CN113024746A - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Abstract

本发明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15万‑90万；本发明提供的具有“星型”结构的共聚物用于钻井液的降滤失剂时，能够获得良好的抗高温、抗高钙效果及优异的降滤失效果，适用于深井、超深井作业，能够维持较好的井壁稳定性。

Description

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
技术领域
本发明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。
背景技术
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。
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。
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。Ca2+的入侵会严重影响钻井液的性能，Ca2+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。
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”。
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。
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。
发明内容
本发明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。
为了实现上述目的，本发明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，
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；
Figure RE-GDA0003058373590000031
其中，
在式(1)中，R0选自POSS、SiO2、Fe3O4、TiO2、Al2O3，各个R1各自独立地选自-R11-O-，且各个R11各自独立地选自C0-6的亚烷基，其中R11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- R12-，且R12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R10各自独立地选自H或C1-6的烷基，X-为一价阴离子。
本发明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：
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’；
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；
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；
Figure RE-GDA0003058373590000051
Figure RE-GDA0003058373590000061
其中，R0-R12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-R11-OH，且各个R11各自独立地选自C0-6的亚烷基，X-和X-’选自F-、Cl-、Br-或I-。
本发明第三方面提供由上述第二方面所述的方法制备得到的共聚物。
本发明第四方面提供上述第一方面或第三方面所述的共聚物在钻井液中作为降滤失剂的应用。
本发明第五方面提供一种含有上述第一方面或第三方面所述的共聚物作为降滤失剂的钻井液。
本发明第六方面提供上述第五方面所述的钻井液在油气钻井中的应用。
与现有技术相比，本发明提供的方案至少具有如下优势：
(1)本发明提供的具有“星型”结构的共聚物在低浓度下就能够具有优异的降滤失效果，从而在用于深井、超深井作业时，能够确保较低的钻井液滤失量，维持较好的井壁稳定性；
(2)本发明提供的具有“星型”结构的共聚物用于钻井液的降滤失剂时，通过本发明确定的各个结构单元之间的协同作用，能够获得良好的抗高温和抗高钙效果，耐高温达到220℃，抗钙浓度达到33重量％(以Ca2+计)；
(3)本发明提供的具有“星型”结构的共聚物的制备方法简单，成本较低，能够用于工业化应用。
本发明的其它特征和优点将通过随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
在本发明中，所述C0的亚烷基表示不存在，该基团两端的基团直接相连；所述C1-6的烷基是指碳原子数为1-6的烷基；所述C1-6的亚烷基是指碳原子数为1-6的亚烷基。1-6的整数包括1、2、3、4、5和6。
在本发明中，所述C1-6的烷基可以包括但不限于：甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、异戊基和正己基等。
