CN114163573A - 一种两性离子聚合物、其制备方法与应用 - Google Patents

一种两性离子聚合物、其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种两性离子聚合物、其制备方法与应用，属于石油勘探钻井技术领域。本两性离子聚合物的制备方法，包括以下步骤：将非离子单体、阳离子单体、阴离子单体和两性离子单体分散在去离子水中，得到两性离子聚合物的聚合单体；调节pH值至7，在隔绝氧气的条件下，加入引发剂并加热搅拌反应，依次经过滤、洗涤、干燥和研磨，即得到两性离子聚合物。本发明还提供一种两性离子聚合物的应用。采用本两性离子聚合物制备的两性离子聚合物水基钻井液具有耐高温、流变性能稳定、滤失量低的优点。

Description

一种两性离子聚合物、其制备方法与应用
技术领域
本发明属于石油勘探钻井技术领域，具体涉及一种两性离子聚合物、其制备方法与应用。
背景技术
水基钻井液是一种以水为分散介质，以粘土(膨润土)、加重剂及各种化学处理剂为分散相的溶胶悬浮体混合体系。随着油气勘探开发越来越向深层和超深层发展，水基钻井液体系面临高温、高压等更加复杂条件的考验。
目前的水基钻井液存在随着井深增加，井底温度升高，水基钻井液中的粘土在高温下易分散、钝化的问题，并且出现水基钻井液中的化学处理剂的热稳定性和剪切稳定性较差，易高温分解而失效，难以满足深层钻井要求的问题。而高压地层使用的水基钻井液往往密度较高，容易出现水基钻井液中固相含量增加，水基钻井液的粘度和切力升高，加重剂沉降等问题。
因此，亟需一种抗温能力强、降滤失性能好和抗盐抗温能力强的钻井液。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题提供一种两性离子聚合物、其制备方法与应用。
其一，本发明为了解决上述技术问题提供一种两性离子聚合物的制备方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种两性离子聚合物的制备方法，包括以下步骤：
将非离子单体、阳离子单体、阴离子单体和两性离子单体分散在去离子水中，得到两性离子聚合物的聚合单体；调节pH值至7，在隔绝氧气的条件下，加入引发剂并加热搅拌反应，依次经过滤、洗涤、干燥和研磨，即得到两性离子聚合物。
本发明的两性离子聚合物的制备方法的有益效果是：
通过非离子单体、阳离子单体、阴离子单体和两性离子单体进行聚合，能够应用到钻井液中，使得钻井液具有较强的抗温性能，同时也具有良好的抗盐性能。另外在较高矿化度下，钻井液依然能良好的舒展，以及良好的抑制性能和滤失造壁性能。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述非离子单体为丙烯酰胺；所述阳离子单体为二甲基二烯丙基氯化铵和/或丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵；所述阴离子单体为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酸和对苯乙烯磺酸钠中的任意一种或多种的混合物。
采用上述进一步的有益效果是：利于合成两性离子聚合物，具有吸附和水化双重作用，可以在粘土颗粒周围形成致密的水化层，阻止和延缓水分子与粘土表面接触，起到防止粘土颗粒水化膨胀的目的。
进一步，所述非离子单体、所述阳离子单体、所述阴离子单体和所述两性离子单体的质量比为(4-5):(2-3):(1-2):(1-3)。
采用上述进一步的有益效果是：合成的两性离子聚合物的效果更好
进一步，所述引发剂为质量浓度为15-30％的过硫酸钾水分散液，所述引发剂的加入量为所述两性离子聚合物的聚合单体的质量的千分之二，所述引发剂按1-3滴/s的速率滴加。
采用上述进一步的有益效果是：有利于两性离子聚合物的聚合。
进一步，所述加热搅拌反应的温度为60-70℃，时间为4-6h，搅拌转速为300-500r/min。
进一步，所述洗涤为采用无水乙醇洗涤3次；所述干燥为在50℃下真空干燥15-30h；所述研磨的转速为30000-35000r/min，时间为2-4min。
进一步，所述两性离子单体为甜菜碱两性离子单体，所述甜菜碱两性离子单体由N-(3-二甲氨基丙基)甲基丙烯酰胺与1,3-丙磺内酯聚合得到。
进一步，所述甜菜碱两性离子单体由以下步骤制备：
将N-(3-二甲氨基丙基)甲基丙烯酰胺溶于丙酮中，得到溶液A；
将1,3-丙磺内酯分散于丙酮中，得到分散液B；
将分散液B滴加到溶液A中，在隔绝氧气的条件下，搅拌加热反应，依次经过滤、洗涤、干燥和研磨，得到白色粉末状，即为甜菜碱两性离子单体。
采用上述进一步的有益效果是：有利于制备得到甜菜碱两性离子单体。
