中滚动16小时，再按照gb/t16783.2-2012《石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液》进行聚磺钻井液流变性和降滤失性能评价。流变和降滤失性能包括：表观粘度av，单位mpa.s；塑性粘度pv，单位mpa.s；动切力yp；初/终切q10s/q10min；中压滤失flapi。
具体实施方式
下面将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经改进或润饰的所有其它实例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
在反应釜中加入176g水，开启搅拌，加入24g丙烯酸和20g的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、36g的丙烯酰胺、0.08g的二乙烯基苯、0.225g的3-苯甲巯基硫代羰基丙酸和1.15g吐温80，然后用质量浓度为30％的氢氧化钠溶液调节体系ph值为7.0，得到水相。
在反应釜中加入115g的白油和10.35g的司盘-80，搅拌至全部溶解，得到油相。
在搅拌条件下，将得到水相慢慢加入油相，搅拌30min，高速乳化，转速为14000rpm，10min，得到乳液。
将上述乳液放入反应釜中，升温至35℃，通氮气30min，依次加入0.16g的过硫酸铵和0.16g的亚硫酸氢钠，搅拌10min后停止搅拌，静置恒温反应8小时，得到钻井液用增粘提切剂。
配制不同浓度的本发明实施例1制备的钻井液用增粘提切剂溶液，随溶液浓度的增加，粘度增加缓慢，粘度曲线较平缓，不同于线性聚合物溶液粘度特性，说明本发明实施例1制备的产物形成超支化结构。
采用与本发明实施例1相同单体原料以及用量比例采用水溶液聚合方法制备得到比较例线性聚合物增粘提切剂：
线性聚合物制备过程中不加入raft链转移剂，其它原料配比、引发剂加量、温度及合成工艺相同。
将本发明实施例1和比较例制备的钻井液用增粘提切剂配制成质量浓度为1％的聚合物溶液，按照上述技术方案所述的方法，测试其粘度保持率，检测结果如表1所示。
表1本发明实施1和比较例1制备的钻井液用增粘提切剂的粘度保持率
从表1可以看出，实施例1和比较例1制备的产品经高温老化后均有不同程度的降解，线性聚合物的粘度保持率为4.7％，实施例1制备得到的产品的粘度保持率为85％，本发明制备的超支化聚合物具有较好的抗温性能。
实施例2
在反应釜中加入154g水，开启搅拌，加入67g的2-丙烯酰氧基-2-甲基丙磺酸、53g的丙烯酰胺、0.12g的二乙烯基苯、0.34g的4-氰基戊酸二硫代苯甲酸酯和2.52g吐温60，然后用质量浓度为30％的氢氧化钠溶液调节体系ph值为8.0，得到水相。
在反应釜中加入101g的白油和10.08g的司盘-60，搅拌至全部溶解，得到油相。
在搅拌条件下，将得到水相慢慢加入油相，搅拌30min，高速乳化，转速为14000rpm，10min，得到乳液。
将上述乳液放入反应釜中，升温至60℃，通氮气30min，加入0.18g过氧化引发体系过硫酸铵，搅拌10min后停止搅拌，静置恒温反应8小时，得到钻井液用增粘提切剂。
按照实施例1所述的方法制备比较例线性聚合物增粘提切剂(制备原料及工艺条件与实施例2相同)。
按照上述技术方案所述的方法，将本发明实施例2和比较例制备的钻井液用增粘提切剂加入到复合盐水浆中并测试其性能，检测结果如表2所示。
表2本发明实施例2和比较例2制备的复合盐水基浆性能
由表2可知，本发明制备的超支化聚合物在复合盐水浆中经高温老化后仍具有较高的表观粘度，api滤失量为8.6ml；比较例的线性聚合物经高温老化后表观粘度降低幅度较大，api滤失量迅速增加，本发明制备的钻井液用增粘提切剂具有良好的抗盐和降滤失性能。