在本发明中，所述C1-6的亚烷基可以包括但不限于：-CH2-、-CH2-CH2-、 -CH2-CH2-CH2-、-CH(CH3)-CH2-、-CH2-CH(CH3)-、-CH2-(CH2)2-CH2-、- C(CH3)2-CH2-、-CH2-C(CH3)2-等。
在本发明中，所述碱金属元素例如可以为锂(Li)、钠(Na)、钾(K) 等。
在本发明中，所述分子量分布系数的计算方法为：
数均分子量：
Figure RE-GDA0003058373590000071
重均分子量：
Figure RE-GDA0003058373590000072
分子量分布系数：
Figure RE-GDA0003058373590000073
如前所述，本发明的第一方面提供了一种用于降滤失的“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，
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；
Figure RE-GDA0003058373590000081
其中，
在式(1)中，R0选自POSS、SiO2、Fe3O4、TiO2、Al2O3，各个R1各自独立地选自-R11-O-，且各个R11各自独立地选自C0-6的亚烷基，其中R11与 R0直接连接；
本发明中，所述POSS为笼型聚倍半硅氧烷；
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- R12-，且R12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R10各自独立地选自H或C1-6的烷基，X-为一价阴离子。
根据本发明一种优选的具体实施方式，在式(1)中，R0选自POSS、 SiO2、Fe3O4、TiO2、Al2O3，各个R1各自独立地选自-R11-O-，且各个R11各自独立地选自C0的亚烷基、-CH2-、-CH2-CH2-、-CH2-CH2-CH2-，其中R11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R10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 -。
根据本发明另一种更优选的具体实施方式，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)所示结构的结构单元中的至少一种：
式(4-1)：R6为C0的亚烷基，R7为H，R8均为H；
式(4-2)：R6为-CH2-，R7为H，R8均为H；
式(4-3)：R6为-CH2-CH2-，R7为H，R8均为H；
所述结构单元E为选自以下具有式(5)所示结构的结构单元中的至少一种：
式(5-1)：R9均为甲基，R10均为H，X-选自Cl-；
式(5-2)：R9均为甲基，R10均为H，X-选自Br-；
式(5-3)：R9均为乙基，R10均为H，X-选自Cl-；
式(5-4)：R9均为乙基，R10均为H，X-选自Br-；
式(5-5)：R9均为正丙基，R10均为H，X-选自Cl-；
式(5-6)：R9均为正丙基，R10均为H，X-选自Br-。
本发明中，提供所述结构单元A的材料优选为纳米材料，发明人发现，该纳米材料能够对纳米级别孔喉进行封堵作用和桥塞作用，阻断流体进入地层通道，并能够提高共聚物的热稳定性能；所述结构单元B带有磺酸基，其为阴离子型强水化基团，同时所述结构单元E的离子液体部分为阳离子型强水化基团，从而使得在高分子链结上形成较强的溶剂化层，达到抗温抗钙的效果；所述结构单元C提供的酰胺键能够与硅氧四面体中的氧原子形成强烈的氢键，起到吸附作用，同时所述结构单元E中的阳离子部分能够与表面带负电的黏土颗粒产生强烈的静电吸附，不易分离；所述结构单元D提供稳定性较强的环状结构，具有提高共聚物热稳定性的效果；另外，所述结构单元 E中的离子液体的加入为聚合物链段引入刚性基团，增强了聚合物链段的热稳定性；因此，本发明提供的共聚物在各个特定结构单元的共同配合下实现了上述良好的效果。
优选地，所述结构单元A、所述结构单元B、所述结构单元C、所述结构单元D和所述结构单元E的含量摩尔比为0.1-1：0.1-2：0.1-2：0.1-2：1，更优选为0.12-0.5：1-2：0.2-1：0.2-1：1，进一步优选为0.15-0.3：1.2-1.5： 0.3-0.6：0.3-0.6：1。在该优选的情况下，所述共聚物用于钻井液时，得到的钻井液具有更优异的抗钙性能。
为了获得抗钙性能更好的钻井液，优选地，所述共聚物的数均分子量为 20万-70万，更优选为30万-60万，进一步优选为40万-50万。
优选地，所述共聚物的分子量分布系数为1.5-3.2。
如前所述，本发明的第二方面提供了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：
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’；
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；
