一种用于降滤失的星型结构的共聚物及其制备方法和应用及钻井液及其应用技术

本发明专利技术涉及石油工业钻井领域，公开了一种用于降滤失的“星型”结构的共聚物及其制备方法和应用及钻井液及其应用，该共聚物中含有结构单元A、结构单元B、结构单元C、结构单元D和结构单元E，分别为选自具有式(1)、式(2)、式(3)、式(4)和式(5)所示结构的结构单元中的至少一种，所述共聚物的数均分子量为15万

【技术实现步骤摘要】
一种用于降滤失的星型结构的共聚物及其制备方法和应用及钻井液及其应用


[0001]本专利技术涉及石油工业钻井领域，具体涉及一种用于降滤失的“星型”结构的共聚物及其制备方法和应用，及所述共聚物作为降滤失剂的钻井液及其应用。

技术介绍

[0002]随着石油钻井技术的发展和常规油气储量的下降，深层、超深层油气资源成为勘探开发的重点。
[0003]在深井和超深井钻井过程中，由于井下为高温高压环境，钻井液在高温高压作用下性能会发生很大变化，主要是由于黏土在高温作用下会发生高温钝化作用，高温增强了水分子的热运动，降低了水分子在黏土表面定向的驱使，即降低了黏土表面水化能力，使黏土其外层水化膜减薄，Zeta电位降低，稳定性降低，加入的化学处理剂也会发生高温降解、高温交联、高温解吸附、高温去水化等高温破坏作用，严重影响其造壁性能，使得钻井液滤失量增大，影响井壁稳定。
[0004]另外，深井、超深井往往需要钻遇多种不同性质的地层，不可避免的会钻遇高含钙地层。Ca
2+
的入侵会严重影响钻井液的性能，Ca
2+
会置换吸附在膨润土表面上的Na
+
，使得其Zeta电位降低，水化膜变薄，膨润土颗粒间斥力变小，絮凝而变粗，易形成厚而疏松的泥饼，造成压差卡钻等井下复杂事故。尤其是钻进上述地层时多使用高密度钻井液体系，钙侵会更加严重，钻井液的滤失量剧增，极易发生井壁坍塌等严重井下事故。
[0005]近年来钻遇高温高含钙的情况不断增多，钙的侵入浓度也越来越高，高温高钙的井下恶劣环境严重影响了钻井液的滤失性能，对钻井工程的安全与成本造成了严重的威胁。钻井液中核心处理剂——抗高温高钙降滤失剂，已经成为制约深井钻井液技术发展的“瓶颈”。
[0006]目前油田使用的降滤失剂的种类繁多，各个种类之间的性能也存在差异。改性淀粉类降滤失剂抗盐抗钙能力较强，但是抗温能力差，在120℃条件下基本失去作用；改性纤维素类降滤失剂有良好的耐盐性能，能在饱和盐水中使用，且生物稳定性比改性淀粉的好，但耐温也只能达到130℃；改性褐煤类降滤失剂一般可抗温达200℃左右，但不耐盐；其中合成聚合物类降滤失剂与黏土的良好结合，能够增强膨润土的结构，在诸多学者的努力下，已成功研究了许多聚合物抗高温和抗盐降滤失剂。
[0007]此外，也有研究者发现，纳米颗粒对两性聚合物具有良好的吸附性能，具有比常规微米级别添加剂更好的桥塞性能，能够有限阻断液体进入地层，有助于改善钻井液的传热和流变特性、保持井筒稳定性以及保护油气藏。然而，现有的纳米材料聚合物作为耐高温或耐高钙降滤失剂时的性能均不能满足应用需求。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是为了克服现有的共聚物降滤失剂不能兼具较好的抗温性和抗钙
性能的缺陷。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种用于降滤失的“星型”结构的共聚物，该共聚物中含有结构单元A、结构单元B、结构单元C、结构单元D和结构单元E，
[0010]所述结构单元A为选自具有式(1)所示结构的结构单元中的至少一种；所述结构单元B为选自具有式(2)所示结构的结构单元中的至少一种；所述结构单元C为选自具有式(3)所示结构的结构单元中的至少一种；所述结构单元D为选自具有式(4)所示结构的结构单元中的至少一种；所述结构单元E为选自具有式(5)所示结构的结构单元中的至少一种；所述共聚物的数均分子量为15万
‑
90万；
[0011][0012]其中，
