CN113956391A - 一种聚合物降滤失剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种聚合物降滤失剂及其制备方法和应用，涉及石油钻井工程油田化学技术领域。本发明提供的聚合物降滤失剂，制备原料包括复合单体、乳化剂、过氧化物引发剂、氧化还原引发剂、pH缓冲剂、胶体保护剂、抗结块剂和水；所述复合单体包括甲基苯乙烯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯。本发明提供的聚合物降滤失剂毒性小，用量低，分散性好，能明显降低油基钻井液高温高压滤失量，改善泥饼质量，可在泥饼及井壁靠近井筒处形成致密有效的封堵层，减少井壁岩石水化，避免井壁失稳。

Description

一种聚合物降滤失剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及石油钻井工程油田化学技术领域，具体涉及一种聚合物降滤失剂及其制备方法和应用。

背景技术

油基钻井液具有润滑性好、抑制性强、高温高压滤失量低等特点，在稳定井壁、防阻防卡、抑制泥页岩水化等方面起到明显作用。泥页岩地层普遍存在地层岩石极易水化膨胀分散的问题，所以一般使用油基钻井液钻进，以减少泥页岩地层的井壁失稳情况。但是，泥页岩地层液普遍存在微裂缝发育的情况，普通油基钻井液滤液在压差作用下渗入微裂缝，破坏井壁的压力平衡，导致井壁失稳。因此应该降低油基钻井液的滤失量，增强对于地层的封堵效果，从而保证井壁的稳定。目前，油基钻井液常用的主要是改性沥青类、改性腐殖酸类降滤失剂，主要存在毒性大、用量大、固相高、分散性差等问题，无法完全满足现场应用要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚合物降滤失剂及其制备方法和应用，本发明提供的聚合物降滤失剂毒性小，用量低，分散性好，能明显降低油基钻井液高温高压滤失量，改善泥饼质量，可在泥饼及井壁靠近井筒处形成致密有效的封堵层，减少井壁岩石水化，避免井壁失稳。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种聚合物降滤失剂，制备原料包括复合单体、乳化剂、过氧化物引发剂、氧化还原引发剂、pH缓冲剂、胶体保护剂、抗结块剂和水；所述复合单体包括甲基苯乙烯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯。

优选地，所述甲基苯乙烯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯的质量比为0.15～0.25:0.25～0.35:0.45～0.55。

优选地，所述乳化剂为十二烷基硫酸钠和乳化剂SR-10；所述十二烷基硫酸钠和乳化剂SR-10的质量比为0.4～0.6:0.6～0.4；所述乳化剂的总质量为复合单体质量的1.5～2.5％。

优选地，所述过氧化物引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵；所述过氧化物引发剂的质量为复合单体质量的0.8～1.0％。

优选地，所述氧化还原引发剂为过氧化氢叔丁醇和吊白块；所述氧化还原引发剂的总质量为复合单体质量的0.18～0.22％；所述过氧化氢叔丁醇和吊白块的质量比为0.4～0.6:0.6～0.4。

