一种抗超高温高盐有机/无机杂化两性离子降滤失剂及其制备方法与应用

本发明属于钻井，具体涉及一种抗超高温高盐有机/无机杂化两性离子降滤失剂及其制备方法与应用。

背景技术：

1、我国深部地层温度、压力高，多含盐膏层，高温、高盐环境下，钻井液流变性和滤失难以调控，井下坍塌、卡钻、溢流等事故频发，严重时甚至导致井眼报废，因此，研制一种抗高温高盐的降滤失剂是解决上述问题的关键。

2、人工合成聚合物分子量可调、官能团配比可调，是目前研究的主流，但常规共聚物难以兼具优良的抗温抗盐性能。中国专利文献cn114989351a公开了一种低分子量的降滤失剂，抗温达200℃，抗盐达饱和，但是酯类单体易高温降解，该聚合物的抗温性能有待提高。中国专利文献cn115850578a公开了一种聚合物降滤失剂，抗温达230℃，但抗盐仅4％，其抗盐性能有待提高。超深井井底温度达220℃以上，科研人员尝试将将纳米颗粒与聚合物枝接来提聚合物的抗温能力。例如：中国专利文献cn112457454a公开了一种有机/无机杂化聚合物，在150-210℃下都有较好的降滤失性能，但其抗温抗盐性能还需进一步提高。中国专利文献cn111303356a公开了一种非磺化抗温降滤失剂，在常温与180℃～200℃条件下均具备良好的降滤性能，但是其抗温性能还需进一步提高。中国专利文献cn112011318a公开了一种纳米二氧化硅与聚合物枝接共聚的两性离子聚合物，抗温达200℃，耐盐至饱和，但是其抗温性能还需进一步提高。中国专利文献cn116082570a公开了一种纳米复合降滤失剂，在淡水中抗温达240℃，但其抗盐和抗钙性能还需进一步提升。纳米颗粒刚性强，比表面积小，能够增强聚合物的抗温性能和吸附性能，堵塞泥饼内部失水通道，起到降滤失的作用，但现有的有机/无机杂化处理剂抗温性能不足，缺少抗盐性能研究或未使用磺化处理，难以适用于超深井超高温、高矿化度的苛刻环境。中国专利文献cn114716607a、cn106366243a都公开了一类新型甜菜碱共聚物降滤失剂，甜菜碱中的阳离子基团能够增强聚合物在高温下的吸附能力，水化能力强的阴离子基团能够增强聚合物的抗盐能力，但是其抗k+、抗ca2+性能和高温高压滤失性能均需要进一步提升。

3、因此，亟需研发一种抗温抗盐性能优异的降滤失剂来满足超深井钻探的要求。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，尤其是针对现有降滤失剂抗温、抗盐性能较低的不足，本发明提供了一种抗超高温高盐有机/无机杂化两性离子降滤失剂及其制备方法与应用。

2、本发明是通过如下技术方案实现的：

3、一种抗超高温高盐有机/无机杂化两性离子降滤失剂，包括如下重量份的原料：n,n-二甲基丙烯酰胺15-25份、kh570改性纳米二氧化硅2-7份、甜菜碱单体7-15份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸5-10份、引发剂0.1-0.2份、去离子水80-120份。

4、根据本发明优选的，所述kh570改性纳米二氧化硅按照下述方法制备得到：

5、向纳米二氧化硅乙醇分散液中加入kh570分散液，混合均匀后，调节体系ph至7；之后升温至反应温度，进行反应；反应完成后，经过滤、洗涤、干燥，得到kh570改性纳米二氧化硅；

6、进一步优选的，所述纳米二氧化硅乙醇分散液中纳米二氧化硅与乙醇的质量比为15-25:100；所述纳米二氧化硅的粒径为20-60nm。

7、进一步优选的，所述kh570分散液中kh570与溶剂的质量比为1-3:100；所述溶剂为水和乙醇的混合溶液，混合溶液中水和乙醇的质量比为1:9-10；所述kh570与纳米二氧化硅的质量比为1-3:20。