[0013]在式(1)中，R0选自POSS、SiO2、Fe3O4、TiO2、Al2O3，各个R1各自独立地选自
‑
R
11
‑
O
‑
，且各个R
11
各自独立地选自C0‑6的亚烷基，其中R
11
与 R0直接连接；
[0014]在式(2)中，R2选自H或C1‑6的烷基，R3选自C0‑6的亚烷基或
‑
CO
‑
NH
‑ꢀ
R
12
‑
，且R
12
选自C0‑6的亚烷基，M选自H或碱金属元素；
[0015]在式(3)中，R4选自H或C1‑6的烷基，R5选自
‑
OM'或
‑
NH2，且M'为 H或碱金属元素；
[0016]在式(4)中，R6选自C0‑6的亚烷基，R7选自H或C1‑6的烷基，各个R8各自独立地选自H或C1‑6的烷基；
[0017]在式(5)中，各个R9各自独立地选自C1‑6的烷基，各个R
10
各自独立地选自H或C1‑6的烷基，X
‑
为一价阴离子。
[0018]本专利技术第二方面提供一种制备用于降滤失的“星型”结构的共聚物的方法，该方法
包括：
[0019]在含水溶剂和碱性条件下，在氧化还原自由基引发体系存在下，将共聚组合物中的各组分进行自由基聚合反应，所述共聚组合物中含有单体A
’
、单体B
’
、单体C
’
、单体D
’
和单体E
’
；
[0020]所述单体A
’
为选自具有式(1
’
)所示结构的单体中的至少一种；所述单体B
’
为选自具有式(2
’
)所示结构的单体中的至少一种；所述单体C
’
为选自具有式(3
’
)所示结构的单体中的至少一种；所述单体D
’
为选自具有式(4
’
) 所示结构的单体中的至少一种；所述单体E
’
为选自具有式(5
’
)所示结构的单体中的至少一种；
[0021]所述单体A
’
、所述单体B
’
、所述单体C
’
、所述单体D
’
和所述单体E
’
分别使得所述共聚物中含有结构单元A、结构单元B、结构单元C、结构单元 D和结构单元E，所述结构单元A为选自具有式(1)所示结构的结构单元中的至少一种；所述结构单元B为选自具有式(2)所示结构的结构单元中的至少一种；所述结构单元C为选自具有式(3)所示结构的结构单元中的至少一种；所述结构单元D为选自具有式(4)所示结构的结构单元中的至少一种；所述结构单元E为选自具有式(5)所示结构的结构单元中的至少一种；所述共聚组合物的用量使得获得的共聚物的数均分子量为15万
‑
90万；
[0022][0023][0024]其中，R0‑
R
12
的定义与上述第一方面所述的定义对应相同，各个R1’
各自独立地选自
‑
R
11
‑
OH，且各个R
11
各自独立地选自C0‑6的亚烷基，X<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于降滤失的“星型”结构的共聚物，其特征在于，该共聚物中含有结构单元A、结构单元B、结构单元C、结构单元D和结构单元E，所述结构单元A为选自具有式(1)所示结构的结构单元中的至少一种；所述结构单元B为选自具有式(2)所示结构的结构单元中的至少一种；所述结构单元C为选自具有式(3)所示结构的结构单元中的至少一种；所述结构单元D为选自具有式(4)所示结构的结构单元中的至少一种；所述结构单元E为选自具有式(5)所示结构的结构单元中的至少一种；所述共聚物的数均分子量为15万
‑
90万；其中，在式(1)中，R0选自POSS、SiO2、Fe3O4、TiO2、Al2O3，各个R1各自独立地选自
‑
R
11
‑
O
‑
，且各个R
11
各自独立地选自C0‑6的亚烷基，其中R
11
与R0直接连接；在式(2)中，R2选自H或C1‑6的烷基，R3选自C0‑6的亚烷基或
‑
CO
‑
NH
‑
R
12
‑
，且R
12
选自C0‑6的亚烷基，M选自H或碱金属元素；在式(3)中，R4选自H或C1‑6的烷基，R5选自
‑
OM'或
‑
NH2，且M'为H或碱金属元素；在式(4)中，R6选自C0‑6的亚烷基，R7选自H或C1‑6的烷基，各个R8各自独立地选自H或C1‑6的烷基；在式(5)中，各个R9各自独立地选自C1‑6的烷基，各个R
