CN113527575B - 季戊四醇多烯单体合成超支化聚合物降滤失剂及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种季戊四醇多烯单体合成超支化聚合物降滤失剂及制备方法，属油田降滤失剂生产技术领域。它由组分A、组分B、组分C、季戊四醇多烯单体、自由基引发剂和水等组分组成，上述组分经自由基引发剂在水中引发聚合后得到的凝胶状物质，用乙醇提纯后烘干粉碎成白色粉末即为降滤失剂产品。该降滤失剂分子中引入了环状结构，提升了超支化聚合物降滤失剂在高温下的稳定性，抗温性能可达200℃，在有效降低高温高压滤失量的同时，能进一步增强抗盐抗钙的能力，抗氯化钠浓度可达到30%，同时也能抗复合盐；具有绿色环保、抗盐、抗钙、抗污染、抗高温等优点。解决了现有用于油基钻井液的降滤失剂不环保，用于水基钻井液的降滤失剂抗高温性能差的不足。
Description
技术领域
本发明涉及一种季戊四醇多烯单体合成超支化聚合物降滤失剂及制备方法，属油田降滤失剂生产技术领域。
背景技术
深层油气资源的高效开发，对于提升我国能源保障水平具有重要意义，是缓解我国能源对外依存压力的有力措施之一，是国家能源安全的重大保障。钻井液是钻井工程的“血液”，是油气勘探开发不可或缺的核心工程技术之一，钻井液的性能直接影响钻井作业的安全与效率。
随着油气资源勘探开发力度加大，钻井液的需求量也逐年递增，油基钻井液以其高性能占据市场多年，但近年来，随着人们环保意识的提高以及各类环保法律法规的发布，水基钻井液因比油基钻井液更环保而受到了广泛的应用。降滤失剂作为钻井液的主要处理剂之一，其结构和功能对于钻井液的性能、稳定井壁、提高钻井效率等具有重要作用。现有的降滤失剂主要分为三大类：天然改性类、合成树脂类和合成聚合物类。在开发深部油气资源的过程中，井筒内钻井液将长期处于高温环境，在高温条件下，钻井液中的降滤失剂会发生分解导致性能降低。因此，抗高温钻井液降滤失剂面临前所未有的重大挑战，已成为制约深部勘探开发的技术瓶颈，是钻探水平高低的重要标志，在国内外都属于钻井领域的前沿课题。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有用于油基钻井液的降滤失剂不环保，用于水基钻井液的降滤失剂抗高温性能差的不足，提供一种具有绿色环保、抗盐、抗钙、抗污染、抗高温等优点的水基钻井液用的季戊四醇多烯单体合成超支化聚合物降滤失剂及制备方法。该降滤失剂抗温性能可达200℃，在有效降低高温高压滤失量的同时，能进一步增强抗盐抗钙的能力，抗氯化钠浓度可达到30%，同时也能抗复合盐。
本发明是通过如下的技术方案来实现上述目的的：
一种季戊四醇多烯单体合成超支化聚合物降滤失剂，其特征在于，它由以下重量百分比的组分组成：
组分A 3～5％ 组分B 5～8％
组分C 9～12％ 季戊四醇多烯单体 4～6％
自由基引发剂 0.02% 水余量；
上述组分经自由基引发剂在水中引发聚合后得到的凝胶状物质，用乙醇提纯后烘干粉碎成白色粉末即为季戊四醇多烯单体合成超支化聚合物降滤失剂；
其中：
所述组分A为具有碳碳双键的阳离子型的水溶性单体，由下述重量百分比的原料组成：
N,N,N-三甲基-3（2-甲基烯丙酰氨基）-1-氯化铵25%
二甲基二烯丙基氯化铵 25%
N,N,N-三甲基苯基甲基氯化铵25%
甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵25%；
