CN110016325A - 一种水基钻井液用提切剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及石油钻井工作液领域的一种水基钻井液用提切剂及其制备方法；所述水基钻井液用提切剂，包含重量百分比计的以下组分：25％～40％的单体A；10％～25％的单体B；25％～40％的单体C；10％～25％的单体D；其中，单体A选自2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸，2‑丙烯酰氧基‑2‑甲基丙磺酸、丙烯酰氧丁磺酸、2‑丙烯酰胺‑2‑苯基乙磺酸中的至少一种；单体B为N‑乙烯基吡咯烷酮；单体C选自甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵或二甲基二烯丙基氯化铵；单体D为反应性4‑乙烯基‑1‑(3‑磺丙基)吡啶内嗡盐；本发明的水基钻井液用提切剂具有良好的提切性能和耐温性能，耐温能力可达到150℃，可作为石油钻井工作液的提切剂，提高工作液对减轻剂或加重剂的悬浮稳定能力以及增强体系的携岩能力和井眼净化能力。

Description

一种水基钻井液用提切剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及石油钻井工作液领域，更进一步说，涉及一种水基钻井液用提切剂及其制备方法。
背景技术
提切剂是钻井液的一种核心处理剂，其主要作用是提升钻井液体系的切力，增强钻井液的岩屑携带能力，提高钻井液的井眼净化效果。此外，在低密度或高密度钻井液中，常常需要加入中空微珠减轻剂或重晶石加重剂等固相材料，由于固相材料与钻井液之间存在密度差，为避免减轻剂漂浮或加重剂沉降，必须提高钻井液切力来增强钻井液对固相物的悬浮性能。性能优良的提切剂，可在最大限度上协调钻井液各方面性能之间的平衡，使钻井液具有合理的动塑比，优化钻井液体系的携岩能力，提高钻井效率。但是目前国内外主要使用的黄原胶、改性纤维素、人工合成聚合物等水基钻井液的提切剂，这些提切剂在提高钻井液悬浮能力的同时增粘效应十分显著，增加了对钻井液流变性的控制难度。此外，黄原胶、改性纤维素等提切剂还存在耐温性不高(＜150℃)，无法满足高温条件下的应用要求。
申请号为201510158038.6的中国专利公开了一种钻井液用水基增粘提切剂及其制备方法，该提切剂主要以苯磺酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲胺乙酯等为反应单体，以过硫酸铵、亚硫酸氢钠和偶氮二异丁腈为引发体系制备而成。肖继斌(肖继斌.无固相钻井液提切剂的制备研究.广州化工,2015(12):69-71)公开了以丙烯酰胺(AM)，2－丙烯酰胺基－2-甲基丙磺酸(AMPS)，阳离子单体为反应单体，以过硫酸铵、亚硫酸氢钠为引发体系制备而成的聚合物。田发国等(田发国,李建波,高建林等.钻井液增粘提切剂YF-01的研制.精细石油化工进展,2009,10(3):4-8)公开的钻井液增粘提切剂以丙烯酰胺(AM)，2－丙烯酰胺基－2-甲基丙磺酸(AMPS)，二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)为反应单体，以过硫酸铵为引发剂制备而成。上述现有技术公开的提切剂均为线形分子水溶性聚合物，在具有较好提切效果的同时增粘效应也比较大。
发明内容
为了解决现有水基钻井液提切剂产品存在的增粘效应过大及耐温性能偏低(≤150℃)等问题，本发明提供了一种水基钻井液用提切剂，具体地说，涉及一种水基钻井液用提切剂及其制备方法。所述一种水基钻井液用提切剂，其水溶液高剪切速率黏度低，低剪切速率黏度高，表观黏度低，动塑比高，具有明显的“低黏高切”效应，耐温150℃，是一种具有良好耐温性能的水基钻井液提切剂。
本发明目的之一是提供一种水基钻井液用提切剂，是A、B、C、D四种单体通过自由基聚合反应聚合而成的水溶性多元共聚物，所述A、B、C、D四种单体按重量百分比计如下：
(1)25％～40％的单体A；
(2)10％～25％的单体B；
(3)25％～40％的单体C；
(4)10％～25％的单体D；
优选为：
(1)25％～32％的单体A；
(2)18％～25％的单体B；
(3)30％～35％的单体C；
(4)20％～25％的单体D。
所述单体A选自2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，2-丙烯酰氧基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰氧丁磺酸、2-丙烯酰胺-2-苯基乙磺酸中的至少一种；
