CN114349900B - 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 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及石油工业的钻井技术领域，公开了改性用共聚物、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。该共聚物中含有结构单元A、结构单元B、结构单元C和结构单元D，所述结构单元A为具有式(1)所示结构的结构单元；所述结构单元B为具有式(2)所示结构的结构单元；所述结构单元C为具有式(3)所示结构的结构单元；所述结构单元D为具有式(4)所示结构的结构单元。本发明提供的改性重晶石具有较好的封堵效果以及沉降稳定性能。
Figure DDA0003473570120000011

Description

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
技术领域
本发明涉及石油工业的钻井技术领域，具体地，涉及改性用共聚物、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。
背景技术
目前，由于重晶石资源的大幅度开采，以及各个国家的能源政策的不同，石油行业正积极寻求开发可代替重晶石的新兴加重材料，如密度较高的铁矿粉，其具有一定的酸溶性，一般应用于需进行酸化的产层，但铁矿粉多具有磁性且硬度较大，对钻具、钻头和钻井泵的磨损严重；或者方铅矿粉，但其货源少、成本高，且毒性较大；或者微锰粉，其主要成分是四氧化三锰，具有自悬浮、低增稠和低磨损的特点，但其原料来源少、价格昂贵、制备工艺特殊，需与重晶石配合使用。
重晶石是钻井液和完井液中最常见的加重材料之一。由于其优于其他加重材料的良好的性能(密度高、环境影响小、生产成本低)，成为钻井和完井油气井的候选材料。
重晶石通过提供足够的静水压力来平衡地层压力，从而在整个钻井作业过程中控制油井，获得完井油气井所需的高密度。
然而，稳定性控制是钻井液技术中重晶石存在的主要技术难点之一。由于重力等因素，重的颗粒物质容易从悬浮体中沉降下来。这种由大斜度井中的重晶石或其他加重物质的沉降引起的钻井液密度的显著变化，即钻井中的“沉降”，可导致各种钻完井问题。
为了提高钻井液对重晶石的悬浮能力，一方面要求钻井液具有较高的动切力和静切力，另一方面要求重晶石在钻井液中分散性好。通常有两种思路：一种是在钻井液中加入结构稳定剂，作为结构填料或者用黏土之类的结构物改性，来强化钻井液的空间网状结构，增强对重晶石的负载能力，使动力稳定性变好，但是如此会使得钻井液的流变性变差，而且成本费用又高。另一种则是对重晶石进行表面改性，即加入某种化学处理剂，使重晶石表面更亲水或者更亲油，从而阻止重晶石的聚结，增强其在钻井液中的分散性和悬浮性。
基于此，有必要研发一种新型的重晶石。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有重晶石在钻井液中的沉降稳定性能差、形成的泥饼厚度较大的缺陷。
为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种改性重晶石用共聚物，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和结构单元D，所述结构单元A、所述结构单元B、所述结构单元C和所述结构单元D的含量摩尔比为1：1.10-3.05：2.25-6.05：2.45-5.35；
所述结构单元A为具有式(1)所示结构的结构单元；所述结构单元B为具有式(2)所示结构的结构单元；所述结构单元C为具有式(3)所示结构的结构单元；所述结构单元D为具有式(4)所示结构的结构单元；
Figure BDA0003473570100000021
其中，
在式(1)中，R1为-(CH2)n-N+(CH3)2-、-(CH2)n-NH-或-(C6H4)-N+(CH3)2-，其中，n为1-6的正整数；R2为-CH2-CO2M，-CH2-SO3M、-CH2CH2-CO2M、-CH2CH2-NO3M或-CH2CH2-PO4M，其中M为Na、K或Ca；R3为H或-CH3；