进一步，在所述溶液A中，所述N-(3-二甲氨基丙基)甲基丙烯酰胺的浓度为0.2-0.4g/mL；在所述分散液B中，所述1，3-丙磺内酯的浓度为0.5-0.8g/mL。
进一步，在所述溶液A中的丙酮和所述分散液B中的丙酮的体积比为4:1。
进一步，所述搅拌加热反应的温度为50-70℃，时间为4-6h，搅拌转速为200-400r/min。
本两性离子聚合物的原理是，其含有阳离子单体、阴离子单体和两性离子单体，既含有具有吸附和水化双重作用的阳离子基团，如季铵基；又含有大量的水化基团，如酰胺基、磺酸基，可以在粘土颗粒周围形成致密的水化层，阻止和延缓水分子与粘土表面接触，起到防止粘土颗粒水化膨胀的目的，同时具有抗高温降滤失性能和抗盐性等优点。同时，两性离子聚合物在水溶液中通过静电作用与含有不同电荷的分子之间产生缔合，此时形成的链束网状结构能够通过吸附作用对黏土颗粒进行包被，可抑制泥页岩膨胀。
其二，本发明为了解决上述技术问题提供一种两性离子聚合物水基钻井液。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种两性离子聚合物水基钻井液，由以下重量份的组分组成：100份的水，2-5份的膨润土，0.5-2份的如上述的两性离子聚合物，1-3份的润滑剂，15-30份的加重剂和0.1-0.4份的pH值调节剂。
本发明的两性离子聚合物水基钻井液的有益效果是：本两性离子聚合物水基钻井液具有较强的抗温能力和良好的流变性，在180℃高温下具有较好的稳定性。本两性离子聚合物水基钻井液还具有较强的抗盐抗钙性能，在较高矿化度下，两性离子聚合物依然能良好的舒展，以及良好的抑制性能和滤失造壁性能。本两性离子聚合物水基钻井液钻井液具有耐高温、流变性能稳定、滤失量低的优点。
本两性离子聚合物水基钻井液的原理是，本两性离子聚合物水基钻井液，以两性离子聚合物为主剂，加入润滑剂提高钻井液的润滑性能，同时使用加重剂可调节钻井液密度。该钻井液具有良好的流变性能，抗盐抗钙性能较强，在较高矿化度下，两性离子聚合物依然能良好的舒展，钻井液的流变性能变化不大。该钻井液具有良好的抗温性能，两性离子聚合物链上具有抗高温基团，如磺酸基、苯环，钻井液的抗高温性能得到提高。该钻井液具有良好的抑制性能，两性离子聚合物上的官能团，如季铵基、酰胺基、磺酸基，可通过与粘土颗粒吸附和水化双重作用抑制粘土的水化膨胀。该钻井液具有良好的滤失造壁性能，两性离子聚合物分散在钻井液中，形成较强的网络结构，带正电部分如季铵基，可与地层带负电的岩石表面通过静电作用而吸附，带负电部分，如磺酸基，与酰胺基可与岩石通过氢键作用而吸附，形成一层较强的吸附层，降低钻井液的滤失量。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述润滑剂为改性矿物油和/或改性植物油；所述加重剂为重晶石；所述pH值调节剂为质量浓度为25％的氢氧化钠溶液。
其三，本发明为了解决上述技术问题提供一种两性离子聚合物水基钻井液的制备方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种两性离子聚合物水基钻井液的制备方法，包括以下步骤：
S1、分别称取如下重量份数的原料：100份的水，2-5份的膨润土，0.5-2份的两性离子聚合物和1-3份的润滑剂；
S2、配制基浆：将步骤S1取的膨润土加入步骤S1取的水中，搅拌分散后，静置24h，得到基浆；
S3、配制两性离子聚合物水基钻井液：将步骤S2得到的基浆搅拌均匀，加入步骤S1称取的两性离子聚合物和润滑剂，充分搅拌，再加入pH值调节剂，调节pH值至10-11，最后加入加重剂，调节密度至1.0-1.5g/cm3，搅拌均匀，即得两性离子聚合物水基钻井液。
本发明的制备方法的有益效果是：本两性离子聚合物水基钻井液制备过程简单，对设备要求低，便于生产作业。
其四，本发明提供一种两性离子聚合物水基钻井液在石油勘探钻井中的的应用。
本发明的应用的有益效果是：本两性离子聚合物水基钻井液钻井液具有耐高温、流变性能稳定、滤失量低的优点，使得石油勘探钻井的操作更方便。
附图说明
图1为本发明的实验例1中，实施例4-6制备的两性离子聚合物水基钻井液和对比例1-3制备的水基钻井液的膨胀率曲线图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
本实施例提供一种两性离子聚合物的制备方法。
所述两性离子聚合物的聚合单体为非离子单体、阳离子单体、阴离子单体和两性离子单体。
所述非离子单体为丙烯酰胺。
所述阳离子单体为丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵。
所述阴离子单体为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和对苯乙烯磺酸钠的混合物。
