[发明专利]一种超支化聚合物、其制备方法及其在制备钻井液中的应用

说明书

本申请提供了一种超支化聚合物、其制备方法及其在制备钻井液中的应用，该制备方法包括：将有机酸类单体、丙烯酰胺、N,N‑亚甲基双丙烯酰胺和链转移剂混合后，在pH调节剂及引发剂的作用下在水中进行共聚反应，得到具有无规超支化结构的超支化聚合物；所述有机酸类单体为2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸和/或2‑丙烯酰氧基‑2‑甲基丙磺酸，所述链转移剂为4‑氰基戊酸二硫代苯甲酸酯和/或(3‑苯甲巯基硫代羰基硫)丙酸；所述有机酸类单体、丙烯酰胺、N,N‑亚甲基双丙烯酰胺和链转移剂的质量比例为(24～66)：(34～76)：(0.1～5)：(0.21～7)。该超支化聚合物抗温性好，降滤失能力强，利于在钻井液中的应用。

技术领域

本发明属于石油钻井油田化学高分子聚合物技术领域，尤其涉及一种超支化聚合物、其制备方法及其在制备钻井液中的应用。

背景技术

钻井液是钻探过程中钻孔内使用的循环冲洗介质，主要由分散介质(连续相)、分散相和添加剂组成。根据流体介质的不同，钻井液总体上可分为水基钻井液、油基钻井液和气体型钻井流体三种类型。钻井液的性能与技术指标包括很多项，如密度、黏度、切力和滤失量等等。在石油钻井过程中，随着钻遇地层日趋复杂，以及特殊井、超深井和复杂井的数量的增加，对钻井液工艺技术提出了越来越高的要求。钻井液处理剂是保证钻井液性能稳定的前提，因此要求处理剂具有较好的耐温抗盐性，以满足高温下钻井液的流变性和滤失量的控制，从而满足高温高压深井的钻井液的性能需求。

其中，适用于高温水基钻井液体系的聚合物降滤失剂，目前市场上通常是含有2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酰氧异丁基磺酸、N,N-二甲基丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮的水溶性共聚物。这类聚合物具有一定的抗温性能，但存在粘度效应大、高温稳定性不足的缺点，容易影响钻井液体系稳定性。并且，在高浓度盐水钻井液或是复合盐水钻井液中，在高温(150℃)以上，单一的聚合物类降滤失剂通常难以提供有效的滤失控制。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种超支化聚合物、其制备方法及其在制备钻井液中的应用，本申请提供的超支化聚合物具有良好的抗温性，且降滤失能力强。

本发明提供一种超支化聚合物，由有机酸类单体、丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和链转移剂采用一步法共聚而成；

所述有机酸类单体为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和2-丙烯酰氧基-2-甲基丙磺酸中的一种或多种，所述链转移剂为4-氰基戊酸二硫代苯甲酸酯和(3-苯甲巯基硫代羰基硫)丙酸中的一种或多种；

所述有机酸类单体、丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和链转移剂的质量比例为(24～66)：(34～76)：(0.1～5)：(0.21～7)；

所述超支化聚合物具有无规超支化结构。

优选地，1％所述超支化聚合物溶液常温下的表观粘度为10.0～15.0mPa.s。

本发明提供的聚合物由特定的有机酸类单体、单体丙烯酰胺、支化剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺和链转移剂，采用一步法共聚得到。本发明上述单体的共聚为可控的、“活性”的自由基聚合，使该聚合物具有特定的无规超支化结构。所述的聚合物为水溶性低分子量超支化聚合物，其粘度效应低、抗温性好，可应用于高温高密度钻井液调整钻井液流变性，满足高温高密度钻井液流变性、悬浮稳定性和滤失量良好兼顾的性能要求。实验结果表明，本发明聚合物加量为1.5％时，在复合盐水浆中经150℃/16h老化后API滤失量控制在6.0mL，表观黏度为10.0～16.0mPa·s、黏度保持率大于80％。

本发明提供一种超支化聚合物的制备方法，包括以下步骤：

将有机酸类单体、丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和链转移剂混合后，在pH调节剂及引发剂的作用下在水中进行共聚反应，得到具有无规超支化结构的超支化聚合物；