适用钻井液降滤失的两性离子共聚物及其制备方法和应用及钻井液及其应用技术

本发明专利技术涉及石油工业的钻井领域，具体地，涉及一种适用钻井液降滤失的两性离子共聚物及其制备方法和应用及钻井液及其应用。该适于降滤失的共聚物含有下式(1)所示的结构单元、式(2)所示的结构单元、式(3)所示的结构单元和式(4)所示的结构单元。本发明专利技术提供的共聚物，通过该共聚物中的式(1)所示的结构单元、式(2)所示的结构单元、式(3)所示的结构单元和式(4)所示的结构单元之间的配合作用，能够成功地在将该共聚物用于钻井液作为降滤失剂时，获得较好的抗高温抗高钙的效果，从而所得的钻井液特别适用于井下为高温高钙环境的深层、超深层油气资源的开发。

Zwitterionic copolymer suitable for drilling fluid filtrate loss, preparation method and application thereof, drilling fluid and application thereof

The invention relates to the drilling field of the petroleum industry, in particular to an amphoteric ion copolymer suitable for drilling fluid filtration loss, a preparation method and an application thereof, a drilling fluid and an application thereof. The copolymer suitable for filtrate loss includes structural units shown in the lower (1), structural units shown in the formula (2), structural units shown in the formula (3), and structural units shown in formula (4). The present invention provides copolymers, the copolymers of formula (1) structural units, as shown in the formula (2) structural units, as shown in the formula (3) structure unit and shown in the formula (4) with the interaction between structural units is shown, can succeed in the copolymer used for drilling as the drilling fluid filtrate reducer, good heat resistance and high calcium effect, thus the drilling fluid is especially suitable for underground gas resources for the development of deep and high temperature environment of high calcium super deep oil.

