一种生物基聚合物及其制备方法和应用技术

本申请涉及高分子材料合成技术领域，具体公开了一种生物基聚合物及其制备方法和应用。所述生物基聚合物包括如下重量份的组分：多羟基生物质20～30份、多元醇10～20份、烯丙基缩水甘油醚5～10份、不饱和羧酸或酸酐5～10份、氨基磺酸2～5份，环氧氯丙烷5～10份、仲胺2～5份、乙醇钠1～5份、引发剂1～3份、磷酸化试剂8～15份、无机悬浮剂0.5～1份、水10～20份。本发明专利技术制备得到的生物基聚合物具有良好的抗温抗盐性能，在温度达到220℃的饱和盐基钻井液中仍能保持良好的降滤失性能。同时，本发明专利技术的制备方法所采用的生物质原料可再生、可生物降解，符合国家低碳环保的政策要求。符合国家低碳环保的政策要求。

【技术实现步骤摘要】
一种生物基聚合物及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于生物基高分子材料合成
，具体涉及一种生物基聚合物及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]降滤失剂是维护钻井液性能稳定、安全高效钻井的关键材料之一。近年来，由于能源需求特别是石油天然气消费量的迅速增加，油气井钻探不断深入，深井超深井的数目随之增多。当油气井钻探到达4500m以上，高温、高盐、高压地层环境使得钻井液的失水、流变性能的控制面临巨大挑战。目前市售降滤失剂主要应用于浅层钻井，抗温不超过180℃，且多含有环境有害物质。受到国家环保政策及法律法规的限制，传统降滤失剂将面临淘汰。因此，钻井液降滤失剂的耐温抗盐性能以及低碳环保性成为了国内外钻井液技术人员和专家所关注的焦点。
[0003]目前，国内为环保型钻井液降滤失剂的研究主要分为两类。一类为有天然高分子聚合物，包括淀粉、黄原胶、纤维素、木质素、单宁、植物胶等，主要应用于上部浅层钻井，抗温120℃左右。一类为抗高温的环保型钻井液降滤失剂以天然高分子接枝聚合物类为主，一般接枝AM、AMPS、AA、NVP等功能性单体合成多元共聚物抗高温降滤失剂，抗温180～200℃。虽然已有抗温超过180℃的环保型降滤失剂研究报道，但是其在高温高盐下的滤失量控制依然不够理想。为了满足钻井需求则会增大降滤失剂的用量，会造成资源和成本的浪费。

