一种星形共聚物及其制备方法和应用、恒流变性水基钻井液及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于石油钻井技术领域，特别涉及一种星形共聚物及其制备方法和应用、恒流变性水基钻井液及其制备方法和应用。本发明专利技术所述离子液体中含有的阳离子可以与钠膨润土的阳离子发生离子交换作用，使钠膨润土的表面由亲水性向亲油性转变，降低高温下水基钻井液的塑性粘度，大大提高水基钻井液的动切力和动塑比，改善高温作用下水基钻井液的流变性；相比相同分子量的线性聚合物，所述星形聚合物可以显著降低水基钻井液体系的表观粘度和塑性粘度，且降解速度慢，因此高温作用下具有更合适和更稳定的动塑比，且受温度影响较小，离子液体与星形聚合物协同作用下可以获得高温下具有恒流变性的水基钻井液。

A star copolymer and its preparation method and application, constant flow modified water-based drilling fluid and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种星形共聚物及其制备方法和应用、恒流变性水基钻井液及其制备方法和应用
本专利技术属于石油钻井
，特别涉及一种星形共聚物及其制备方法和应用、恒流变性水基钻井液及其制备方法和应用。
技术介绍
抗高温高压钻井液是深部及超深部资源钻探的关键技术之一，目前深部及超深部钻探中，常用的抗高温钻井液体系主要有油基钻井液和水基钻井液。水基钻井液是以亲水性的膨润土分散在以水为连续相的多相分散体系；而油基钻井液是以亲油性的有机土分散在以油为连续相得多相分散体系。流变性是钻井液最重要的一项基本性能，是保证钻井液具有悬浮和携带钻屑、清洁井眼作用的关键，可以保证钻井工作的安全快速钻进。钠基膨润土是水基钻井液的主要造浆材料，高温条件下钻屑粘土和钠膨润土颗粒会更加分散，颗粒粒径变得更小，亚微米粒子数显著增加，钻井液体系的比表面积大大增加，钻井液体系比表面积的增加会直接导致高温作用下钻井液体系的表面能大大增加，使热力学极不稳定，进而使水基钻井液流变性不易控制；另外，为平衡深部高的地层压力，钻井液需具有匹配的高密度，也会影响钻井液的流变性。因此，在深部钻探过程中水基钻井液流变性能不稳定且不易维护(尤其是遇到粘土、盐入侵时)。同时高温作用下水基钻井液的滤失量大大增加，过多的滤失量也会造成井壁失稳和储层损害，宏观上都表现为高温高压作用下水基钻井液流变性失去控制。目前国内外传统的方法都是采用水溶性的改性天然聚合物或者合成的线形抗高温聚合物来控制水基钻井液体系的高温流变性和滤失性。这些聚合物作为包被剂、降粘剂、降滤失剂或者增粘剂等，用于调控深部钻探水基钻井液的流变行为；但这些聚合物处理剂在高温作用下吸附量会下降且容易降解或交联，易失效。因此，当温度超过200℃时，传统水溶性聚合物的热稳定性显著降低；当超过240℃，水溶性聚合物的热稳定性已接近极限。因此，超过200℃，传统水基钻井液的热稳定性大大降低。高性能的具有恒流变性的水基钻井液体系是目前本领域的一个研究追求方向。具体来讲，恒流变性是指钻井液体系流变性受温度的影响较小，表现出稳定的流变性，主要是指黏切比受温度的影响小，受温度的变化在10％左右。国外研究表明恒流变特性主要通过两种方式来实现：少量有机土配合聚合物增粘剂或者少量有机土配合表面活性剂，如E.vanOort等[OortEvan.，LeeJ.，FriedeimJ.Newflat-rheologysynthetic-basedmudforimproveddeep-waterdrilling[C].SPE90987.AnnualTechnicalConferenceandExhibition,Houston,Texas.2004,September26-29.]通过有机土和聚合物增粘剂构建了一套恒流变合成基钻井液体系。Juan等[RojasCarlosJuan.,BernPeter.,PluttLouiseJacobson.Newconstant-rheologysynthetic-basedfluidreducesdownholelosssesindeep-waterenvironments[C].SPE109586.AnnualTechnicalConferenceandExhibition,Anaheim,California,USA.2007,November11-14.]也采用了活化的有机土实现了恒流变合成基钻井液体系。近几年来国内韩子轩团队[韩子轩，蒋官澄，李青洋.适于深水钻井的恒流变合成基钻井液[J].钻井液与完井液，2014，3l(2)：17-20]合成了一种缔合线性聚合物作为流型调节剂与少量有机土组成了恒流变合成基钻井液。但目前技术中的恒流变性钻井液都是低温下流变性稳定的合成基钻井液，合成基钻井液是以合成的有机化合物为连续相，有机土和水为分散相的多相分散体系。