【技术实现步骤摘要】
适用钻井液降滤失的两性离子共聚物及其制备方法和应用及钻井液及其应用
本专利技术涉及石油工业的钻井领域，具体地，涉及一种适用钻井液降滤失的两性离子共聚物及其制备方法和应用及钻井液及其应用。
技术介绍
随着油气资源的勘探开发，浅层的油气资源越来越少，深层、超深层油气资源成为勘探开发的重点。在深井和超深井钻井过程中，由于井下为高温高压环境，钻井液在高温高压作用下性能会发生很大变化，主要是由于黏土在高温作用下会发生高温钝化作用，高温增强了水分子的热运动，降低了水分子在黏土表面定向的驱使，即降低了黏土表面水化能力，使黏土其外层水化膜减薄，Zeta电位降低，稳定性降低，加入的化学处理剂也会发生高温降解、高温交联、高温解吸附、高温去水化等高温破坏作用，严重影响其造壁性能，使得钻井液滤失量增大，影响井壁稳定；另外，深井、超深井往往需要钻遇多种不同性质的地层，不可避免的会钻遇高含钙地层。Ca2+的入侵会严重影响钻井液的性能，Ca2+会置换吸附在膨润土表面上的Na+，使得其Zeta电位降低，水化膜变薄，膨润土颗粒间斥力变小，絮凝而变粗，易形成厚而疏松的泥饼，造成压差卡钻等井下复杂事故；尤其是钻进上述地层时多使用高密度钻井液体系，钙侵会更加严重，钻井液的滤失量剧增，极易发生井壁坍塌等严重井下事故。近年来钻遇高温高含钙的情况不断增多，钙的侵入浓度也越来越高，高温高钙的井下恶劣环境严重影响了钻井液的滤失性能，对钻井工程的安全与成本造成了严重的威胁。钻井液中核心处理剂——抗高温高钙降滤失剂，已经成为制约深井钻井液技术发展的“瓶颈”。目前油田使用的降滤失剂的种类繁多，各个种类之间的性能也存在差异。改性淀粉类降滤失剂抗盐抗钙能力较强，但是抗温能力差，在120℃条件下基本失去作用；改性纤维素有良好的耐盐性能，可用在饱和盐水中使用，且生物稳定性比改性淀粉的好，但耐温也可只能达到130℃；改性褐煤类降滤失剂一般可抗温达200℃左右，但不耐盐。CN104497994A公开了一种钻井液，该钻井液含有0.01-10重量％的含杂环离子液体。该专利首次将离子液体引入钻井液中，其显著特点是较好的抑制性，良好的流变性，该产品的不足之处是离子液体没有抗温抗钙的能力，降低滤失量的效果也不明显。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有的降滤失剂不能兼具较好的抗温和抗钙能力的缺陷，提供了能够获得较好的抗温和抗钙性能的适用钻井液降滤失的两性离子共聚物及其制备方法和应用及钻井液及其应用。为了实现上述目的，本专利技术提供一种适于降滤失的共聚物，该共聚物含有下式(1)所示的结构单元、式(2)所示的结构单元、式(3)所示的结构单元和式(4)所示的结构单元：其中，R1和R1'各自独立地选自H和C1-C6的烷基；R2选自-OM'或-NH2，且M'为H或碱金属元素；R3选自C0-C6的亚烷基或-CO-NH-R6-，且R6为C0-C6的亚烷基；M为H或碱金属元素；R4选自C0-C6的亚烷基；R5选自H或C1-C10的烷基；各个R7各自独立地选自C1-C6的烷基；各个R8各自独立地选自H和C1-C6的烷基。本专利技术还提供了一种适于降滤失的共聚物的制备方法，该方法包括：在碱性条件下，在含水溶剂中，以及在自由基引发体系存在下，将式(1')所示的化合物、式(2')所示的化合物、式(3')所示的化合物和式(4')所示的化合物进行自由基聚合反应；其中，其中，R1和R1'各自独立地选自H和C1-C6的烷基；R2选自-OM'或-NH2，且M'为H或碱金属元素；R3选自C0-C6的亚烷基或-CO-NH-R6-，且R6为C0-C6的亚烷基；M为H或碱金属元素；R4选自C0-C6的亚烷基；R5选自H或C1-C10的烷基；X-选自PF6-、F-、Cl-、Br-、I-、BF4-、[(CF3SO2)2NH]-或HCO3-；各个R7各自独立地选自C1-C6的烷基；各个R8各自独立地选自H和C1-C6的烷基；X'-选自F-、Cl-、Br-或I-。本专利技术还提供了由上述方法制得的共聚物。本专利技术还提供了上述共聚物在钻井液中作为降滤失剂的应用。本专利技术还提供了一种含有上述共聚物作为降滤失剂的钻井液。本专利技术还提供上述钻井液在油气钻井中的应用。本专利技术提供的共聚物，通过该共聚物中的式(1)所示的结构单元、式(2)所示的结构单元、式(3)所示的结构单元和式(4)所示的结构单元之间的配合作用，能够成功地在将该共聚物用于钻井液作为降滤失剂时，获得较好的抗高温抗高钙的效果，从而所得的钻井液特别适用于井下为高温高钙环境的深层、超深层油气资源的开发。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本专利技术提供一种适于降滤失的共聚物，该共聚物含有下式(1)所示的结构单元、式(2)所示的结构单元、式(3)所示的结构单元和式(4)所示的结构单元：其中，R1和R1'各自独立地选自H和C1-C6的烷基；R2选自-OM'或-NH2，且M'为H或碱金属元素；R3选自C0-C6的亚烷基或-CO-NH-R6-，且R6为C0-C6的亚烷基；M为H或碱金属元素；R4选自C0-C6的亚烷基；R5选自H或C1-C10的烷基；各个R7各自独立地选自C1-C6的烷基；各个R8各自独立地选自H和C1-C6的烷基。根据本专利技术，上述共聚物能够在用于钻井液中作为降滤失剂时，获得较好的抗高温和抗高钙的效果，从而在用于深井、超深井作业时，能够确保较低的钻井液滤失量，维持较好的井壁稳定性。其中，上述共聚物的结构单元能够在钻井过程中，由式(1)所示的结构单元提供的酰胺键能够与硅氧四面体中的氧原子形成强烈的氢键，起到吸附的作用；并且，式(3)和式(4)所示的结构单元中的阳离子部分能够与表面带负电荷的黏土颗粒产生强烈的静电吸附，这种吸附作用非常牢固，不易解吸附；式(2)所示的结构单元带有磺酸基其为阴离子型强水化基团，式(3)所示的结构单元中的离子液体部分为阳离子型强水化基团，使得在高分子链结上形成较强的溶剂化层，从而达到抗温抗钙的效果，另外离子液体的加入为聚合物链段引入刚性基团，增强了聚合物链段的热稳定性；因此，本专利技术提供的聚合物在各个结构单元的共同配合下实现了上述效果。在本专利技术中，上述C1-C6的烷基例如可以为甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、正己基等。上述C0-C6的亚烷基例如可以为C0的亚烷基、上述C1-C6的烷基所形成的亚烷基。其中，C0的亚烷基可以认为仅是连接键或不存在，该基团两端的基团将直接相连。上述C1-C10的烷基除了上面列举C1-C6的烷基以外例如还可以包括正庚基、正壬基、正癸基等。所述碱金属元素例如可以为锂(Li)、钠(Na)、钾(K)等。根据本专利技术，优选情况下，R1和R1'各自独立地选自H和C1-C4的烷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适于降滤失的共聚物，其特征在于，该共聚物含有下式(1)所示的结构单元、式(2)所示的结构单元、式(3)所示的结构单元和式(4)所示的结构单元：

