[发明专利]AM/NAI/APEG聚合物粘土稳定剂及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在油田钻井和开发过程中抑制粘土水化膨胀的聚合物粘土稳定剂及其合成方法。 

技术背景

在钻井过程中，所遇地层75%为泥页岩，泥页岩井壁失稳占整个井壁失稳的90%以上。研究表明，粘土作为泥页岩的主要成分，在外部水环境的作用下，粘土的水化膨胀是导致泥页岩力学强度降低，诱发工程问题主要原因。在工程上一般采用在工作液中加入粘土稳定剂，抑制粘土的水化，来减缓和抑制岩石强度的降低，保证井壁的稳定性（刘向君,刘洪等.钻井液浸泡对库车组泥岩强度的影响及应用研究,岩石力学与工程学报,2009.9,28(2):3920-3925）。高分子量的聚丙烯酰胺（PAM）和水解丙烯酰胺（HPAM）被使用在钻井液体系中，在增加粘度的同时，其较长的分子链可以吸附和包裹在岩石表面，阻止水与粘土接触，达到抑制粘土水化的目的。然而,在地层高温、高盐、高流速条件下，PAM和HPAM常常表现出很差的稳定性而达不到实际施工的要求。 

自从上世纪80年代以来，国内外大量的化学工作者和石油工作者对粘土稳定做了很多研究，这些粘土稳定剂概况起来主要有以下几类，(1)阳离子季铵盐聚合物：如环氧氯丙烷与二乙胺的开环聚合物(刘林，小阳离子粘土稳定剂PTA研制与应用,精细石油化工进展,2010,11(1):17-19)。(2)聚丙烯腈类：如聚丙烯晴(FAN Z X,WANG L L,SUN M B,WEN Y J Preparation of Heat Resistant,Salts Tolerant and Inhibitory Filtrate Loss Reducer KWY for Aqueous Drilling Fluids from Acrylic Fibrious Waste.Oilfield Chemistry，2005,22:9-12)。(3)两性离子聚合物：如丙烯酰胺/2-丙烯酰氧基-2-甲基丙基磺酸/二乙基二烯丙基氯化铵三元共聚物(王中华.AM/AOPS/DEDAAC共聚物防塌降滤失剂的合成,河南化工,2009,26(3):20-22)。(4)聚合醇类：如：聚乙二醇（刘平德等,水基聚乙二醇钻井液页岩稳定性研究,天然气工业,2001,6:43-49）。 

以上不同类型的粘土稳定剂，大部分都是丙烯酰胺（AM）与特殊功能单体的共聚物，虽然它们在一定程度上都有一定的粘土稳定能力，但在抑制泥页岩的水化和抗高温、高盐的稳定性方面表现出一定的不足。基于此：一方面，我们拟在PAM分子链中引入可增加分子链刚性的咪唑环结构提高聚合物的热稳定性（Wao X Q,Li Y Z,Wang B,Mimicry of peroxidase by co-immobilization of 1-allylimidazole and hemin on N-isopropylacrylamide-based hydrogel,Anlytica Chimica Acta,2009,1216(18):135-142.），以及利用咪唑环上的氮原子易于结合氢离子等而形成季铵盐结构特点（蒋斌,张静等,含咪唑啉环不对称双季铵盐的合成及其缓蚀性能,精细化工,2009,8:30-36）；另一方面，在侧链上引入烯丙基聚氧乙烯醚结构，拟利用聚醚类结构特点来增强分子对泥页岩水化抑制的作用（郭东荣，高锦屏等,聚乙二醇抑制机理的研究,钻井液与完井液，1997,2:65-60.）。通过上述两类功能单体与AM共聚合制备一种具有较好抗温、高盐和抑制粘土水化膨胀、保持岩石强度的粘土稳定剂。 

发明内容

本发明的目的在于：为了使聚合物既有良好的耐温耐盐性能，并能有效的防止粘土水化膨胀，保持岩石强度。特提供了一种聚合物粘土稳定剂及合成方法。 

为了达到以上目的，本发明采用以下技术方案： 

一种咪唑类水溶液聚合物粘土稳定剂，包含丙烯酰胺代号AM，N-烯丙基咪唑代号 NAI，丙烯醇聚氧乙烯醚代号APEG，三种结构单元构成的AM/NAI/APEG的三元聚合物，其结构式为：