实施例3
在反应釜中加入165g水，开启搅拌，加入56g的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、44g的丙烯酰胺、0.15g的二丙烯酸酯聚乙二醇酯、0.281g的4-氰基戊酸二硫代苯甲酸酯和2.7g辛基酚聚氧乙烯醚，然后用质量浓度为30％的氢氧化钠溶液调节体系ph值为9.0，得到水相。
在反应釜中加入108g的白油和10.8g的司盘-85，搅拌至全部溶解，得到油相。
在搅拌条件下，将得到水相慢慢加入油相，搅拌30min，高速乳化，转速为14000rpm，10min，得到乳液。
将上述乳液放入反应釜中，升温至35℃，通氮气30min，加入0.2g的偶氮二异丁腈，搅拌10min后停止搅拌，静置恒温反应10小时，得到钻井液用增粘提切剂。
按照实施例1的方法制备比较例线性聚合物增粘提切剂(制备原料及合成工艺与实施例3相同)。
按照上述技术方案所述的方法，将本发明实施例3和比较例制备的增粘提切剂加入到聚磺钻井液中，测试其性能，如表3所示。
表3本发明实施例3和比较例3制备的聚磺钻井液性能
由表3可以看出，加入2.0％超支化聚合物产品高温老化后切力相对较大，本发明制备的产品在高温老化后在钻井液中具有较好的增粘提切效果，可有效的控制钻井液滤失量，提高钻井液高温稳定性能。钻井液经过老化后，加入比较例产品的钻井液底部出现沉降，而加入本发明制备的产品的钻井液的动切力和初终切保持较好，本发明制备的产品具有良好的抗温性能和护胶能力。
实施例4
在反应釜中加入165g水，开启搅拌，加入56g的2-丙烯酰氧基-2-甲基丙磺酸、44g的丙烯酰胺、0.6g的二丙烯酸酯聚乙二醇酯、0.76g的3-苯甲巯基硫代羰基丙酸和3.24g吐温80，然后用质量浓度为30％的氢氧化钠溶液调节体系ph值为7.5，得到水相。
在反应釜中加入108g的白油和7.56g的司盘-60，搅拌至全部溶解，得到油相。
在搅拌条件下，将得到水相慢慢加入油相，搅拌30min，高速乳化，转速为14000rpm，10min，得到乳液。
将上述乳液放入反应釜中，升温至35℃，通氮气30min，加入0.36g的偶氮二异丁基脒盐酸盐，搅拌10min后停止搅拌，静置恒温反应5小时，得到钻井液用增粘提切剂。
按照实施例1所述的方法制备比较例线性聚合物增粘提切剂(制备原料及合成工艺与实施例4相同)。
按照上述技术方案所述的方法，将本发明实施例4和比较例制备的增粘提切剂加入到聚磺钻井液中，测试其性能，如表4所示。
表4本发明实施例4和比较例4制备的聚磺钻井液性能
从表4看出，常温状态下，相同加量的聚合物处理剂，超支化聚合物高温老化后的粘度和切力保持较好。高温老化后加入本发明制备的增粘提切剂后钻井液的动切力为19，而比较例的钻井液的动切力为3，比较例聚合物在高温下由于降解，护胶能力下井，体系切力显著降低，导致老化钻井液出现沉降。本发明提供的方法制备得到的产品具有良好的增粘提切效果和抗温性能。
由以上实施例可知，本发明提供了一种钻井液用增粘提切剂的制备方法，包括：将水相物料加入到油相物料中进行乳化，得到乳液；将所述乳液和引发剂进行聚合反应，得到钻井液用增粘提切剂。本发明采用反相乳液聚合方法，通过raft可控聚合方式合成具有超支化结构的增粘提切聚合物，反应过程易控制，得到的产物抗温性好。与线性聚合物相比，在相同分子量下，本发明制备得到的超支化聚合物在水中的分散性更好、粘度更低，本发明提供的反相乳液聚合物不需要烘干、粉碎，可直接加入到钻井液中使用。本发明中的反相乳液聚合物与粉状聚合物相比，在达到相同效果的情况下，可以大大减少用量，降低钻井液的处理费用，具有良好的应用前景。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。