本实施例中，所述两性离子单体为甜菜碱两性离子单体，所述甜菜碱两性离子单体由N-(3-二甲氨基丙基)甲基丙烯酰胺与1,3-丙磺内酯聚合得到。
所述甜菜碱两性离子单体由以下步骤制备：
将30g的N-(3-二甲氨基丙基)甲基丙烯酰胺溶于100ml的丙酮中，得到溶液A，所述溶液A中的N-(3-二甲氨基丙基)甲基丙烯酰胺的浓度为0.3g/mL。
将20g的1,3-丙磺内酯分散于25ml的丙酮中，得分散液B，所述分散液B中的1，3-丙磺内酯的浓度为0.8g/mL。
将分散液B滴加到溶液A中，通入氮气隔绝氧气的条件下，加热至50℃，并以200r/min的搅拌转速，搅拌反应4h，经120目过滤网过滤，然后采用无水乙醇洗涤3次，之后在50℃下真空干燥15h，最后在30000r/min的转速下，研磨4min，形成均匀粉状物，得到白色粉末状，即为甜菜碱两性离子单体。
所述两性离子聚合物由以下步骤制备：
将丙烯酰胺、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、对苯乙烯磺酸钠和甜菜碱两性离子单体，按质量比为5:2:1:1：2的比例配制，具体为50g的丙烯酰胺、20g的丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、10g的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、10g的对苯乙烯磺酸钠和20g的甜菜碱两性离子单体，分散在440g的去离子水中，采用质量浓度为25％的氢氧化钠溶液调节pH值至7，通入氮气隔绝氧气的条件下，按两性离子聚合物的聚合单体的质量的千分之二，按1滴/s的速率，滴加质量浓度为30％的过硫酸钾水分散液作为引发剂，过硫酸钾的质量为0.22g，并加热至60℃，以300r/min的搅拌速率，搅拌反应6h，经120目过滤网过滤，然后采用无水乙醇洗涤3次，之后在50℃下真空干燥30h，最后在35000r/min的转速下，研磨2min，形成均匀粉状物，即得到两性离子聚合物。
实施例2
本实施例提供一种两性离子聚合物的制备方法。
所述两性离子聚合物的聚合单体为非离子单体、阳离子单体、阴离子单体和两性离子单体。
所述非离子单体为丙烯酰胺。
所述阳离子单体为二甲基二烯丙基氯化铵。
所述阴离子单体为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和丙烯酸。
本实施例中，所述两性离子单体为甜菜碱两性离子单体，所述甜菜碱两性离子单体由N-(3-二甲氨基丙基)甲基丙烯酰胺与1,3-丙磺内酯聚合得到。
所述甜菜碱两性离子单体由以下步骤制备：
将20g的N-(3-二甲氨基丙基)甲基丙烯酰胺溶于100ml的丙酮中，得到溶液A，所述溶液A中的N-(3-二甲氨基丙基)甲基丙烯酰胺的浓度为0.2g/mL。
将12.5g的1,3-丙磺内酯分散于25ml的丙酮中，得分散液B，所述分散液B中的1，3-丙磺内酯的浓度为0.5g/mL。
将分散液B滴加到溶液A中，通入氮气隔绝氧气的条件下，加热至70℃，并以300r/min的搅拌转速，搅拌反应5h，经120目过滤网过滤，然后采用无水乙醇洗涤3次，之后在50℃下真空干燥30h，最后在35000r/min的转速下，研磨2min，形成均匀粉状物，得到白色粉末状，即为甜菜碱两性离子单体。
所述两性离子聚合物由以下步骤制备：
将丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酸和甜菜碱两性离子单体，按质量比为4:2:1:1:3的比例添加，具体为40g的丙烯酰胺、20g的二甲基二烯丙基氯化铵、10g的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、10g的丙烯酸和30g的甜菜碱两性离子单体，分散在440g的去离子水中，采用质量浓度为25％的氢氧化钠溶液调节pH值至7，通入氮气隔绝氧气的条件下，按两性离子聚合物的聚合单体的质量的千分之二，按2滴/s的速率，滴加质量浓度为25％的过硫酸钾水分散液作为引发剂，过硫酸钾的质量为0.22g，并加热至70℃，以400r/min的搅拌速率，搅拌反应4h，经120目过滤网过滤，然后采用无水乙醇洗涤3次，之后在50℃下真空干燥20h，最后在32000r/min的转速下，研磨3min，形成均匀粉状物，即得到两性离子聚合物。
实施例3
本实施例提供一种两性离子聚合物的制备方法。
所述两性离子聚合物的聚合单体为非离子单体、阳离子单体、阴离子单体和两性离子单体。
所述非离子单体为丙烯酰胺。
所述阳离子单体为二甲基二烯丙基氯化铵。
所述阴离子单体为丙烯酸和对苯乙烯磺酸钠。
