一种聚合物及其制备方法和应用与流程

本发明涉及石油勘探开发领域，具体涉及一种聚合物及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着钻探目标逐步转向深部地层，而在深部地层钻进过程中，钻遇超高温高压地层的几率增大。在美国、北海等地区，井底温度常常超过200℃、井底最高压力超过110mpa；在国内南海莺琼盆地，地温梯度高，地层压力异常高，实钻井底最高温度达到249℃。超高温条件下，钻井液各项性能恶化，以降滤失性能和流变性能下降尤为突出，出现泥饼增厚、滤失量增大、粘度难以维持的现象。若钻遇盐膏层、高温盐水层，以上问题会进一步加剧，易引起一系列井下复杂事故，给深井超深井安全钻探带来巨大风险。因此，需要研究一种抗高温抗盐的降滤失剂。

2、目前，抗高温抗盐降滤失剂以磺酸盐聚合物为主，采用含磺酸盐基团的单体与其他功能单体进行聚合反应，专利cn105733524a公开了一种抗高温、耐盐的降滤失剂及其制备方法，其提供了一种由磺酸盐单体2-丙烯酰胺-2甲基-丙磺酸、丙烯酰胺、苯乙烯磺酸钠、马来酸酐聚合而成的降滤失剂。专利cn104263329b公开了钻井液用耐高温耐盐降滤失剂及其制备方法，其提供了一种由丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2甲基-丙磺酸、衣康酸经过乳液聚合形成的聚合物。专利cn102559156b公开了一种钻井液用高温高盐降滤失剂及其制备方法，其提供了一种由丙烯酰胺、丙烯酸、含有丙烯酰氧基的烷基磺酸盐共聚物降滤失剂。以上聚合物均在高温高盐条件下具有较好的降滤失特性。文献“dmaa/amps/dmdaac/nvp四元共聚耐温耐盐钻井液降滤失剂的研制”(《油田化学》,34(1),2017)利用n,n-二甲基丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵、n-乙烯基吡咯烷酮、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚得到了一种耐温耐盐降滤失剂，有望用于高温高盐地层。

3、上述专利或文献中的聚合物降滤失剂在分子结构设计中，更主要的考虑到磺酸盐单体的易水溶性、空间位阻效应，含环状结构单体的刚性效应，从而维持分子结构不易变化起到抗温作用，其次会引入一些阳离子单体起到一定抑制性，协同降滤失，这类聚合物降滤失剂虽然在高温和高盐条件下有一定的降滤失效果，但局限于低价盐离子如氯化钠盐水条件，并没有考虑高价盐离子如氯化钙、氯化镁条件下的降滤失效果，未针对高价盐离子作出特殊结构设计。

4、综上，现有技术的降滤失剂在高温含盐条件下降滤失性能会受到影响，需要研究一种降滤失剂，能够同时提升抗高温和抗盐的能力。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述问题，本发明提供一种聚合物，选择了特定的功能单体，不仅能够在高温下保持降滤失性能，并且在低价盐离子和高价盐离子条件下都具有良好的降滤失效果，可用于抗高温抗盐钻井液降滤失剂的制备，可以明显降低钻井液的滤失量。本发明还提供了一种聚合物的制备方法和应用。

2、本发明第一方面提供了一种聚合物，该聚合物为包括单体a、单体b和单体c的聚合物，所述单体a为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(amps)；所述单体b为丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(dac)；所述单体c选自侧链含有聚乙二醇和烷基结构的单体。

3、共聚物侧链含有一定长度的氧乙烯链段，其与金属阳离子的配位作用能够有效抵制高价盐离子污染，提高整个分子抗高价盐的能力；氧乙烯链段末端的烷基疏水基团能够起到高温增溶作用，提高分子的抗高温能力。侧链中的磺酸阴离子基团为聚合物提供良好的吸附和水化作用，使分子更容易在粘土表面形成水化膜，固定大量自由水，减少自由水对粘土的破坏，保持钻井液体系的稳定性。侧链中的阳离子基团可与带有负电荷的粘土表面以静电力方式发生作用，可抑制粘土的分散。

