[发明专利]一种用于钻井液的两性离子共聚物的合成方法

说明书

技术领域

    本发明涉及石油钻井过程中用于钻井液聚合物及其合成方法，特别是涉及一种钻井液用两性离子共聚物的合成方法。

背景技术

    钻井液用聚合物涉及的种类复杂繁多、功能各异，但其中的降滤失剂最为重要，是用量最大的聚合物处理剂。降滤失剂是用以保证钻井液性能稳定，减少有害液体侵入地层，以及保证井径规则、稳定井壁的重要钻井液处理剂。随着钻遇地层日趋复杂，以及特殊井、超深井和复杂井数量的增多，对钻井液降滤失剂提出了更高的要求，以满足耐盐性（NaCl浓度大于10％，CaCl₂浓度大于5％）和耐温性（温度高于150℃）的新要求。糊化淀粉、羧甲基纤维素、褐煤等都是最早使用的钻井液降滤失剂。随着研究的不断深入以及钻遇地层的日趋复杂性，已有的天然及天然改性的降滤失剂已经不能满足钻井条件的需要，从而促进了人工合成聚合物类降滤失剂的研究与发展。

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作用；阳离子基团和阴离子基团在水中电离不受外加盐的影响，还有可能阻止酰胺基的水解，因此两性离子聚合物还具有耐温抗盐的优点，其研究和开发应用正逐步受到重视。杨小华采用MAOPS，AM 和AA合成两性离子磺酸盐聚合物CPS-2000，在各种钻井液体系中均具有较强的降滤失、提黏切能力和抑制性作用，还具有较强的耐温和抗盐、抗钙能力。杨金荣以氧化还原体系为引发剂，采用水溶液聚合合成了两性离子四元共聚物：聚丙烯酰胺-二甲基二烯丙基氯化铵-2- 丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠-甲基丙烯酸（PADAM），具有较强的降失水能力和抑制性、较好的耐盐性和耐温性。郑海洪以丙烯酰胺（AM）、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）、二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）和顺丁烯二酸酐（MA） 为单体，采用水溶液聚合方法，以过硫酸铵/亚硫酸氢钠为引发剂合成了两性离子聚合物降滤失剂PA-1，热稳定性好，降滤失能力和抗温能力强。杨文以二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、马来酐（MA）、丙烯酰胺（AM） 为单体，氧化还原体系为引发剂，利用水溶液聚合法合成了两性离子聚合物降滤失剂PMADA。贺爱民采用水溶液聚合方法合成的AEDMAC/AM/AA 两性共聚物降滤失剂，具有良好的降滤失、防塌、保护油气层性能，抗温、抗盐性较好。中国专利CN2008100472416以丙烯酰胺2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸为单体，采用水溶液聚合合成了一种两性离子聚合物降滤失剂，抗温耐盐性较强。

但上述的两性离子聚合物的制备均是由阴、阳离子单体共聚得到。由于受阳离子单体聚合活性及竞聚率的限制，共聚物中阴离子含量要远大于阳离子含量，导致共聚物中正负电荷的数量不相等，达不到理想的“反聚电解质”效应，聚合物抗盐抗钙性能有限。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种用于钻井液的两性离子共聚物的合成方法。本发明方法得到的聚合物可耐温高达150℃，抗NaCl饱和、抗CaCl₂饱和，且随盐量的增加聚合物的降滤失量减小，同时还具有优越的页岩抑制性能。

本发明合成方法得到的两性离子共聚物的结构如下：

本发明所述用于钻井液两性离子共聚物的合成方法包括如下步骤：

（1）首先分别称取质量比为2:1～9:1的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和1，3-丙磺酸内酯，并向甲基丙烯酸二甲氨基乙酯中加入1，3-丙磺酸内酯，然后在10～60℃的温度下反应0.5～4h，最后经过滤、抽提、干燥制得甲基丙烯酰氧乙基- N, N- 二甲基丙磺酸盐；

（2）按照（4～2）：（6～8）的摩尔比分别称取步骤（1）的得到的甲基丙烯酰氧乙基- N, N- 二甲基丙磺酸盐和丙烯酰胺，加入溶剂溶解后通入N₂除氧0.5～1h，同时升温至50～70℃，恒温5～10min后加入引发剂反应4～6h，反应后得到凝胶状固体，用丙酮沉淀得白色沉淀物；

（3）将步骤（2）得到的沉淀物在100～120℃下干燥16～24h后粉碎，最终得两性离子共聚物。

本发明方法中，步骤（1）中甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和1，3-丙磺酸内酯的质量比为2.5:1～8:1。