本实施例中，所述两性离子单体为甜菜碱两性离子单体，所述甜菜碱两性离子单体由N-(3-二甲氨基丙基)甲基丙烯酰胺与1,3-丙磺内酯聚合得到。
所述甜菜碱两性离子单体由以下步骤制备：
将40g的N-(3-二甲氨基丙基)甲基丙烯酰胺溶于100ml的丙酮中，得到溶液A，所述溶液A中的N-(3-二甲氨基丙基)甲基丙烯酰胺的浓度为0.4g/mL。
将15g的1,3-丙磺内酯分散于25ml的丙酮中，得分散液B，所述分散液B中的1，3-丙磺内酯的浓度为0.6g/mL。
将分散液B滴加到溶液A中，通入氮气隔绝氧气的条件下，加热至70℃，并以300r/min的搅拌转速，搅拌反应5h，经120目过滤网过滤，然后采用无水乙醇洗涤3次，之后在50℃下真空干燥20h，最后在32000r/min的转速下，研磨4min，形成均匀粉状物，得到白色粉末状，即为甜菜碱两性离子单体。
所述两性离子聚合物由以下步骤制备：
将丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酸、对苯乙烯磺酸钠和甜菜碱两性离子单体，按质量比为5:3:1:1:3的配制添加，具体为50g的丙烯酰胺、30g的二甲基二烯丙基氯化铵、10g的丙烯酸、10g的对苯乙烯磺酸钠和30g的甜菜碱两性离子单体，分散在440g的去离子水中，采用质量浓度为25％的氢氧化钠溶液调节pH值至7，通入氮气隔绝氧气的条件下，按两性离子聚合物的聚合单体的质量的千分之二，按1滴/s的速率，滴加质量浓度为20％的过硫酸钾水分散液作为引发剂，过硫酸钾的质量为0.22g，并加热至65℃，以400r/min的搅拌速率，搅拌反应5h，经120目过滤网过滤，然后采用无水乙醇洗涤3次，之后在50℃下真空干燥30h，最后在30000r/min的转速下，研磨3min，形成均匀粉状物，即得到两性离子聚合物。
实施例4
本实施例提供一种两性离子聚合物水基钻井液，由以下重量份的组分组成：100份的水，4份的膨润土，0.5份的如上述实施例1的两性离子聚合物，1份的润滑剂，15份的加重剂和0.2份的pH值调节剂。
所述润滑剂为改性矿物油和改性植物油的混合物，改性矿物油和改性植物油为现有技术，在此不再过多赘述。润滑剂为高密度钻井液用极压润滑剂HEP-1，生产厂家为山东得顺源石油科技有限公司，执行标准：Q12DG233-2014。所述加重剂为重晶石。所述pH值调节剂为质量浓度为25％的氢氧化钠溶液。
本实施例还提供一种如上述的两性离子聚合物水基钻井液的制备方法，包括以下步骤：
S1、分别称取如下重量份数的原料：100份的水，4份的膨润土，0.5份的两性离子聚合物和1份的润滑剂。
S2、配制基浆：将步骤S1称取的膨润土加入步骤S1称取的水中，在10000r/min的转速下搅拌2h，分散充分，静置24h，得到基浆。
S3、配制两性离子聚合物水基钻井液：将步骤S2得到的基浆在6000r/min的转速下搅拌均匀，依次缓慢加入步骤S1称取的两性离子聚合物和润滑剂，每加完一种后，充分搅拌，加入0.2份的pH值调节剂，调节pH值至10，最后加入15份的加重剂，调节密度至1.2g/cm3，搅拌均匀，即得两性离子聚合物水基钻井液。
本实施例还提供一种如上述的两性离子聚合物水基钻井液在石油勘探钻井中的应用。
实施例5
本实施例提供一种两性离子聚合物水基钻井液，由以下重量份的组分组成：100份的水，4份的膨润土，1份的如上述实施例2的两性离子聚合物，2份的润滑剂，20份的加重剂和0.4份的pH值调节剂。
所述润滑剂为改性矿物油和改性植物油的混合物，改性矿物油和改性植物油为现有技术，在此不再过多赘述。润滑剂为高密度钻井液用极压润滑剂HEP-1，生产厂家为山东得顺源石油科技有限公司，执行标准：Q12DG233-2014。所述加重剂为重晶石。所述pH值调节剂为质量浓度为25％的氢氧化钠溶液。
本实施例还提供一种如上述的两性离子聚合物水基钻井液的制备方法，包括以下步骤：
S1、分别称取如下重量份数的原料：100份的水，4份的膨润土，1份的两性离子聚合物和2份的润滑剂。
S2、配制基浆：将步骤S1称取的膨润土加入步骤S1称取的水中，在10000r/min的转速下搅拌2h，分散充分，静置24h，得到基浆。
S3、配制两性离子聚合物水基钻井液：将步骤S2得到的基浆在6000r/min的转速下搅拌均匀，依次缓慢加入步骤S1称取的两性离子聚合物和润滑剂，每加完一种后，充分搅拌，加入0.4份的pH值调节剂，调节pH值至11，最后加入20份的加重剂，调节密度至1.2g/cm3，搅拌均匀，即得两性离子聚合物水基钻井液。
本实施例还提供一种如上述的两性离子聚合物水基钻井液在石油勘探钻井中的应用。
实施例6
本实施例提供一种两性离子聚合物水基钻井液，由以下重量份的组分组成：100份的水，4份的膨润土，2份的如上述实施例3的两性离子聚合物，2份的润滑剂，20份的加重剂和0.3份的pH值调节剂。
