[发明专利]羧基改性石墨烯接枝聚合物及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及石油开采领域，公开了一种羧基改性石墨烯接枝聚合物及其制备方法与应用。该方法包括：(1)将丙烯酰胺、苯磺酸、N‑乙烯基吡咯烷酮在水中进行溶解，再加入羧基改性石墨烯，加入第一乳化剂，制得水相体系；将第二乳化剂在油相中进行溶解，制得油相体系；(2)将所述水相体系与所述油相体系制得反相乳液体系；(3)将所述反相乳液体系进行第一聚合反应，获得中间产物体系；将所述中间产物体系进行第二聚合反应，获得预产物；(4)将所述预产物进行纯化，干燥并粉碎，制得羧基改性石墨烯接枝聚合物；其中，所述羧基改性石墨烯的XPS测试结果中氧元素含量不低于26wt％。本发明所提供的聚合物作为钻井液降滤失剂，具有优异的抗温和抗盐性能。

技术领域

本发明涉及石油开采领域，具体涉及一种羧基改性石墨烯接枝聚合物及其制备方法与应用。

背景技术

钻井液是钻井作业中具有多种功能的循环流体，它通过悬浮切削、清洁钻孔、冷却钻头、保持井筒与钻井设备之间的有效润滑以及保持适当的压力来促进钻井过程的进行。在钻井作业过程中，钻井液中的液相侵入多孔地层不仅会对地层造成污染，还会阻塞储层油气出口流动路径或引起地层塌陷，从而损坏储层并降低生产率。因此，需要向钻井液中添加控制液相损失的降滤失剂，从而优化滤饼质量，降低滤失量。随着钻井深度的增加，井下条件愈发复杂，高温、高盐度的环境使得钻井液的降滤失剂不仅需要克服高温下降解的问题，而且还须具有良好的抗盐污染性能。

普通聚合物材料的降滤失剂使用添加量大，在高温环境下易降解，在高盐度环境下易失效。传统纳米材料的降滤失剂存在抗高温性能不足、且易团聚的缺点。为满足日益复杂的钻井作业环境，对新型抗温抗盐降滤失剂的研究已成为石油开采领域的重要关注点。

CN108913107A公开了一种耐高温长效降滤失剂的制备方法，该方法包括：按重量份数计，依次称取40-60份耐高温长效降滤失剂坯料，5-10份改性氧化石墨烯，8-16份环氧大豆油，3-6份表面活性剂，4-6份无机盐和50-80份水，将耐高温长效降滤失剂坯料与水混合，并加入改性氧化石墨烯，环氧大豆油，表面活性剂和无机盐，搅拌混合后，得耐高温长效降滤失剂。该降滤失剂可抗高温200℃，但未涉及抗盐性能，应用条件受限。

CN111139039A公开了一种磺化酚醛树脂接枝改性聚合物降滤失剂，其组分包括：水100重量份、磺酸盐聚合物5-30重量份、磺化酚醛树脂2-30重量份、交联剂0.6-10重量份。该降滤失剂可应用于高密度钻井液体系，抗盐性能优异，单剂可抗高温220℃，但其抗温性能依然不够理想。

综上，现有降滤失剂的抗温和抗盐能力依然有待提高，且很多情况下无法兼具较好的抗温和抗盐性能。因此，开发一种同时具备优异的抗温性能和抗盐性能的降滤失剂，对于满足钻井液在高温高盐地层钻井作业中的高效使用非常有必要。

发明内容

本发明的目的是针对现有的降滤失剂存在抗温和抗盐能力不足且很多情况下无法兼具较好的抗温和抗盐性能的问题，提供了一种羧基改性石墨烯接枝聚合物及其制备方法与应用。该羧基改性石墨烯接枝聚合物在水基钻井液中可作为抗温抗盐降滤失剂。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种羧基改性石墨烯接枝聚合物的制备方法，该方法包括：

(1)将丙烯酰胺、苯磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮在水中进行溶解，再加入羧基改性石墨烯，并调节得到混合物的pH值后加入第一乳化剂，制得水相体系；将第二乳化剂在油相中进行溶解，制得油相体系；

(2)将所述水相体系与所述油相体系进行混合，制得反相乳液体系；

(3)将所述反相乳液体系加入第一引发剂进行第一聚合反应，获得中间产物体系；将所述中间产物体系加入第二引发剂进行第二聚合反应，获得预产物；

(4)将所述预产物进行纯化，干燥并粉碎，制得羧基改性石墨烯接枝聚合物；

其中，所述羧基改性石墨烯的XPS测试结果中氧元素含量不低于26wt％。