8、进一步优选的，使用三乙胺调节体系的ph。

9、进一步优选的，所述反应温度为55-65℃，反应时间为4-8h。

10、进一步优选的，所述洗涤为使用乙醇洗涤；所述干燥为在室温下真空干燥或在室温下晾干；室温具有本领域公知含义，指25±5℃。

11、根据本发明优选的，所述甜菜碱单体按照下述方法制备得到：

12、(1)将甲醛合次硫酸氢钠溶于去离子水中，加入二甲胺水溶液进行反应；反应完成后，离心，所得沉淀经干燥，得到(二甲胺)甲基磺酸钠；

13、(2)将(二甲胺)甲基磺酸钠溶于乙醇水溶液中，得到溶液1；将4-氯苯乙烯溶于无水乙醇中，得到溶液2；将溶液1滴加到溶液2中，进行反应；反应结束后，经过滤、洗涤、干燥、粉碎，得到甜菜碱单体。

14、优选的，步骤(1)中所述甲醛合次硫酸氢钠与去离子水的质量比为1:2-6。

15、优选的，步骤(1)中所述二甲胺水溶液的浓度为30-40wt％；所述二甲胺与甲醛合次硫酸氢钠的质量比为0.5-0.8:1。

16、优选的，步骤(1)中所述反应的温度为25-35℃，所述反应的时间为60-80h。

17、优选的，步骤(1)中所述干燥为在40-50℃下真空干燥10-15h。

18、优选的，步骤(2)中所述乙醇水溶液中乙醇与水的质量比为1:1；所述乙醇水溶液与(二甲胺)甲基磺酸钠的质量比为100:6-8。

19、优选的，步骤(2)中所述4-氯苯乙烯与无水乙醇的质量比为4-5:40；所述4-氯苯乙烯与(二甲胺)甲基磺酸钠的质量比为4-5:6-7。

20、优选的，步骤(2)中所述溶液1的滴加时间为5-10min。

21、优选的，步骤(2)中所述反应的温度为40-50℃，反应的时间为18-30h。

22、优选的，步骤(2)中所述洗涤为使用乙腈洗涤3-5次；所述干燥为在60-70℃下真空干燥10-15h。

23、根据本发明，所述甜菜碱单体的制备路线如下所示：

24、

25、根据本发明优选的，所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵或过硫酸钠。

26、根据本发明优选的，所述抗超高温高盐有机/无机杂化两性离子降滤失剂的制备方法，包括以下步骤：

27、将n,n-二甲基丙烯酰胺、kh570改性纳米二氧化硅、甜菜碱单体、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸加入水中，搅拌至充分分散；之后升温至反应温度，加入引发剂，进行反应，得到聚合物粗品；将聚合物粗品洗涤、干燥、粉碎，得到抗超高温高盐有机/无机杂化两性离子降滤失剂。

28、根据本发明优选的，所述反应温度为55-65℃，所述反应的时间为5-7h。

29、根据本发明优选的，所述洗涤为使用丙酮进行洗涤；所述干燥为在80-100℃下干燥20-30h。

30、根据本发明，上述抗超高温高盐有机/无机杂化两性离子降滤失剂在230℃下抗氯化钠达饱和，抗氯化钾达7.0％，抗氯化钙达3.0％。

31、根据本发明，上述抗超高温高盐有机/无机杂化两性离子降滤失剂在深井超深井钻探中应用，在钻井液中的浓度为1-3wt％。

32、本发明的技术特点及有益效果如下：

33、1、本发明的抗超高温高盐降滤失剂是由kh570改性纳米二氧化硅、n,n-二甲基丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、甜菜碱单体通过自由基聚合制得的一种有机/无机杂化的两性离子聚合物。本发明的抗超高温高盐降滤失剂中加入了特定量和特定种类的甜菜碱单体，与二甲基二烯丙基氯化铵(dmdaac)、苯乙烯基磺酸钠(sss)这些纯阳离子单体或纯阴离子单体不同，甜菜碱单体既带有季铵阳离子基团又带有磺酸盐基团，因此它既具有阳离子单体的吸附性能又具有磺酸盐单体的抗盐性能，使聚合物在高温下紧密吸附在粘土表面，维护粘土在高温、高盐下的胶体稳定性，使用甜菜碱单体能够节省原料的用量，降低成本。本发明的抗超高温高盐降滤失剂中加入了特定量的改性纳米二氧化硅，本发明的改性纳米二氧化硅具有比表面积大、吸附能力强、耐高温、封堵性好的特点，在聚合物中引入改性纳米二氧化硅链结可以增强聚合物的吸附性能和耐温性能，还能使聚合物有效填塞泥饼内部的失水通道，降低滤失量。

34、2、本发明的降滤失剂各个组合以特定的比例共同作用，实现本发明的优异效果，即本发明的降滤失剂在超高温、高盐条件下具有优异的降滤失性能，满足高温、高盐地层的钻探需求。