所述润滑剂为改性矿物油和改性植物油的混合物，改性矿物油和改性植物油为现有技术，在此不再过多赘述。润滑剂为高密度钻井液用极压润滑剂HEP-1，生产厂家为山东得顺源石油科技有限公司，执行标准：Q12DG233-2014。所述加重剂为重晶石。所述的pH值调节剂为质量浓度为25％的氢氧化钠溶液。
本实施例还提供一种如上述的两性离子聚合物水基钻井液的制备方法，包括以下步骤：
S1、分别称取如下重量份数的原料：100份的水，4份的膨润土，2份的两性离子聚合物和2份的润滑剂。
S2、配制基浆：将步骤S1称取的膨润土加入步骤S1称取的水中，在10000r/min的转速下搅拌2h，分散充分，静置24h，即得基浆。
S3、配制两性离子聚合物水基钻井液：将步骤S2得到的基浆在6000r/min的转速下搅拌均匀，依次缓慢加入步骤S1称取的两性离子聚合物和润滑剂，每加完一种后，充分搅拌，加入0.3份的pH值调节剂，调节pH值至11，最后加入20份的加重剂，调节密度至1.2g/cm3，搅拌均匀，即得两性离子聚合物水基钻井液。
本实施例还提供一种如上述的两性离子聚合物水基钻井液在石油勘探钻井中的应用。
对比例1
本对比例提供现有技术中常规的水基钻井液。该水基钻井液与实施例4的区别是，由羟甲基纤维素代替实施例4的两性离子聚合物，其余均相同。具体而言，该水基钻井液由如下重量份的组分组成：100份的水，4份的膨润土，0.5份的羟甲基纤维素，1份的润滑剂，15份的加重剂和0.2份的pH值调节剂。所述加重剂为重晶石。所述的pH值调节剂为质量浓度为25％的氢氧化钠溶液。
上述水基钻井液的制备方法，包括步骤如下：
1)配制膨润土基浆：将膨润土加入到水中，在10000r/min下搅拌2h充分分散后，静置24h。
2)配制水基钻井液：在6000r/min下搅拌膨润土基浆，搅拌均匀后，依次缓慢加入羟甲基纤维素和润滑剂，每加完一种原料后，充分搅拌，然后用pH值调节剂，即质量浓度为25％的氢氧化钠溶液将pH值调至10，最后加入重晶石作为加重剂，调节钻井液的密度为1.2g/cm3，最终搅拌均匀后，配浆完成，即得到水基钻井液。
对比例2
本对比例跟实施例1的区别是，两性离子聚合物中不含有两性离子单体。具体而言，所述两性离子聚合物的聚合单体由非离子单体、阳离子单体、和阴离子单体组成，其余与实施例1相同。
先制备未添加有两性离子单体的两性离子聚合物，具体制备方法包括以下步骤：
将50g的丙烯酰胺、20g的丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、10g的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和10g的对苯乙烯磺酸钠分散于360g的去离子水中，用质量浓度为25％的氢氧化钠溶液将pH值调至7，通入氮气以隔绝氧气，加热至65℃，加入0.18g的过硫酸钾，过硫酸钾以过硫酸钾水分散液的形式滴加其中，过硫酸钾水分散液的质量浓度为20％，过硫酸钾水分散液每滴的滴定间隔为2s，在搅拌转速为400r/min下反应5h，经过滤后用无水乙醇洗涤3次，在50℃下真空干燥30h，30000r/min研磨3min得到两性离子聚合物。
本对比例提供一种两性离子聚合物水基钻井液，包括如下重量份的原料：100份的水，4份的膨润土，1份上述制备得到的两性离子聚合物，1份的润滑剂，20份的加重剂和0.2份的pH值调节剂。所述加重剂为重晶石。所述的pH值调节剂为质量浓度为25％的氢氧化钠溶液。
上述两性离子聚合物水基钻井液的制备方法，包括步骤如下：
1)配制膨润土基浆：将膨润土加入到水中，在10000r/min下搅拌2h充分分散后，静置24h。
2)配制两性离子聚合物水基钻井液：在6000r/min下搅拌膨润土基浆，搅拌均匀后，依次缓慢加入两性离子聚合物和润滑剂，每加完一种原料后，充分搅拌，然后用pH值调节剂，即质量浓度为25％的氢氧化钠溶液将pH值调至10，最后加入加重剂，即重晶石，调节钻井液密度为1.2g/cm3，最终搅拌均匀后，配浆完成，得到两性离子聚合物水基钻井液。
对比例3
本对比例跟实施例1的区别是，两性离子聚合物中含有少量两性离子单体。具体而言，所述两性离子聚合物的聚合单体由非离子单体、阳离子单体、、阴离子单体和少量两性离子单体组成，其余与实施例1相同。
本对比例先制备有添加少量两性离子单体的两性离子聚合物，制备方法，包括如下步骤：
