一种抗高温有机硅交联淀粉降滤失剂及其制备方法与应用

本发明属于石油天然气，涉及一种抗高温有机硅交联淀粉降滤失剂及其制备方法与应用。

背景技术：

1、随着全球经济的增长以及石油工程技术的不断发展，全球油气勘探开发已逐渐转向深层、超深层。钻井液被称为钻井的“血液”，对解决钻井过程中的“坍塌、卡钻、井漏、井喷”和储层保护等至关重要。随着世界环保要求的日益严格，对钻井液处理剂提出了更高的环保要求。实现钻井工程的“清洁生产”，对绿色勘探开发深层、超深层油气资源具有重要意义。

2、淀粉及其改性产物，因环保性能好，无毒易生物降解，常被作为添加剂来增加钻井液的粘度，降低滤失量和稳定井壁，已在中、浅层钻井作业中被大量应用。然而，天然淀粉的水溶性差，分子结构单一，抗温性差，限制了其在深井、超深井中的应用。目前，经过衍生化、接枝或交联反应改性淀粉，可在一定程度上提高淀粉的抗温性能，但大多数的改性淀粉抗温不高于150℃，抗温性难以进一步提高。而且改性后的淀粉降滤失剂性能单一、不符合钻井液处理剂一剂多用、多功能化的发展趋势，难以有效降低钻井液的成本，在一定程度上影响了“安全、环保、优质、高效”的油气钻探。

3、中国专利文献cn108774506a公开了一种抗高温型醚化改性淀粉降滤失剂的制备方法，以玉米淀粉或木薯淀粉为原料，以异丙醇为反应溶剂，加入碱化剂、交联剂、醚化剂等经过碱化、交联和醚化反应生成交联高取代度羧甲基淀粉，其抗温达150℃。中国专利文献cn106634880a公开了一种水基钻井液用双亲淀粉降滤失剂的制备方法，采用蜡质玉米淀粉先与亲水改性剂反应，后通过自由聚合反应将疏水单体接枝到蜡质玉米淀粉上而形成，可在130～150℃使用。中国专利文献cn112010987a公开了一种钻井液用无机改性淀粉降滤失剂的制备方法，通过三偏磷酸钠对淀粉进行酯化改性，对淀粉内醚键进行保护，提高淀粉分子结构热稳定性，产品抗温可达140℃。中国专利文献cn108774508a公开了一种淀粉基有机硅耐高温降滤失剂，该降滤失剂是由淀粉、丙烯酰胺、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷以及引发剂在水中反应生成的共聚物。然而该方法中的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷在水中易水解生成硅醇，彼此间发生缩聚反应，与丙烯酰胺单体的共聚反应较少，聚丙烯酰胺与淀粉之间的相互作用力较弱，降滤失剂的抗温性能只能达到180℃。中国专利文献cn113072918a提供一种抗高温淀粉基钻井液，其涉及抗高温改性淀粉核心处理剂，抗高温改性淀粉是由具有刚性基团、阴离子水化基团和阳离子抑制基团的高性能聚合单体通过接枝改性淀粉制备得到的，但该抗高温淀粉钻井液抗温能力仅有180℃。

4、因此，研制出一种抗高温(≥200℃)的环保型改性淀粉降滤失剂是当前抗高温环保钻井液技术发展的需要。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，尤其是针对现有钻井液用淀粉降滤失剂在高温环境中易降解失效的技术难题，本发明提供了一种抗高温有机硅交联淀粉降滤失剂及其制备方法与应用。本发明的有机硅交联淀粉降滤失剂能够抗高温(≥200℃)且能够实现降滤失的作用。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种抗高温有机硅交联淀粉降滤失剂的制备方法，包括如下步骤：

4、(1)有机硅交联剂的制备

5、将γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷(kh560)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(kh570)加入溶剂中，调节体系ph至1-5后，在氮气保护下进行反应；反应完成后，将所得反应液除去溶剂，得到有机硅交联剂；

6、(2)抗高温有机硅交联淀粉降滤失的制备

7、向水中加入淀粉，进行糊化反应，得糊化淀粉溶液；将丙烯酰胺类单体、阴离子单体、阳离子单体加入到去离子水中，得单体溶液，调节单体溶液的ph至5-9后加入到糊化淀粉溶液中，加入步骤(1)中制备的有机硅交联剂，得混合反应液，通氮气除氧后，升温至反应温度，加入引发剂，热引发聚合反应；反应结束后，所得产物经干燥、粉碎，即得抗高温有机硅交联淀粉降滤失剂。

8、根据本发明优选的，步骤(1)中所述γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷(kh560)与γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(kh570)的质量比为1-1.2:1。