优选地，所述胶体保护剂为硅溶胶和聚乙烯醇；所述硅溶胶和聚乙烯醇的质量比为0.4～0.6:0.6～0.4；所述胶体保护剂的总质量为复合单体质量的4～8％。

优选地，所述抗结块剂为白炭黑和滑石粉中的一种或两种；所述抗结块剂的质量为复合单体质量的1.5～2.5％；所述抗结块剂的粒径≤45微米。

本发明提供了上述技术方案所述聚合物降滤失剂的制备方法，包括以下步骤：

将pH缓冲剂和水混合，得到缓冲溶液；

将复合单体、乳化剂和水混合，得到单体水溶液；

将所述缓冲溶液、部分单体水溶液和部分过氧化物引发剂混合，进行第一聚合反应，得到种子乳液；

将所述种子乳液和剩余单体水溶液以及剩余过氧化物引发剂混合，进行第二聚合反应，得到聚合体系；

将所述聚合体系和氧化还原引发剂混合，进行消除残余单体反应，得到粗制乳状降滤失剂；

将所述粗制乳状降滤失剂和胶体保护剂混合，进行喷雾干燥，得到粉状固体；

将所述粉状固体和抗结块剂混合，得到聚合物降滤失剂。

优选地，所述第一聚合反应的温度为65～75℃；所述第一聚合反应的时间为0.4～0.6h；

所述第二聚合反应的温度为75～80℃；所述第二聚合反应的时间为4～6h。

本发明提供了上述技术方案所述聚合物降滤失剂或上述技术方案所述制备方法制备得到的聚合物降滤失剂在油基钻井液中的应用。

本发明提供了一种聚合物降滤失剂，制备原料包括复合单体、乳化剂、过氧化物引发剂、氧化还原引发剂、pH缓冲剂、胶体保护剂、抗结块剂和水；所述复合单体包括甲基苯乙烯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯。本发明以甲基苯乙烯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯为单体，进行三元共聚，合成乳液状降滤失剂，喷雾干燥后得到粉状降滤失剂产品，具有毒性小、用量低、分散性好的优点。本发明提供的聚合物降滤失剂产品在基油中能发生膨胀，同时具有一定的刚性和弹塑性，能明显降低油基钻井液高温高压滤失量，改善泥饼质量，可在泥饼及井壁靠近井筒处形成致密有效的封堵层，减少井壁岩石水化，避免井壁失稳。

附图说明

图1为油基钻井液体系中采用实施例1～5制备的聚合物降滤失剂和氧化沥青JHFLO降滤失剂得到的高温高压泥饼图片；

图2为实施例2制备的聚合物降滤失剂的热重曲线图；

图3为实施例2制备的聚合物降滤失剂的粒径分布图。

具体实施方式

本发明提供了一种聚合物降滤失剂，制备原料包括复合单体、乳化剂、过氧化物引发剂、氧化还原引发剂、pH缓冲剂、胶体保护剂、抗结块剂和水；所述复合单体包括甲基苯乙烯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯。

本发明提供的聚合物降滤失剂的制备原料包括复合单体。在本发明中，所述复合单体包括甲基苯乙烯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯。在本发明中，所述甲基苯乙烯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯的质量比优选为0.15～0.25:0.25～0.35:0.45～0.55，更优选为0.2:0.3:0.5。本发明控制上述用量比能够合成分子量合适、性能较好的降滤失剂。

本发明提供的聚合物降滤失剂的制备原料包括乳化剂。在本发明中，所述乳化剂优选为十二烷基硫酸钠和乳化剂SR-10。本发明采用上述两种乳化剂复配使用，能够使乳化后的单体水溶液均匀分布，稳定性好。

在本发明中，所述十二烷基硫酸钠和乳化剂SR-10的质量比优选为0.4～0.6:0.6～0.4，更优选为0.5:0.5。在本发明中，所述乳化剂的总质量优选为复合单体质量的1.5～2.5％，更优选为2％。

本发明提供的聚合物降滤失剂的制备原料包括过氧化物引发剂。在本发明中，所述过氧化物引发剂优选为过硫酸钾或过硫酸铵；所述过氧化物引发剂的质量优选为复合单体质量的0.8～1.0％，更优选为0.9％。

在本发明中，所述过氧化物引发剂优选以过氧化物引发剂溶液的形式使用；所述过氧化物引发剂溶液的质量浓度优选为3％。在本发明中，所述过氧化物引发剂溶液的溶剂优选为水，更优选为去离子水。

本发明提供的聚合物降滤失剂的制备原料包括氧化还原引发剂。在本发明中，所述氧化还原引发剂优选为过氧化氢叔丁醇和吊白块。本发明采用上述两种引发剂配合，能够提高去除残余单体效果。

