CN115181212B - 一种耐温抗盐两性离子降滤失剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种耐温抗盐两性离子降滤失剂及其制备方法，属于水溶性聚合物技术领域；该制备方法包括如下步骤：将2‑甲基烯丙醇与均苯三甲酸进行酯化反应，得到预交联单体；将烯丙基氯与N‑(4‑羟基‑3‑甲氧基苄基)壬酰胺进行反应，得到疏水刚性单体；将丙烯酰胺、丙烯酸、预交联单体、疏水刚性单体、分子链增强剂、抗盐单体、阳离子单体、链转移剂与水混合均匀，得到混合液，调节混合液pH，并在氮气保护下，加入引发剂进行共聚反应，得到聚合物胶块；将聚合物胶块经造粒、烘干、粉碎、筛分得到所述耐温抗盐两性离子降滤失剂。本发明提供的耐温抗盐两性离子降滤失剂在常温和高温条件下均能达到很好的降滤失效果。

Description

一种耐温抗盐两性离子降滤失剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及水溶性聚合物技术领域，特别是涉及一种耐温抗盐两性离子降滤失剂及其制备方法。
背景技术
目前广泛使用的是水基钻井液，是一种分散相为粘土，连续相为水的分散体系钻井液，其各种性能要求也可以通过化学添加剂达到；由于钻井液在井壁中压差关系以及地层的空隙钻井液难免会发生向地层流失的情况，伴随着钻井液的流失会在井壁形成一层致密的滤饼，钻井液流失的越多，滤饼越厚，造成井径缩小，给钻杆造成较大的扭矩容易引起卡钻；此外，滤失量的过多会造成水敏地层的膨胀乃至坍塌。
降滤失剂的主要作用就是控制钻井液向地层滤失的速率并且有助于形成坚固且薄的滤饼；降滤失剂的加入使粘土在水中的水化程度更高，钻井液与粘土的相互作用增强了泥饼的质量，有利于形成更致密的泥饼；但现有降滤失剂的加入会改变钻井液的流变性，使得基浆变稠，静切力过高，造成启钻时功率太大，易导致井塌。
发明内容
针对现有技术中存在的一个或者多个技术问题，本发明提供了一种耐温抗盐两性离子降滤失剂及其制备方法，本发明提供的耐温抗盐两性离子降滤失剂的粘均分子量低，加入基浆后，不会使基浆的流变性变差，在常温和高温条件下均能达到很好的降滤失效果。
本发明在第一方面提供了一种耐温抗盐两性离子降滤失剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
S1.将2-甲基烯丙醇与均苯三甲酸进行酯化反应，得到预交联单体；
S2.将烯丙基氯与N-(4-羟基-3-甲氧基苄基)壬酰胺进行反应，得到疏水刚性单体；
S3.将丙烯酰胺、丙烯酸、所述预交联单体、所述疏水刚性单体、分子链增强剂、抗盐单体、阳离子单体、链转移剂与水混合均匀，得到混合液，调节混合液pH，吹氮除氧，并在氮气保护下，加入引发剂进行共聚反应，得到聚合物胶块；所述抗盐单体为含磺酸基单体；所述阳离子单体为季铵盐阳离子单体；
S4.将所述聚合物胶块经造粒、烘干、粉碎、筛分得到所述耐温抗盐两性离子降滤失剂。
优选地，制备所述聚合物胶块采用如下重量分数的原料组分：丙烯酰胺150~180份、丙烯酸80~100份、预交联单体15~25份、疏水刚性单体12~18份、分子链增强剂6~10份、抗盐单体10~15份、阳离子单体30~60份、链转移剂0.08~0.12份、水591~697份、引发剂0.008~0.01份。
优选地，在步骤S1中，将2-甲基烯丙醇、均苯三甲酸和水混合后，置于55~60℃水浴中，并在搅拌条件下加入浓硫酸，反应5~6h，经分液、于80~90℃干燥，得到所述预交联单体。
优选地，所述均苯三甲酸、2-甲基烯丙醇和浓硫酸的用量比为1g:(1.0~1.5)g:(0.23~0.25)mL。