在式(2)中，R4为-NH-C(CH3)2-、-NH-(CH2)n-、-O-C(CH3)2-、-O-(CH2)n-或-NH-(C6H4)-，其中，n为1-6的正整数；R5为-CH2CH2-SO3M、-CH2CH2-CO2M、-CH2-CO2M、-CH2-NO3M或-CH2-PO4M，其中M为Na、K或Ca；R6为H或-CH3；
在式(3)中，R7为-CONH-或-(C5H3N)-；R8为-(CH2)n-CH3或-[C(CH3)2]n-CH3，其中，n为1-6的正整数；
在式(4)中，R9为-(CH2)n-CH3、苯基、-(C5H4N)、-(C4H4N)或-(C4H6NO)，其中，n为1-6的正整数。
本发明的第二方面提供一种新型改性重晶石加重材料，该材料由前述第一方面中所述的共聚物接枝改性重晶石而得到。
本发明的第三方面提供一种制备新型改性重晶石加重材料的方法，该方法包括：
(1)将重晶石与水I接触得到混合物I1；将钡源和单体A’与水II接触得到混合物I2；将硫酸根供体与水III接触得到混合物I3；并将所述混合物I1、所述混合物I2和所述混合物I3接触以进行第一反应，得到混合物I；
(2)在保护气氛下以及在水IV和引发剂存在下，将所述混合物I、单体B’、单体C’和单体D’接触以进行第二反应；
所述单体A’选自具有式(Ⅰ)所示结构的单体；所述单体B’选自具有式(ⅠⅠ)所示结构的单体；所述单体C’选自具有式(ⅠⅠⅠ)所示结构的单体；所述单体D’选自具有式(ⅠV)所示结构的单体；
所述单体A’、所述单体B’、所述单体C’和所述单体D’分别使得制备得到的共聚物中含有结构单元A、结构单元B、结构单元C和结构单元D，且使得制备得到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和所述结构单元D的含量摩尔比为1：1.10-3.05：2.25-6.05：2.45-5.35；
所述结构单元A为具有式(1)所示结构的结构单元；所述结构单元B为具有式(2)所示结构的结构单元；所述结构单元C为具有式(3)所示结构的结构单元；所述结构单元D为具有式(4)所示结构的结构单元；
Figure BDA0003473570100000041
其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9的定义与前述第一方面中所述的定义对应相同。
本发明的第四方面提供一种由前述第三方面中所述的方法制备得到的新型改性重晶石加重材料。
本发明的第五方面提供一种前述第二方面中或前述第四方面中所述的新型改性重晶石加重材料在钻井液中的应用。
本发明的第六方面提供一种含有前述第二方面中或前述第四方面中所述的新型改性重晶石加重材料的钻井液。
本发明提供的新型改性重晶石加重材料至少具有以下优点：
(1)本发明提供的新型改性重晶石加重材料在钻井液体系中的沉降稳定性能好，能够在数天内稳定的分散于钻井液体系中。
(2)本发明提供的新型改性重晶石加重材料在井壁形成外泥饼，致密且较薄，能够阻止钻井液向储层深部滤失。同时，其在高温高压下，仍然具有良好的承压能力。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的改性重晶石S1的粒径分布图；
图2为本发明实施例1提供的改性重晶石S1的显微镜图；
图3为含有本发明实施例1提供的改性重晶石S1的水基钻井液在高温高压下滤失形成的滤饼图。
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优势。
需要说明的是，本发明中各基团的波浪线表示连接位置，也即该基团通过该波浪线所在位点与母核结构通过化学键连接。
如前所述，本发明的第一方面提供了一种改性重晶石用共聚物，该共聚物中含有结构单元A、结构单元B、结构单元C和结构单元D，所述结构单元A、所述结构单元B、所述结构单元C和所述结构单元D的含量摩尔比为1：1.10-3.05：2.25-6.05：2.45-5.35；