所述单体B为N-乙烯基吡咯烷酮；
所述单体C选自甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵或二甲基二烯丙基氯化铵；
所述单体D为反应性4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶内嗡盐。
其中，所述水基钻井液用提切剂还可包括助溶剂，所述助溶剂用量为所述单体D重量的3～5％；所述助溶剂可选自氯化钠或氯化钾。
所述的反应性4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶内嗡盐单体为自制产品；制备方法可包括以下步骤：
将经减压蒸馏的四乙烯基吡啶加入到反应釜中，再缓慢向反应釜中加入1,3-丙烷磺酸内酯以形成均匀溶液，将反应釜温度加热至反应温度并进行反应，反应结束以后降至室温，过滤，留取过滤所得的固体物，洗涤，真空干燥，即得。其中，所述四乙烯基吡啶与1,3-丙烷磺酸内酯的重量比为1：(1.1～1.35)，优选1：(1.25～1.30)；所述反应温度为78℃～85℃，优选为80～82℃；反应时间为16～28小时，优选22～25小时。
具体可包括以下步骤：
首先称取一定质量经减压蒸馏的四乙烯基吡啶，加入到反应釜中，再缓慢向反应釜中加入其质量份数110～135％的1,3-丙烷磺酸内酯(优选125～130％)，加入过程中控制反应釜内温度≤40℃防止反应过于剧烈，加完1,3-丙烷磺酸内酯并搅拌至上述原料混合物形成均匀溶液以后，将反应釜温度加热至78℃～85℃(优选为80～82℃)并保温反应16～28小时(优选22～25小时)，反应结束以后将反应物温度降至室温，过滤，留取过滤所得的固体物，用丙酮反复洗涤3遍以上，然后将所得固体粉末转移到真空干燥箱中于55℃以下(优选50℃)干燥18～24小时，即得到本发明所述的反应性4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶内嗡盐单体(单体D)。
本发明制备出的是特殊“星型”结构的聚合物，对反应单体要求较高，反应单体之间既存在相互作用力，但空间位阻还不能过大，否则得不到“星型”聚合物，而是线性的聚合物，会导致产品“低黏高切”的效果不好。
本发明目的之二是提供所述水基钻井液用提切剂的制备方法，可包括以下步骤：
将所述单体按所述用量通过自由基聚合反应制得；所述聚合方法可为普通溶液聚合法。所述的聚合反应中，加入氧化还原引发剂引发聚合；所用的还原剂为季戊四醇或双季戊四醇。以季戊四醇为例来说明原理，季戊四醇分子中含有四个等同的羟甲基，具有高度的对称性，发生反应时季戊四醇分子上的四个羟甲基成为引发自由基反应的四个活性点，四种单体在对称的四个活性点位上聚合，因此形成的聚合物不是传统的线形分子，而是以季戊四醇为中心的四臂“星型”分子结构。这种特殊的“星型”聚合物，由于分子间相互作用力使产品具有低表观黏度和高动塑比，具有明显的“低黏高切”效应。本发明的各组分相互作用，发生反应后接枝到季戊四醇上，形成四臂“星型”聚合物，如通式(I)；如果接枝到双季戊四醇上，则形成六臂“星型”聚合物，如通式(II)：
具体地，所述水基钻井液用提切剂的制备方法，可包括以下步骤：
将所述单体A完全溶解，调节溶液pH值为7～8，加入所述单体D，加入或不加入助溶剂，搅拌全部溶解以后加入所述单体B和单体C，得到聚合反应起始溶液；然后调节聚合反应起始溶液的pH值，加入所述还原剂；启动控温装置，控制聚合反应起始溶液温度为0℃～80℃，同时，搅拌下通入氮气，加入所述氧化剂引发反应，反应结束后，降温、出料、切割、干燥、粉碎，得到粉末状产品，即得。
以所述单体总重量为百分比计算，所述氧化剂的用量为1.6％～4.8％，优选为3.2％～4％；所述还原剂的用量为0.4％～1.2％，优选为0.8％～1％；
所述氧化剂选自过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠中的至少一种。
所述的聚合反应中，加入的所述单体的总重量在聚合反应起始溶液中重量浓度为3％～30％，优选为5％～25％，更优选为15％～20％。
所述聚合反应起始溶液的pH值为8～12，优选为9～10。
所述聚合反应起始溶液的温度为0℃～80℃，优选为25℃～60℃，更优选为35℃～40℃。
所述聚合反应的反应时间为0.5小时～24小时，优选方案为2小时～8小时。更具体地，所述水基钻井液用提切剂的制备方法，可包括以下步骤：