优选地，在步骤S2中，将烯丙基氯的乙醇溶液置于0~5℃冷水浴中，并在搅拌条件下向其中滴加N-(4-羟基-3-甲氧基苄基)壬酰胺的乙醇溶液，混匀后，加入磷酸二氢钠，并反应3~4h，经蒸馏、洗涤、于80~90℃干燥，得到所述疏水刚性单体。
优选地，所述N-(4-羟基-3-甲氧基苄基)壬酰胺、烯丙基氯与磷酸二氢钠的质量比1:(0.26~0.35):(0.003~0.017)。
优选地，所述分子链增强剂为吡咯烷酮类物质；所述吡咯烷酮类物质为5-乙烯基-2-吡咯烷酮和/或N-苄基-2-吡咯烷酮；
所述含磺酸基单体为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠、3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸钠、苯乙烯磺酸钠中的一种或多种；和/或
所述季铵盐阳离子单体为丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、二烯丙基二甲基氯化铵中的一种或多种。
优选地，用pH调节剂调节混合液pH为6.9~7.2；
所述pH调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠中的一种或多种。
优选地，所述链转移剂为叔十二硫醇、次亚磷酸钠、3-巯基丁酸酯、甲基丙烯磺酸钠中的一种或多种。
优选地，所述引发剂包括氧化剂、还原剂和/或偶氮类引发剂。
优选地，所述氧化剂为过硫酸盐、过氧化物中的至少一种。
优选地，所述还原剂为亚硫酸盐、亚铁盐、焦亚硫酸盐、吊白块中的至少一种。
优选地，所述偶氮类引发剂为偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐。
本发明在第二方面提供了一种耐温抗盐两性离子降滤失剂，采用第一方面所述的制备方法制备得到。
本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：
（1）本发明以2-甲基烯丙醇与均苯三甲酸为原料制备预交联单体；该预交联单体中有三个双键，在制备降滤失剂的过程中，可以提供三个反应点，使得聚合分子链不是简单的线型结构，而是网络状结构；该网状结构不仅可以阻止粘土颗粒之间的聚结，也可以阻碍了大颗粒的沉降和小颗粒的热运动，使泥浆颗粒得以更好的分散，能够均匀的分布在整个网状结构中，从而避免粘土颗粒之间的碰撞聚结，使滤饼薄而致密，进而降低滤失量。
（2）本发明以烯丙基氯与N-(4-羟基-3-甲氧基苄基)壬酰胺为原料制备疏水刚性单体；该疏水刚性单体结构中具有苯环结构和碳长链结构，其中苯环结构可以有效增强碳链的伸展性，而碳长链的缔合作用，可以进一步提高聚合物的抗温性能。
（3）本发明提供的制备方法得到的降滤失剂粘均分子量低，加入基浆后，不会使基浆的流变性变差，常温和高温条件下均能达到很好的降滤失效果；该降滤失剂聚合物中的非离子基团、阳离子基团和阴离子基团，可通过氢键、静电等作用力吸附在黏土颗粒表面，使黏土颗粒表面的水化层加厚，提高了黏土颗粒的聚结稳定性，使黏土颗粒保持较小的粒度，这样可产生薄而致密的滤饼，降低滤饼的渗透率和滤失量。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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的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。
本发明在第一方面提供了一种耐温抗盐两性离子降滤失剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
