[发明专利]钻井液用抗高温两性离子聚合物降滤失剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及石油钻井过程中用于高温高压地层钻井的钻井液降滤失剂及 其制备方法，特别是涉及两性离子聚合物降滤失剂及其制备方法。

背景技术

我国在钻井液降滤失剂研究与应用方面已取得较大进展，随着钻井液工 艺技术的不断发展，在深井、超深井钻进过程中，研制与应用抗高温钻井液 降滤失剂成为当务之急，目前抗高温钻井液降滤失剂主要在以下方面取得一 定进展：1、采用几种抗高温的单体合成出抗高温降滤失剂，选择的单体不 同，合成的方法不同，产品主要是阴离子型或者阳离子型，导致产品性能单 一，不能满足现场需要；2、采用表面活性剂作为提高主体聚合物降滤失剂的 温度稳定剂，使用该方法达到的效果有限；3、采用天然抗高温原材料进行改 性，从而获得改性的抗高温降滤失剂，如腐殖酸类、淀粉类降滤失剂，但其 使用有很多局限性，如淀粉类降滤失剂使用时，对钻井液矿化度、PH值、温 度等条件有较高的要求，因此其使用范围受到限制。

总的来说，为适应钻井的需要，钻井液降滤失剂必须向适用于深井(大 于4500m)、抗高温(150～180℃或更高)、抗盐(至饱和)、抗钙或镁，对环 境友好，适用海上钻井和深井钻探的方向发展。由于两性离子聚合物中既含 有具有吸附和水化双重作用的阳离子基团，又含有大量的水化基团，可以在 粘土颗粒周围形成致密的水化层，阻止和延缓水分子与粘土表面接触，起到 防止粘土颗粒水化膨胀的目的，同时具有抗高温降滤失性能和抗盐性等优点， 其研制和应用逐步受到重视(王中华，油田用表面活性剂现状和发展趋势，[J] 河南化工，2006，23(1)：4～6.；张克勤，卢彦丽等，国外钻井液处理剂20年 发展分析，[J]钻井液与完井液，2005，(22)5：1～4)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钻井液用抗高温两性离子聚合物降滤失剂， 该降滤失剂具有较理想的抗高温(＞220℃)降滤失性能、页岩抑制性能和稳定的 流体流变性能。本发明的另一目的是提供该降滤失剂的制备方法，该方法简 便可行，易于操作，收率较高。

为达到以上目的，本发明提供以下技术方案。

钻井液用抗高温两性离子聚合物降滤失剂，其结构式如下：

其中：a＝50.1％～66.7％，b＝10％～25％，c＝3.7％～5.6％，d＝1-a-b-c

钻井液用抗高温两性离子聚合物降滤失剂(PAADS)，以丙烯酰胺(AM)、 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)、 苯乙烯磺酸钠(SSS)四种单体为原料，采用溶液聚合法共聚而合成。

本发明选用具有C＝C不饱和双链的单体进行共聚得到主链为C-Cσ共价键 的聚合物。侧链主要是水化基团和吸附基团，侧链失去会引起其吸附和水化 作用降低，因此侧链采用C-S、C-N等结构，由于它们热能很高，抗温能力强， 高温下不易断裂，在高温、高压、高碱性条件下非常稳定。

由于-SO₃-在高温高盐中表现了非常优良的性能，本发明在分子侧链上引 入亲水能力最强的-SO₃H，特别是在高温下分子仍具有很强的水化能力；其抗 盐性也很突出，即使在饱和盐水中仍然具有良好的溶解性。此外，为了使处 理剂在较低pH值情况下也能充分发挥其效力，要求亲水基团的亲水性尽量不 受pH值的影响。相比之下，带有磺酸基的处理剂可以较好地满足这一要求； -CONH₂能与金属离子形成稳定的五员环和六员环鳌合，增强高分子的吸附能 力，因此选择这两种官能团。

该两性离子聚合物降滤失剂的制备方法，依次包括以下步骤：

(1)按照以下摩尔比称量四种单体，丙烯酰胺(AM)∶2-丙烯酰胺-2-甲基丙 磺酸(AMPS)∶二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)∶苯乙烯磺酸钠(SSS) ＝(9～11)∶(3～4)∶(0.5～1.5)∶(1.0～1.5)；

(2)将AMPS和水溶解于反应器中，在冷却条件下，用氢氧化钠溶液调节 pH值至中性，然后加入用水溶解了的AM，并升温至60℃，加入DMDAAC、 SSS搅拌，通N₂30分钟后，加入0.3％的引发剂过硫酸铵-亚硫酸氢钠，单体 总浓度为20％，采用溶液聚合法共聚；

(3)反应5-6小时后，得粘弹性共聚物胶体，用无水乙醇沉淀，得白色沉淀 物；