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；
Figure RE-GDA0003058373590000131
Figure RE-GDA0003058373590000141
其中，R0-R12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-R11-OH，且各个R11各自独立地选自C0-6的亚烷基，X-和X-’选自F-、Cl-、Br-或I-。
在本发明第二方面所述的方法中，式(1’)所示结构的单体、式(2’) 所示结构的单体、式(3’)所示结构的单体、式(4’)所示结构的单体、式 (5’)所示结构的单体；和式(1)所示结构的结构单元、式(2)所示结构的结构单元、式(3)所示结构的结构单元、式(4)所示结构的结构单元、式(5)所示结构的结构单元中的取代基的相关定义及物质种类与本发明前述取代基的相关定义及物质种类对应相同，本发明在此不再赘述，本领域技术人员不应理解为对本发明的技术方案的限制。
本发明中，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’可以通过商购得到，也可以根据本发明提供的结构式结合有机合成领域内的公知方法合成得到。
在本发明中，需要说明的是，所述单体近似完全转化为所述共聚物中含有的相应的结构单元，所述单体的用量与所述共聚物中含有的相应的结构单元的含量可以相一致。
本发明对所述氧化还原自由基引发体系的具体种类没有特别的限定，可以采用本领域已知的各种氧化还原自由基引发体系，本发明在此不再赘述。
为了获得用于钻井液时具有更优异抗钙性能的共聚物，优选情况下，所述单体A’为选自以下具有式(1’)所示结构的单体中的至少一种：
式(1’-1)：R0为SiO2，R1’均为-OH，即纳米二氧化硅单体；
式(1’-2)：R0为POSS，R1’均为-OH，即纳米POSS单体；
式(1’-3)：R0为Fe3O4，R1’均为-OH，即纳米Fe3O4单体；
所述单体A’为纳米材料，平均粒径为0.5-500nm，优选为1-100nm；
所述单体B’为选自以下具有式(2’)所示结构的单体中的至少一种：
式(2’-1)：R2为H，R3为-CH2-，M为H，即为丙烯磺酸；
式(2’-2)：R2为H，R3为-CH2-，M为Na，即为丙烯磺酸钠；
式(2’-3)：R2为H，R3为-CH2-，M为K，即为丙烯磺酸钾；
式(2’-4)：R2为甲基，R3为-CH2-，M为H，即为2-甲基丙烯磺酸；
式(2’-5)：R2为甲基，R3为-CH2-，M为Na，即为2-甲基丙烯磺酸钠；
式(2’-6)：R2为甲基，R3为-CH2-，M为K，即为2-甲基丙烯磺酸钾；
所述单体C’为选自以下具有式(3’)所示结构的单体中的至少一种：
式(3’-1)：R4为H，R5为-OH，即为丙烯酸；
式(3’-2)：R4为H，R5为-ONa，即为丙烯酸钠；
式(3’-3)：R4为H，R5为-OK，即为丙烯酸钾；
式(3’-4)：R4为甲基，R5为-OH，即为甲基丙烯酸；
式(3’-5)：R4为甲基，R5为-ONa，即为甲基丙烯酸钠；
式(3’-6)：R4为甲基，R5为-OK，即为甲基丙烯酸钾；
式(3’-7)：R4为H，R5为-NH2，即为丙烯酸酰胺；
式(3’-8)：R4为甲基，R5为-NH2，即为甲基丙烯酸酰胺；
所述单体D’为选自以下具有式(4’)所示结构的单体中的至少一种：
式(4’-1)：R6为C0的亚烷基，R7为H，R8均为H，即为1-乙烯基-2- 吡咯烷酮；
式(4’-2)：R6为-CH2-，R7为H，R8均为H，即为1-丙烯基-2-吡咯烷酮；
式(4’-3)：R6为-CH2-CH2-，R7为H，R8均为H，即为1-丁烯基-2-吡咯烷酮；
所述单体E’为选自以下具有式(5’)所示结构的单体中的至少一种：
式(5’-1)：R9均为甲基，R10均为H，X-’选自Cl-，即为N，N-二甲基二烯丙基氯化铵；
式(5’-2)：R9均为甲基，R10均为H，X-’选自Br-，即为N，N-二甲基二烯丙基溴化铵；
式(5’-3)：R9均为乙基，R10均为H，X-’选自Cl-，即为N,N-二乙基二烯丙基氯化铵；
式(5’-4)：R9均为乙基，R10均为H，X-’选自Br-，即为N，N-二乙基二烯丙基溴化铵；
式(5’-5)：R9均为正丙基，R10均为H，X-’选自Cl-，即为N,N-二丙基二烯丙基氯化铵；
式(5’-6)：R9均为正丙基，R10均为H，X-’选自Br-，即为N，N-二丙基二烯丙基溴化铵。
优选地，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’的用量使得获得的共聚物中，所述结构单元A、所述结构单元B、所述结构单元C、所述结构单元D和所述结构单元E的含量摩尔比为0.1-1： 0.1-2：0.1-2：0.1-2：1，更优选为0.12-0.5：1-2：0.2-1：0.2-1：1，进一步优选为0.15-0.3：1.2-1.5：0.3-0.6：0.3-0.6：1。在该优选的情况下，所述共聚物用于钻井液时，得到的钻井液具有更优异的抗钙性能。
为了获得抗钙性能更好的钻井液，优选地，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20万-70万，更优选为30万-60万，进一步优选为40万-50万。
