一種兩性離子聚合物鉆井液處理劑及制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種兩性離子聚合物鉆井液處理劑及其制備方法，屬于水溶性高分子 材料合成制備技術領域。 技術背景
[0002] 隨著石油鉆井向深部和復雜地層發展的需要，對鉆井液性能(流變性和穩定性）提 出越來越高的要求，傳統的聚合物降濾失劑以丙烯酸多元共聚物為主，由于以丙烯酸多元 共聚物為代表的鉆井液降濾失劑具有如下不足：①只有在具有較高的分子量的情況下才能 發揮作用，高分子量的聚合物處理劑隨著在鉆井液中加的增加，使鉆井液的黏度大幅度增 加，影響了鉆井液的流變性，這便出現了降濾失卻使鉆井液黏度增加，帶來流變性和濾失量 控制的矛盾，特別是高密度鉆井液，矛盾更為突出。②丙烯酸多元共聚物吸附基團(酰胺基） 在高溫下易水解而失去作用，同時使吸附基和水化基比例失調；水化基遇鈣、鎂等高價離子 易沉淀，抗溫抗鹽能力較差。③陰離子性的丙烯酸多元共聚物防塌抑制能力不能滿足鉆井 液抑制和防塌的需要。針對上述不足，國內外圍繞提高聚合物處理劑抗溫抗鹽和抑制能力 開展了大量的研究，先后研制了以2-丙烯酰胺及-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰胺（AM)、 丙烯酸（AA)多元共聚物為代表的含磺酸基共聚物降濾失劑和丙烯酸、丙烯酰胺與二甲基二 烯丙基氯化銨等多元共聚物為代表的兩性離子共聚物降濾失劑，上述研究雖然在提高聚合 物降濾失劑的抗溫抗鹽和抑制能力方面有了提高，但產品分子量仍然較高，隨著其加入量 的增加，鉆井液黏度明顯增加，由于黏度增加的限制，難以使其達到有效或最佳加量，限制 了其作用的發揮，特別是由于加量的限制，一至于被認為聚合物降濾失劑不能由于控制鉆 井液的高溫高壓濾失量，可見針對現場需要，研制降濾失不增黏的聚合物降濾失劑具有重 要的現實意義。目前，兩性離子聚合物在兼顧抗溫抗鹽性能、降濾失及抑制性方面一直不是 很理想，尤其在保證抗溫抗鹽的基礎上還要求其具有較好的防塌抑制性，這就使兩性離子 聚合物顯示出了其特有的局限性。
【發明內容】
[0003] 本發明解決的技術問題是提供一種在高溫高鹽的情況下降濾失能力和防塌抑制 性能達到提高的兩性離子聚合物鉆井液處理劑及其制備方法。
[0004] 本發明的技術方案是這樣完成的一種兩性離子聚合物鉆井液處理劑，含有式（I ) 所示結構單元；
式（1) 其中，式（1)中的札為
R2為Η或CH3, R3為CH3、CH2CH3或 CH2CH2CH3, R4 為 CH3、CH2CH3 或 CH2CH2CH3, X 為。或 NH，Μ 為 Η 或堿金屬元素。
[0005] -種兩性離子聚合物鉆井液處理劑，所述式（I )由式（2)所示的單體Α、式（3)所 示的單體Β和式（4)所示的單體C組成，單體Α、單體Β、單體C在水溶性偶氮引發劑、過硫 酸鹽和還原劑存在下，在pH值為6. 0~9. 0的條件下通過水溶液聚合后，經過烘干、粉碎后 制成；
式(4)
其中，式（4)中 R5 為 CH3、CH2CH3、CH2CH2CH 3 或
[0006] 進一步優選實施方案，單體A為2-丙烯既肢 -2-苯基乙磺酸、2-丙烯酰胺 基-2-(對甲基）苯基乙磺酸中的一種。
[0007] 進一步優選實施方案，單體B為3-丙烯酰胺丙基二甲基乙磺酸銨、3-丙烯酰胺丙 基二乙基乙磺酸銨、3-丙烯酰胺丙基二丙基乙磺酸銨中的一種。
[0008] 進一步優選實施方案，單體C為甲酸乙烯酯、乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯和苯甲酸乙 烯酯中的一種。
[0009] 進一步優選實施方案，所述的水溶性偶氮引發劑為單體總質量的0.075%~ 0. 25%，過硫酸鹽與還原劑為各占單體總質量的0. 05%~0. 55%。
[0010] 進一步優選實施方案，所述單體A、單體B、單體C的物質的量比為（35~65): (40 ~30) :(5 ~25)。
[0011] 進一步優選實施方案，所述水用量以控制單體質量分數20%~40%計。
[0012] 進一步優選實施方案，所述偶氮引發劑是為偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽、偶氮二異 丁基脒鹽酸、偶氮二氰基戊酸中的一種，所述過硫酸鹽為過硫酸鉀、過硫酸銨或過硫酸鈉中 的一種，還原劑為亞硫酸氫鈉、焦亞硫酸鈉、亞硫酸鈉或硫代硫酸鈉中的一種。