所述结构单元A为具有式(1)所示结构的结构单元；所述结构单元B为具有式(2)所示结构的结构单元；所述结构单元C为具有式(3)所示结构的结构单元；所述结构单元D为具有式(4)所示结构的结构单元；
Figure BDA0003473570100000061
其中，
在式(1)中，R1为-(CH2)n-N+(CH3)2-、-(CH2)n-NH-或-(C6H4)-N+(CH3)2-，其中，n为1-6的正整数；R2为-CH2-CO2M，-CH2-SO3M、-CH2CH2-CO2M、-CH2CH2-NO3M或-CH2CH2-PO4M，其中M为Na、K或Ca；R3为H或-CH3；
在式(2)中，R4为-NH-C(CH3)2-、-NH-(CH2)n-、-O-C(CH3)2-、-O-(CH2)n-或-NH-(C6H4)-，其中，n为1-6的正整数；R5为-CH2CH2-SO3M、-CH2CH2-CO2M、-CH2-CO2M、-CH2-NO3M或-CH2-PO4M，其中M为Na、K或Ca；R6为H或-CH3；
在式(3)中，R7为-CONH-或-(C5H3N)-；R8为-(CH2)n-CH3或-[C(CH3)2]n-CH3，其中，n为1-6的正整数；
在式(4)中，R9为-(CH2)n-CH3、苯基、-(C5H4N)、-(C4H4N)或-(C4H6NO)，其中，n为1-6的正整数。
在本发明中，所述-(C5H3N)-可以为
Figure BDA0003473570100000062
所述-(C5H4N)可以为
Figure BDA0003473570100000063
所述-(C4H4N)可以为
Figure BDA0003473570100000064
所述-(C4H6NO)可以为
Figure BDA0003473570100000065
优选地，所述结构单元A为式(1-2)所示结构；所述结构单元B为式(2-2)所示结构；所述结构单元C为式(3-1)所示结构；所述结构单元D为式(4-5)所示结构；
式(1-2)：R1为-(CH2)n-N+(CH3)2-，R2为-CH2-SO3M，R3为-CH3，n为1-6的正整数；
式(2-2)：R4为-NH-C(CH3)2-，R5为-CH2CH2-SO3M，R6为-CH3；
式(3-1)：R7为-CONH-，R8为-(CH2)n-CH3，n为1-6的正整数；
式(4-5)：R9为-(C4H6NO)。
优选情况下，所述结构单元A、所述结构单元B、所述结构单元C和所述结构单元D的含量摩尔比为1：1.10-2.85：2.25-5.75：2.45-5.25。
进一步优选地，所述结构单元A、所述结构单元B、所述结构单元C和所述结构单元D的含量摩尔比为1：1.10-2.72：2.25-5.65：2.45-5.04。
如前所述，本发明的第二方面提供了一种新型改性重晶石加重材料，该材料由前述第一方面中所述的共聚物接枝改性重晶石而得到。
如前所述，本发明的第三方面提供了一种制备新型改性重晶石加重材料的方法，该方法包括：
(1)将重晶石与水I接触得到混合物I1；将钡源和单体A’与水II接触得到混合物I2；将硫酸根供体与水III接触得到混合物I3；并将所述混合物I1、所述混合物I2和所述混合物I3接触以进行第一反应，得到混合物I；
(2)在保护气氛下以及在水IV和引发剂存在下，将所述混合物I、单体B’、单体C’和单体D’接触以进行第二反应；
所述单体A’选自具有式(Ⅰ)所示结构的单体；所述单体B’选自具有式(ⅠⅠ)所示结构的单体；所述单体C’选自具有式(ⅠⅠⅠ)所示结构的单体；所述单体D’选自具有式(ⅠV)所示结构的单体；
所述单体A’、所述单体B’、所述单体C’和所述单体D’分别使得制备得到的共聚物中含有结构单元A、结构单元B、结构单元C和结构单元D，且使得制备得到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和所述结构单元D的含量摩尔比为1：1.10-3.05：2.25-6.05：2.45-5.35；
所述结构单元A为具有式(1)所示结构的结构单元；所述结构单元B为具有式(2)所示结构的结构单元；所述结构单元C为具有式(3)所示结构的结构单元；所述结构单元D为具有式(4)所示结构的结构单元；
Figure BDA0003473570100000081