优选地，所述共聚组合物的用量使得获得的共聚物的分子量分布系数为1.5-3.2。
优选情况下，在所述自由基聚合反应中，相对于100g的所述含水溶剂，所述共聚组合物的总摩尔用量为0.08-0.5mol，更优选为0.1-0.35mol。
优选地，相对于1mol的所述共聚组合物，所述氧化还原自由基引发体系的总摩尔用量为0.1-10mmol，更优选为0.5-5mmol，进一步优选为1-3mmol。
本发明中，所述自由基聚合反应是通过在低温条件下引入氧化还原自由基引发体系而进行聚合反应，所述氧化还原自由基引发体系的用量可以在较宽范围内变动。在上述优选情况下，能够适当地引发聚合反应获得具有更优异性能的共聚物。
优选地，所述碱性条件的pH值为7-9。
本发明中，所述含水溶剂可以为纯的蒸馏水和/或去离子水，也可以为含有蒸馏水和/或去离子水的混合溶剂，其中所述混合溶剂中的其他溶剂为不影响本发明的反应的溶剂。所述含水溶剂优选为纯的蒸馏水和/或去离子水。
本发明中，所述自由基聚合反应的过程在上述碱性条件下进行。
本发明中，可以通过本领域常规采用的各种碱性化合物来调节pH值，例如可以采用氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸钠、碳酸氢钠及上述化合物的水溶液(如浓度为5-20重量％)中的至少一种来调节pH值。
优选地，所述自由基聚合反应的条件包括：温度为2-50℃，时间为5- 48h。
更优选地，所述自由基聚合反应的条件包括：温度为5-20℃，时间为12- 24h。
本发明中，所述自由基聚合反应优选在搅拌条件下进行，示例性地，搅拌速度可以为100-400rpm。
优选地，所述自由基聚合反应在惰性气氛中进行。
本发明中，所述惰性气氛可以为氮气、氦气、氖气和氩气中的一种或多种，向反应体系中通入惰性气氛的时间可以为5-300min。
本发明中，根据一种特别优选的具体实施方式，所述共聚物的制备方法包括以下步骤：
(1)将所述单体A’与所述含水溶剂进行混合I，所述混合I的条件包括：温度为10-15℃，时间为10-30min；
(2)将所述氧化还原自由基引发体系引入步骤(1)中的产物中，以进行自由基聚合反应，所述自由基聚合反应的条件包括：温度为5-20℃，时间为12-24h，搅拌速度为100-400rpm；
(3)将所述单体B’、所述单体C’、所述单体D’、所述单体E’进行混合II，所述混合II的条件包括：温度为10-50℃，时间为10-60min，pH值为 7-9，并任选通入并保持惰性气氛；
(4)将步骤(3)中的产物引入步骤(2)中的产物中，以进行自由基聚合反应，所述自由基聚合反应条件包括：温度5-20℃，时间为12-24h，搅拌速度为100-400rpm，反应完成后得到所述共聚物；
其中，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’的用量摩尔比为0.15-0.3：1.2-1.5：0.3-0.6：0.3-0.6：1；相对于100g的所述含水溶剂，所述共聚组合物的总摩尔用量为0.1-0.35mol；相对于1mol 的所述共聚组合物，所述氧化还原自由基引发体系的总摩尔用量为1-3mmol。
优选地，所述单体A’与所述含水溶剂在超声条件下进行混合，超声频率为10-60KHz。
优选地，该方法还包括：将所述自由基聚合反应的产物进行冷冻干燥，所述干燥的条件包括：温度为-80℃至-40℃，时间为10-24h。
本发明中，对干燥的方式并没有特别的限定，可以采用本领域已知的各种低温干燥方式进行，例如可以为冷冻干燥法、超临界干燥法和喷雾干燥法。
如前所述，本发明的第三方面提供了由上述第二方面所述的方法制备得到的共聚物。
需要说明的是，本发明没有特别的限定，所述共聚物可以是上述第二方面所述的方法制备得到的共聚物中的一种，或者多种所述共聚物的混合物。应当理解的是，上述方法制备得到的共聚物通常是指上述方法未经过提纯的直接产物(或仅经过所述干燥后)，尽管这样的产物可能是多种共聚物的混合物，但是本发明也将这样的情况包括在本发明的范围内。
如前所述，本发明的第四方面提供了上述第一方面或第三方面所述的共聚物在钻井液中作为降滤失剂的应用。
在上述所述共聚物作为钻井液的降滤失剂的使用中，具体应用方法为本领域技术人员所熟知的技术，本发明在此不再赘述。
将本发明所述的共聚物用于钻井液的降滤失剂时，通过各个结构单元的相互配合作用，能够获得较好的抗高温和抗高钙效果，从而在用于深井、超深井作业时，能够确保较低的钻井液滤失量，维持较好的井壁稳定性。
如前所述，本发明的第五方面提供了一种含有上述第一方面或第三方面所述的共聚物作为降滤失剂的钻井液。
根据本发明一种优选的具体实施方式，以所述钻井液的总重量为基准，所述共聚物的含量为0.5-2.5重量％。
本发明对钻井液中该共聚物的含量并无特别的限定，可以采用常规的钻井液降滤失剂的用量。在上述优选情况下，本发明所述的共聚物作为降滤失剂的钻井液能够在高温高钙环境中保持更低的滤失量，能够更好地维持井壁稳定，特别适用于井下为高温高钙环境的深层、超深层油气资源的开发。
优选地，所述钻井液中还含有水、膨润土、增粘剂、防塌剂、润滑剂、氯化钙和碳酸钠中的至少一种。