技术实现思路

[0004]针对现有钻井液降滤失剂的耐温抗盐性能以及低碳环保方面的不足，本专利技术提供一种生物基聚合物及其制备方法和应用，采用具有刚性结构与活性基团的生物基原料为前体，通过高稳定双电层的阴离子以及与黏土具有特异性吸附的阳离子进行改性，制备出梯形交联结构聚合物，可提升降滤失剂的抗温抗盐性能，为高温高盐极端条件下的深井开采提供技术支持，同时符合国家低碳环保的战略要求。
[0005]为实现上述目的，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006]一种生物基聚合物，其特征在于，包括以下重量份的组分：
[0007]多羟基生物质20～30份、多元醇10～20份、烯丙基缩水甘油醚5～10份、不饱和羧酸或酸酐5～10份、氨基磺酸2～5份、环氧氯丙烷5～10份、仲胺2～5份、乙醇钠1～5份、引发剂1～3份、磷酸化试剂8～15份、无机悬浮剂0.5～1份、水10～20份。
[0008]作为一种优选，所述多羟基生物质为腐殖酸、富里酸、葡萄糖、葡萄糖酸钠、果糖、蔗糖、乳糖、可溶淀粉、纤维素醚和木质素磺酸盐中的至少一种。优选的多羟基生物质为富里酸、葡萄糖酸钠、木质素磺酸盐。其中木质素磺酸盐包括钠盐、镁盐和钙盐。
[0009]作为一种优选，所述多元醇为聚乙二醇、聚丙二醇、乙二醇、丙三醇中的至少一种。多元醇作为生物质的溶剂以及与烯丙基缩水甘油醚的反应物，其羟基活性应不高于生物质中的羟基活性，以保证生物质原料的接枝率。优选的多元醇为聚乙二醇和丙三醇。
[0010]作为一种优选，所述不饱和羧酸或酸酐为丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、马来酸、马来酸酐的至少一种。优选的不饱和羧酸或酸酐为甲基丙烯酸和马来酸酐。
[0011]作为一种优选，所述仲胺为二甲胺、二乙胺、二乙醇胺、二仲丁胺中的至少一种。利用仲胺与环氧基团的开环反应，将C
‑
C主链进行桥接，制备得到梯形交联结构，提高聚合物的结构稳定性，减少高温高盐条件下的分子构象卷曲。优选的仲胺为二甲胺和二乙醇胺。
[0012]作为一种优选，所述引发剂为双氧水、维生素C与硫酸亚铁，所述双氧水、维生素C与硫酸亚铁质量比为1:(0.2～0.5):(0.001～0.008)。优选的双氧水、维生素C、硫酸亚铁的质量比为1:(0.3～0.4):(0.004～0.006)
[0013]作为一种优选，所述磷酸化试剂为多聚磷酸、五氧化二磷中的至少一种。在分子结构中引入磷酸基团可以增强降滤失剂对悬浮颗粒的吸附作用，同时增强电荷密度，提升静电斥力，提高分散稳定性。优选的磷酸化试剂为多聚磷酸。
[0014]作为一种优选，所述无机悬浮剂为硅酸镁铝、纳米膨润土、纳米蒙脱土、纳米海泡石、气相二氧化硅中的至少一种。聚合物分子可吸附到无机悬浮剂的表面和内部，可改善高温高盐条件下降滤失剂的粘度等流变特性，提升其流变稳定性。优选的无机悬浮剂为硅酸镁铝、纳米蒙脱土和气相二氧化硅。
[0015]本专利技术提供一种生物基聚合物的制备方法，具体包括以下步骤：
[0016](1)将所述多羟基生物质与所述多元醇加入排除空气的反应容器中，升温至50℃，搅拌溶解，随后加入所述乙醇钠。
[0017](2)升温至60～70℃，持续搅拌，在1～2h内加入所述烯丙基缩水甘油醚，保温反应2～3h，制得生物质多羟基改性的不饱和醚。
[0018](3)向步骤(2)中得到的所述生物质多羟基改性的不饱和醚中加入双氧水作为底料，将所述不饱和羧酸或酸酐溶于水作为A料，将所述维生素C与所述硫酸亚铁溶于水作为B料，控制反应温度在40～50℃之间，在1～1.5h内将A、B料同时加入与所述底料混合，滴加完毕后保温反应2h，制得改性聚合物A。
[0019](4)向步骤(3)中制得的改性聚合物A中加入所述仲胺与氨基磺酸，随后在1h内加入所述环氧氯丙烷，控制反应温度不超过70℃，快速搅拌反应2～3h，制得阳离子交联的聚合物B。
[0020](5)向步骤(4)中制得的阳离子交联的聚合物B中分批加入所述磷酸化试剂，控制温度不超过85℃，制得磷酸化的交联聚合物C。
[0021](6)将所述无机悬浮剂与水混合，在4000～6000rpm转速下，高速剪切分散0.5h，制得悬浮液。
[0022](7)将步骤(6)中制得的悬浮液加入到步骤5)的磷酸化的交联聚合物C中，在500～1000rpm转速下，控制温度在40～60℃，持续搅拌反应1.5～3h，制得生物基聚合物。
[0023]所述的生物基聚合物可应用于高温高盐条件下钻井液的降滤失剂。该生物基聚合物具有高健能的C
‑
C和C
‑
O键的交联结构、稳定双电层结构与特异性吸附基团，具有良好的耐温抗盐性能，可有效解决高温高盐条件下钻井液降滤失剂的高温降解、高温高盐分子链构象、高温解吸附、高温去水化以及高盐吸附双电层稳定性等方面的难题。
[0024]相对于现有技术，本专利技术的有益效果如下：
[0025]1、本专利技术采用具有大量刚性结构与活性基团的生物质为原料，增强了聚合物的结
构刚性，同时通过多位点羟基的开环反应起到桥接支链的作用，可形成梯形交联结构，进一步提升了在高温高盐条件下的结构稳定性，解决高温高盐分子链构象易变的难题，提高聚合物的抗温抗盐性能；而且生物质原料可再生、可生物降解，符合国家低碳环保的政策要求。
[0026]2、本专利技术利用羟基、胺基与环氧基团的开环反应，在聚合物支链上接枝对黏土具有特异性吸附的阳离子链段，可进一步减少高温解吸附、高温去水化的难题，提升聚合物的降滤失性能。
[0027]3、本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物基聚合物，其特征在于，所述生物基聚合物包括以下重量份的组分：多羟基生物质20～30份、多元醇10～20份、烯丙基缩水甘油醚5～10份、不饱和羧酸或酸酐5～10份、氨基磺酸2～5份、环氧氯丙烷5～10份、仲胺2～5份、乙醇钠1～5份、引发剂1～3份、磷酸化试剂8～15份、无机悬浮剂0.5～1份、水10～20份。2.根据权利要求1所述的生物基聚合物，其特征在于，所述多羟基生物质为腐殖酸、富里酸、葡萄糖、葡萄糖酸钠、果糖、蔗糖、乳糖、可溶淀粉、纤维素醚和木质素磺酸盐中的至少一种。3.根据权利要求1所述的生物基聚合物，其特征在于，所述多元醇为聚乙二醇、聚丙二醇、乙二醇、丙三醇中的至少一种。4.根据权利要求1所述的生物基聚合物，其特征在于，所述不饱和羧酸或酸酐为丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、马来酸、马来酸酐的至少一种。5.根据权利要求1所述的生物基聚合物，其特征在于，所述仲胺为二甲胺、二乙胺、二乙醇胺、二仲丁胺中的至少一种。6.根据权利要求1所述的生物基聚合物，其特征在于，所述引发剂为双氧水、维生素C和硫酸亚铁，所述双氧水、维生素C和硫酸亚铁之间的质量比为1:(0.2～0.5):(0.001～0.008)。7.根据权利要求1所述的生物基聚合物，其特征在于，所述磷酸化试剂为多聚磷酸、五氧化二磷中的至少一种。8.根据权利要求1所述的生物基聚合物，其特征在于，所述无机悬浮剂为硅酸镁铝、纳米膨润土、纳米蒙脱土、纳米海泡石、气相二氧化硅中的至少一种。9.根据权利要求1所述的一种生物基聚合物的制备方法，其特征在于，包括以...

【专利技术属性】
技术研发人员：高育欣，曾超，刘明，杨文，闫松龄，王福涛，张磊，裴雪宇，张意，赵潇，叶子，
申请(专利权)人：中建西部建设建材科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：