其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9的定义与前述第一方面中所述的定义对应相同。
在本发明第二方面所述的方法中，式(Ⅰ)所示结构的单体、式(ⅠⅠ)所示结构的单体、式(ⅠⅠⅠ)所示结构的单体和式(ⅠV)所示结构的单体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’和所述单体D’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已知方法合成得到。
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。
优选地，所述单体A’、所述单体B’、所述单体C’和所述单体D’的用量使得制备得到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和所述结构单元D的含量摩尔比为1：1.10-2.85：2.25-5.75：2.45-5.25。
更加优选地，所述单体A’、所述单体B’、所述单体C’和所述单体D’的用量使得制备得到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和所述结构单元D的含量摩尔比为1：1.10-2.72：2.25-5.65：2.45-5.04。
优选情况下，所述钡源选自能够提供所述钡的硝酸盐、氯化物中的至少一种。
优选地，所述硫酸根供体为能够提供硫酸根的物质。示例性地，所述硫酸根供体可以为过硫酸钾、硫酸钠、硫酸钾、过硫酸铵。
优选地，所述引发剂选自过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠中的至少一种。
根据一种优选的实施方式，在步骤(1)中，所述第一反应的条件至少满足：在搅拌条件下进行，且搅拌的转速为100-500rpm，温度为50-70℃，pH值为7-9。
需要说明的是，在步骤(1)中所述pH值为7-9是指反应的终点pH值为7-9，该碱性环境由碱性物质提供，所述碱性物质可以为氢氧化钾、氢氧化钠等。
根据另一种优选的实施方式，在步骤(2)中，所述第二反应的条件至少满足：在搅拌条件下进行，且搅拌的转速为100-500rpm，pH值为7-9，温度为50-70℃，时间2-10h。
更加优选地，在步骤(2)中，所述第二反应的条件至少满足：在搅拌条件下进行，且搅拌的转速为200-300rpm，pH值为7-9，温度为50-70℃，时间为4-8h。
需要说明的是，在步骤(2)中所述pH值为7-9是指反应过程中的pH值均为7-9。
优选地，所述水I、所述水II、所述水III、所述水IⅤ和所述重晶石的用量重量比为100：1-50：30-80：1-85：80-120。
优选地，所述水II与所述钡源的用量重量比为100：5-20，所述水III与所述硫酸根供体的用量重量比为100：1-10。
优选地，以所述单体A’、所述单体B’、所述单体C’和所述单体D’的总用量为1mol计，所述引发剂的用量为0.2-5.0mmol。
本发明中，根据一种优选的具体实施方式，所述新型改性重晶石加重材料的制备方法包括以下步骤：
(1)将所述重晶石与所述水I接触得到混合物I1；将所述钡源和所述单体A’与所述水II接触得到混合物I2；将所述硫酸根供体与所述水III接触得到混合物I3；并将所述混合物I1、所述混合物I2和所述混合物I3混合于50-70℃搅拌进行第一反应至溶液体系pH值为7-9，得到所述混合物I；
(2)将所述单体B’、所述单体C’、所述单体D’和所述水IV混合后，并调节pH值至7-9后，与所述混合物I和所述引发剂混合，氮气保护下，于50-70℃搅拌进行第二反应2-10h，得到含有所述新型改性重晶石加重材料的溶液。
为了能够获得固体形式的本发明的新型改性重晶石加重材料，该方法优选地还包括：将含有所述新型改性重晶石加重材料的溶液进行干燥。所述干燥的条件例如可以包括：温度为50-60℃，时间为20-24h。
本发明中，对干燥的方式并无特别的限定，可以采用本领域常规的各种干燥方式进行，示例性地，可以为烘干法、冷冻干燥法、超临界干燥法和喷雾干燥法。