所述的组分B为具有碳碳双键的含环状结构或磺酸基水溶性单体，由下述重量百分比的原料组成：
2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠25%
甲基丙烯酰氧乙基磺酸钠25%
N-乙烯基吡咯烷酮 25%
苯乙烯磺酸钠25%；
所述的组分C为具有碳碳双键的非离子型水溶性单体，由下述重量百分比的原料构成：
丙烯酰胺 30～40％
丙烯酸钠30～40％
醋酸乙烯酯30～40％；
所述的季戊四醇多烯单体由下述重量百分比的原料构成：
季戊四醇6～9％
烯丙基溴47～50％
氢氧化钠37～38％
四丁基溴化铵 5～6％
所述的自由基引发剂为过硫酸铵与亚硫酸氢钠的氧化还原引发体系，过硫酸铵与亚硫酸氢钠的质量比为1～3∶1。
该季戊四醇多烯单体合成超支化聚合物降滤失剂的制备方法由以下步骤构成：
第一步、制备季戊四醇多烯单体：将季戊四醇、烯丙基溴、氢氧化钠和四丁基溴化铵依次加入反应瓶中，室温条件下搅拌5h后，在60℃温度条件下搅拌24h，反应结束后抽滤去除固体，抽滤过程中用乙醚洗涤固体，用无水硫酸钠干燥滤液，旋蒸除去乙醚，得到淡黄色油状物质即为季戊四醇多烯单体；
季戊四醇多烯单体的反应式如下：
第二步、制备超支化聚合物降滤失剂：将组分A、组分B、组分C和季戊四醇多烯单体加入反应瓶后持续通入氮气，50℃温度条件下搅拌5h，再通过自由基引发剂在水中引发聚合后得到黏稠透明的凝胶状物质，将凝胶状物质用无水乙醇提纯后得到白色固体，烘干后粉碎得到的白色粉末即为季戊四醇多烯单体合成超支化聚合物降滤失剂。
本发明与现有技术相比的有益效果在于：
1、目前市场上合成的降滤失剂多为线型聚合物，超支化聚合物具有高度枝化的立体结构，相比线型聚合物其结构更复杂，超支化聚合物降滤失剂的合成过程也比线型聚合物难度大，本发明以季戊四醇多烯单体作为核心原料合成超支化聚合物降滤失剂，超支化的结构改善了降滤失剂的抗温性能，同时其黏度远低于同分子量的线型聚合物，另外，本发明在合成过程中引入了含环状结构或磺酸基的单体，使其抗温、抗盐性能大大提升。
2、该季戊四醇多烯单体合成超支化聚合物降滤失剂是以季戊四醇多烯单体为核心原料进行合成，经自由基引发剂在水溶液中与其他功能性单体引发聚合得到的，季戊四醇多烯单体含有四个端烯，在聚合过程中形成网状结构，并且聚合物链中含有大量的环状结构、磺酸基和酰胺键，与线型聚合物相比，超支化聚合物具有很少（或没有）分子链内或链间的链结缠绕的特性，因此其在相近的分子量下，其黏度远低于线型聚合物。超支化聚合物的枝化度随机，其结构比线型聚合物更复杂，分子量分布范围也更宽，不同分子量的物质在水中蜷曲成大小不同的无规线团，当这些无规线团的直径符合在滤饼孔隙中捕集的条件时，就被滞留在滤饼的孔隙中，降低滤饼的渗透率，减少了钻井液的滤失量。
3、该季戊四醇多烯单体合成超支化聚合物降滤失剂中包含适量的季铵阳离子基团，可以在黏土表面和层间产牢固的不可逆吸附，通过提高超支化聚合物降滤失剂吸附基团的吸附强度来改善产品的降滤失效率，并且季铵阳离子基本不受无机高价阳离子的影响，引入季铵阳离子有助于提高超支化聚合物降滤失剂抗高价离子污染的能力。超支化聚合物降滤失剂中引入的酰胺键可促使黏土颗粒吸附在聚合物网状结构上，大大提升了钻井液中黏土的分散性能，使黏土颗粒不容易发生聚结；超支化聚合物降滤失剂中含有大量的磺酸基团，磺酸基团对盐不敏感，因而保证了降滤失剂的抗盐性能；另外，分子中引入了环状结构，提升了超支化聚合物降滤失剂在高温下的稳定性。