(1)向装备有搅拌器和控温器的反应釜中加入适量的溶剂(所述溶剂可选自去离子水、蒸馏水、自来水)，搅拌下加入所需重量的单体A，继续搅拌至单体A全部溶解以后用30％氢氧化钠溶液调节单体A溶液pH值为7～8，加入反应性4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶内嗡盐单体(单体D)，单体D加完以后加入单体D重量百分比3～5％的氯化钠或氯化钾以提高单体D的溶解性，搅拌使全部溶解以后加入单体B和单体C，补加溶剂(所述溶剂可选自去离子水、蒸馏水、自来水)使溶液中单体的总重量浓度为3％～30％，然后用30％氢氧化钠溶液调节单体溶液pH值为8～12。最后加入所需用量的还原剂并搅拌至还原剂全部溶解。
(2)启动控温装置，控制单体溶液温度为0℃～80℃，同时，搅拌下通入氮气30～60分钟，然后加入所需用量的氧化剂引发反应，反应0.5小时～24小时。
(3)反应结束后，降温、出料、切割、干燥、粉碎，得到粉末状产品。
本发明所提供的水溶性多元共聚物主要应用为高温(150℃)环境下钻井液的提切剂，还可应用为高温(150℃)环境下的完井液和修井液的提切剂。具体的说，是将本发明的共聚物配制成一定浓度的水溶液应用于钻井液、完井液或修井液。该聚合物溶液在使用浓度和高温条件下显示出良好的“低黏高切”效应，适合应用于高温地质环境下钻井、完井、修井施工中涉及的工作流体。
本发明的效果
本发明提供的水溶性共聚物由多种行业内公认的耐高温单体(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和乙烯基吡咯烷酮等)经过共聚反应而形成，分子中不存在高温下易发生降解的酯、醚等官能团，因此具有良好的耐温性能，其水溶液的切力在高温条件下能够长时间保持稳定，能提高工作液对减轻剂或加重剂的悬浮稳定能力以及增强体系的携岩能力和井眼净化能力。
此外，本发明提供的提切剂是以季戊四醇作为氧化还原引发剂中的还原剂制备而成，季戊四醇分子上的四个羟甲基成为引发自由基反应的四个活性点，因此形成的聚合物不是传统的线形分子，而是以季戊四醇为中心的四臂“星型”分子结构，这种特殊的“星型”分子结构使得本发明所述的提切剂具有低的表观黏度和高的动塑比，因此它的提切效果明显优于传统的改性纤维素类和合成聚合物类提切剂(这两类产品的分子结构均为线形分子)，在高温地质环境下的钻完井工作流体中具有良好的应用前景。
具体实施方式
下面结合实施例，进一步说明本发明。但本发明不受这些实施例的限制。
实施例1
反应性4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶内嗡盐单体的制备：称取52.55kg经减压蒸馏的四乙烯基吡啶，加入到体积为1立方米的反应釜中，再缓慢向反应釜中加入67.15kg的1,3-丙烷磺酸内酯，加入过程中控制反应釜内温度不超过40℃，加完所需定量的1,3-丙烷磺酸内酯并搅拌至上述原料混合物形成均匀溶液以后，将反应釜温度加热至80℃并在此温度下反应24小时，反应结束以后将反应物温度降至室温，过滤，留取过滤所得的固体物，用丙酮洗涤3遍，然后将所得固体粉末转移到真空干燥箱中于50℃下干燥24小时，即得到本发明所述的反应性4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶内嗡盐单体(单体D)。
实施例2
向装备有搅拌器、控温器、导气管和回流冷凝器的反应釜中加入700份去离子水，搅拌下加入54份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(单体A)，搅拌至2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸全部溶解以后用30％氢氧化钠溶液调节溶液pH值为7，加入36份反应性4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶内嗡盐单体(单体D)，加入1.8份氯化钠，搅拌至4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶内嗡盐单体和氯化钠全部溶解以后加入36份N-乙烯基吡咯烷酮(单体B)和54份甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(单体C)，补加120份去离子水，然后用30％氢氧化钠溶液调节单体溶液pH值为9，最后加入1.8份季戊四醇并搅拌至季戊四醇全部溶解。