在本发明中，所述氧化还原引发剂的总质量优选为复合单体质量的0.18～0.22％，更优选为0.2％；所述过氧化氢叔丁醇和吊白块的质量比优选为0.4～0.6:0.6～0.4，更优选为0.5:0.5。在本发明中，所述过氧化氢叔丁醇优选以过氧化氢叔丁醇溶液的形式使用；所述过氧化氢叔丁醇溶液的质量浓度优选为50％。在本发明中，所述吊白块优选以吊白块溶液的形式使用；所述吊白块溶液的质量浓度优选为4％。在本发明中，所述过氧化氢叔丁醇溶液和吊白块溶液的溶剂优选为水，更优选为去离子水。

本发明提供的聚合物降滤失剂的制备原料包括pH缓冲剂。在本发明中，所述pH缓冲剂优选为碳酸氢钠。在本发明中，所述pH缓冲剂的质量优选为复合单体质量的0.3～0.5％，更优选为0.4％。

本发明提供的聚合物降滤失剂的制备原料包括胶体保护剂。在本发明中，所述胶体保护剂优选为硅溶胶和聚乙烯醇。本发明采用上述两种胶体保护剂能够保证降滤失剂在喷雾干燥过程中，以较完整的结构脱水胶凝，获得高性能产品。

在本发明中，所述硅溶胶和聚乙烯醇的质量比优选为0.4～0.6：0.6～0.4，更优选为0.5:0.5；所述胶体保护剂的总质量优选为复合单体质量的4～8％，更优选为6～7％。在本发明中，所述硅溶胶优选以硅溶胶溶液的形式使用；所述硅溶胶溶液的质量浓度优选为20％。在本发明中，所述聚乙烯醇优选以聚乙烯醇溶液的形式使用；所述聚乙烯醇溶液的质量浓度优选为20％。在本发明中，所述硅溶胶溶液和聚乙烯醇溶液的溶剂优选为水，更优选为去离子水。在本发明中，所述聚乙烯醇优选为PVA0488、PVA0588和PVA0888中的一种或多种。在本发明中，所述胶体保护剂一方面能够提高降滤失剂产品的稳定性，另一方面在喷雾干燥过程中保护产品的有效基团结构。

本发明提供的聚合物降滤失剂的制备原料包括抗结块剂。在本发明中，所述抗结块剂优选为白炭黑和滑石粉中的一种或两种；所述抗结块剂的质量优选为复合单体质量的1.5～2.5％，更优选为2％。在本发明中，所述抗结块剂的粒径优选≤45微米，更优选为10～30微米。在本发明中，所述抗结块剂能够防止干燥后的聚合物降滤失剂产品吸潮结块。

本发明提供的聚合物降滤失剂的制备原料包括余量的水。在本发明中，所述水优选为去离子水。

本发明还提供了上述技术方案所述聚合物降滤失剂的制备方法，包括以下步骤：

将pH缓冲剂和水混合，得到缓冲溶液；

将复合单体、乳化剂和水混合，得到单体水溶液；

将所述缓冲溶液、部分单体水溶液和部分过氧化物引发剂混合，进行第一聚合反应，得到种子乳液；

将所述种子乳液和剩余单体水溶液以及剩余过氧化物引发剂混合，进行第二聚合反应，得到聚合体系；

将所述聚合体系和氧化还原引发剂混合，进行后消除残余单体反应，得到粗制乳状降滤失剂；

将所述粗制乳状降滤失剂和胶体保护剂混合，进行喷雾干燥，得到粉状固体；

将所述粉状固体和抗结块剂混合，得到聚合物降滤失剂。

本发明以甲基苯乙烯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯为单体，用种子乳液聚合法通过三元共聚合成乳液状降滤失剂，再将加入胶体保护剂的乳液通过喷雾干燥的方式制备成粉状聚合物降滤失剂。本发明提供的聚合物降滤失剂在油基钻井液中能有效改善滤饼质量，降低高温高压滤失量，提高钻井液封堵性能。

本发明将pH缓冲剂和水混合，得到缓冲溶液。在本发明中，所述缓冲溶液的pH值优选为6～9，更优选为7～8。

本发明将复合单体、乳化剂和水混合，得到单体水溶液。在本发明中，所述混合优选在搅拌条件下进行。

得到缓冲溶液和单体水溶液后，本发明将所述缓冲溶液、部分单体水溶液和部分过氧化物引发剂混合，进行第一聚合反应，得到种子乳液。在本发明中，所述部分单体水溶液的质量优选为单体水溶液总质量的10～30％，更优选为15～25％。在本发明中，所述部分过氧化物引发剂的质量优选为过氧化物引发剂总质量的10～30％，更优选为15～25％。