具体实施方式
实施例1（以制取100克季戊四醇多烯单体合成超支化聚合物降滤失剂为例）：
1）制备季戊四醇多烯单体：称取季戊四醇10g、烯丙基溴66.8g、氢氧化钠50g和四丁基溴化铵6.68g依次加入500mL的三口烧瓶中，室温条件下搅拌5h，60℃下搅拌24h，反应完成后抽滤除掉白色固体，用80mL乙醚洗涤固体，重复洗涤3次，用无水硫酸钠干燥滤液，室温下旋蒸除去乙醚，得到淡黄色油状液体即为季戊四醇多烯单体。
2）制备超支化聚合物降滤失剂：按上述各组份的重量百分比称取组分A、组分B、组分C、季戊四醇多烯单体和水各原料。
组分A：N,N,N-三甲基-3（2-甲基烯丙酰氨基）-1-氯化铵4g，二甲基二烯丙基氯化铵4g，N,N,N-三甲基苯基甲基氯化铵4g，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵4g，组分A占所有反应混合物总重量的3.2%。
组分B：2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠8g，甲基丙烯酰氧乙基磺酸钠8g，N-乙烯基吡咯烷酮8g，苯乙烯磺酸钠8g，组分B占所有反应混合物总重量的6.4%。
组分C：丙烯酰胺16g，丙烯酸钠16g，醋酸乙烯酯16g，组分C占所有反应混合物总重量的9.6%。
季戊四醇多烯单体：20g，占所有反应混合物总重量的4%。
水：384g。
将上述的组分A、组分B、组分C、季戊四醇多烯单体共计116g放入384g水中搅拌，持续通入氮气，并升温至50℃，加入过硫酸铵和亚硫酸氢钠各0.05g，反应5h后将反应物冷却到室温，得到透明粘稠状的产物，将产物用无水乙醇提纯得到白色固体，在100℃下干燥24h后粉碎，即得到产品为白色粉末状的超支化聚合物降滤失剂。
实施例2（以制取100克季戊四醇多烯单体合成超支化聚合物降滤失剂为例）：
1）制备季戊四醇多烯单体：称取季戊四醇11g、烯丙基溴58g、氢氧化钠46g和四丁基溴化铵7.32g依次加入500mL的三口烧瓶中，室温条件下搅拌5h，60℃下搅拌24h，反应完成后抽滤除掉白色固体，用80mL乙醚洗涤固体，重复洗涤3次，用无水硫酸钠干燥滤液，室温下旋蒸除去乙醚，得到淡黄色油状液体即为季戊四醇多烯单体。
2）制备超支化聚合物降滤失剂：按上述各组份的重量百分比称取组分A、组分B、组分C、季戊四醇多烯单体和水各原料。
组分A：N,N,N-三甲基-3（2-甲基烯丙酰氨基）-1-氯化铵4g，二甲基二烯丙基氯化铵4g，N,N,N-三甲基苯基甲基氯化铵4g，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵4g，组分A占所有反应混合物总重量的4.6%。
组分B：2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠7g，甲基丙烯酰氧乙基磺酸钠7g，N-乙烯基吡咯烷酮7g，苯乙烯磺酸钠7g，组分B占所有反应混合物总重量的8%。
组分C：丙烯酰胺14g，丙烯酸钠14g，醋酸乙烯酯14g，组分C占所有反应混合物总重量的12%。
季戊四醇多烯单体：21g，占所有反应混合物总重量的6%。
水：243g。
将上述的组分A、组分B、组分C、季戊四醇多烯单体共计107g放入243g水中搅拌，持续通入氮气，并升温至50℃，加入过硫酸铵和亚硫酸氢钠各0.035g，反应5h后将反应物冷却到室温，得到透明粘稠状的产物，将产物用无水乙醇提纯得到白色固体，在100℃下干燥24h后粉碎，即得到产品为白色粉末状的超支化聚合物降滤失剂。