启动控温装置，控制单体溶液温度为40℃，同时，搅拌下通入氮气40分钟，然后加入7.2份过硫酸铵，反应8小时。反应结束后，降温至室温、出料、切割、干燥、粉碎，得到的粉末状产品即为本发明所述的水基钻井液提切剂。
实施例3
向装备有搅拌器、控温器、导气管和回流冷凝器的反应釜中加入700份去离子水，搅拌下加入45份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(单体A)，搅拌至2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸全部溶解以后用30％氢氧化钠溶液调节溶液pH值为7，加入45份反应性4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶内嗡盐单体(单体D)，加入2.2份氯化钠，搅拌至4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶内嗡盐单体和氯化钠全部溶解以后加入36份N-乙烯基吡咯烷酮(单体B)和54份甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(单体C)，补加120份去离子水，然后用30％氢氧化钠溶液调节单体溶液pH值为9，最后加入1.8份季戊四醇并搅拌至季戊四醇全部溶解。
启动控温装置，控制单体溶液温度为40℃，同时，搅拌下通入氮气40分钟，然后加入7.2份过硫酸铵，反应8小时。反应结束后，降温至室温、出料、切割、干燥、粉碎，得到的粉末状产品即为本发明所述的水基钻井液提切剂。
实施例4
向装备有搅拌器、控温器、导气管和回流冷凝器的反应釜中加入700份去离子水，搅拌下加入72份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(单体A)，搅拌至2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸全部溶解以后用30％氢氧化钠溶液调节溶液pH值为7，加入18份反应性4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶内嗡盐单体(单体D)，加入0.9份氯化钠，搅拌至4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶内嗡盐单体和氯化钠全部溶解以后加入18份N-乙烯基吡咯烷酮(单体B)和72份甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(单体C)，补加220份去离子水，然后用30％氢氧化钠溶液调节单体溶液pH值为9，最后加入1.8份季戊四醇并搅拌至季戊四醇全部溶解。
启动控温装置，控制单体溶液温度为40℃，同时，搅拌下通入氮气40分钟，然后加入7.2份过硫酸铵，反应8小时。反应结束后，降温至室温、出料、切割、干燥、粉碎，得到的粉末状产品即为本发明所述的水基钻井液提切剂。
实施例5
向装备有搅拌器、控温器、导气管和回流冷凝器的反应釜中加入800份去离子水，搅拌下加入9份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(单体A)，搅拌至2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸全部溶解以后用30％氢氧化钠溶液调节溶液pH值为7，加入6份反应性4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶内嗡盐单体(单体D)，加入0.3份氯化钠，搅拌至4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶内嗡盐单体和氯化钠全部溶解以后加入6份N-乙烯基吡咯烷酮(单体B)和9份甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(单体C)，补加170份去离子水，然后用30％氢氧化钠溶液调节单体溶液pH值为9，最后加入0.3份季戊四醇并搅拌至季戊四醇全部溶解。
启动控温装置，控制单体溶液温度为40℃，同时，搅拌下通入氮气40分钟，然后加入1.2份过硫酸铵，反应8小时。反应结束后，降温至室温、出料、切割、干燥、粉碎，得到的粉末状产品即为本发明所述的水基钻井液提切剂。
实施例6
