[发明专利]一种用于钻井液的两性离子改性淀粉的合成方法

说明书

本发明提供一种用于钻井液的两性离子改性淀粉的合成方法，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，反应后经过滤、抽提、干燥制得DMAPS；将淀粉加水搅拌得到糊化淀粉，通入N₂反应后加入引发剂；将丙烯酰胺和DMAPS用溶剂溶解后，加入到处理后的糊化淀粉中，在60～80℃下反应4～6h后得到胶状固体，用丙酮清洗得到白色沉淀，最后经干燥粉碎得到两性离子改性淀粉。本发明方法得到的改性淀粉可抗NaCl饱和、抗高含量CaCl₂，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。

技术领域

本发明涉及石油钻井过程中用于钻井液改性淀粉及其合成方法，特别是涉及一种钻井液用两性离子改性淀粉的合成方法。

背景技术

随着世界油气资源需求的迅猛增加和钻探技术的进步，世界各国纷纷加大了对深部地层油气资源勘探开发的投入。钻井液的性能直接关系到深井、超深井的钻井质量、钻井成本和钻井周期。降滤失剂作为产销量最大、研究开发最活跃的钻井液处理剂之一，是钻井液的重要组成部分，通过在井壁上形成低渗透率、柔韧、薄而致密的滤饼，达到降低钻井液的滤失量的效果。然而目前对于降滤失剂的抗盐抗钙性能的研究有明显不足，不能满足现代钻井需求。改性淀粉作为石油钻井中常用的钻井液降滤失处理剂之一，具有原材料丰富、无毒等特点，在钻井过程中主要起降失水、抗盐抗钙，且可减少钻井液对环境和油层污染等作用。

两性离子聚合物的阳离子基团具有吸附和水化双重作用，不仅具有抗盐抗高价离子污染能力和较强的抗温能力，同时具有较强的抑制页岩水化膨胀分散能力；阴离子水化基团，给粘土颗粒带来吸附水化层，使得粘土颗粒不易相互接触而粘结。并且聚合产物为大分子链上同时含有正负电荷基团且其数目相等的电中性两性聚电解质，具有反聚电解质溶液行为，即具有较好的抗盐抗钙性能。王中华合成的AM/AMPS/DEDAAC/淀粉接枝共聚物降滤失剂在淡水、盐水、饱和盐水及人工海水泥浆中降滤失效果和提粘效果明显，样品经过180℃老化处理之后，仍然具有良好的降滤失效果，经岩屑滚动回收率试验，表明接枝共聚物有较强的抑制页岩水化分散的能力。张本山等公开了一步法合成两性淀粉的方法, 即以水-乙醇混合溶剂为反应介质, 三聚磷酸盐或焦磷酸盐为阴离子化试剂，3-氯-2-羟丙基三甲胺盐酸盐为阳离子化试剂, 在 20～60℃同时进行阴、阳离子化反应，一步合成两性淀粉。陈馥等以玉米淀粉和AM、AMPS及二烯丙基二甲基氯化铵（DMDAAC）合成的降滤失剂，其在淡水、盐水、饱和盐水及人工海水泥浆中均有较好的降滤失作用和增粘能力，抗温性良好，可达180℃。在不高于150℃时，其在淡水泥浆中的高温高压滤失量均能满足要求，由于产物中存在阳离子基团，该降滤失剂还有很好的防塌效果。王力等以过硫酸铵和亚硫酸氢钠为引发剂，制得了淀粉/AM/SSS/DAC接枝共聚物降滤失剂，结果表明，接枝共聚物水溶液表观粘度的温度敏感性较低，在高浓度盐水基浆中具有较好的降滤失性和抗盐性。

上述两性淀粉聚合物均是由阴、阳离子单体共聚得到。由于阳离子聚合活性受到限制，聚合物中阴离子含量远多于阳离子含量，共聚物中正负电荷数量不等，聚合物水化性能与抑制性能失衡，不能达到最佳“反聚电解质”效应，聚合物抗盐抗钙性能受到制约。

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改性淀粉的合成方法。本发明方法得到的改性淀粉可抗NaCl饱和、抗高含量CaCl₂，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。

本发明所述用于钻井液两性离子改性淀粉的合成方法包括步骤如下：

（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；