S1.将2-甲基烯丙醇与均苯三甲酸进行酯化反应，得到预交联单体；
S2.将烯丙基氯与N-(4-羟基-3-甲氧基苄基)壬酰胺进行反应，得到疏水刚性单体；
S3.将丙烯酰胺、丙烯酸、所述预交联单体、所述疏水刚性单体、分子链增强剂、抗盐单体、阳离子单体、链转移剂与水混合均匀，得到混合液，调节混合液pH，吹氮除氧，并在氮气保护下，加入引发剂进行共聚反应，得到聚合物胶块；所述抗盐单体为含磺酸基单体；所述阳离子单体为季铵盐阳离子单体；
S4.将所述聚合物胶块经造粒、烘干、粉碎、筛分得到所述耐温抗盐两性离子降滤失剂。
需要说明的是，本发明中使用的2-甲基烯丙醇参照中国专利CN201010040005.9的制备方法制备得到，具体步骤如下：(1) 将水、固体碱、2-甲基烯丙基氯和聚乙二醇依次加入反应容器中，然后将上述所得的反应体系加热回流，边反应边向反应体系中滴加质量浓度为1％~50％的碱的水溶液，0.1~7小时内滴加完，回流反应6~8小时，上述反应体系中所加的2-甲基烯丙基氯、所加的总碱量(包括固体碱和碱的水溶液中的碱)和所加的聚乙二醇的摩尔配比为1:1.0~5.0:0.000001~0.001，即2-甲基烯丙基氯：碱：聚乙二醇＝1:1.0~5.0:0.000001~0.001；(2)反应完成后，将反应溶液冷却、静置、分层，得到有机层和水层，上述所得有机层用固体氢氧化钠或者碳酸钾干燥脱水，再用活性炭脱色，过滤得到本发明的目标产物（2-甲基烯丙醇）。本发明更具体的步骤为：在反应器中加入200.00g去离子水，6.00g氢氧化钠颗粒，48.00g2-甲基烯丙基氯（3-氯-2-甲基丙烯），0.1g聚乙二醇6000，加热回流，并用微量注射泵向反应器中滴加氢氧化钠溶液（24g氢氧化钠溶于40mL水中得到），2h内滴加完毕，待反应溶液中2-甲基烯丙基氯的含量小于0.2％时结束反应，将反应后溶液液冷却、静置、分层，用分液漏斗分离得到上层有机层产品，加入碳酸钾除去其中的残留水分，再过滤得到2-甲基烯丙醇。
根据一些优选的实施方式，制备所述聚合物胶块采用如下重量分数的原料组分：丙烯酰胺150~180份（例如，可以为150份、152份、155份、158份、160份、162份、165份、168份、170份、172份、175份、178份或180份）、丙烯酸80~100份（例如，可以为80份、82份、85份、86份、88份、90份、92份、95份、96份、98份或100份）、预交联单体15~25份（例如，可以为15份、16份、18份、20份、22份或25份）、疏水刚性单体12~18份（例如，可以为12份、13份、14份、15份、16份、17份或18份）、分子链增强剂6~10份（例如，可以为6份、7份、8份、9份或10份）、抗盐单体10~15份（例如，可以为10份、11份、12份、13份、14份或15份）、阳离子单体30~60份（例如，可以为30份、35份、40份、45份、50份、55份或60份）、链转移剂0.08~0.12份（例如，可以为0.08份、0.09份、0.10份、0.11份或0.12份）、水591~697份（例如，可以为591份、595份、600份、605份、610份、615份、620份、625份、630份、635份、640份、645份、650份、655份、660份、665份、670份、675份、680份、685份、690份、695份或697份）、引发剂0.008~0.01份（例如，可以为0.008份、0.009份或0.01份）。