合成两性离子聚合物：将50g的丙烯酰胺、20g的丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、10g的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、10g的对苯乙烯磺酸钠和5g的实施例1制备的甜菜碱两性离子单体分散于去380g离子水中，用质量浓度25％的氢氧化钠溶液将pH值调至,7，通入氮气以隔绝氧气，加热至65℃，加入0.19g过硫酸钾，过硫酸钾以过硫酸钾水分散液的形式滴加，过硫酸钾水分散液的质量浓度为20％，过硫酸钾水分散液每滴的滴定间隔为2s；在搅拌速度400r/min下反应5h；经过滤后用无水乙醇洗涤3次，在50℃下真空干燥30h，30000r/min研磨3min得到两性离子聚合物。
一种两性离子聚合物水基钻井液，包括如下质量份数的原料：水100份，膨润土4份，上述制备得到的两性离子聚合物2份，润滑剂2份，加重剂20份；pH值调节剂0.2份。所述加重剂为重晶石。所述的pH值调节剂为质量浓度为25％的氢氧化钠溶液。
上述两性离子聚合物水基钻井液的制备方法，包括步骤如下：
1)配制膨润土基浆：将膨润土加入到水中，在10000r/min下搅拌2h充分分散后，静置24h。
2)配制两性离子聚合物水基钻井液：在6000r/min下搅拌膨润土基浆，搅拌均匀后，依次缓慢加入两性离子聚合物和润滑剂，每加完一种原料后，充分搅拌，然后用pH值调节剂，即质量浓度为25％的氢氧化钠溶液将基浆pH值调至10，最后加入加重剂，即重晶石调节钻井液密度为1.2g/cm3，最终搅拌均匀后，配浆完成，得到两性离子聚合物水基钻井液。
上述实施例4-6和对比例1-3中使用的膨润土均为钻井液泥浆膨润土，生产厂家为潍坊市坊子区兴隆澎润土厂，执行标准：GB/T 005-2010(OCMA)。
润滑剂均为高密度钻井液用极压润滑剂HEP-1，生产厂家为山东得顺源石油科技有限公司，执行标准：Q12DG 233-2014。
重晶石均为钻井液用重晶石，生产厂家为安康市汉滨区东香矿业公司，执行标准：GB/T 005-2010。
实验例1
根据《GB/T 29170-2012石油天然气工业钻井液实验室测试》，对实施例4-6制备的两性离子聚合物水基钻井液以及对比例1-3制备的水基钻井液，评价其流变性能、滤失性能、抑制性能、润滑性能和膨胀率，具体方法如下：
(1)流变性能评价：通过六速旋转粘度计，测试上述实施例4-6制备的两性离子聚合物水基钻井液以及对比例1-3制备的水基钻井液老化前后的表观粘度和塑性粘度，老化温度分别为150℃和180℃，老化时间为16h。
(2)滤失性能评价：通过高温高压滤失仪，测试上述实施例4-6制备的两性离子聚合物水基钻井液以及对比例1-3制备的水基钻井液老化后的高温高压滤失量，老化温度分别为150℃和180℃，老化时间为16h。
(3)抑制性能评价：通过页岩滚动回收率实验，测试页岩在上述实施例4-6制备的两性离子聚合物水基钻井液以及对比例1-3制备的水基钻井液中热滚后的回收率，测试温度分别为150℃和180℃，老化时间为16h。
(4)润滑性能评价：通过极限压力润滑仪，测试上述实施例4-6制备的两性离子聚合物水基钻井液以及对比例1-3制备的水基钻井液老化后的润滑系数，老化温度分别为150℃和180℃，老化时间为16h。
(5)膨胀率评价：通过常温常压膨胀仪，测试上述实施例4-6制备的两性离子聚合物水基钻井液以及对比例1-3制备的水基钻井液对人造膨润土岩心的抑制效果。
实施例4-6制备的两性离子聚合物水基钻井液以及对比例1-3制备的水基钻井液的流变性能、滤失性能、抑制性能和润滑性能测试结果如表1所示，膨胀率测试结果如图1所示。
表1钻井液性能测试数据
Figure BDA0003139284970000171
需要说明的，上表1中的常温为25℃。AV是指表观粘度。PV是指塑性粘度。HTHP是指滤失量。
从表1和图1可以看出，本发明实施例4-6制备的两性离子聚合物水基钻井液的耐高温能力显著，在高温下，热稳定性强，与对比例1制备的水基钻井液、对比例2制备的未加两性离子单体的钻井液和对比例3制备的低含量两性离子单体的钻井液相比，本发明实施例4-6制备的两性离子聚合物水基钻井液，在150℃和180℃的高温下，其表观粘度和塑性粘度随温度的增加变化都不大，流变性能稳定。其高温高压滤失量较低，滤失造壁性强；其滚动回收率较高和页岩膨胀率低，对泥页岩的抑制性能较好。其润滑系数可达0.02，具有良好的降摩阻效果，可用于现场作业。
对比例1原料中使用的羟甲基纤维素尽管具有良好的增粘效果，但是其抗温能力不强，随着温度的增加，表观粘度和塑性粘度变化较大，难以用于高温钻井作业。
本发明中实施例1-3制备的两性离子聚合物的结构上具有较多的抗温基团，如磺酸基和苯环，随着温度的增加，在钻井液中依然能保持网架结构的稳定，所以表观粘度和塑性粘度变化不大。同时网架结构上的离子基团，如季铵基和磺酸基和非离子基团-酰胺基通过静电作用和氢键作用，与钻井液中的粘土颗粒和地层岩石表面作用，在井壁表面形成一层较强的封堵层，阻止钻井液进一步向地层滤失，并抑制泥页岩膨胀，维持井壁稳定。