在本发明中，所述缓冲溶液、部分单体水溶液和部分过氧化物引发剂混合优选包括：在缓冲溶液中同时滴加部分单体水溶液和部分过氧化物引发剂。

在本发明中，所述第一聚合反应的温度优选为65～75℃，更优选为70℃；所述第一聚合反应的时间优选为0.4～0.6h，更优选为0.5h；所述第一聚合反应的时间以所述部分单体水溶液和部分过氧化物引发剂全部滴加完毕开始计时。

得到种子乳液后，本发明将所述种子乳液和剩余单体水溶液以及剩余过氧化物引发剂混合，进行第二聚合反应，得到聚合体系。在本发明中，所述种子乳液和剩余单体水溶液以及剩余过氧化物引发剂混合优选包括：在所述种子乳液中同时滴加剩余单体水溶液以及剩余过氧化物引发剂。

在本发明中，所述第二聚合反应的温度优选为75～80℃；所述第二聚合反应的时间优选为4～6h；所述第二聚合反应的时间以剩余单体水溶液以及剩余过氧化物引发剂全部滴加完毕开始计时。

本发明分步加入单体水溶液和过氧化物水溶液，能够生成数量大、粒径小的胶乳粒，克服乳液聚合的瞬态现象，控制聚合物产品胶乳粒直径及其分布。

聚合体系后，本发明将所述聚合体系和氧化还原引发剂混合，进行消除残余单体反应，得到粗制乳状降滤失剂。在本发明中，所述消除残余单体反应的温度优选为50～60℃，更优选为55℃；所述消除残余单体反应的时间优选为1～2h，更优选为1.5h。本发明通过消除残余单体反应提高反应率，减少残留单体，得到白色乳液，即为粗制乳状降滤失剂。

在本发明中，所述粗制乳状降滤失剂的固相含量优选为40～50wt％，更优选为41.7～45wt％。

得到粗制乳状降滤失剂后，本发明将所述粗制乳状降滤失剂和胶体保护剂混合，进行喷雾干燥，得到粉状固体。在本发明中，所述喷雾干燥的温度优选为110～130℃，更优选为120℃。在本发明中，所述粉状固体的粒径优选为50～500nm，更优选为100～300nm。

得到粉状固体后，本发明将所述粉状固体和抗结块剂混合，得到聚合物降滤失剂。在本发明中，所述聚合物降滤失剂的粒径优选为100～300nm。

本发明还提供了上述技术方案所述聚合物降滤失剂或上述技术方案所述制备方法制备得到的聚合物降滤失剂在油基钻井液中的应用。在本发明中，所述聚合物降滤失剂在油基钻井液中的质量含量优选为1～4％，更优选为2～3％。本发明采用粉状聚合物降滤失剂，能够避免引入水分破坏原油基钻井液的油水比。

在本发明的具体实施例中，所述油基钻井液的组成为：白油、CaCl₂溶液、主乳化剂、辅乳化剂、有机土、降滤失剂、CaO和重晶石。在本发明的具体实施例中，所述白油的型号为3#白油；所述CaCl₂溶液的质量浓度为20％；所述白油和CaCl₂溶液的体积比为4:1；所述主乳化剂为JHEMUL(生产厂家为湖北江汉石油技术有限公司)；所述主乳化剂在油基钻井液中的质量含量为3.2％；所述辅乳化剂为JHCOAT(生产厂家为湖北江汉石油技术有限公司)；所述辅乳化剂在油基钻井液中的质量含量为0.8％；所述有机土为JHGEL(生产厂家为湖北江汉石油技术有限公司)；所述有机土在油基钻井液中的质量含量为2％；所述降滤失剂为上述技术方案所述聚合物降滤失剂；所述降滤失剂在油基钻井液中的质量含量为2％；所述CaO在油基钻井液中的质量含量为2％；所述重晶石的质量以使所述油基钻井液的密度为1.8g/cm³为准。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