如前所述，本发明的第四方面提供了一种由前述第三方面中所述的方法制备得到的新型改性重晶石加重材料。
如前所述，本发明的第五方面提供了一种前述第二方面中或前述第四方面中所述的新型改性重晶石加重材料在钻井液中的应用。
如前所述，本发明的第六方面提供了一种含有前述第二方面中或前述第四方面中所述的新型改性重晶石加重材料的钻井液。
本发明中，对所述钻井液中的所述聚合物的含量没有特别限定，但是为了获得性能更好的钻井液，在所述钻井液中，相对于100重量份的所述钻井液，所述新型改性重晶石加重材料的含量优选为30-300重量％。
本发明中，对上述钻井液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。
优选地，所述钻井液为水基钻井液，在所述水基钻井液中还含有添加剂。
优选地，所述添加剂包括膨润土、降滤失剂、抑制剂。
进一步优选地，在所述钻井液中，相对于100mL的水，所述膨润土的含量为1-5g，所述降滤失剂的含量为2-6g，所述抑制剂的含量为10-15g。
本发明中，前述添加剂可以为市售品，也可以根据本领域已知的方法制得，本发明不再赘述。
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。
本发明中，在没有特别说明的情况下，涉及到用量时，所述新型改性重晶石加重材料的用量是以干料计的用量。
以下将通过实例对本发明进行详细描述。以下实施例中，在没有特别说明的情况下，使用的各种原料均为市售品。
在没有特别说明的情况下，本发明的室温表示25±2℃。
以下实例中，涉及到的性能的测试方法如下：
以下实例中，水基钻井液制备过程为：将2wt％膨润土和0.4wt％氯化钙，加入至500mL去离子水中，以100rpm的转速搅拌1d后，养护24h，加入5wt％氯化钾和5wt％碳酸钙继续以12000rpm的转速搅拌10min，接着加入4wt％降滤失剂丙烯酰胺类聚合物以12000rpm的转速搅拌20min，最后加入300g的重晶石以12000rpm的转速搅拌30min，得到水基钻井液体系，其中，2wt％为以500mL为基准计算得到的重量(g)，0.4wt％、5wt％、4wt％与此有类似的定义。
1、水基钻井液的滤失性能的评价：采用中压滤失仪与高温高压失水仪测定含有重晶石的水基钻井液体系的滤失量，具体过程如下：
a、中压滤失量的测定：
(1)打开氮气气源开关，将压力调节到0.7MPa；
(2)检查泥浆杯、橡胶圈、钻井液杯盖子等是否完好；
(3)食指或者中指堵住钻井液杯进气孔，将水基钻井液体系倒入泥浆杯，盖上盖子，拧紧；
(4)打开气源，输出压力为0.7MPa时，开始计时，收集滤液；至7.5min时关闭气源，读出量筒内滤液的体积，该数字的2倍，即为水基钻井液体系的中压滤失量，单位为mL；
(5)取下泥浆杯，关闭总气源。
b、高温高压滤失量的测定：
(1)启动电源，调节温度至180℃，开始实验；
(2)关紧钻井液杯底部阀杆，将水基钻井液体系倒入钻井液杯中；
(3)安装好钻井液杯，关紧底部和顶部阀杆，将其放入加热套中，将温度计放入钻井液杯上的插孔中；
(4)将减压阀杆安装在钻井液杯的上方杆上；将回压阀杆安装在钻井液杯的下方杆上；
(5)打开气源，顺时针方向转动减压阀手柄，使输出压力为0.7MPa；顺时针方向转动回压接收器，使输出压力为0.7MPa；
(6)将上阀杆逆时针方向转动1/4圈；当温度达到180℃后，工作压力为4.2MPa，顺时针打开回压阀1/4圈，启动秒表，观察工作压力，使工作压力保持在4.2MPa，回压保持在0.7MPa，若回压大于0.7MPa，从滤液口放出滤液，使回压保持在0.7MPa；
(7)当秒表为30min时，逆时针方向关闭下阀杆与顺时针方向关闭上阀杆，切断电源，关闭气源；
(8)打开排气阀，收集滤液；打开放空阀，将剩余压力放空，退出减压阀手柄至自由状态，拔出组件；
(9)读出量筒中滤液体积，该数字的2倍，即为水基钻井液体系的高温高压滤失量，单位为mL。
2、水基钻井液流变性能的评价：将水基钻井液以12000rpm的转速搅拌20min后，参照标准GB/T 16783-1997，采用六速旋转黏度计分别测定80℃条件下老化16h后Φ600和Φ300的数值，并采用以下公式计算水基钻井液的表观黏度(AV)、塑性黏度(PV)和动切力(YP)。