优选地，以所述钻井液的总重量为基准，所述膨润土的含量为2-4重量％，所述增粘剂的含量为0.2-0.5重量％，所述防塌剂的含量为2-4重量％，所述润滑剂的含量为2-4重量％，所述氯化钙的含量为0.5-1重量％，所述碳酸钠的含量为0.2-0.4重量％。
更优选地，以所述钻井液的总重量为基准，所述膨润土的含量为3-4重量％，所述增粘剂的含量为0.3-0.5重量％，所述防塌剂的含量为3-4重量％，所述润滑剂的含量为3-4重量％，所述氯化钙的含量为0.6-1重量％，所述碳酸钠的含量为0.2-0.3重量％。
本发明中，对所述钻井液的体系没有特别的限定，可以为本领域已知的各种钻井液体系，只要将本发明提供的共聚物加入已知的钻井液体系中即可。示例性地，已知的钻井液体系可以为氯化钾-聚合醇钻井液、有机盐钻井液和阳离子钻井液中的一种或多种。
所述氯化钾-聚合醇钻井液可以为本领域技术人员所熟知的各种氯化钾- 聚合醇钻井液，例如可以为氯化钾-聚乙二醇钻井液、氯化钾-聚丙二醇钻井液、氯化钾-乙二醇/丙二醇共聚物钻井液、氯化钾-聚丙三醇钻井液和氯化钾 -聚乙烯乙二醇钻井液中的一种或多种；所述有机盐钻井液可以为本领域技术人员所熟知的各种有机盐钻井液，所述有机盐钻井液中的有机硅可以为选自甲酸钾、甲酸钠和甲酸铯中的一种或多种；所述阳离子钻井液可以为本领域技术人员所熟知的各种阳离子钻井液，所述阳离子钻井液中的阳离子可以为选自2，3-环氧丙基三甲基氯化铵、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵和阳离子聚丙烯酰胺中的一种或多种。
在上述优选情况下，本发明提供的钻井液能够获得更好的抗高温和抗高钙效果。
本发明中，所述膨润土是指以蒙脱石为主要矿物成分的粘土，其具有赋予钻井液粘切力和滤失造壁性的作用，示例性地，可以为钠基膨润土和/或钙基膨润土，优选为钠基膨润土。
本发明中，所述增粘剂能够提高钻井液粘切力，示例性地，可以为聚丙烯酰胺钾盐(KPAM)、聚阴离子纤维素(例如PAC141)和丙烯酰胺与丙烯酸钠的共聚物(例如牌号为80A51)中的一种或多种，优选为聚丙烯酰胺钾盐。
本发明中，所述防塌剂能够辅助仿生页岩抑制剂以防止井壁垮塌，提高井壁稳定性，示例性地，可以为腐殖酸钾(KHM)、有机硅(例如牌号为GF- 1)和磺化沥青(例如牌号为FT-1A)中的一种或多种，优选为腐殖酸钾。
本发明中，所述润滑剂能够提高钻井液润滑性能，防止卡钻等井下复杂状况，示例性地，可以为磺化油脚(例如牌号为FK-10)、柴油与表面活性剂混合物(如牌号为FRH)和脂肪酸甘油酯与表面活性剂混合物(如牌号为 FK-1)中的一种或多种，优选为磺化油脚FK-10。
本发明中，上述组成钻井液的各种物质均可以为市售品，也可以根据本领域已知方法制备得到，本发明在此不再赘述。
本发明中，对所述钻井液的制备方法没有特别限制，可以采用本领域技术人员所熟知的制备方法，本发明在此不再赘述，并且本发明在后文中列举了一种具体的操作，本领域技术人员不应理解为对本发明的限制。
如前所述，本发明的第六方面提供了上述第五方面所述的钻井液在油气钻井中的应用。
与现有技术相比，本发明提供的所述钻井液应用于油气钻井中时，能够在更高的温度和钙浓度下进行钻井，例如可抗220℃以上的温度，可抗33重量％以上的钙浓度(以Ca2+计)，具有良好的流变性能。
本发明中，在没有特别说明的情况下，涉及到用量时，所述共聚物的用量是以共聚物干料计的用量。
以下将通过实例对本发明进行详细描述。
以下实例中，在没有特别说明的情况下，涉及到的实验仪器和原料均为市售品。
本发明中，在没有特别说明的情况下，室温是指25±2℃。
实验仪器
六速黏度计：ZNN-D6B，青岛同春石油仪器有限公司。
中压滤失仪：SD6，青岛同春石油仪器有限公司。
冻干机：FreeZone4.5L，赛美思(香港)科技有限公司。
粉碎机：BJ-400，青岛同春石油仪器有限公司。
原料
纳米二氧化硅单体：平均粒径为30nm，上海安耐吉化学有限公司。
纳米POSS：平均粒径为1.5nm，上海安耐吉化学有限公司。
2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸：上海安耐吉化学有限公司。
N，N-二甲基丙烯酰胺：上海安耐吉化学有限公司。
N-乙烯基吡咯烷酮：上海安耐吉化学有限公司。
二甲基二烯丙基氯化铵：上海安耐吉化学有限公司。
过硫酸铵/亚硫酸氢钠：上海安耐吉化学有限公司。
钠基膨润土：山东潍坊华潍膨润土公司。
以下实例中，涉及到的性能的测试方法如下：
1、黏度测试
采用六速黏度计分别测定钻井液在老化前、180℃老化16h后、200℃老化16h后和220℃老化16h后的表观黏度(μa)、塑性黏度(μp)和动切力 (YP)，具体方法如下：
将钻井液倒入黏度测定杯中，在室温条件下，使用六速黏度计依次读取φ600、φ300，φ600为600转/min下的度数，φ300为300转/min下的度数；
根据实验结果，各参数按如下公式进行计算：
表观黏度μa＝1/2×φ600，单位mPa·s；
塑性黏度μp＝φ600－φ300，单位mPa·s；
动切力YP＝1/2×(2φ300－φ600)，单位Pa；
2、中压滤失量测试