在四口烧瓶中加入25质量份去离子水和0.4质量份NaHCO₃，搅拌均匀，得到缓冲溶液；

在另一烧瓶中加入50质量份去离子水、20质量份甲基苯乙烯、30质量份丙烯酸丁酯、50质量份甲基丙烯酸甲酯、1质量份十二烷基硫酸钠和1质量份市售乳化剂SR-10，搅拌均匀，得到单体水溶液；

在小烧杯中将0.9质量份的过硫酸钾配制成质量浓度3％的过硫酸钾溶液；将0.1质量份的过氧化氢叔丁醇配制成质量浓度50％的过氧化氢叔丁醇溶液；将0.1质量份的吊白块配制成质量浓度4％的吊白块溶液；将3质量份硅溶胶配制成质量浓度20％的硅溶胶溶液；将3质量份PVA0588配制成质量浓度20％的聚乙烯醇溶液，溶剂均为去离子水；

将盛有缓冲溶液的四口烧瓶放入水浴反应釜中，升温至70℃，同时缓慢滴加15％质量的单体水溶液和15％质量的过硫酸钾溶液，进行聚合反应0.5h，得到种子乳液；

水浴升温至80℃，分别滴加剩下的单体水溶液和剩下的过硫酸钾溶液，继续进行聚合反应5h，待反应完全，得到聚合体系；

将所述聚合体系降温至55℃后保温，先后加入制备的过氧化氢叔丁醇溶液和吊白块溶液，进行消除残余单体反应，1.5h后得到白色乳液，即为粗制乳状降滤失剂；

在所述粗制乳状降滤失剂中加入制备的硅溶胶溶液和聚乙烯醇溶液作为胶体保护剂，搅匀后，在120℃条件下通过喷雾干燥塔制成粉状降滤失剂，加入2质量份白炭黑混合均匀后，得到聚合物降滤失剂。

实施例2

在四口烧瓶中加入25质量份去离子水和0.4质量份NaHCO₃，搅拌均匀，得到缓冲溶液；

在另一烧瓶中加入50质量份去离子水、20质量份甲基苯乙烯、30质量份丙烯酸丁酯、50质量份甲基丙烯酸甲酯、1质量份十二烷基硫酸钠和1质量份市售乳化剂SR-10，搅拌均匀，得到单体水溶液；

在小烧杯中将0.9质量份的过硫酸钾配制成质量浓度3％的过硫酸钾溶液；将0.1质量份的过氧化氢叔丁醇配制成质量浓度50％的过氧化氢叔丁醇溶液；将0.1质量份的吊白块配制成质量浓度4％的吊白块溶液；将3质量份硅溶胶配制成质量浓度20％的硅溶胶溶液；将3质量份PVA0588配制成质量浓度20％的聚乙烯醇溶液，溶剂均为去离子水；

将盛有缓冲溶液的四口烧瓶放入水浴反应釜中，升温至70℃，同时缓慢滴加20％质量的单体水溶液和20％质量的过硫酸钾溶液，进行聚合反应0.5h，得到种子乳液；

水浴升温至80℃，分别滴加剩下的单体水溶液和剩下的过硫酸钾溶液，继续进行聚合反应5h，待反应完全，得到聚合体系；

将所述聚合体系降温至55℃后保温，先后加入制备的过氧化氢叔丁醇溶液和吊白块溶液，进行消除残余单体反应，1h后得到白色乳液，即为粗制乳状降滤失剂；

在所述粗制乳状降滤失剂中加入制备的硅溶胶溶液和聚乙烯醇溶液作为胶体保护剂，搅匀后，在120℃条件下通过喷雾干燥塔制成粉状降滤失剂，加入2质量份白炭黑混合均匀后，得到聚合物降滤失剂。