根据一些优选的实施方式，在步骤S1中，将2-甲基烯丙醇、均苯三甲酸和水混合后，置于55~60℃（例如，可以为55℃、56℃、57℃、58℃、59℃或60℃）水浴中，并在搅拌条件下加入浓硫酸，反应5~6h（例如，可以为5h、5.2h、5.4h、5.6h、5.8h或6h），经分液、于80~90℃（例如，可以为80℃、82℃、84℃、86℃、88℃或90℃）干燥，得到所述预交联单体。
需要说明的是，本发明制备预交联单体过程中，对于水的用量没有特别的限制，只要能溶解反应物或是反应物分散均匀即可；本发明制备预交联单体过程中，需将温度控制在上述范围，若温度太低，酯化反应不宜进行，反应时间会很长；若温度太高，反应太剧烈，可能会导致飞溅；在分液后得到的上层黄褐色粘稠物放在真空干燥箱中，并于80~90℃进行干燥，得到预交联单体。温度过低，溶剂很难挥发出来；温度过高，预交联单体可能会发生自聚。
本发明以2-甲基烯丙醇、均苯三甲酸为原料制备预交联单体；该预交联单体中有三个双键，在制备降滤失剂的过程中，可以提供三个反应点（一个双键代表一个反应点），使得聚合分子链不是简单的线型结构，而是网络状结构；该网状结构不仅可以阻止粘土颗粒之间的聚结，也可以阻碍了大颗粒的沉降和小颗粒的热运动，使泥浆颗粒得以更好的分散，能够均匀的分布在整个网状结构中，从而避免粘土颗粒之间的碰撞聚结，使滤饼薄而致密，进而降低滤失量；聚合物和粘土颗粒之间形成的网状结构就会因为斥力（聚合物之间的斥力、聚合物和粘土颗粒之间的斥力）的存在而被压缩形成滤饼，在滤饼形成过程中，大颗粒先被压缩，小颗粒堵塞在大颗粒形成的空隙中；此外，通过化学键吸附的聚合物分子又会进一步的堵塞在大颗粒和小颗粒之间的空隙，从而形成渗透率很低的滤饼，降低滤失量。
本发明制备预交联单体的反应式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
根据一些优选的实施方式，所述均苯三甲酸、2-甲基烯丙醇和浓硫酸的用量比为1g:(1.0~1.5)g:(0.23~0.25)mL；本发明中浓硫酸作为酯化反应的催化剂，其用量控制在上述范围即可满足反应要求，加太多易造成危险。
根据一些优选的实施方式，在步骤S2中，将烯丙基氯的乙醇溶液置于0~5℃（例如，可以为0℃、2℃、4℃或5℃）冷水浴中，并在搅拌条件下向其中滴加N-(4-羟基-3-甲氧基苄基)壬酰胺的乙醇溶液，混匀后，加入磷酸二氢钠，并反应3~4h（例如，可以为3h、3.2h、3.4h、3.6h、3.8h或4h），经蒸馏、洗涤、于80~90℃（例如，可以为80℃、82℃、84℃、86℃、88℃或90℃）干燥，得到所述疏水刚性单体。
本发明中，烯丙基氯以烯丙基氯的乙醇溶液的形式加入，N-(4-羟基-3-甲氧基苄基)壬酰胺以N-(4-羟基-3-甲氧基苄基)壬酰胺的乙醇溶液形式加入；对于烯丙基氯的乙醇溶液中乙醇的用量不做特别限定，只要能溶解烯丙基氯形成溶液即可；对于N-(4-羟基-3-甲氧基苄基)壬酰胺的乙醇溶液中乙醇的用量也不做特别限定，只要能溶解N-(4-羟基-3-甲氧基苄基)壬酰胺形成溶液即可。
本发明在制备疏水刚性单体将反应温度控制在0~5℃，可以防止乙醇挥发，并保证反应平稳发生；在蒸馏后用乙醇洗涤3次，然后于80~90℃进行干燥，温度过低，溶剂很难挥发出来；温度过高，疏水刚性单体可能会发生自聚。
本发明制备疏水刚性单体的反应式如下：
Figure 942150DEST_PATH_IMAGE002
本发明以烯丙基氯、N-(4-羟基-3-甲氧基苄基)壬酰胺为原料制备疏水刚性单体；该疏水刚性单体结构中具有苯环结构和碳长链结构，其中苯环结构可以有效增强碳链的伸展性，而碳长链的缔合作用，可以进一步提高聚合物的抗温性能。
根据一些优选的实施方式，所述N-(4-羟基-3-甲氧基苄基)壬酰胺、烯丙基氯与磷酸二氢钠的质量比1:(0.26~0.35):(0.003~0.017)。
