[发明专利]一种超支化共聚物及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种超支化共聚物及其制备方法和应用。

背景技术

在石油钻井过程中，钻遇地层日趋复杂，特殊井、超深井和复杂井数量逐年增加，这对钻井液提出了更高的要求。在页岩气为代表的非常规油气的开发，为了满足井壁稳定和润滑防卡的需要，国外60%～70%的页岩气水平井钻井采用油基钻井液体系。由于油基钻井液成本高，对环保有污染，因此水基钻井液是最终的选择。研究表明，活性页岩在高浓度CaCl₂水溶液中会发生失水（或脱水）现象，可见，针对页岩气水平井钻井的需要，探索应用水基CaCl₂/聚合物钻井液，无论从降低成本，还是环境保护的角度讲均十分必要。由于目前的线性聚合物在高矿化度条件下增粘能力下降，已不能完全满足钻井的需要，因此目前水基CaCl₂/聚合物钻井液的重点是开发适用于水基CaCl₂/聚合物钻井液的聚合物处理剂。

我国钻井液处理剂迅速发展时期是二十世纪七、八十年代，形成了以丙烯酰胺、丙烯酸多元共聚物为代表的聚合物类处理剂。20世纪90年代又出现了两性复合离子型钻井液处理剂及钻井液体系，与阴离子聚合物相比，两性离子型聚合物在絮凝和防塌方面有所改善，但在提高产物的耐温抗盐，尤其是抗高价金属离子污染方面并无长足进步。为了提高传统两性离子聚合物的抗温抗盐性能不足的问题，尤其在保证抗温抗盐的基础上还要求其具有较好的防塌抑制性，CN101429427A公开了一种两性离子磺酸盐聚合物钻井液处理剂的制备方法，该方法采用阳离子单体和阴离子单体共聚得到两性离子聚合物。实践证明，采用阳离子单体为原料制备聚合物处理剂时，当阳离子单体量小时，处理剂的抑制性不足，而当阳离子单体量大时，虽然提高了处理剂的抑制能力，但聚合物的絮凝作用过强，使处理剂控制钻井液滤失量的能力降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的超支化共聚物及其制备方法和应用，该超支化共聚物用作钻井液用超支化两性离子聚合物处理剂时，可满足井底温度高于100℃和/或高盐（氯化钠）高钙环境下的安全钻井施工的需要，能够控制水基钻井液高温高压条件下流变性及滤失量，提高钻井液的抑制能力。

根据本发明的第一方面，本发明提供了一种超支化共聚物，其特征在于，该超支化共聚物含有树枝状结构单元A、两性离子结构单元B、结构单元C和结构单元D，且以摩尔计，树枝状结构单元A：两性离子结构单元B：结构单元C：结构单元D=0.03-0.35：0.03-0.5：0.03-0.3：0.15-0.95，优选树枝状结构单元A：两性离子结构单元B：结构单元C：结构单元D=0.05-0.25：0.05-0.3：0.05-0.15：0.25-0.65，且所述超支化共聚物的1质量%水溶液的表观粘度为20-60mPa·s，

所述树枝状结构单元A具有Z’-(Q)n-Y所示结构，其中Z’表示下述式（a1）和/或式（a2）所示的结构，Q表示该树枝状结构单元的树枝状重复单元，n表示该树枝状结构单元的代数，为2-6的整数，Y表示含有SO₃^-和COO^-的基团，

R₁₄-R₁₆相同或不同，各自独立地为H或碳原子数为1-5的烷基；

两性离子结构单元B具有下述式（b1）和/或式（b2）所示结构，

式（b1）和式（b2）中，R¹、R²、R³、R⁴和R⁵各自为H或C1-C3烷基，m和n各自为0-5的整数，L为O或NH，式（b1）中，Y为COO^-或SO₃^-，式（b2）中，X^-为卤素阴离子，R为H或羟基取代且碳原子数为1-3的烷基，

结构单元C具有下式（c）所示结构

式（c）中，R⁶、R⁷和R⁸各自为H或C1-C3烷基，

结构单元D具有下式（d）所示结构