实施例3

在四口烧瓶中加入25质量份去离子水和0.4质量份NaHCO₃，搅拌均匀，得到缓冲溶液；

在另一烧瓶中加入50质量份去离子水、20质量份甲基苯乙烯、30质量份丙烯酸丁酯、50质量份甲基丙烯酸甲酯、1质量份十二烷基硫酸钠和1质量份市售乳化剂SR-10，搅拌均匀，得到单体水溶液；

在小烧杯中将0.9质量份的过硫酸钾配制成质量浓度3％的过硫酸钾溶液；将0.1质量份的过氧化氢叔丁醇配制成质量浓度50％的过氧化氢叔丁醇溶液；将0.1质量份的吊白块配制成质量浓度4％的吊白块溶液；将3质量份硅溶胶配制成质量浓度20％的硅溶胶溶液；将3质量份PVA0588配制成质量浓度20％的聚乙烯醇溶液，溶剂均为去离子水；

将盛有缓冲溶液的四口烧瓶放入水浴反应釜中，升温至70℃，同时缓慢滴加25％质量的单体水溶液和25％质量的过硫酸钾溶液，进行聚合反应0.5h，得到种子乳液；

水浴升温至80℃，分别滴加剩下的单体水溶液和剩下的过硫酸钾溶液，继续进行聚合反应5h，待反应完全，得到聚合体系；

将所述聚合体系降温至55℃后保温，先后加入制备的过氧化氢叔丁醇溶液和吊白块溶液，进行消除残余单体反应，1h后得到白色乳液，即为粗制乳状降滤失剂；

在所述粗制乳状降滤失剂中加入制备的硅溶胶溶液和聚乙烯醇溶液作为胶体保护剂，搅匀后，在120℃条件下通过喷雾干燥塔制成粉状降滤失剂，加入2质量份白炭黑混合均匀后，得到聚合物降滤失剂。

实施例4

在四口烧瓶中加入25质量份去离子水和0.4质量份NaHCO₃，搅拌均匀，得到缓冲溶液；

在另一烧瓶中加入50质量份去离子水、20质量份甲基苯乙烯、30质量份丙烯酸丁酯、50质量份甲基丙烯酸甲酯、1质量份十二烷基硫酸钠和1质量份市售乳化剂SR-10，搅拌均匀，得到单体水溶液；

在小烧杯中将0.9质量份的过硫酸钾配制成质量浓度3％的过硫酸钾溶液；将0.1质量份的过氧化氢叔丁醇配制成质量浓度50％的过氧化氢叔丁醇溶液；将0.1质量份的吊白块配制成质量浓度4％的吊白块溶液；将3质量份硅溶胶配制成质量浓度20％的硅溶胶溶液；将3质量份PVA0588配制成质量浓度20％的聚乙烯醇溶液，溶剂均为去离子水；

将盛有缓冲溶液的四口烧瓶放入水浴反应釜中，升温至70℃，同时缓慢滴加10％质量的单体水溶液和10％质量的过硫酸钾溶液，进行聚合反应0.5h，得到种子乳液；

水浴升温至80℃，分别滴加剩下的单体水溶液和剩下的过硫酸钾溶液，继续进行聚合反应5h，待反应完全，得到聚合体系；

将所述聚合体系降温至55℃后保温，先后加入制备的过氧化氢叔丁醇溶液和吊白块溶液，进行消除残余单体反应，1h后得到白色乳液，即为粗制乳状降滤失剂；

在所述粗制乳状降滤失剂中加入制备的硅溶胶溶液和聚乙烯醇溶液作为胶体保护剂，搅匀后，在120℃条件下通过喷雾干燥塔制成粉状降滤失剂，加入2质量份白炭黑混合均匀后，得到聚合物降滤失剂。

实施例5

在四口烧瓶中加入25质量份去离子水和0.4质量份NaHCO₃，搅拌均匀，得到缓冲溶液；

在另一烧瓶中加入50质量份去离子水、20质量份甲基苯乙烯、30质量份丙烯酸丁酯、50质量份甲基丙烯酸甲酯、1质量份十二烷基硫酸钠和1质量份市售乳化剂SR-10，搅拌均匀，得到单体水溶液；

