[发明专利]两性离子聚合物及制备方法和用途

说明书

发明的领域

本发明涉及钻井用两性离子聚合物及制备方法和用途，更具体地说，本发明涉及适用于石油钻井与完井工程的、用作增粘剂、降滤失剂和降粘剂的新型两性离子聚合物及制备方法。

技术背景

钻井液在钻井工程中的主要功能是清洗井底，悬浮携带岩屑；形成泥饼，保护井壁；控制与平衡地层压力；冷却因高压喷射钻井而产生的热量；润滑钻头及钻柱；提高钻速等。钻井液工程技术中最受关注的问题之一是稳定井壁，尤其对水敏性泥页岩，加之高压喷射钻井。防止页岩垮塌，最大限度地抑制水化分散是油田化学一直研究不懈的课题。聚合物泥浆的出现，使抑制页岩水化分散得到一定的改善。但是阴离子或非离子型聚合物泥浆抑制性的获得主要靠以下三方面：尽可能增大聚合物分子量；复配使用无机盐；增加聚合物分子链上吸附基团比例。虽然以上措施有一定增强泥浆抑制性的作用，但是在提高泥浆抑制性的同时，增强了泥浆悬浮体系中粘土的絮凝趋势，钻井液的粘度、切力上升很快，破坏了泥浆体系的稳定性，对高压喷射钻井极为不利。过去泥浆抑制性的增强始终是以牺牲泥浆良好性能为代价的。

为适应高压喷射钻井的需要，要求钻井液实现不分散及低固相。不分散意味对钻屑有强抑制水化分散的能力，低固相意味水基钻井液尽可能的低固相和采用有效聚合物，保护井壁稳定。上世纪90年代开发了两性离子聚合物(CN1149070A，1997年5月7日公开)适应了上述需求，其显著的技术特征是：阳离子基团的存在使聚合物分子链与粘土颗粒表面的相互作用方式由氢键吸附和配位键吸附变为氢键吸附、配位键吸附与化学键同时存在，使聚合物分子链在粘土上的吸附强度和吸附速度显著提高，所以两性离子聚合物能够在钻屑水化分散之前，以链束或链团的方式及时牢固地将其包被并适度去水化和适度护胶，实现聚合物强抑制性的同时，还保证钻井液良好的流变性和造壁性，有利于高压喷射钻井和提高钻井速度。

但是上述两性离子聚合物在某些方面仍然不能满足钻井作业的要求，例如钻井液增粘剂的粘度还有待提高，还需要进一步增加泥浆造浆率及增强降滤失性。

本发明人经过锐意研究，开发了一种新型两性离子聚合物，本发明的两性离子聚合物，由于引入含双烯键的阳离子单体，当其用量超过5.0％(占单体总量的重量百分比)时，使聚合物具有微交联的特征。微交联可有效提高钻井液增粘剂的粘度，并增加泥浆造浆率及增强降滤失性，进一步提高了钻井作业的效率，从而完成了本发明。

发明的内容

本发明的目的是提供一种新型的两性离子聚合物和制备方法以及作为增粘剂、降滤失剂和降粘剂的用途。

本发明的两性离子聚合物是一种或多种阳离子、阴离子及非离子单体的交联共聚物，其中阳离子、阴离子及非离子单体分别是：1.阳离子单体：

    式中：

        R¹、R⁴：C₁～C₆的烷基或苄基

        R²、R³：H或C₁～C₃的烷基

        A     ：F、Cl、Br、I、BF₄或PF₆

        P     ：1～3的正整数2.阴离子单体：

II-1：        CH₂＝CH-R⁵

式中：

    R⁵：COOH、COOM或(CH₂)_rSO₃M

(M为H、碱金属、碱土金属或铵；r为1～16的正整数)和/或式中：

R⁶、R⁷、R⁸：H或C₁～C₁₂的烷基

M：H、碱金属、碱土金属或铵式中：

R⁹、R¹⁰：H或C₁～C₃的烷基，和/或式中：R¹¹：C≡N或苄基

  R¹²：H或CH₃

本发明的两性离子聚合物的增粘剂、降滤失剂和降粘剂中，各类单体的重量百分比是不同的，具体数值见表1：