9、根据本发明优选的，步骤(1)中所述溶剂为水和乙醇的混合溶液，混合溶液中水和乙醇的体积比1-2:10；所述溶剂的体积与γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷(kh560)的质量之比为22ml:1-5g。

10、根据本发明优选的，步骤(1)中使用盐酸溶液调节体系的ph为1-5，进一步优选的，使用盐酸溶液调节体系的ph为2-3；所述盐酸溶液的质量分数为36-38％。

11、根据本发明优选的，步骤(1)中所述反应的温度为40-70℃，进一步优选为50-60℃；所述反应的时间为4-8h，进一步优选为5-6h。

12、根据本发明优选的，步骤(2)中所述淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉中的一种或两种以上的组合。

13、根据本发明优选的，步骤(2)中所述糊化反应的温度为60-90℃，进一步优选为70-80℃；所述糊化反应的时间为1-4h，进一步优选为2-3h；所述糊化淀粉溶液的质量分数为10-40％，进一步优选为20-30％。

14、根据本发明优选的，步骤(2)中所述丙烯酰胺类单体为丙烯酰胺(am)、甲基丙烯酰胺(mam)、n,n-二甲基丙烯酰胺(dmaa)中的一种或两种以上的组合。

15、根据本发明优选的，步骤(2)中所述阴离子单体为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(amps)、苯乙烯磺酸钠(sss)、乙烯基磺酸钠(vs)中的一种或两种以上的组合。

16、根据本发明优选的，步骤(2)中所述阳离子单体为二烯丙基二甲基氯化铵(dmdaac)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(dmc)、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(dac)中的一种或两种以上的组合。

17、根据本发明优选的，步骤(2)中所述丙烯酰胺类单体、阴离子单体、阳离子单体的质量比为1-5:1-2:1-2；所述单体溶液的总质量分数为10％-40％，进一步优选为20-30％；所述单体的总质量指的是丙烯酰胺类单体、阴离子单体、阳离子单体的质量之和。

18、根据本发明优选的，步骤(2)中使用质量分数为20-30％的naoh水溶液调节单体溶液的ph至5-9。

19、根据本发明优选的，步骤(2)中所述丙烯酰胺类单体、阴离子单体、阳离子单体的总质量与淀粉的质量之比为1-5:5；所述有机硅交联剂的质量与淀粉、丙烯酰胺类单体、阴离子单体、阳离子单体的总质量之比为0.05-0.1:1。

20、根据本发明优选的，步骤(2)中所述引发剂为过硫酸钾(kps)、过硫酸铵(aps)、偶氮二异丁腈(aibn)、偶氮二异丁脒盐酸盐(v50)中的一种或两种以上的组合；所述引发剂的质量与丙烯酰胺类单体、阴离子单体、阳离子单体、淀粉的总质量之比为0.01-0.05:1，进一步优选为0.02-0.03:1。

21、根据本发明优选的，步骤(2)中所述反应温度为30-80℃，进一步优选为50-70℃；所述聚合反应的时间为2-6h，进一步优选为3-5h。

22、一种抗高温有机硅交联淀粉降滤失剂，采用上述制备方法制备得到。

23、根据本发明，上述抗高温有机硅交联降滤失剂在水基钻井液中的应用；优选的，所述水基钻井液中抗高温有机硅交联降滤失剂的浓度为5-30g/l。

24、本发明的技术特点及有益效果如下：

25、1、本发明的降滤失剂中引入了通过特定的硅烷偶联剂缩合制备得到的抗高温有机硅交联剂：一方面，有机硅交联剂的双键可与乙烯类单体进行共聚反应，充当乙烯类聚合物的化学交联点；另一方面，有机硅交联剂的环氧官能团可与淀粉上的羟基进行开环交联反应，进而可对淀粉中的多聚葡萄糖结构进行交联；有机硅交联剂作为乙烯类共聚物和淀粉的共同化学交联点，不但增强了二者间的相互作用，而且限制了聚合物链段在高温环境的运动，进而提高了改性淀粉降滤失剂的耐温性能。

26、2、本发明的改性淀粉降滤失剂引入的阴离子单体，增强了改性淀粉的抗温水化能力，赋予了改性淀粉降滤失剂优异的护胶能力；引入的阳离子单体，强化了改性淀粉降滤失剂在膨润土颗粒表面的吸附，维持了膨润土颗粒的粒径分布，进而有效降低了滤失量。

27、3、本发明合成的改性淀粉降滤失剂抗温能力优异，200℃高温老化后仍具有优异的降滤失能力，并且具有优异的环保性能，在抗高温环保水基钻井液领域具有广泛的应用前景。