向装备有搅拌器、控温器、导气管和回流冷凝器的反应釜中加入700份去离子水，搅拌下加入90份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(单体A)，搅拌至2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸全部溶解以后用30％氢氧化钠溶液调节溶液pH值为7，加入60份反应性4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶内嗡盐单体(单体D)，加入3份氯化钠，搅拌至4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶内嗡盐单体和氯化钠全部溶解以后加入60份N-乙烯基吡咯烷酮(单体B)和90份甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(单体C)，搅拌20分钟，用30％氢氧化钠溶液调节单体溶液pH值为9，最后加入3份季戊四醇并搅拌至季戊四醇全部溶解。
启动控温装置，控制单体溶液温度为40℃，同时，搅拌下通入氮气40分钟，然后加入12份过硫酸铵，反应8小时。反应结束后，降温至室温、出料、切割、干燥、粉碎，得到的粉末状产品即为本发明所述的水基钻井液提切剂。
实施例7
向装备有搅拌器、控温器、导气管和回流冷凝器的反应釜中加入700份去离子水，搅拌下加入54份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(单体A)，搅拌至2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸全部溶解以后用30％氢氧化钠溶液调节溶液pH值为7，加入36份反应性4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶内嗡盐单体(单体D)，加入1.8份氯化钠，搅拌至4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶内嗡盐单体和氯化钠全部溶解以后加入36份N-乙烯基吡咯烷酮(单体B)和54份甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(单体C)，补加120份去离子水，然后用30％氢氧化钠溶液调节单体溶液pH值为9，最后加入1.8份季戊四醇并搅拌至季戊四醇全部溶解。
启动控温装置，控制单体溶液温度为0℃，同时，搅拌下通入氮气40分钟，然后加入7.2份过硫酸铵，反应8小时。反应结束后，降温至室温、出料、切割、干燥、粉碎，得到的粉末状产品即为本发明所述的水基钻井液提切剂。
实施例8
向装备有搅拌器、控温器、导气管和回流冷凝器的反应釜中加入700份去离子水，搅拌下加入54份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(单体A)，搅拌至2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸全部溶解以后用30％氢氧化钠溶液调节溶液pH值为7，加入36份反应性4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶内嗡盐单体(单体D)，加入1.8份氯化钠，搅拌至4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶内嗡盐单体和氯化钠全部溶解以后加入36份N-乙烯基吡咯烷酮(单体B)和54份甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(单体C)，补加120份去离子水，然后用30％氢氧化钠溶液调节单体溶液pH值为9，最后加入1.8份季戊四醇并搅拌至季戊四醇全部溶解。
启动控温装置，控制单体溶液温度为80℃，同时，搅拌下通入氮气40分钟，然后加入7.2份过硫酸铵，反应8小时。反应结束后，降温至室温、出料、切割、干燥、粉碎，得到的粉末状产品即为本发明所述的水基钻井液提切剂。
实施例9