以上所述只是本发明的较佳实施例而已，上述举例说明不对本发明的实质内容作任何形式上的限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了本说明书后依据本发明的技术实质对以上具体实施方式所作的任何简单修改或变形，以及可能利用上述揭示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实施例，均仍属于本发明技术方案的范围内，而不背离本发明的实质和范围。
Claims (2)
1.一种季戊四醇多烯单体合成超支化聚合物降滤失剂的制备方法，其特征在于，由以下步骤构成，
第一步、制备季戊四醇多烯单体：将季戊四醇、烯丙基溴、氢氧化钠和四丁基溴化铵依次加入反应瓶中，室温条件下搅拌5h后，在60℃温度条件下搅拌24h，反应结束后抽滤去除固体，抽滤过程中用乙醚洗涤固体，用无水硫酸钠干燥滤液，旋蒸除去乙醚，得到淡黄色油状物质即为季戊四醇多烯单体；
季戊四醇多烯单体的反应式如下：
第二步、制备超支化聚合物降滤失剂：将组分A、组分B、组分C和季戊四醇多烯单体加入反应瓶后持续通入氮气，50℃温度条件下搅拌5h，再通过自由基引发剂在水中引发聚合后得到黏稠透明的凝胶状物质，将凝胶状物质用无水乙醇提纯后得到白色固体，烘干后粉碎得到的白色粉末即为季戊四醇多烯单体合成超支化聚合物降滤失剂；
所述季戊四醇多烯单体合成超支化聚合物降滤失剂的制备原料由以下重量百分比的组分组成：
组分A 3～5％ 组分B 5～8％
组分C 9～12％ 季戊四醇多烯单体 4～6％
自由基引发剂 0.02% 水余量；
上述组分经自由基引发剂在水中引发聚合后得到的凝胶状物质，用乙醇提纯后烘干粉碎成白色粉末即为季戊四醇多烯单体合成超支化聚合物降滤失剂；
其中：
所述组分A为具有碳碳双键的阳离子型的水溶性单体，由下述重量百分比的原料组成：
N,N,N-三甲基-3（2-甲基烯丙酰氨基）-1-氯化铵 25%
二甲基二烯丙基氯化铵 25%
N,N,N-三甲基苯基甲基氯化铵 25%
甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵 25%；
所述的组分B为具有碳碳双键的含环状结构或磺酸基水溶性单体，由下述重量百分比的原料组成：
丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠 25%
甲基丙烯酰氧乙基磺酸钠 25%
N-乙烯基吡咯烷酮 25%
苯乙烯磺酸钠 25%；
所述的组分C为具有碳碳双键的非离子型水溶性单体，由下述重量百分比的原料构成：
丙烯酰胺 30～40％
丙烯酸钠 30～40％
醋酸乙烯酯 30～40％；
所述的季戊四醇多烯单体由下述重量百分比的原料构成：
季戊四醇 6～9％
烯丙基溴 47～50％
氢氧化钠 37～38％
四丁基溴化铵 5～6％；
所述的自由基引发剂为过硫酸铵与亚硫酸氢钠的氧化还原引发体系，过硫酸铵与亚硫酸氢钠的质量比为1～3∶1。
2.一种季戊四醇多烯单体合成超支化聚合物降滤失剂，其特征在于，所述季戊四醇多烯单体合成超支化聚合物降滤失剂由权利要求1中所述季戊四醇多烯单体合成超支化聚合物降滤失剂的制备方法制得。
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