10
各自独立地选自H或C1‑6的烷基，X
‑
为一价阴离子。2.根据权利要求1所述的共聚物，其中，
在式(1)中，R0选自POSS、SiO2、Fe3O4、TiO2、Al2O3，各个R1各自独立地选自
‑
R
11
‑
O
‑
，且各个R
11
各自独立地选自C0的亚烷基、
‑
CH2‑
、
‑
CH2‑
CH2‑
、
‑
CH2‑
CH2‑
CH2‑
，其中R
11
与R0直接连接；在式(2)中，R2选自H、甲基、乙基或正丙基，R3选自C0的亚烷基、
‑
CH2‑
、
‑
CH2‑
CH2‑
、
‑
CH2‑
CH2‑
CH2‑
、
‑
CH(CH3)
‑
CH2‑
、
‑
CH2‑
CH(CH3)
‑
、
‑
CH2‑
(CH2)2‑
CH2‑
、
‑
C(CH3)2‑
CH2‑
、
‑
CH2‑
C(CH3)2‑
、
‑
CO
‑
NH
‑
CH2‑
、
‑
CO
‑
NH
‑
CH2‑
CH2‑
、
‑
CO
‑
NH
‑
CH2‑
CH2‑
CH2‑
、
‑
CO
‑
NH
‑
CH(CH3)
‑
CH2‑
、
‑
CO
‑
NH
‑
CH2‑
CH(CH3)
‑
、
‑
CO
‑
NH
‑
CH2‑
(CH2)2‑
CH2‑
、
‑
CO
‑
NH
‑
C(CH3)2‑
CH2‑
或
‑
CO
‑
NH
‑
CH2‑
C(CH3)2‑
，M选自H、Na或K；在式(3)中，R4选自H、甲基、乙基或正丙基，R5选自
‑
OH、
‑
ONa、
‑
OK或
‑
NH2；在式(4)中，R6选自C0的亚烷基、
‑
CH2‑
、
‑
CH2‑
CH2‑
、
‑
CH2‑
CH2‑
CH2‑
、
‑
CH(CH3)
‑
CH2‑
、
‑
CH2‑
CH(CH3)
‑
、
‑
CH2‑
(CH2)2‑
CH2‑
、
‑
C(CH3)2‑
CH2‑
或
‑
CH2‑
C(CH3)2‑
，R7选自H、甲基、乙基或正丙基，各个R8各自独立地选自H、甲基、乙基或正丙基；在式(5)中，各个R9各自独立地选自甲基、乙基、正丙基、异丙基或正丁基，各个R
10
各自独立地选自H、甲基、乙基或正丙基，X
‑
选自PF6‑
、F
‑
、Cl
‑
、Br
‑
、I
‑
、BF4‑
、[(CF3SO2)2NH]
‑
或HCO3‑
；优选地，所述结构单元A为选自以下具有式(1)所示结构的结构单元中的至少一种：式(1
‑
1)：R0为SiO2，R1均为
‑
O
‑
；式(1
‑
2)：R0为POSS，R1均为
‑
O
‑
；式(1
‑
3)：R0为Fe3O4，R1均为
‑
O
‑
；所述结构单元B为选自以下具有式(2)所示结构的结构单元中的至少一种：式(2
‑
1)：R2为H，R3为
‑
CH2‑
，M为H；式(2
‑
2)：R2为H，R3为
‑
CH2‑
，M为Na；式(2
‑
3)：R2为H，R3为
‑
CH2‑
，M为K；式(2
‑
4)：R2为甲基，R3为
‑
CH2‑
，M为H；式(2
‑
5)：R2为甲基，R3为
‑
CH2‑
，M为Na；式(2
‑
6)：R2为甲基，R3为
‑
CH2‑
，M为K；所述结构单元C为选自以下具有式(3)所示结构的结构单元中的至少一种：式(3
‑
1)：R4为H，R5为
‑
OH；式(3
‑
2)：R4为H，R5为
‑
ONa；式(3
‑
3)：R4为H，R5为
‑
OK；式(3
‑
4)：R4为甲基，R5为
‑
OH；式(3
‑
5)：R4为甲基，R5为
‑
ONa；式(3
‑
6)：R4为甲基，R5为
‑
OK；式(3
‑
7)：R4为H，R5为
‑
NH2；式(3
‑
8)：R4为甲基，R5为
‑
NH2；所述结构单元D为选自以下具有式(4)...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨丽丽，敖天，蒋官澄，谢春林，刘泽宇，刘瀚卿，孔德昌，贺垠博，马佳蓥，何现波，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：