向装备有搅拌器、控温器、导气管和回流冷凝器的反应釜中加入700份去离子水，搅拌下加入54份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(单体A)，搅拌至2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸全部溶解以后用30％氢氧化钠溶液调节溶液pH值为7，加入36份反应性4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶内嗡盐单体(单体D)，加入1.8份氯化钠，搅拌至4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶内嗡盐单体和氯化钠全部溶解以后加入36份N-乙烯基吡咯烷酮(单体B)和54份甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(单体C)，补加120份去离子水，然后用30％氢氧化钠溶液调节单体溶液pH值为9，最后加入1.8份季戊四醇并搅拌至季戊四醇全部溶解。
启动控温装置，控制单体溶液温度为40℃，同时，搅拌下通入氮气40分钟，然后加入7.2份过硫酸铵，反应0.5小时。反应结束后，降温至室温、出料、切割、干燥、粉碎，得到的粉末状产品即为本发明所述的水基钻井液提切剂。
实施例10
向装备有搅拌器、控温器、导气管和回流冷凝器的反应釜中加入700份去离子水，搅拌下加入54份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(单体A)，搅拌至2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸全部溶解以后用30％氢氧化钠溶液调节溶液pH值为7，加入36份反应性4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶内嗡盐单体(单体D)，加入1.8份氯化钠，搅拌至4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶内嗡盐单体和氯化钠全部溶解以后加入36份N-乙烯基吡咯烷酮(单体B)和54份甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(单体C)，补加120份去离子水，然后用30％氢氧化钠溶液调节单体溶液pH值为9，最后加入1.8份季戊四醇并搅拌至季戊四醇全部溶解。
启动控温装置，控制单体溶液温度为40℃，同时，搅拌下通入氮气40分钟，然后加入7.2份过硫酸铵，反应24小时。反应结束后，降温至室温、出料、切割、干燥、粉碎，得到的粉末状产品即为本发明所述的水基钻井液提切剂。
实施例11
向装备有搅拌器、控温器、导气管和回流冷凝器的反应釜中加入700份去离子水，搅拌下加入54份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(单体A)，搅拌至2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸全部溶解以后用30％氢氧化钠溶液调节溶液pH值为7，加入36份反应性4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶内嗡盐单体(单体D)，加入1.8份氯化钠，搅拌至4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶内嗡盐单体和氯化钠全部溶解以后加入36份N-乙烯基吡咯烷酮(单体B)和54份甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(单体C)，补加120份去离子水，然后用30％氢氧化钠溶液调节单体溶液pH值为9，最后加入0.7份季戊四醇并搅拌至季戊四醇全部溶解。
启动控温装置，控制单体溶液温度为40℃，同时，搅拌下通入氮气40分钟，然后加入2.8份过硫酸铵，反应8小时。反应结束后，降温至室温、出料、切割、干燥、粉碎，得到的粉末状产品即为本发明所述的水基钻井液提切剂。
实施例12
向装备有搅拌器、控温器、导气管和回流冷凝器的反应釜中加入700份去离子水，搅拌下加入54份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(单体A)，搅拌至2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸全部溶解以后用30％氢氧化钠溶液调节溶液pH值为7，加入36份反应性4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶内嗡盐单体(单体D)，加入1.8份氯化钠，搅拌至4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶内嗡盐单体和氯化钠全部溶解以后加入36份N-乙烯基吡咯烷酮(单体B)和54份甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(单体C)，补加120份去离子水，然后用30％氢氧化钠溶液调节单体溶液pH值为9，最后加入2.1份季戊四醇并搅拌至季戊四醇全部溶解。
