一种有机膦酸聚合物降失水剂及其制备方法和应用技术

本申请提供了一种有机膦酸聚合物降失水剂及其制备方法和应用，该制备方法包括以下步骤：将异丙烯膦酸单体、丙烯酰胺类单体和含羧酸基团的单体在引发剂作用下进行聚合反应，得到有机膦酸聚合物降失水剂；所述丙烯酰胺类单体选自丙烯酰胺、2‑甲基丙烯酰胺、N‑甲基丙烯酰胺、N‑乙基丙烯酰胺或N,N‑二甲基丙烯酰胺；所述含羧酸基团的单体选自丙烯酸或2‑甲基丙烯酸。本发明专利技术提供的有机膦酸聚合物降失水剂包括：具有式1结构的第一重复单元、具有式2结构的第二重复单元和具有式3结构的第三重复单元，可用于制备钻井液；其具有更好的抗盐能力，能很好的适用于高盐钻井液体系，制备简便。

A kind of organic phosphonic acid polymer water loss reducer and its preparation method and Application

The application provides an organic phosphonic acid polymer water loss reducer and its preparation method and application. The preparation method comprises the following steps: the isoacrylic phosphonic acid monomer, acrylamide monomer and monomer containing carboxylic acid group are polymerized under the action of initiator to obtain an organic phosphonic acid polymer water loss reducer; the acrylamide monomer is selected from acrylamide and 2 methacrylic acid. Amine, N methacrylamide, N ethyl acrylamide or N, N dimethyl acrylamide; the monomer containing carboxylic acid group is selected from acrylic acid or 2 methacrylic acid. The organic phosphonic acid polymer water loss reducer provided by the invention includes the first repetitive unit with formula 1 structure, the second repetitive unit with formula 2 structure and the third repetitive unit with formula 3 structure, which can be used for preparing drilling fluids; it has better salt resistance, can be well applied to high salt drilling fluids system and is easy to prepare.

