[发明专利]一种温敏型聚合物及其制备方法

说明书

本发明公开了一种温敏型聚合物及其制备方法，本发明的聚合物的制备方法通过控制反应温度以及聚合反应溶液的盐浓度、pH值、聚合物浓度，可以制备不同低临界溶解温度(LCST)的温敏型聚合物。该类温敏型聚合物作为钻井液添加剂可以改善水基钻井液的低温流变性能，使其在0～60℃范围内塑性粘度、表观粘度变化减小50％。在本发明中，温度敏感型聚合物的制备过程简便可行，制备效率高，并且在深水水基钻井液中呈现出优异的温敏行为，可以极大地改善深水水基钻井液体系的低温流变性能，因此该温度敏感型聚合物的制备方法和由此制备的温度敏感型聚合物在石油行业尤其是深水钻井领域具有实际应用价值。

技术领域

本发明涉及石油钻采技术领域，具体的，涉及一种具有调节深水水基钻井液低温流变性功能的温度敏感型聚合物及其制备方法和应用。

背景技术

在深水的海底区域，其温度一般为4℃左右(有的地方甚至更低)，钻井液体系在这种情况下极易形成天然气水合物，同时其低温下的流变性受到极大的影响。低温会使钻井液粘度急剧增加，流变性难以控制，管柱内的循环阻力增加，影响深海环境中的窄密度窗口安全钻井，同时对于钻井液的悬浮和携砂能力产生很大影响。所以对深水坏境下钻井液的低温流变性进行调控，是目前发展深水钻井液所要解决的关键难题之一。深水的海底温度随着水的深度增大而逐渐降低，在这一过程中深水钻井液流变性的主要变化是粘度和切力急剧增加，同时会产生明显的胶凝现象，该条件下极易形成水合物。

在钻井液中添加流型调节剂(增粘剂或降粘剂)是实现深水钻井液流变性可控的一种有效途径。近几年研究的新型流型调节剂有罗春芝等研制的针对水基钻井液体系的M317以及刘智成和渤海钻探泥浆技术服务公司等研制的针对油基钻井液体系的SDRM、BZ-ORM-I、BZ-ORM-II、BZ-ORM-III。温敏聚合物因在响应的过程中有显著流体力学体积以及分子构象的变化，因此，可以有效用于水处理以及作为流型调节剂加入钻井液中实现钻井液恒流变的特性。目前研究比较热门的温度敏感性有以下几种聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)、聚乙二醇(PEG)、聚乙烯己内酰胺(PVCL)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等。温度敏感性聚合物对于解决海洋深水钻井液的一系列问题有着一定意义。

近年来，温敏聚合物的研究大热，引起社会各界的关注。目前应用比较热门的主要有两类：①含有丙烯酰胺基团的一类聚合物，如常见的聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)等。呈现线性的聚合物PNIPAM溶于水之后会整体表现为放热性能，在大分子链上同时连接酰胺基和异丙基，所以聚合物对于温度有一定的响应性，即当温度升高时聚合物水溶液由澄清变为浑浊，在某一温度时溶液相态发生突变，该过程是可以循环可可逆的；②亲水的链主要是PEG，同时嵌段疏水的聚环氧丙烷(PPO)等链段，形成具有一定功用的共聚物。聚乙二醇由于能够较好的溶于水溶液中，而且生物的毒性较低，因此被广泛的应用于医学领域。由于聚乙二醇的分子能够和水分子形成具有较强作用的氢键，同时也具有疏水的基团，故聚乙二醇水溶液能够保持一定的亲水亲油平衡，当温度变化时，会影响氢键的稳定，从而打破原有平衡，最终体现在溶液溶解度的逐渐变化。由于聚乙二醇的分子与水分子形成的氢键作用较强，故在较高温度下才能破坏氢键产生浑浊现象。在聚乙二醇的主链上修饰具有疏水性的链段，打破其内部平衡，从而降低聚合物的LCST。

发明内容

本发明的目的是为了解决现在深水钻井中钻井液在低温条件下粘度急剧增加，流变性难以控制的问题，提供一种对水基钻井液低温流变性有良好调控效果的温度敏感型聚合物以及该聚合物的制备方法。

一种温敏型聚合物，该聚合物含有式(1)所示结构单元，

式(1)中R为C₂-C₆的烷基。

根据本发明的第二个方面，提供了一种温敏聚合物的制备方法，该方法可以使式(1)所示的结构单体发生聚合后生成为式(2)，