综上所述，本两性离子聚合物水基钻井液具有较强的抗温能力和良好的流变性，在180℃高温下具有较好的稳定性。本两性离子聚合物水基钻井液还具有较强的抗盐抗钙性能，在较高矿化度下，两性离子聚合物依然能良好的舒展，以及良好的抑制性能和滤失造壁性能。本两性离子聚合物水基钻井液钻井液具有耐高温、流变性能稳定、滤失量低的优点。
在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
需要注意的是，本发明中的“包括”意指其除所述成分外，还可以包括其他成分，所述的“包括”，还可以替换为封闭式的“为”或“由……组成”。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种两性离子聚合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将非离子单体、阳离子单体、阴离子单体和两性离子单体分散在去离子水中，得到两性离子聚合物的聚合单体；调节pH值至7，在隔绝氧气的条件下，加入引发剂并加热搅拌反应，依次经过滤、洗涤、干燥和研磨，即得到两性离子聚合物。
2.根据权利要求1所述的两性离子聚合物的制备方法，其特征在于，所述非离子单体为丙烯酰胺；所述阳离子单体为二甲基二烯丙基氯化铵和/或丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵；所述阴离子单体为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酸和对苯乙烯磺酸钠中的任意一种或多种的混合物。
3.根据权利要求1所述的两性离子聚合物的制备方法，其特征在于，所述非离子单体、所述阳离子单体、所述阴离子单体和所述两性离子单体的质量比为(4-5):(2-3):(1-2):(1-3)。
4.根据权利要求1所述的两性离子聚合物的制备方法，其特征在于，所述引发剂为质量浓度为15-30％的过硫酸钾水分散液，所述引发剂的加入量为所述两性离子聚合物的聚合单体质量的千分之二，所述引发剂按1-3滴/s的速率滴加。
5.根据权利要求1所述的两性离子聚合物的制备方法，其特征在于，所述加热搅拌反应的温度为60-70℃，时间为4-6h，搅拌转速为300-500r/min。
6.根据权利要求1-5任一项所述的两性离子聚合物的制备方法，其特征在于，所述洗涤为采用无水乙醇洗涤3次；所述干燥为在50℃下真空干燥15-30h；所述研磨的转速为30000-35000r/min，时间为2-4min。
7.根据权利要求1-5任一项所述的两性离子聚合物的制备方法，其特征在于，所述两性离子单体为甜菜碱两性离子单体，所述甜菜碱两性离子单体由N-(3-二甲氨基丙基)甲基丙烯酰胺与1,3-丙磺内酯聚合得到。
8.根据权利要求7所述的两性离子聚合物的制备方法，其特征在于，所述甜菜碱两性离子单体由以下步骤制备：
将N-(3-二甲氨基丙基)甲基丙烯酰胺溶于丙酮中，得到溶液A；
将1,3-丙磺内酯分散于丙酮中，得到分散液B；
将分散液B滴加到溶液A中，在隔绝氧气的条件下，搅拌加热反应，依次经过滤、洗涤、干燥和研磨，得到白色粉末状，即为甜菜碱两性离子单体。
9.根据权利要求8所述的两性离子聚合物的制备方法，其特征在于，在所述溶液A中，所述N-(3-二甲氨基丙基)甲基丙烯酰胺的浓度为0.2-0.4g/mL；在所述分散液B中，所述1,3-丙磺内酯的浓度为0.5-0.8g/mL。
10.根据权利要求8所述的两性离子聚合物的制备方法，其特征在于，所述溶液A中的丙酮和所述分散液B中的丙酮的体积比为4:1。
11.根据权利要求8所述的两性离子聚合物的制备方法，其特征在于，所述搅拌加热反应的温度为50-70℃，时间为4-6h，搅拌转速为200-400r/min。
12.一种采用如权利要求1-11任一项所述的两性离子聚合物的制备方法制备得到两性离子聚合物。
13.一种两性离子聚合物水基钻井液，其特征在于，由以下重量份的组分组成：100份的水，2-5份的膨润土，0.5-2份的如权利要求12所述的两性离子聚合物，1-3份的润滑剂，15-30份的加重剂和0.1-0.4份的pH值调节剂。
14.根据权利要求13所述的两性离子聚合物水基钻井液，其特征在于，所述润滑剂为改性矿物油和/或改性植物油；所述加重剂为重晶石；所述pH值调节剂为质量浓度为25％的氢氧化钠溶液。
15.一种如权利要求13-14任一项所述的两性离子聚合物水基钻井液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、分别称取如下重量份数的原料：100份的水，2-5份的膨润土，0.5-2份的如权利要求12所述的两性离子聚合物，1-3份的润滑剂，15-30份的加重剂和0.1-0.4份的pH值调节剂；