启动控温装置，控制单体溶液温度为40℃，同时，搅拌下通入氮气40分钟，然后加入8.4份过硫酸铵，反应8小时。反应结束后，降温至室温、出料、切割、干燥、粉碎，得到的粉末状产品即为本发明所述的水基钻井液提切剂。
比较例
向装备有搅拌器、控温器、导气管和回流冷凝器的反应釜中加入700份去离子水，搅拌下加入54份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(单体A)，搅拌至2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸全部溶解以后用30％氢氧化钠溶液调节溶液pH值为7，加入36份反应性4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶内嗡盐单体(单体D)，加入1.8份氯化钠，搅拌至4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶内嗡盐单体和氯化钠全部溶解以后加入36份N-乙烯基吡咯烷酮(单体B)和54份甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(单体C)，补加120份去离子水，然后用30％氢氧化钠溶液调节单体溶液pH值为9，最后加入1.6份亚硫酸钠并搅拌至全部溶解。
启动控温装置，控制单体溶液温度为40℃，同时，搅拌下通入氮气40分钟，然后加入3.6份过硫酸铵，反应8小时。反应结束后，降温至室温、出料、切割、干燥、粉碎，得到的粉末状产品即为本发明所述的水基钻井液提切剂。
提切剂性能评价
按照以下方法对本发明所述中实施例和对比例所提供的水基钻井液提切剂性能进行评价：
(1)产品外观评价：在自然光条件下通过肉眼观察各产品的外观形貌，发现实施例和对比例所制得的产品均为白色中略带浅黄色的固体粉末。
(2)提切效果评价：
a、提切剂水溶液的配制：称取12份去离子水，每份400克，在搅拌速度为8000r/min的条件下分别向每份去离子水中加入本发明所述的提切剂2克，搅拌至提切剂全部溶解，得到所需的待评价提切剂溶液(0.5％，重量百分比)。另外再称取1份400克去离子水搅拌下加入2克黄原胶作为对照样。
b、采用青岛海通达专用仪器厂生产的ZNN-D6型电动六速旋转黏度计作为测量工具，按照国标GB/T16783.1-2006规定的方法在室温下分别测量上述步骤a所述中各份提切剂溶液θ600、θ300、θ200、θ100、θ6、θ3的黏度，然后计算它们的表观黏度AV、塑性黏度PV、动切力YP以及动塑比J(动切力和塑性黏度之比，YP/PV)，各黏度及动塑比计算方法如下：AV＝1/2×θ600，PV＝θ600-θ300，YP＝1/2×(2θ300-θ600)，J＝YP/PV。各份溶液的测量及计算结果见表1。
(3)耐温性能评价：
重复上述提切效果评价中的测试步骤和方法，不同之处在于：在测量各份提切剂溶液的性能参数之前，先将提切剂溶液放置在青岛海通达专用仪器厂生产的XGRL-4A型高温滚子炉中，在150℃下热滚老化16小时，然后取出提切剂溶液并冷却至室温，测量并计算其表观黏度AV、塑性黏度PV、动切力YP以及动塑比J等性能参数，结果列于表1。对比老化前后提切剂溶液黏度等参数的变化情况，以这些参数的变化幅度大小作为评价提切剂耐温性能的指标。
表1
通过比较实施例和对比例以及常用提切剂黄原胶可发现(表1)：在本实验中，J(Pa/mPa·s)越大说明聚合物的切力越高，而AV、PV越大说明产物的黏度越高，最理想的结果是J(Pa/mPa·s)大而AV、PV小，从以上数据可以看出，在老化前黄原胶效果最好，利用本发明合成出的聚合物与黄原胶接近。但黄原胶老化后黏度和切力都急剧下降，而本发明合成出的产品黏度和切力下降幅度不大，因此比黄原胶抗温性好。
(1)比较例中没有采用季戊四醇，用亚硫酸钠代替。在提切剂的性能评价实验中可以看出没有采用季戊四醇生成的产品，性能与常规线型聚合物类似，在提高钻井液切力的同时，也大幅度增加钻井液黏度。本发明的水基钻井液用提切剂表观黏度低显著低于对比例，同时其动塑比显著大于对比例，提切效果显著优于对比例，其中实施例2、实施例3、实施例8、实施例10的产品与常用的提切剂黄原胶的提切效果接近。具有明显的“低黏高切”效应。