根据SY/T 5621-93标准中的方法，采用中压滤失仪分别测定钻井液在老化前、180℃老化16h后、200℃老化16h后和220℃老化16h后的中压滤失量(API)，单位为mL。
制备例1
降滤失剂：将0.0166mol的纳米二氧化硅单体A’加入含50g蒸馏水的真空瓶Ⅰ中，超声分散2h，超声频率为40KHz，然后采用液氮降温至10℃，通氮气30min，随后加入单体A’质量的2重量‰的氧化还原体系过硫酸铵/ 亚硫酸氢钠(质量比为1：1)水溶液，在搅拌速度300rpm、10℃下反应12h；将0.1352mol的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、0.0564mol的N，N-二甲基丙烯酰胺、0.0504mol的N-乙烯基吡咯烷酮和0.1040mol的二甲基二烯丙基氯化铵加入含50g蒸馏水的真空瓶Ⅱ中，在300rpm下搅拌20min，采用氢氧化钠水溶液调节pH值为7，然后采用液氮进行降温至10℃，通氮气30min，再将真空瓶Ⅱ中体系转移到真空瓶Ⅰ中，反应12h；将获得的产物在-50℃冻干机中冷冻干燥48h，用粉碎机进行粉碎，得到平均粒径为60nm的降滤失剂 A1。
制备例2
本制备例采用与制备例1相似的方法进行，所不同的是，本制备例中，纳米二氧化硅单体A’和蒸馏水混合时不进行超声分散；
其他条件均相同，得到降滤失剂A2。
制备例3
本制备例采用与制备例1相似的方法进行，所不同的是，本制备例中，纳米二氧化硅单体A’和蒸馏水混合时不进行超声分散，且单体A’的用量为 0.0083mol；
其他条件均相同，得到降滤失剂A3。
制备例4
本制备例采用与制备例1相似的方法进行，所不同的是，本制备例中，纳米二氧化硅单体A’的用量为0.0332mol，且引发剂的用量为0.5重量‰；
其他条件均相同，得到降滤失剂A4。
制备例5
本制备例采用与制备例1相似的方法进行，所不同的是，本制备例中，纳米二氧化硅单体A’的用量为0.0332mol，且引发剂的用量为1重量‰；
其他条件均相同，得到降滤失剂A5。
制备例6
本制备例采用与制备例1相似的方法进行，所不同的是，本制备例中，纳米二氧化硅单体A’的用量为0.0332mol；
其他条件均相同，得到降滤失剂A6。
制备例7
本制备例采用与制备例1相似的方法进行，所不同的是，本制备例中，纳米二氧化硅单体A’的用量为0.0332mol，且引发剂的用量为5重量‰；
其他条件均相同，得到降滤失剂A7。
制备例8
本制备例采用与制备例1相似的方法进行，所不同的是，本制备例中，采用纳米POSS代替纳米二氧化硅单体A’进行反应；
其他条件均相同，得到降滤失剂A8。
对比制备例1
本对比制备例采用与制备例4相似的方法进行，所不同的是，本对比制备例中，不加入纳米二氧化硅单体A’；
其他条件均相同，得到降滤失剂DA1。
实施例1
制备钻井液：
将水、钠基膨润土和碳酸钠按400：16：1的重量比进行混合，高速搅拌20min，在室温下置于密闭容器中养护24h，得到基础钻井液Y；
在基础钻井液Y中加入上述制备得到的降滤失剂A1和CaCl2，降滤失剂A1的用量使得以基础钻井液Y为基准，降滤失剂A1的浓度如表1所示， CaCl2的用量使得以水为基准，CaCl2的浓度如表1所示。
实施例2-8和对比例1分别采用与实施例1相似的方式，不同的是，采用的降滤失剂种类与实施例1不同，具体种类和得到的降滤失剂浓度见表1，其余均与实施例1相同，分别得到钻井液B2-B8及钻井液DB1。
实施例9采用与实施例1相似的方式，不同的是，加入CaCl2的用量与实施例1不同，得到的CaCl2浓度见表1，其余均与实施例1相同，得到钻井液B9。
采用前述性能测试方法对各实例中得到的钻井液的性能进行测定，结果见表2。
实施例10-18和对比例2分别为将钻井液B1-B9及钻井液DB1在180℃下老化16h后，再采用前述性能测试方法进行性能测定，结果见表2。
实施例19、20分别为将钻井液B9在200℃、220℃下老化16h后，再采用前述性能测试方法进行性能测定，结果见表2。
表1
Figure RE-GDA0003058373590000261
表2
Figure RE-GDA0003058373590000262
Figure RE-GDA0003058373590000271
从上述表格的测试结果能够看出，本发明提供的具有“星型”结构的共聚物用于钻井液的降滤失剂时，具有优异的降滤失效果及抗高温、抗高钙效果。
具体地，从实施例1-8的结果能够看出，CaCl2的浓度为1.7重量％的钻井液中，使用本发明的共聚物降滤失剂A1-A8的中压滤失量在4.0-4.8ml之间，表明本发明的共聚物降滤失剂在室温下具有良好的降滤失效果。
实施例9相比于实施例1，CaCl2的浓度达到33重量％，结果表明中压滤失量从4.1mL降低到1.2mL，说明本发明的共聚物具有良好的抗钙效果，且在一定的钙浓度下，能够增强共聚物的降滤失能力。
实施例10-18相比于实施例1-9，分别为将钻井液在180℃下老化16h后测得的结果，能够看出中压滤失量由1.2-4.8mL增加到4.6-14.8mL，滤失量普遍增加，但都低于20mL，证明本发明的共聚物在180℃下老化后依然具有很好的降滤失效果。