【技术实现步骤摘要】
一种有机膦酸聚合物降失水剂及其制备方法和应用
本专利技术属于油田化学钻井液处理剂
，涉及一种钻井液降失水剂及其制备方法，具体涉及一种有机膦酸聚合物降失水剂及其制备方法和应用。
技术介绍
近年来，随着油气勘探开发地域的广泛，所开发油气层位越来越深，地质条件愈趋复杂，这对钻井液处理剂的开发提出了新的挑战。其中，钻井液降滤失剂是钻井过程中用量最大的处理剂之一，在所有钻井液处理剂中占据核心位置，对维护钻井液性能稳定、安全高效钻井有着重要的作用。为了减少钻井液向地层中滤失水量，保证钻井液性能以及稳定井壁所使用的化学品即为降滤失剂或降失水剂。在上世纪七、八十年代，国外研制了抗高温的中等分子量聚丙烯酸盐降滤失剂，聚丙烯酸盐热稳定性较好，但是作为降滤失剂来使用，对高价离子的耐受程度较差。随后，国内外相继开发了以乙烯基磺酸单体如2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)，与丙烯酰胺、烷基丙烯酰胺、乙烯基乙烯酰胺等为单体的多元共聚物抗高温、抗盐钙特性的聚合物降滤失剂。这类聚合物降失水剂结构中一般包括：N-乙烯基-2-吡咯烷酮、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙基磺酸等功能单体，表现出良好的聚合活性以及稳定性。但在高盐钙等复杂的作业区块，其仍表现出很多不足，降失水性能指标难以满足施工要求。
技术实现思路
有鉴于此，本申请提供一种有机膦酸聚合物降失水剂及其制备方法和应用，本专利技术提供的有机膦酸聚合物降失水剂具有更好的抗盐能力，能很好的适用于高盐钻井液体系。本专利技术提供一种有机膦酸聚合物降失水剂，包括具有式1结构的第一重复单元、具有式2结构的第二重复单元和具有式3结构的第三重复单元：式1中，R1选自氢或甲基；式2中，R2和R3独立地选自氢、甲基或乙基；所述第一重复单元、第二重复单元与第三重复单元的摩尔比为(0.05～0.55)：(0.2～0.8)：(0.1～0.5)。优选地，所述有机膦酸聚合物降失水剂的pH值为7.5～8.5。本专利技术提供一种有机膦酸聚合物降失水剂的制备方法，包括以下步骤：将异丙烯磷酸单体、丙烯酰胺类单体和含羧酸基团的单体在引发剂作用下进行聚合反应，得到有机膦酸聚合物降失水剂；所述丙烯酰胺类单体选自丙烯酰胺、2-甲基丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺、N-乙基丙烯酰胺或N,N-二甲基丙烯酰胺；所述含羧酸基团的单体选自丙烯酸或2-甲基丙烯酸。优选地，所述异丙烯膦酸单体、丙烯酰胺类单体与含羧酸基团的单体的摩尔比为(0.1～0.5)：(0.2～0.8)：(0.05～0.55)。优选地，所述聚合反应在引发剂作用下在水中进行，所述引发剂选自过硫酸铵或过硫酸钾。优选地，所述引发剂的质量为所述异丙烯膦酸单体、丙烯酰胺类单体与含羧酸基团的单体三者总质量的0.1％～1.0％。优选地，所述制备方法具体为：将异丙烯膦酸单体、丙烯酰胺类单体和含羧酸基团的单体混合，再溶于水，得到单体水溶液；将所述单体水溶液升温后与引发剂水溶液混合，进行聚合反应，反应结束后中和体系至pH值为7.5～8.5，得到有机膦酸聚合物降失水剂。优选地，所述聚合反应的温度为80℃～100℃，时间为1～6小时。优选地，所述聚合反应在保护气体存在下进行，所述保护气体为氩气。本专利技术还提供如上文所述的有机膦酸聚合物降失水剂在制备钻井液中的应用。与现有技术相比，本专利技术提供一种有机膦酸聚合物降失水剂，其包括式1所示的第一重复单元、式2所示的第二重复单元和式3所示的第三重复单元。本专利技术所述有机膦酸聚合物降失水剂的分子结构中，膦酸基与钙离子的络合能力较强，使产品具有较强的抗钙能力，对高盐钻井液体系的适用性更好。此外，本专利技术所述有机膦酸聚合物降失水剂的制备简便，适于工业化推广应用。附图说明图1为本专利技术实施例1所得产物的结构表征结果。具体实施方式下面对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种有机膦酸聚合物降失水剂，包括具有式1结构的第一重复单元、具有式2结构的第二重复单元和具有式3结构的第三重复单元：式1中，R1选自氢或甲基；式2中，R2和R3独立地选自氢、甲基或乙基；所述第一重复单元、第二重复单元与第三重复单元的摩尔比为(0.05～0.55)：(0.2～0.8)：(0.1～0.5)。本专利技术提供的聚合物降失水剂具有更好的抗盐能力，能克服现有的钻井液用降失水剂在高钙体系稳定性不强、耐盐性能差，不能很好的适用于高盐钻井液体系的问题。本专利技术提供的聚合物降失水剂的分子结构包括：具有式1结构的第一重复单元和具有式2结构的第二重复单元。式1结构中含有羧酸基团(-COOH)；式1中，R1选自氢(H)或甲基(CH3)。式2中，R2和R3独立地选自氢(H)、甲基(CH3)或乙基(CH2CH3)。本专利技术提供的聚合物降失水剂包括具有式3结构的第三重复单元，式3结构中包括磷氧双键(P＝O)和C-P键，可由有机膦酸形成该结构。有机膦酸一般是指具有P-C键结构的有机膦氧酸，它作为一种含有磷氧双键(P＝O)的强电子配位体，可与Ca2+、Mg2+、Al3+等离子在高温下形成不易破坏的强螯合结构，而且有机膦酸盐一般具有良好的水溶性，可以很大程度上避免在水溶液中析出，从而能提高该类型钻井液处理剂对高价金属离子的耐受能力。其次，与无机磷酸相比，有机膦酸基团直接以C-P键与高分子的主链或侧链相连，克服了无机磷酸腐蚀性强、容易流失的缺点。相对于钻井液处理剂中常用的磺酸单体，有机膦酸单体中的C-P键较C-S键更强，它的强度至少与C-C键强度相当。并且，C-P键具有很强的抗氧化和抗水解能力，在这方面甚至比C-C键更稳定。因此，本专利技术所述有机膦酸聚合物降失水剂的分子结构中，膦酸基与钙离子的络合能力较强，产品具有较强的抗钙能力。在本专利技术中，所述第一重复单元、第二重复单元与第三重复单元的摩尔比为(0.05～0.55)：(0.2～0.8)：(0.1～0.5)。在本专利技术的实施例中，该有机膦酸聚合物降失水剂的结构式可为：式4中，m、n、o分别为上述重复单元的摩尔数，m：n：o＝(0.05～0.55)：(0.2～0.8)：(0.1～0.5)。其中，本专利技术并不特殊限定上述重复单元之间的连接方式。在本专利技术的一些实施例中，所述有机膦酸聚合物降失水剂的pH值可为7.5～8.5，如pH值为8。同时，本专利技术提供了一种有机膦酸聚合物降失水剂的制备方法，包括以下步骤：将异丙烯膦酸单体、丙烯酰胺类单体和含羧酸基团的单体在引发剂作用下进行聚合反应，得到有机膦酸聚合物降失水剂；所述丙烯酰胺类单体选自丙烯酰胺、2-甲基丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺、N-乙基丙烯酰胺或N,N-二甲基丙烯酰胺；所述含羧酸基团的单体选自丙烯酸或2-甲基丙烯酸。本专利技术基于异丙烯膦酸(IPPA)单体经过聚合反应，形成有机膦酸高分子材料。具体地，本专利技术以异丙烯膦酸、丙烯酰胺类化合物和含羧酸基团的化合物为单体，进行聚合反应。其中，所述丙烯酰胺类单体选自丙烯酰胺、2-甲基丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺、N-乙基丙烯酰胺或N,N-二甲基丙烯酰胺；所述含羧酸基团的单体选自丙烯酸或2-甲基丙烯酸。在本专利技术中，所述异丙烯膦酸单体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有机膦酸聚合物降失水剂，包括具有式1结构的第一重复单元、具有式2结构的第二重复单元和具有式3结构的第三重复单元：