在小烧杯中将0.9质量份的过硫酸钾配制成质量浓度3％的过硫酸钾溶液；将0.1质量份的过氧化氢叔丁醇配制成质量浓度50％的过氧化氢叔丁醇溶液；将0.1质量份的吊白块配制成质量浓度4％的吊白块溶液；将3质量份硅溶胶配制成质量浓度20％的硅溶胶溶液；将3质量份PVA0588配制成质量浓度20％的聚乙烯醇溶液，溶剂均为去离子水；

将盛有缓冲溶液的四口烧瓶放入水浴反应釜中，升温至70℃，同时缓慢滴加30％质量的单体水溶液和30％质量的过硫酸钾溶液，进行聚合反应0.5h，得到种子乳液；

水浴升温至80℃，分别滴加剩下的单体水溶液和剩下的过硫酸钾溶液，继续进行聚合反应5h，待反应完全，得到聚合体系；

将所述聚合体系降温至55℃后保温，先后加入制备的过氧化氢叔丁醇溶液和吊白块溶液，进行消除残余单体反应，1h后得到白色乳液，即为粗制乳状降滤失剂；

在所述粗制乳状降滤失剂中加入制备的硅溶胶溶液和聚乙烯醇溶液作为胶体保护剂，搅匀后，在120℃条件下通过喷雾干燥塔制成粉状降滤失剂，加入2质量份白炭黑混合均匀后，得到聚合物降滤失剂。

测试例1

实施例1～5制备的聚合物降滤失剂的粒径为100～500nm，增加种子乳液用量，粒径减小。

实施例2制备的聚合物降滤失剂的粒径分布图如图3所示。

测试例2

在油基钻井液体系中对上述实施例1～5制备的聚合物降滤失剂进行降滤失性能测试，测试用油基钻井液的原料组成为：320mL 3#白油+80mL CaCl₂溶液(质量浓度为20％)+3.2wt％主乳化剂JHEMUL+0.8wt％辅乳化剂JHCOAT+2wt％有机土JHGEL+2wt％降滤失剂+2wt％CaO+重晶石(使该油基钻井液密度为1.8g/cm³)；所述降滤失剂为目前油基钻井液常用的氧化沥青类降滤失剂(氧化沥青JHFLO)或实施例1～5制备的聚合物降滤失剂；

根据GB/T16783.2-2012石油天然气工业钻井液现场测试第2部分：油基钻井液标准，对添加2wt％氧化沥青JHFLO的油基钻井液以及添加2wt％聚合物降滤失剂的油基钻井液进行性能测试。测量条件：热滚温度150℃，时间16h，高温高压滤失量测量温度150℃，流变性测量温度50℃，测试结果如表1所示。

表1聚合物降滤失剂的降滤失性能测试结果

根据乳液聚合反应原理，采用种子乳液聚合法可以有效的控制乳胶粒直径及其分布。在单体量不变的前提下，增加种子乳液用量，可使粒径减小；而减少种子乳液用量，则可使粒径增大。实施例1～5种子乳液用量分别为15％、20％、25％、10％、30％。通过实验结果可以看出，油基钻井液体系中加入实施例1～3制备的降滤失剂，高温高压滤失量均小于3mL，泥饼薄而致密，如图1所示，比氧化沥青类降滤失剂效果好，而且热滚前后钻井液的流变性变化较小，破乳电压较大。其中实施例2加入20％的乳液作为种子乳液降滤失效果最好。

测试例3降滤失剂抗温性能评价

聚合物降滤失剂容易在高温条件下断链，发生降解。若聚合物降滤失剂的抗温性能不足，会导致钻井液的高温高压滤失量增大，流变性受到影响。

图2通过差热分析法表征实施例2制备的聚合物降滤失剂的热稳定性，可以看出，本发明制备的聚合物降滤失剂从390℃才开始分解，热稳定性较好；从420℃热重曲线下降明显，聚合物主链开始分解；440℃左右基本完全分解。