ZL2017.10992475.7和“Anovelstar-shapedcopolymerasarheologymodifierinwater-baseddrilllingfluids”[JournalofPetroleumSciencesandEngineering，2018，(168)：98-106]，披露了一种星形聚合物，相对于相同分子量的线性聚合物，可以160℃下控制淡水基钻井液滤失量的同时，获得较稳定的流变性，但是在更高的温度下，仅仅加入该星形聚合物的水基钻井液流变性变差；ZL201510411687.2披露了一种咪唑类离子液体，加入该咪唑类离子液体虽然可以改善160℃高温下淡水基钻井液的流变性，但是加入该离子液体的淡水钻井液的流变性(用于表征流变性的参数-动塑比)还是会随着温度的升高而较大幅度地下降。油基钻井液和合成基钻井液有成本高，不好配制和维护，且使用后排放环境受到限制等缺点；具有高温下的恒流变性性能的水基钻井液体系需求仍无法得到满足。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供星形共聚物及其制备方法，所得星形共聚物具有受热降解速度慢的特点，有利于提高水基钻井液高温恒流变性能；本专利技术还提供了该星形共聚物的应用；本专利技术还提供了一种恒流变性水基钻井液，所述恒流变性水基钻井液具有高温下恒流变性的特点；本专利技术还提供了所述恒流变性水基钻井液的制备方法，制备工艺简单；本专利技术另提供了该恒流变性水基钻井液的应用。为了实现上述专利技术的目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种星形共聚物的制备方法，包括以下步骤：将偶氮4-氰基戊酸和氯化亚砜混合，进行化合反应，得到偶氮4-氰基戊酰氯；将所述偶氮4-氰基戊酰氯与β-环糊精混合，进行酯化反应，得到引发剂；将丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和引发剂混合，进行合成反应，得到所述星形聚合物。优选的，所述酯化反应中的催化剂包括，三乙胺或吡啶；所述偶氮4-氰基戊酰氯与β-环糊精的质量比为(3.5～5)：1。优选的，所述丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和引发剂的质量比为38：8.69：0.0224。本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的星形共聚物，所述星形共聚物包括芯核和端臂；所述芯核为β-环糊精；所述星形共聚物的黏均分子量为900万～1300万。本专利技术还提供了上述技术方案所述星形聚合物在钻井液中的应用。本专利技术还提供了一种恒流变性水基钻井液，包括基浆、星形共聚物和离子液体；所述星形聚合物为上述权利要求所述星形共聚物；所述离子液体为三丁基庚基溴化膦或氢氧化1-丁基-3-甲基咪唑。优选的，所述星形共聚物的质量为所述恒流变性水基钻井液质量的0.3～0.5％；所述离子液体的质量为所述恒流变性水基钻井液质量的0.1～0.2％。本专利技术还提供了上述技术方案所述恒流变性水基钻井液的制备方法，包括以下步骤：将基浆、星形聚合物和离子液体混合，进行水化，得到恒流变性水基钻井液。优选的，所述水化的温度为15～35℃，时间为20～30h。本专利技术还提供了上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种星形共聚物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将偶氮4-氰基戊酸和氯化亚砜混合，进行化合反应，得到偶氮4-氰基戊酰氯；/n将所述偶氮4-氰基戊酰氯与β-环糊精混合，进行酯化反应，得到引发剂；/n将丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和引发剂混合，进行合成反应，得到所述星形聚合物。/n

【技术特征摘要】
1.一种星形共聚物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将偶氮4-氰基戊酸和氯化亚砜混合，进行化合反应，得到偶氮4-氰基戊酰氯；
将所述偶氮4-氰基戊酰氯与β-环糊精混合，进行酯化反应，得到引发剂；
将丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和引发剂混合，进行合成反应，得到所述星形聚合物。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述酯化反应中的催化剂包括三乙胺或吡啶；
所述偶氮4-氰基戊酰氯与β-环糊精的质量比为(3.5～5)：1。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和引发剂的质量比为38：8.69：0.0224。


4.权利要求1～3任一项所述制备方法制备得到的星形共聚物，其特征在于，所述星形共聚物包括芯核和端臂；所述芯核为β-环糊精；
所述星形共聚物的黏均分子量为900万～1300万。


5.权利要求4所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗志华，幸雪松，卢松，牛文博，夏柏如，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11