S2、配制基浆：将步骤S1称取的膨润土加入步骤S1称取的水中，搅拌分散后，静置24h，得到基浆；
S3、配制两性离子聚合物水基钻井液：将步骤S2得到的基浆搅拌均匀，加入步骤S1称取的两性离子聚合物和润滑剂，充分搅拌，再加入pH值调节剂，调节pH值至10-11，最后加入加重剂，调节密度至1.0-1.5g/cm3，搅拌均匀，即得两性离子聚合物水基钻井液。
16.一种如权利要求13-14任一项所述的两性离子聚合物水基钻井液在石油勘探钻井中的应用。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115975106A (zh) * 2022-12-26 2023-04-18 中国石油大学(华东) 盐敏增黏聚合物驱油剂及其制备方法与应用
CN117720684A (zh) * 2024-02-09 2024-03-19 山东石油化工学院 一种两性聚合物及其制备方法和应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000060023A2 (en) * 1999-04-07 2000-10-12 Akzo Nobel N.V. Quaternary nitrogen containing amphoteric water soluble polymers and their use in drilling fluids
US20130059997A1 (en) * 2011-09-01 2013-03-07 Steven Daryl Smith Soil adsorption polymers
CN106366243A (zh) * 2016-10-13 2017-02-01 西南石油大学 一种甜菜碱型共聚物作钻井液降滤失剂的合成方法
CN107033280A (zh) * 2017-03-06 2017-08-11 山东诺尔生物科技有限公司 钻井液用两性抗温抗盐降滤失剂及制备方法
CN112876606A (zh) * 2021-01-27 2021-06-01 西安工程大学 一种钻井液用抗温耐盐型高效降滤失剂及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000060023A2 (en) * 1999-04-07 2000-10-12 Akzo Nobel N.V. Quaternary nitrogen containing amphoteric water soluble polymers and their use in drilling fluids
US20130059997A1 (en) * 2011-09-01 2013-03-07 Steven Daryl Smith Soil adsorption polymers
CN106366243A (zh) * 2016-10-13 2017-02-01 西南石油大学 一种甜菜碱型共聚物作钻井液降滤失剂的合成方法
CN107033280A (zh) * 2017-03-06 2017-08-11 山东诺尔生物科技有限公司 钻井液用两性抗温抗盐降滤失剂及制备方法
CN112876606A (zh) * 2021-01-27 2021-06-01 西安工程大学 一种钻井液用抗温耐盐型高效降滤失剂及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
XIPING MA等: "Synthesis and properties of a betaine type copolymer filtrate reducer", 《CHEMICAL ENGINEERING & PROCESSING: PROCESS INTENSIFICATION》, vol. 153, pages 133 - 134 *
陶土先等: "《钻井液化学品设计与新产品开发》", vol. 1, 西北大学出版社, pages: 134 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115975106A (zh) * 2022-12-26 2023-04-18 中国石油大学(华东) 盐敏增黏聚合物驱油剂及其制备方法与应用
CN115975106B (zh) * 2022-12-26 2024-03-08 中国石油大学(华东) 盐敏增黏聚合物驱油剂及其制备方法与应用
CN117720684A (zh) * 2024-02-09 2024-03-19 山东石油化工学院 一种两性聚合物及其制备方法和应用

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