【技术特征摘要】
1.一种有机膦酸聚合物降失水剂，包括具有式1结构的第一重复单元、具有式2结构的第二重复单元和具有式3结构的第三重复单元：式1中，R1选自氢或甲基；式2中，R2和R3独立地选自氢、甲基或乙基；所述第一重复单元、第二重复单元与第三重复单元的摩尔比为(0.05～0.55)：(0.2～0.8)：(0.1～0.5)。2.根据权利要求1所述的有机膦酸聚合物降失水剂，其特征在于，所述有机膦酸聚合物降失水剂的pH值为7.5～8.5。3.一种有机膦酸聚合物降失水剂的制备方法，包括以下步骤：将异丙烯膦酸单体、丙烯酰胺类单体和含羧酸基团的单体在引发剂作用下进行聚合反应，得到有机膦酸聚合物降失水剂；所述丙烯酰胺类单体选自丙烯酰胺、2-甲基丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺、N-乙基丙烯酰胺或N,N-二甲基丙烯酰胺；所述含羧酸基团的单体选自丙烯酸或2-甲基丙烯酸。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述异丙烯膦酸单体、丙烯酰胺类单体与含羧酸基团的单体的摩尔比为(0.1～0.5)：(0.2～0.8)：(0.05～0.55)。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：李科，苏雪霞，徐生婧，李保慧，孙举，王中华，
申请(专利权)人：中石化石油工程技术服务有限公司，中石化中原石油工程有限公司钻井工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11