[0013] -種兩性離子聚合物鉆井液處理劑制備方法包括以下步驟： (1) 將水、與單體A等摩爾的氫氧化鈉或氫氧化鉀加入配液釜，待其溶解后，于20°C以 下慢慢加入單體B、單體C，攪拌均勻后，用質量分數10%~20%的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液 將體系的pH值調節到6. 0~9. 0,然后加入適量的乳化劑0P-10,攪拌均勻后，通氮5~10 分鐘，在攪拌下加入引發劑和還原劑，攪拌1~3分鐘，再繼續通氮10~15分鐘，停止攪拌， 控制聚合反應的起始溫度為35~50°C，維持聚合反應時間為1~12h，最后得到膠狀產物； (2) 將步驟（1)得到的膠狀產物于80-100°C下烘干、粉碎即得聚合物鉆井液處理劑。
[0014] 進一步優選實施方案，上述制備方法中所述的氮為高純氮。
[0015] 本發明的有益效果是：由剛性強的磺酸單體A、兩性離子單體B和水解穩定性強的 非離子單體C等共聚制備低分子量聚合物降濾失劑，由于剛性強的磺酸單體提供的剛性側 基能夠提高處理劑高溫下的穩定性，具有陰離子和陽離子基團的兩性離子單體提供的側基 上同時具有吸附和水化作用的基團，保證在分子量低的情況下基團數量較多，水解穩定性 強非離子單體提供的基團保證聚合物高溫下基團穩定，上述特征的基團共同作用保證處理 劑在分子量低的情況下保證分子鏈和基團的穩定性，以及基團的有效數量，使聚合物在分 子量較低的情況下具有良好的降濾失能力，從而實現在高溫高鹽高鈣情況下不增加黏度而 降低濾失量和提高防塌抑制能力的目的。傳統的兩性離子通常采用陽離子單體和陰離子共 聚得到，本發明采用兩性離子單體與其他單體共聚，改善了由于陽離子單體的引入造成的 聚合物護膠能力降低的現象。
【具體實施方式】
[0016] 以下對本發明的【具體實施方式】進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體 實施方式僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。
[0017] -種兩性離子聚合物鉆井液處理劑，含有式（I )所示結構單元；
式（1) 其中，式（1)中的札. ；，R2為Η或CH3, R3為CH3、CH2CH3或 CH2CH2CH3, R4 為 CH3、CH2CH3 或 CH2CH2CH3, X 為。或 NH，Μ 為 Η 或堿金屬元素。
[0018] 實施例一：一種兩性離子聚合物鉆井液處理劑由2-丙烯酰胺基-2-苯基乙磺酸、 3_丙烯酰胺基丙基二甲基丙磺酸銨、乙酸乙烯酯按物質的量比為50 :35 :15組成，2-丙烯 酰胺基-2-苯基乙磺酸、3-丙烯酰胺基丙基二甲基丙磺酸銨、乙酸乙烯酯在占單體總質量 〇. 15%的偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽，占單體總質量0. 20%過硫酸銨和占單體總質量的0. 20% 亞硫酸氫鈉存在下，在pH值為8. 5的條件下通過水溶液聚合后，經過烘干、粉碎后制成。
[0019] 實施例二：一種兩性離子聚合物鉆井液處理劑由2-丙烯酰胺基-2-苯基乙磺酸、 3_丙烯酰胺基丙基二甲基丙磺酸銨、乙酸乙烯酯按物質的量比為65 :30 :5組成，2-丙烯酰 胺基-2-苯基乙磺酸、3-丙烯酰胺基丙基二甲基丙磺酸銨、乙酸乙烯酯的在占單體總質量 0. 075%偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽，占0. 55%過硫酸銨和占單體總質量的0. 55%亞硫酸氫鈉 存在下，在pH值為6. 0的條件下通過水溶液聚合后，經過烘干、粉碎后制成。
[0020] 實施例三：一種兩性離子聚合物鉆井液處理劑由2-丙烯酰胺基-2-苯基乙磺酸、 3_丙烯酰胺基丙基二甲基丙磺酸銨、乙酸乙烯酯按物質的量比為35 :40 :25組成，2-丙烯 酰胺基-2-苯基乙磺酸、3-丙烯酰胺基丙基二甲基丙磺酸銨、乙酸乙烯酯在占單體總質量 0. 25%的偶氮二異丁基脒鹽酸鹽，占單體總質量0. 05%過硫酸銨和占單體總質量的0. 05%亞 硫酸鈉存在下，在pH值為9. 0的條件下通過水溶液聚合后，經過烘干、粉碎