一种高分子聚合物及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种高分子聚合物及其制备方法和应用。所述高分子聚合物是由丙烯酰胺、2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸、丙烯酸和对苯乙烯磺酸钠共聚而成。本发明专利技术的高分子聚合物作为钻井液用降滤失剂，具有耐温耐盐能力，抗温高达220℃。

【技术实现步骤摘要】
一种高分子聚合物及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种高分子聚合物及其应用。
技术介绍
随着现代社会对石油需求的不断旺盛，石油勘探开发的难度也在不断加大。现在，全球石油天然气的开采开始呈现向陆地深层，环境恶劣区域和海洋发展的趋势，部分待探明的石油资源主要分布在我国的塔里木、准噶尔、柴达木、吐哈四个盆地，是我国石油产量的主要地区。同时，这部分资源量的73％埋藏在深层—5000米以下。因此，实现新地区、新领域、新层位尤其是深层超深层的油气突破，寻找和扩大油田含油气范围及领域，成为顺利实现我国石油资源接替目标的主要手段。钻井液作为钻井的“血液”，其性能也决定了钻井质量、钻井成本和钻井周期，而高分子聚合物作为重要的油田化学剂之一，一方面阻止了钻井液的进一步失水，另一方面起到了保护井壁的作用。高温对泥钻井液中的粘土、处理剂本身以及处理剂对粘土的作用产生影响，从而影响到高分子聚合物在高温下的使用性能。高分子聚合物的种类有很多，大体上可以分为改性腐殖酸类、改性淀粉类、改性纤维素类、人工合成树脂类以及合成烯类单体聚合物这几类。其中改性淀粉可耐受120℃的高温，改性纤维素可以耐温130℃，改性人工合成树脂可以耐受150℃的高温，近年来耐温耐盐单体共聚物，特别是以磺酸盐单体为主合成的多元共聚物以其优良的耐温性能而引起人们的关注与研究，但是研发抗220℃的聚合物高分子聚合物仍存在较大难度。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种高分子聚合物及其制备方法。所述高分子聚合物可用于作为钻井液用降滤失剂，具有耐高温耐盐性能，抗温高达220℃。本专利技术第一方面提供一种高分子聚合物，所述高分子聚合物由单体丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酸和对苯乙烯磺酸钠共聚而成。根据本专利技术的上述实施方式，所述丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酸和对苯乙烯磺酸钠的摩尔比为(10-4):(4-1):(4-1):(4-1)，优选摩尔比为(7-5):(2-1):(2-1):(2-1)。根据本专利技术的上述实施方式，以摩尔百分比计，所述丙烯酰胺占单体总量的30％-80％，优选45-60％，更优选45-55％；所述2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸占单体总量的2.5％-25％，优选5-20％，更优选7.5-20％；所述丙烯酸占单体总量的2.5％-30％，优选5-25％，优选10-25％；对苯乙烯磺酸钠占单体总量的2.5％-30％，优选5-25％，更优选10-25％。本专利技术的第二方面提供一种高分子聚合物的制备方法包括如下步骤：S1.将丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酸、对苯乙烯磺酸钠和水混合，搅拌溶解，得到单体混合溶液；S2.将所述单体混合溶液用碱液调节pH至5-8，优选6.5-7.5，更优选6.8-7.2；S3.在惰性气氛中，将步骤S2处理后的溶液进行升温，升温至30-60℃时加入第一部分引发剂溶液，其中第一部分引发液占全部引发液质量的30％-50％，升温至40-70℃时加入剩余部分的引发剂溶液，进行聚合反应，得到凝胶产物；S4.对所述凝胶产物进行洗涤和干燥。根据本专利技术的上述实施方式，所述单体混合溶液的浓度为15-35％，优选为15-25％。根据本专利技术的上述实施方式，所述碱液选自氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液和氢氧化钙溶液中的一种或多种，优选为氢氧化钠溶液。根据本专利技术的上述实施方式，所述引发剂选自过硫酸铵、偶氮二异丁腈和亚硫酸氢钠中的一种或多种，优选为过硫酸铵。根据本专利技术的上述实施方式，所述第一部分引发剂溶液和剩余部分引发剂溶液中引发剂的质量比为1:3至3:1，优选为1:1。根据本专利技术的上述实施方式，所述引发剂的质量为占单体总质量的0.5％-2％，优选为0.75-1.5％。根据本专利技术的上述实施方式，所述聚合反应的温度为25-80℃，优选为30-70℃；反应的时间为1-6h，优选为2-5h。本专利技术第三方面提供的高分子聚合物在钻井液中应用，尤其是作为降滤失剂的应用。本专利技术第四方面提供的一种抗高温钻井液，包括上述高分子聚合物或者有上述方法制备的高分子聚合物。本专利技术在主链或亲水基与主链连接键多采用“C-C”、“C-N”、“C-S”键而避免“-O-”键，这有利于提高聚合物热稳定性，在高温下降解不明显，且交联易控制。同时在分子中引入大体积和刚性侧基(磺酸基团和环状基团等)，利用大体积基团的空间位阻效应和环状基团的刚性，使聚合物分子构型不易改变，同时提高聚合物耐温耐盐能力和热稳定性，抗温高达220℃。本专利技术的高分子聚合物同时引入了水化作用强的磺酸基团和刚性苯环结构，使聚合物既具有良好的耐温性能又可增大粘土表面水化膜厚度，防止粘土颗粒聚集，形成溶剂化水膜，增加颗粒间静电斥力，提高新型高分子聚合物的滤失性能。同时采用分段加入引发剂的方式，使聚合物逐步聚合，进一步控制聚合物的分子量，使产物更稳定，保证钻井液的流变性能。附图说明图1实施例18制备得到高分子聚合物的红外光谱图。图2实施例18制备得到高分子聚合物的热重分析图。具体实施方式下面将结合具体实施例对本
技术实现思路
作进一步的说明。在进行钻井液用降滤失剂性能测试时，需要进行基浆的配置，采用钻井液测试程序GB/T16783.1-2014和Q/SH35800005-2012评价相关性能(只需要测试220℃老化之后的API和高温高压滤失量，按照以上标准来测)，具体为：1％水溶液表观粘度测定：称取4g高分子聚合物，搅拌条件下缓慢加入400mL蒸馏水中之全部溶解。室温下密闭养护24h，用流速旋转粘度计测定600r/min下的读数，按照以下公式计算。式中，AV-表观粘度，单位毫帕·秒(mPa·s)-旋转粘度计600r/min下的读数。滤失量测定：量取350mL蒸馏水置于高速搅拌杯中，加入0.42g无水碳酸钠，搅拌下加入7.0g钻井液实验用钠膨润土，高速搅拌20min，在25℃下密闭养护24h。搅拌下加入10.5g磺化褐煤，高速搅拌5min，搅拌下加入高分子聚合物10.5g，高速搅拌20min，搅拌下加入105g氯化钠，高速搅拌20min，在25℃密闭养护2～4h。然后在220℃下滚动16h，冷却至25℃，加入7g无水碳酸钠，高速搅拌5min，按照GB/T16783.1中7.2的规定测定25℃、0.7MPa条件下的API滤失量(静滤失量)，按照7.3的规定测定180℃、3.45MPa条件下的高温高压滤失量。实施例1-5准确称取含量为99％的丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酸(AA)和对苯乙烯磺酸钠(SSA)(摩尔比如表1所示)，加入150mL的去离子水，充分搅拌均匀后，用等物质的量的浓度为30％氢氧化钠溶液将溶液pH调至7，将混合溶液移至三口烧瓶中，通N230min除去溶液中的氧气，升温，准确称量占单体总质量为1％的引发剂过硫酸铵，加入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高分子聚合物，其由单体丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酸和对苯乙烯磺酸钠共聚而成。/n