4、根据本发明的一些实施方式，所述聚合物的结构式为：

5、

6、根据本发明的一些实施方式，r选自具有或不具有取代基的c1-c20的烷基、具有或不具有取代基的c1-c20的烯基。

7、根据本发明的一些实施方式，n为1-100的整数。

8、根据本发明的一些实施方式，x:y:z＝2-7:1-5:1，更优选为x:y:z＝2-4.5:1-3:1。x:y:z的比值可以为单体a、单体b、单体c的用量摩尔比。

9、根据本发明的一些实施方式，本发明的聚合物的分子量为常规的分子量选择。

10、根据嗯发明的一些实施方式，x、y和z各自独立地为1-50的整数。

11、根据本发明的一些实施方式，所述取代基选自羟基、酮基和杂原子中的一种或多种。

12、根据本发明的一些实施方式，n＝17、22或42。

13、根据本发明的一些实施方式，r＝烷基或烯基，优选为甲基、乙基、丙基、丁基、乙烯基和丙烯基中的一种或多种。

14、根据本发明的一些实施方式，所述聚合物在引发剂和溶剂的存在下，由包括单体a、单体b和单体c的物料共聚而成。

15、根据本发明的一些实施方式，所述单体c为聚乙二醇甲基丙烯酸酯类化合物(peg-ma)。

16、根据本发明的一些实施方式，所述单体c为(甲基)聚乙二醇甲基丙烯酸酯、(乙基)聚乙二醇甲基丙烯酸酯、(乙烯基)聚乙二醇甲基丙烯酸酯、(丙烯基)聚乙二醇丙烯酸酯中的一种或多种。

17、根据本发明的一些实施方式，所述单体c为(甲基)聚乙二醇甲基丙烯酸酯。

18、根据本发明的一些实施方式，所述引发剂为偶氮类引发剂，更优选为偶氮二异丁腈，和/或，偶氮二异丁脒盐酸盐。

19、根据本发明的一些实施方式，所述单体a、单体b和单体c的总量占单体与溶剂总量的10-20重量％，更优选为12-17重量％。

20、根据本发明的一些实施方式，所述引发剂占所述单体a、单体b和单体c的总量的0.1-0.5重量％，优选为0.2-0.4重量％。

21、根据本发明的一些实施方式，单体a:单体b:单体c:引发剂的重量比＝2-10.8:1.5-7.6:1.6-10:0.01-0.1。

22、本发明的第二方面提供了一种聚合物的制备方法，包括以下步骤：

23、a、将含有单体a的溶液、含有单体b的溶液和单体c进行混合并升温，得到第一溶液；

24、b、将所述第一溶液与引发剂混合并反应、干燥。

25、根据本发明的一些实施方式，所述溶液为水溶液。

26、根据本发明的一些具体实施方式，在步骤a中先将单体a溶于水中，再将单体b溶于水中，并把单体b的水溶液加入到单体a的水溶液中，然后将单体c溶于含有单体a和单体b的溶液中。

27、根据本发明的一些实施方式，所述升温的条件包括：升温至40-60℃，优选为50℃。

28、根据本发明的一些实施方式，步骤b的具体实施方式可以为：向容器中冲入氮气，将引发剂加入第一溶液中。

29、根据本发明的一些实施方式，所述反应条件包括：温度为60-90℃，优选为65-80℃；时间为5-7小时，更优选为6小时。

30、根据本发明的一些实施方式，反应结束后将产物降至室温。

31、根据本发明的一些实施方式，所述干燥的条件包括：温度为100-110℃，优选为105℃，时间为10-20小时，优选为16小时。

32、根据本发明的一些实施方式，干燥结束后进行粉碎，得到细致均匀粉末状降滤失剂。

33、本发明的第三方面提供了上述聚合物以及上述方法制备得到的聚合物在制备降滤失剂领域的应用。

34、与现有技术相比，本发明包括以下有益效果：

35、(1)本发明提供的聚合物，在含4重量％氯化钠、0.5重量％氯化钙、0.7重量％氯化镁的复合盐水中降滤失性能优异，在高价盐和低价盐条件下都能达到良好的抗盐效果。

36、(2)本发明提供的聚合物，具有良好的耐高温性，其体系抗温达到200℃。

37、(3)本发明提供的聚合物以及本发明提供的制备方法得到的聚合物在制备降滤失剂中应用，能够明显增强降滤失剂的抗温抗盐能力。