实施例19、20相比于实施例9，分别为将钻井液在200℃、220℃下老化16h后测得的结果，能够看出中压滤失量从1.2mL分别增加到了8.8mL和 11.4mL，说明温度对本发明的共聚物的降滤失效果存在影响，但在220℃下老化后该共聚物依然存在较好的抗钙(33重量％)效果。
对比例1和2相比于实施例1、8和实施例10、17，钻井液中采用的是不加入改性纳米材料的降滤失剂，结果表明在常温下中压滤失量由4.1mL、 4.0mL增加到8.2mL，在180℃下老化16h后中压滤失量由7.6mL、9.0mL增加到21.6mL，滤失量显著增加，特别是老化后的滤失量大于20mL，说明不加入改性纳米材料的降滤失剂的抗温抗钙效果较差。
综上，本发明所提供的具有“星型”结构的共聚物用于钻井液的降滤失剂时，通过各个结构单元之间的协同作用，能够获得良好的抗高温、抗高钙效果，适用于深井、超深井作业，能够确保较低的钻井液滤失量，维持较好的井壁稳定性，并且制备方法简单，成本较低；特别地，当提供所述结构单元A的材料为纳米材料时，本发明提供的共聚物能够获得更优异的抗高温、抗高钙及降滤失效果。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

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；
Figure FDA0002962586290000011
其中，
在式(1)中，R0选自POSS、SiO2、Fe3O4、TiO2、Al2O3，各个R1各自独立地选自-R11-O-，且各个R11各自独立地选自C0-6的亚烷基，其中R11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-R12-，且R12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R10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-R11-O-，且各个R11各自独立地选自C0的亚烷基、-CH2-、-CH2-CH2-、-CH2-CH2-CH2-，其中R11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R10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)所示结构的结构单元中的至少一种：
式(4-1)：R6为C0的亚烷基，R7为H，R8均为H；
式(4-2)：R6为-CH2-，R7为H，R8均为H；
式(4-3)：R6为-CH2-CH2-，R7为H，R8均为H；
所述结构单元E为选自以下具有式(5)所示结构的结构单元中的至少一种：
式(5-1)：R9均为甲基，R10均为H，X-选自Cl-；
式(5-2)：R9均为甲基，R10均为H，X-选自Br-；
式(5-3)：R9均为乙基，R10均为H，X-选自Cl-；
式(5-4)：R9均为乙基，R10均为H，X-选自Br-；
式(5-5)：R9均为正丙基，R10均为H，X-选自Cl-；
式(5-6)：R9均为正丙基，R10均为H，X-选自Br-。
3.根据权利要求1或2所述的共聚物，其中，所述结构单元A、所述结构单元B、所述结构单元C、所述结构单元D和所述结构单元E的含量摩尔比为0.1-1：0.1-2：0.1-2：0.1-2：1，优选为0.12-0.5：1-2：0.2-1：0.2-1：1，更优选为0.15-0.3：1.2-1.5：0.3-0.6：0.3-0.6：1；
优选地，所述共聚物的数均分子量为20万-70万，优选为30万-60万，更优选为40万-50万；
优选地，所述共聚物的分子量分布系数为1.5-3.2。
4.一种制备用于降滤失的“星型”结构的共聚物的方法，其特征在于，该方法包括：
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’；
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；
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；
Figure FDA0002962586290000051
Figure FDA0002962586290000061
其中，R0-R12的定义与权利要求1或2所述的定义对应相同，各个R1’各自独立地选自-R11-OH，且各个R11各自独立地选自C0-6的亚烷基，X-和X-’选自F-、Cl-、Br-或I-。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，
所述单体A’为选自以下具有式(1’)所示结构的单体中的至少一种：
式(1’-1)：R0为SiO2，R1’均为-OH；
式(1’-2)：R0为POSS，R1’均为-OH；
式(1’-3)：R0为Fe3O4，R1’均为-OH；
所述单体A’为纳米材料，平均粒径为0.5-500nm，优选为1-100nm；
优选地，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’的用量使得获得的共聚物中，所述结构单元A、所述结构单元B、所述结构单元C、所述结构单元D和所述结构单元E的含量摩尔比为0.1-1：0.1-2：0.1-2：0.1-2：1，优选为0.12-0.5：1-2：0.2-1：0.2-1：1，更优选为0.15-0.3：1.2-1.5：0.3-0.6：0.3-0.6：1；