1、表观粘度AV(单位mPa·s)＝1/2*Φ600
2、塑性黏度PV(单位mPa·s)＝Φ600-Φ300
3、动切力(单位Pa)YP＝AV-PV
实施例1
(1)将300g的重晶石与300g水I搅拌混合，得到混合物I1；
将10g氯化钡与0.036mol单体A’与100g水II搅拌混合溶解后，得到所述混合物I2，并与所述混合物I1混合，得到溶液I；
将8.7g过硫酸钾I(硫酸根供体)与3.6g氢氧化钾与200g水III搅拌混合溶解后得到所述混合物I3，然后以5mL/min的速度滴加到所述溶液I中，并于60℃以300rpm的转速搅拌，第一反应至溶液体系pH＝7时，得到混合物I；
所述单体A’为式(I)所示的结构，且其中的R1为-(CH2)2-N+(CH3)2-，R2为-CH2-SO3Na，R3为-CH3；
(2)氮气保护下，将0.048mol单体B’加入30g水IV中，调节pH值为7，并加入0.100mol单体C’和0.090mol单体D’，然后与所述混合物I和0.04g引发剂(过硫酸钾II)于70℃水浴中以300rpm转速搅拌第二反应8h，得到改性重晶石S1；
所述单体B’为式(ⅠⅠ)所示的结构，且其中的R4为-NH-C(CH3)2-，R5为-CH2CH2-SO3Na，R6为-CH3；所述单体C’为式(ⅠⅠI)所示的结构，且其中的R7为-CONH-，R8为-CH2-CH3；所述单体D’为式(ⅠV)所示的结构，且其中的R9为-(C4H6NO)，也即
Figure BDA0003473570100000141
其中，所述改性重晶石S1的制备过程中，以所述单体A’、所述单体B’、所述单体C’和所述单体D’的总用量为1mol计，所述引发剂的用量为0.4mmol。
实施例2
采用与实施例1相似的方式制备改性重晶石，不同的是：
用相同摩尔量的式(I)所示的结构，且其中的R1为-(CH2)2-NH-的单体A’替代实施例1中单体A’，用相同摩尔量的式(II)所示的结构，且其中的R4为-NH-(CH2)2-的单体B’替代实施例1中单体B’，其余均与实施例1相同，得到改性重晶石S2。
实施例3
采用与实施例1相似的方式制备改性重晶石，不同的是：
用相同摩尔量的式(III)所示的结构，且其中的R7为-(C5H3N)-，也即
Figure BDA0003473570100000151
的单体C’替代实施例1中单体C’，用相同摩尔量的式(IV)所示的结构，且其中的R9为-(CH2)2-CH3的单体D’替代实施例1中单体D’，其余均与实施例1相同，得到改性重晶石S3。
实施例4
采用与实施例1相似的方式制备改性重晶石，不同的是：本实施例中的单体B’的用量为0.041mol，其余均与实施例1相同，得到改性重晶石S4。
实施例5
采用与实施例1相似的方式制备改性重晶石，不同的是：本实施例中的单体C’的用量为0.094mol，其余均与实施例1相同，得到改性重晶石S5。
实施例6
采用与实施例1相似的方式制备改性重晶石，不同的是：本实施例中的引发剂的用量为0.01g，也即以所述单体A’、所述单体B’、所述单体C’和所述单体D’的总用量为1mol计，所述引发剂的用量为0.1mmol，其余均与实施例1相同，得到改性重晶石S6。
对比例1
本对比例采用与实施例1相似的方法制备改性重晶石，不同的是，本对比例中不加入式(ⅠⅠ)所示的结构，即不加入实施例1中的单体B’，得到改性重晶石DS1。
对比例2
本对比例采用与实施例1相似的方法制备改性重晶石，不同的是，本对比例中不加入式(ⅠⅠI)所示的结构，即不加入实施例1中的单体C’，得到改性重晶石DS2。
对比例3
本对比例采用与实施例1相似的方法制备改性重晶石，不同的是，本对比例中不加入式(ⅠV)所示的结构，即不加入实施例1中的单体D’，得到改性重晶石DS3。
测试例
性能测试
按照上述方法，将实施例和对比例获得的改性重晶石分别配制成水基钻井液，分别记为L1(对应应用的改性重晶石为实施例1中获得的改性重晶石S1)、L2、L3、L4、L5、L6、DL1(对应应用的改性重晶石为对比例1中获得的改性重晶石DS1)、DL2、DL3、DL4(超微重晶石，购自贵州和中矿产有限公司)，测试各含有重晶石的水基钻井液的滤失性能以及流变性能，具体结果见表1。