(2)与常用的提切剂黄原胶相比，本发明的水基钻井液提切剂在150℃条件下高温老化之后依然具有较高的动塑比，而黄原胶在相同的老化温度下老化16小时后动塑比显著降低，说明本发明的提切剂具有良好的耐温性能。

Claims (10)

1.一种水基钻井液用提切剂，包含重量百分比计的以下组分：
(1)25％～40％的单体A；
(2)10％～25％的单体B；
(3)25％～40％的单体C；
(4)10％～25％的单体D；
所述单体A选自2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，2-丙烯酰氧基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰氧丁磺酸、2-丙烯酰胺-2-苯基乙磺酸中的至少一种；
所述单体B为N-乙烯基吡咯烷酮；
所述单体C选自甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵或二甲基二烯丙基氯化铵；
所述单体D为反应性4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶内嗡盐。
2.根据权利要求1所述的一种水基钻井液用提切剂，其特征在于包含重量百分比计的以下组分：
(1)25％～32％的单体A；
(2)18％～25％的单体B；
(3)30％～35％的单体C；
(4)20％～25％的单体D。
3.根据权利要求1或2所述的一种水基钻井液用提切剂，其特征在于：
所述的反应性4-乙烯基-1-(3-磺丙基)吡啶内嗡盐由包括以下步骤的方法制备而成：
将经减压蒸馏的四乙烯基吡啶加入到反应釜中，再缓慢向反应釜中加入1,3-丙烷磺酸内酯以形成均匀溶液，将反应釜温度加热至反应温度并进行反应，反应结束以后降至室温，过滤，留取过滤所得的固体物，洗涤，真空干燥，即得。
4.根据权利要求3所述的一种水基钻井液用提切剂，其特征在于：
所述四乙烯基吡啶与1,3-丙烷磺酸内酯的重量比为1：(1.1～1.35)，优选1：(1.25～1.30)。
5.根据权利要求3所述的一种水基钻井液用提切剂，其特征在于：
所述反应温度为78℃～85℃，优选为80～82℃；反应时间为16～28小时，优选22～25小时。
6.根据权利要求1或2所述的一种水基钻井液用提切剂，其特征在于还包括助溶剂，所述助溶剂用量为所述单体D重量的3～5％；所述助溶剂选自氯化钠或氯化钾。
7.根据权利要求1～6之任一项所述的一种水基钻井液用提切剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
将所述单体按所述用量通过聚合反应制得；所述聚合反应的方法为溶液聚合法；所述的聚合反应中，加入氧化还原引发剂引发聚合，其中所用的还原剂为季戊四醇或双季戊四醇。
8.根据权利要求7所述的一种水基钻井液用提切剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
将所述单体A完全溶解，调节溶液pH值为7～8，加入所述单体D，选择性加入助溶剂，搅拌全部溶解以后加入所述单体B和单体C，得到聚合反应起始溶液；然后调节聚合反应起始溶液的pH值，加入所述还原剂；启动控温装置，控制聚合反应起始溶液温度为0℃～80℃，同时，搅拌下通入氮气，加入所述氧化剂引发反应，反应结束后，降温、出料、切割、干燥、粉碎，得到粉末状产品，即得。
9.根据权利要求8所述的一种水基钻井液用提切剂的制备方法，其特征在于：
以所述单体总重量为百分比计算，所述氧化剂的用量为1.6％～4.8％，优选为3.2％～4％；所述还原剂的用量为0.4％～1.2％，优选为0.8％～1％；
所述氧化剂选自过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠中的至少一种。
10.根据权利要求8所述的一种水基钻井液用提切剂的制备方法，其特征在于：
所述单体的总重量在聚合反应起始溶液中的重量浓度为3％～30％，优选为5％～25％，更优选为15％～20％；
所述聚合反应起始溶液的pH值为8～12，优选为9～10；
所述聚合反应起始溶液的温度为25℃～60℃，更优选为35℃～40℃；
所述聚合反应的反应时间为0.5小时～24小时，优选方案为2小时～8小时。
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