优选地，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20万-70万；
优选地，所述共聚组合物的用量使得获得的共聚物的分子量分布系数为1.5-3.2。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，在所述自由基聚合反应中，相对于100g的所述含水溶剂，所述共聚组合物的总摩尔用量为0.08-0.5mol，优选为0.1-0.35mol；
优选地，相对于1mol的所述共聚组合物，所述氧化还原自由基引发体系的总摩尔用量为0.1-10mmol；
优选地，所述自由基聚合反应的条件包括：温度为2-50℃，时间为5-48h。
7.由权利要求4-6中任意一项所述的方法制备得到的共聚物。
8.权利要求1-3和7中任意一项所述的共聚物在钻井液中作为降滤失剂的应用。
9.一种含有权利要求1-3和7中任意一项所述的共聚物作为降滤失剂的钻井液；
优选地，以所述钻井液的总重量为基准，所述共聚物的含量为0.5-2.5重量％；
优选地，所述钻井液中还含有水、膨润土、增粘剂、防塌剂、润滑剂、氯化钙和碳酸钠中的至少一种；
优选地，以所述钻井液的总重量为基准，所述膨润土的含量为2-4重量％，所述增粘剂的含量为0.2-0.5重量％，所述防塌剂的含量为2-4重量％，所述润滑剂的含量为2-4重量％，所述氯化钙的含量为0.5-1重量％，所述碳酸钠的含量为0.2-0.4重量％。
10.权利要求9所述的钻井液在油气钻井中的应用。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113372517A (zh) * 2021-08-13 2021-09-10 山东诺尔生物科技有限公司 一种钻井液用星型聚合物及其制备方法
CN114349900A (zh) * 2022-01-17 2022-04-15 中国石油大学(北京) 改性用共聚物、新型改性重晶石加重材料及其制备方法和应用和含有改性重晶石的钻井液
CN115490815A (zh) * 2022-09-20 2022-12-20 西南石油大学 一种以poss为中心的可膨胀复合封堵剂

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107916094A (zh) * 2017-12-06 2018-04-17 成都科盛石油科技有限公司 油田用耐高温的高密度水泥浆
CN109824839A (zh) * 2018-12-24 2019-05-31 中国地质大学（北京） 纳米二氧化硅接枝共聚物及其制备方法和应用及钻井液及其应用
CN111875758A (zh) * 2020-08-11 2020-11-03 中国石油大学(华东) 一种水基钻井液用环保型抗超高温降滤失剂的制备方法
CN112011318A (zh) * 2020-08-11 2020-12-01 中国石油大学(华东) 一种盐响应型抗高温两性离子聚合物降滤失剂及其制备方法与应用

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107916094A (zh) * 2017-12-06 2018-04-17 成都科盛石油科技有限公司 油田用耐高温的高密度水泥浆
CN109824839A (zh) * 2018-12-24 2019-05-31 中国地质大学（北京） 纳米二氧化硅接枝共聚物及其制备方法和应用及钻井液及其应用
CN111875758A (zh) * 2020-08-11 2020-11-03 中国石油大学(华东) 一种水基钻井液用环保型抗超高温降滤失剂的制备方法
CN112011318A (zh) * 2020-08-11 2020-12-01 中国石油大学(华东) 一种盐响应型抗高温两性离子聚合物降滤失剂及其制备方法与应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张星元: "可膨胀复合微球的制备及其在钻井液中的应用", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113372517A (zh) * 2021-08-13 2021-09-10 山东诺尔生物科技有限公司 一种钻井液用星型聚合物及其制备方法
CN114349900A (zh) * 2022-01-17 2022-04-15 中国石油大学(北京) 改性用共聚物、新型改性重晶石加重材料及其制备方法和应用和含有改性重晶石的钻井液
CN114349900B (zh) * 2022-01-17 2022-07-19 中国石油大学(北京) 改性用共聚物、新型改性重晶石加重材料及其制备方法和应用和含有改性重晶石的钻井液
CN115490815A (zh) * 2022-09-20 2022-12-20 西南石油大学 一种以poss为中心的可膨胀复合封堵剂

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