本发明提供的改性重晶石S1、S2、S3、S4、S5和S6的粒径分布图相似，示例性地，本发明提供如图1所示的改性重晶石S1的粒径分布图。从图1中可以看出改性重晶石的粒径主要分布在1～3μm之间。
本发明提供的改性重晶石S1、S2、S3、S4、S5和S6的显微镜图相似，示例性地，本发明提供如图2所示的改性重晶石S1的显微镜图。从图2中可以看出改性重晶石的表面形貌。
本发明提供的改性重晶石S1、S2、S3、S4、S5和S6的水基钻井液在高温高压下滤失形成的滤饼图相似，示例性地，本发明提供如图3所示的改性重晶石S1的水基钻井液在高温高压下滤失形成的滤饼图。从图3中可以看出改性重晶石加入水基钻井液中形成的滤饼致密且薄。
表1
Figure BDA0003473570100000171
表1中老化前是指温度达到80℃时，老化后是指在80℃温度下老化16h后。
通过表1的结果可以看出，采用本发明提供的改性重晶石制备得到的水基钻井液相对于现有重晶石的中压滤失体积变化不大，但是高温高压滤失体积明显减小，说明本发明提供的改性重晶石具有良好的封堵性能；
同时，采用本发明提供的改性重晶石的水基钻井液制备得到的水基钻井液相对于现有重晶石的黏度变化不大，同时还具有良好的沉降稳定性能。
另外，本发明提供的制备改性重晶石的方法简单，成本较低，且制备得到的改性重晶石能够有效解决钻井过程中存在的固相沉降问题，带来巨大的经济效益，因此本发明的应用前景非常广阔。
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 (15)

1.一种改性重晶石用共聚物，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和结构单元D，所述结构单元A、所述结构单元B、所述结构单元C和所述结构单元D的含量摩尔比为1：1.10-3.05：2.25-6.05：2.45-5.35；
所述结构单元A为具有式（1）所示结构的结构单元；所述结构单元B为具有式（2）所示结构的结构单元；所述结构单元C为具有式（3）所示结构的结构单元；所述结构单元D为具有式（4）所示结构的结构单元；
Figure 949581DEST_PATH_IMAGE001
式（1），
Figure 538826DEST_PATH_IMAGE002
式（2），
Figure 115300DEST_PATH_IMAGE003
式（3），
Figure 431881DEST_PATH_IMAGE004
式（4）；
其中，
在式（1）中，R1为-(CH2)n-N+(CH3)2-，其中，n为1-6的正整数；R2为-CH2-SO3M，其中M为Na、K或Ca；R3为H或-CH3；
在式（2）中，R4为-NH-C(CH3)2-；R5为-CH2CH2-SO3M，其中M为Na、K或Ca；R6为H或-CH3；
在式（3）中，R7为-CONH；R8为-(CH2)n-CH3，其中，n为1-6的正整数；
在式（4）中，R9为-(C4H6NO)。
2.根据权利要求1所述的共聚物，其中，
所述结构单元A为式（1-2）所示结构；所述结构单元B为式（2-2）所示结构；所述结构单元C为式（3-1）所示结构；所述结构单元D为式（4-5）所示结构；
式（1-2）：R1为-(CH2)n-N+(CH3)2-，R2为-CH2-SO3M，R3为-CH3，n为1-6的正整数；
式（2-2）：R4为-NH-C(CH3)2-，R5为-CH2CH2-SO3M，R6为-CH3；
式（3-1）：R7为-CONH-，R8为-(CH2)n-CH3，n为1-6的正整数；
式（4-5）：R9为-(C4H6NO)。
3.一种新型改性重晶石加重材料，其特征在于，该材料由权利要求1或2所述的共聚物接枝改性重晶石而得到。
4.一种制备新型改性重晶石加重材料的方法，其特征在于，该方法包括：
（1）将重晶石与水I接触得到混合物I1；将钡源和单体A’与水II接触得到混合物I2；将硫酸根供体与水III接触得到混合物I3；并将所述混合物I1、所述混合物I2和所述混合物I3接触以进行第一反应，得到混合物I；
