一种丙烯酰吗啉聚合物及其应用和钻井液降滤失剂的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种丙烯酰吗啉聚合物及其应用和钻井液降滤失剂。该丙烯酰吗啉聚合物含有式（1）所示的结构单元、式（2）所示的结构单元和式（3）所示的结构单元，且至少部分式（2）所示的结构单元与至少部分式（3）所示的结构单元键合成式（4）所示的交联结构单元；其中，R1-R9各自独立地为H或C1-C3的直链或支链烷基，y为1-5的整数，M为H或碱金属元素，X为O或NH，R10为C1-C5的直链或支链亚烷基。所述丙烯酰吗啉聚合物和钻井液降滤失剂具有优异的降滤失性能和增粘效果。
【专利说明】一种丙烯酰吗啉聚合物及其应用和钻井液降滤失剂
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种丙烯酰吗啉聚合物、所述丙烯酰吗啉聚合物作为钻井液降滤失剂的应用以及一种钻井液降滤失剂。
【背景技术】
[0002]在石油钻井过程中，钻遇地层日趋复杂，特殊井、超深井和复杂井数量逐年增加，这对钻井液提出了更高的要求。针对这一情况，国内外科研工作者在抗高温钻井液降滤失剂方面开展了一系列工作。但是对于目前已有的钻井液降滤失剂来说，要想提高深井、超深井钻井液的抗温抗盐性能，就必须增加钻井液降滤失剂的用量。然而，钻井液降滤失剂用量的增大会增加钻井液的粘度，特别是在韩、镁含量高的情况下，钻井液性能更加难以控制，已有的钻井液降滤失剂已经不能完全满足钻井的需要。针对页岩气的成藏特征，页岩气开发以浅层大位移井、丛式水平井布井为主。由于页岩地层裂缝的水敏性强且水平段较长，长水平段钻井中不仅易发生井漏、垮塌、缩径等现象，而且还会带来摩阻、携岩及地层污染问题，从而增加了井下的复杂程度。因此，解决页岩气水平井钻井中的井壁稳定、降阻减摩和岩屑床清除等问题成为钻井液选择和设计的关键。为了满足井壁稳定的需要，国外60-70%的页岩气水平井采用油基钻井液体系，就国内近期完成的页岩气水平井来看，绝大多数也采用油基钻井液。然而，由于油基钻井液成本高、对环保有污染，因此，水基钻井液是最终的选择。然而，研究表明，当活性页岩暴露于高矿化度(35%的CaCl2水溶液)的水基钻井液时，活性的页岩会发生失水或脱水现象。因此，针对页岩气水平井钻井的需要，亟需开发出一种具有优异的降滤失性能和增粘效果的降滤失剂。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种具有优异的降滤失性能和增粘效果的丙烯酰吗啉聚合物、该丙烯酰吗啉聚合物作为钻井液降滤失剂的应用以及一种钻井液降滤失剂。
[0004]本发明提供了一种丙烯酰吗啉聚合物，其中，该聚合物含有式(I)所示的结构单元、式(2)所示的结构单元和式(3)所示的结构单元，且至少部分式(2)所示的结构单元与至少部分式(3)所示的结构单元键合成式(4)所示的交联结构单元；相对于Imol式(I)所示的结构单元，式(2)所示的结构单元与式(4)所示的交联结构单元的总含量为0.5-10mol,式(3)所示的结构单元与式(4)所示的交联结构单元的总含量为0.01-0.05mol ；
[0005]
【权利要求】
1.一种丙烯酰吗啉聚合物，其特征在于，该聚合物含有式(I)所示的结构单元、式(2)所示的结构单元和式(3)所示的结构单元,且至少部分式(2)所示的结构单元与至少部分式(3)所示的结构单元键合成式(4)所示的交联结构单元；相对于Imol式(I)所示的结构单元，式(2)所示的结构单元与式(4)所示的交联结构单元的总含量为0.5-10mol,式(3)所示的结构单元与式(4)所示的交联结构单元的总含量为0.01-0.05mol ；
2.根据权利要求1所述的丙烯酰吗啉聚合物，其中，式(I)中，R1-R3为H。
3.根据权利要求1所述的丙烯酰吗啉聚合物，其中，式(2)中，R4和R5为H，R6和R7为甲基，y为I, M为Na。
4.根据权利要求1所述的丙烯酰吗啉聚合物，其中，式(3)中， R8和R9为H，X为NH, R10为亚甲基；或者， R8和R9为H，X为0，R10为亚乙基；或者， R8为H，R9为甲基，X为0，R10为亚乙基；或者，
R8 和 R9 为 H，X 为 0，R10 为
5.根据权利要求1所述的丙烯酰吗啉聚合物，其中，浓度为I重量％的所述丙烯酰吗啉聚合物的水溶液的表观粘度为30-55mPa.S。
6.一种钻井液降滤失剂，该钻井液降滤失剂通过包括以下步骤的方法制得: (1)在烯烃聚合反应条件下，将引发剂和单体混合物在含水溶剂中混合均匀后进行聚合反应；所述单体混合物含有式(5)所示的单体A、式(6)所示的单体B和式(7)所示的交联性单体C，且相对于Imol的单体A，所述单体B的用量为0.5-10mol,所述交联性单体C的用量为 0.01-0.05mol ； (2)将步骤(1)得到的产物在交联反应条件下进行交联反应；
7.根据权利要求6所述的钻井液降滤失剂，其中，所述含水溶剂为水。
8.根据权利要求7所述的钻井液降滤失剂，其中，所述单体B以浓度为40-60重量％的水溶液的形式使用；将所述引发剂和单体混合物在含水溶剂中混合均匀的方式为先将单体B的水溶液与水混合均匀，加入单体A和交联性单体C并搅拌混合均匀，然后将得到的混合物的PH值调节至6-9，再加入引发剂。
9.根据权利要求6所述的钻井液降滤失剂，其中，所述单体A为N-丙烯酰吗啉。
10.根据权利要求6所述的钻井液降滤失剂，其中，所述单体B为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠。
11.根据权利要求6所述的钻井液降滤失剂，其中，所述交联性单体C为N-羟甲基丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯和丙烯酸羟丙酯中的一种或多种。
12.根据权利要求6所述的钻井液降滤失剂，其中，所述烯烃聚合反应条件包括反应温度为30-60°C，反应时间为15-60分钟，pH值为6-9。
13.根据权利要求6所述的钻井液降滤失剂，其中，所述交联反应条件包括反应温度为90-100°C，反应时间为2-6小时。
14.根据权利要求6所述的钻井液降滤失剂，其中，以100重量份的单体混合物为基准，所述引发剂的用量为0.1-0.9重量份。
15.根据权利要求14所述的钻井液降滤失剂，其中，所述引发剂为氧化还原类引发剂，所述氧化还原类引发剂中的氧化剂为过硫酸钾和/或过硫酸铵，还原剂为亚硫酸氢钠、焦亚硫Ife纳、亚硫Ife纳和硫代硫Ife纳中的一种或多种。
16.根据权利要求6所述的钻井液降滤失剂，其中，所述钻井液降滤失剂的制备方法还包括将步骤(2)得到的交联反应产物剪切、烘干并粉碎。
17.权利要求1-5中任意一项所述的丙烯酰吗啉聚合物作为钻井液降滤失剂的应用。
【文档编号】C08F220/28GK103665261SQ201310282326
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年7月5日 优先权日:2012年9月20日
【发明者】王中华 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中石化中原石油工程有限公司钻井工程技术研究院