【技术特征摘要】
1.一种适于降滤失的共聚物，其特征在于，该共聚物含有下式(1)所示的结构单元、式(2)所示的结构单元、式(3)所示的结构单元和式(4)所示的结构单元：其中，R1和R1'各自独立地选自H和C1-C6的烷基；R2选自-OM'或-NH2，且M'为H或碱金属元素；R3选自C0-C6的亚烷基或-CO-NH-R6-，且R6为C0-C6的亚烷基；M为H或碱金属元素；R4选自C0-C6的亚烷基；R5选自H或C1-C10的烷基；各个R7各自独立地选自C1-C6的烷基；各个R8各自独立地选自H和C1-C6的烷基。2.根据权利要求1所述的共聚物，其中，R1和R1'各自独立地选自H和C1-C4的烷基；R2选自-OM'或-NH2，且M'为H或碱金属元素；R3选自C0-C4的亚烷基或-CO-NH-R6-，且R6为C1-C6的亚烷基；M为H或碱金属元素；R4选自C0-C4的亚烷基；R5选自H或C1-C8的烷基；各个R7各自独立地选自C1-C4的烷基；各个R8各自独立地选自H和C1-C4的烷基；优选地，R1和R1'各自独立地选自H、甲基、乙基和正丙基；R2选自-OH、-ONa、-OK或-NH2；R3选自C0的亚烷基、-CH2-、-CH2-CH2-、-CH2-CH2-CH2-、-CH(CH3)-CH2-、-CH2-CH(CH3)-、-CH2-(CH2)2-CH2-、-C(CH3)2-CH2-、-CH2-C(CH3)2-、-CO-NH-CH2-、-CO-NH-CH2-CH2-、-CO-NH-CH2-CH2-CH2-、-CO-NH-CH(CH3)-CH2-、-CO-NH-CH2-CH(CH3)-、-CO-NH-CH2-(CH2)2-CH2-、-CO-NH-C(CH3)2-CH2-或-CO-NH-CH2-C(CH3)2-；M为H、Na或K；R4选自C0的亚烷基、-CH2-、-CH2-CH2-、-CH2-CH2-CH2-、-CH(CH3)-CH2-、-CH2-CH(CH3)-、-CH2-(CH2)2-CH2-、-C(CH3)2-CH2-或-CH2-C(CH3)2-；R5选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、正戊基或正己基；各个R7各自独立地选自甲基、乙基、正丙基、异丙基和正丁基；各个R8各自独立地选自H、甲基、乙基和正丙基。3.根据权利要求1或2所述的共聚物，其中，式(3)所示的结构单元的阴离子基团选自F-、Cl-、Br-或I-；式(4)所示的结构单元的阴离子基团选自PF6-、F-、Cl-、Br-、I-、BF4-、[(CF3SO2)2NH]-或HCO3-。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的共聚物，其中，式(1)所示的结构单元、式(2)所示的结构单元、式(3)所示的结构单元和式(4)所示的结构单元的摩尔比为0.3-6：0.2-3：0.1-3：1，优选为0.5-5：0.2-2.5：0.1-2.5：1，更优选为1-3：0.3-1.5：0.2-1：1；优选地，所述共聚物的数均分子量为15-90万，优选为20-70万，更优选为30-60万；分子量分布系数为1.5-3.2；优选地，所述共聚物为由式(1)所示的结构单元、式(2)所示的结构单元、式(3)所示的结构单元和式(4)所示的结构单元构成的线性无规共聚物。5.一种适于降滤失的共聚物的制备方法，其特征在于，该方法包括：在碱性条件下，在含水溶剂中，以及在自由基引发体系存在下，将式(1')所示的化合物、式(2')所示的化合物、式(3')所示的化合物和式(4')所示的化合物进行自由基聚合反应；其中，其中，R1和R1'各自独立地选自H和C1-C6的烷基；R2选自-OM'或-NH2，且M'为H或碱金属元素；R3选自C0-C6的亚烷基或-CO-NH-R6-，且R6为C0-C6的亚烷基；M为H或碱金属元素；R4选自C0-C6的亚烷基；R5选自H或C1-C10的烷基；X-选自PF6-、F-、Cl-、Br-、I-、BF4-、[(CF3SO2)2NH]-或HCO3-；各个R7各自独立地选自C1-C6的烷基；各个R8各自独立地选自H和C1-C6的烷基；X'-选自F-、Cl-、Br-或I-。6.根据权利要求5所述的方法，其中，(a)所述自由基聚合反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨丽丽，蒋官澄，史亚伟，林鑫，刘凡，贺垠博，彭双磊，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11