（2）在保护气氛下以及在水IV和引发剂存在下，将所述混合物I、单体B’、单体C’和单体D’接触以进行第二反应；
所述单体A’选自具有式（Ⅰ）所示结构的单体；所述单体B’选自具有式（ⅠⅠ）所示结构的单体；所述单体C’选自具有式（ⅠⅠⅠ）所示结构的单体；所述单体D’选自具有式（ⅠV）所示结构的单体；
所述单体A’、所述单体B’、所述单体C’和所述单体D’分别使得制备得到的共聚物中含有结构单元A、结构单元B、结构单元C和结构单元D，且使得制备得到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和所述结构单元D的含量摩尔比为1：2.25-3.05：5.20-6.05：4.45-5.35；
所述结构单元A为具有式（1）所示结构的结构单元；所述结构单元B为具有式（2）所示结构的结构单元；所述结构单元C为具有式（3）所示结构的结构单元；所述结构单元D为具有式（4）所示结构的结构单元；
Figure 918357DEST_PATH_IMAGE005
式（I），
Figure 662191DEST_PATH_IMAGE006
式（II），
Figure 460383DEST_PATH_IMAGE007
式（III），
Figure 596966DEST_PATH_IMAGE008
式（IV）；
Figure 190146DEST_PATH_IMAGE009
式（1），
Figure 855614DEST_PATH_IMAGE010
式（2），
Figure 406681DEST_PATH_IMAGE011
式（3），
Figure 799485DEST_PATH_IMAGE012
式（4）；
其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9的定义与权利要求1或2所述的定义对应相同。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述钡源选自能够提供钡元素的硝酸盐、氯化物中的至少一种。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述引发剂选自过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠中的至少一种。
7.根据权利要求4-6中任意一项所述的方法，其中，在步骤（1）中，所述第一反应的条件至少满足：在搅拌条件下进行，且搅拌的转速为100-500rpm，温度为50-70℃，pH值为7-9。
8.根据权利要求4-6中任意一项所述的方法，其中，在步骤（2）中，所述第二反应的条件至少满足：在搅拌条件下进行，且搅拌的转速为100-500rpm，pH值为7-9，温度为50-70℃，时间为2-10h。
9.根据权利要求4-6中任意一项所述的方法，其中，所述水I、所述水II、所述水III、所述水IV和所述重晶石的用量重量比为100：1-50：30-80：1-85：80-120。
10.根据权利要求4-6中任意一项所述的方法，其中，所述水II与所述钡源的用量重量比为100：5-20，所述水III与所述硫酸根供体的用量重量比为100：1-10。
11.根据权利要求4-6中任意一项所述的方法，其中，以所述单体A’、所述单体B’、所述单体C’和所述单体D’的总用量为1mol计，所述引发剂的用量为0.2-5.0mmol。
12.由权利要求4-11中任意一项所述的方法制备得到的新型改性重晶石加重材料。
13.权利要求3或12中所述的新型改性重晶石加重材料在钻井液中的应用。
14.一种含有权利要求3或12中所述的新型改性重晶石加重材料的钻井液。
15.根据权利要求14所述的钻井液，其中，所述钻井液为水基钻井液，在所述水基钻井液中还含有添加剂，所述添加剂包括膨润土、降滤失剂、抑制剂，相对于100mL的水，所述膨润土的含量为1-5g，所述降滤失剂的含量为2-6g，所述抑制剂的含量为10-15g。
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