采用实施例2制备的聚合物降滤失剂配制成油基钻井液，原料组成为：320mL 3#白油+80mLCaCl₂溶液(质量浓度为20％)+3.2wt％主乳化剂JHEMUL+0.8wt％辅乳化剂JHCOAT+2wt％有机土JHGEL+2wt％降滤失剂+2wt％CaO+重晶石(使该油基钻井液密度为1.8g/cm³)。

根据GB/T16783.2-2012石油天然气工业钻井液现场测试第2部分：油基钻井液标准，对油基钻井液以及添加2wt％聚合物降滤失剂的油基钻井液进行性能测试。测量条件：热滚温度160～200℃，时间16h，高温高压滤失量测量温度热滚温度，流变性测量温度50℃，测试结果如表2所示。

表2聚合物降滤失剂抗温性能结果

由表2可以看出，热滚温度在180℃以下，油基钻井液的高温高压滤失量、流变性能和破乳电压都较好；温度高于180℃高温高压滤失量有所增大，粘度切力下降较大，但是仍能保持一定性能。说明本发明制备的聚合物降滤失剂热稳定性较好。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种聚合物降滤失剂，其特征在于，制备原料包括复合单体、乳化剂、过氧化物引发剂、氧化还原引发剂、pH缓冲剂、胶体保护剂、抗结块剂和水；所述复合单体包括甲基苯乙烯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯。

2.根据权利要求1所述的聚合物降滤失剂，其特征在于，所述甲基苯乙烯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯的质量比为0.15～0.25:0.25～0.35:0.45～0.55。

3.根据权利要求1所述的聚合物降滤失剂，其特征在于，所述乳化剂为十二烷基硫酸钠和乳化剂SR-10；所述十二烷基硫酸钠和乳化剂SR-10的质量比为0.4～0.6:0.6～0.4；所述乳化剂的总质量为复合单体质量的1.5～2.5％。

4.根据权利要求1所述的聚合物降滤失剂，其特征在于，所述过氧化物引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵；所述过氧化物引发剂的质量为复合单体质量的0.8～1.0％。

5.根据权利要求1所述的聚合物降滤失剂，其特征在于，所述氧化还原引发剂为过氧化氢叔丁醇和吊白块；所述氧化还原引发剂的总质量为复合单体质量的0.18～0.22％；所述过氧化氢叔丁醇和吊白块的质量比为0.4～0.6:0.6～0.4。

6.根据权利要求1所述的聚合物降滤失剂，其特征在于，所述胶体保护剂为硅溶胶和聚乙烯醇；所述硅溶胶和聚乙烯醇的质量比为0.4～0.6:0.6～0.4；所述胶体保护剂的总质量为复合单体质量的4～8％。

7.根据权利要求1所述的聚合物降滤失剂，其特征在于，所述抗结块剂为白炭黑和滑石粉中的一种或两种；所述抗结块剂的质量为复合单体质量的1.5～2.5％；所述抗结块剂的粒径≤45微米。

8.权利要求1～7任一项所述聚合物降滤失剂的制备方法，包括以下步骤：

将pH缓冲剂和水混合，得到缓冲溶液；

将复合单体、乳化剂和水混合，得到单体水溶液；

将所述缓冲溶液、部分单体水溶液和部分过氧化物引发剂混合，进行第一聚合反应，得到种子乳液；

将所述种子乳液和剩余单体水溶液以及剩余过氧化物引发剂混合，进行第二聚合反应，得到聚合体系；

将所述聚合体系和氧化还原引发剂混合，进行消除残余单体反应，得到粗制乳状降滤失剂；

将所述粗制乳状降滤失剂和胶体保护剂混合，进行喷雾干燥，得到粉状固体；

将所述粉状固体和抗结块剂混合，得到聚合物降滤失剂。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述第一聚合反应的温度为65～75℃；所述第一聚合反应的时间为0.4～0.6h；

所述第二聚合反应的温度为75～80℃；所述第二聚合反应的时间为4～6h。

10.权利要求1～7任一项所述聚合物降滤失剂或权利要求8～9任一项所述制备方法制备得到的聚合物降滤失剂在油基钻井液中的应用。

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