【技术特征摘要】
1.一种高分子聚合物，其由单体丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酸和对苯乙烯磺酸钠共聚而成。


2.根据权利要求1所述的高分子聚合物，其特征在于，所述丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酸和对苯乙烯磺酸钠的摩尔比为(10-4):(4-1):(4-1):(4-1)，优选摩尔比为(7-5):(2-1):(2-1):(2-1)。


3.根据权利要求1或2所述的高分子聚合物，其特征在于，以摩尔百分比计，所述丙烯酰胺占单体总量的30％-80％，优选45-60％，更优选45-55％；所述2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸占单体总量的2.5％-25％，优选5-20％，更优选7.5-20％；所述丙烯酸占单体总量的2.5％-30％，优选5-25％，更优选10-25％；对苯乙烯磺酸钠占单体总量的2.5％-30％，优选5-25％，更优选10-25％。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的高分子聚合物的制备方法，包括以下步骤：
S1.将丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酸、对苯乙烯磺酸钠和水混合，得到单体混合溶液；
S2.将所述单体混合溶液用碱液调节pH至5-8，优选6.5-7.5，更优选6.8-7.2；
S3.在惰性气氛中，将步骤S2处理后的溶液进行升温，升温至30-60℃时加入第一部分的引发剂溶液，升温至40-70℃时加...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨帆，张宏玉，王海波，杨昕，李雄，金军斌，杨小华，王琳，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11