本发明通过引入磷酸二氢钠作为疏水刚性单体制备过程的催化剂，可以与反应过程中烯丙基氯中脱离出的氯离子结合，促进反应的进行；如不加，反应过程会比较慢；
根据一些优选的实施方式，所述分子链增强剂为吡咯烷酮类物质；所述吡咯烷酮类物质为5-乙烯基-2-吡咯烷酮和/或N-苄基-2-吡咯烷酮；本发明分子链增强剂含有吡咯烷酮结构中具有刚性的五元环，可以增强分子链的刚性，不易断裂、变形，可以有效增强碳链的伸展性，提高聚合物的抗温、抗剪切性能。
根据一些优选的实施方式，所述含磺酸基单体为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠、3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸钠、苯乙烯磺酸钠中的一种或多种；本发明抗盐单体中磺酸基的引入，可以提升聚合物的抗盐性能。
根据一些优选的实施方式，所述季铵盐阳离子单体为丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、二烯丙基二甲基氯化铵中的一种或多种。
本发明在一些优选的实施方式中，阳离子单体包含季铵阳离子，带正电荷，中和能力强，架桥作用好，聚合物分子能以较快的速度吸附在黏土上，并形成较强的静电作用力，使黏土表面负电荷大大下降，从而使黏土的水敏性基本丧失，起到稳定黏土的作用；同时阳离子基团可赋予共聚物较强的抑制性，一定程度上抵抗了外来阳离子对聚合物的屏蔽作用，使聚合物溶液的粘度随盐浓度的升高降低平缓，聚合溶液具有良好的抗盐性。
根据一些优选的实施方式，用pH调节剂调节混合液pH为6.9~7.2（例如，可以为6.9、6.95、7.0、7.05、7.1、7.15或7.2）；本发明将聚合反应的pH控制在上述范围，以保证聚合反应正常进行；pH值太低，会产生爆聚，pH值太高，聚合反应不能够进行。
所述pH调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠中的一种或多种；需要说明的是，本发明pH调节剂以水溶液的形式加入；对于水溶液的浓度不做特别的限定，例如，pH调节剂水溶液的质量分数可以为48%、50%；只要能满足将混合液的pH调至目标范围即可。
根据一些优选的实施方式，所述链转移剂为叔十二硫醇、次亚磷酸钠、3-巯基丁酸 酯、甲基丙烯磺酸钠中的一种或多种；需要说明的是，本发明采用的3-巯基丁酸酯为美国爱 芬斯（EVANS）生产的3-巯基丁酸酯，其分子式为C11H22O2S，CAS NO：30374-01-7，分子结构是 为
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，为丙烯酸乳液专用。
根据一些优选的实施方式，所述引发剂包括氧化剂、还原剂和/或偶氮类引发剂。
根据一些优选的实施方式，所述氧化剂为过硫酸盐、过氧化物中的至少一种。
根据一些优选的实施方式，所述还原剂为亚硫酸盐、亚铁盐、焦亚硫酸盐、吊白块中的至少一种。
根据一些优选的实施方式，所述偶氮类引发剂为偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐。
在一些优选的实施方式中，所述氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钾中的至少一种；所述还原剂为亚硫酸氢钠、硫酸亚铁铵、焦亚硫酸钠、吊白块中的至少一种。
在一些具体的实施方式中，所述引发剂为过硫酸铵和亚硫酸氢钠的组合，过硫酸钾、亚硫酸氢钠和硫酸亚铁铵的组合，过硫酸铵和焦亚硫酸钠的组合，叔丁基过氧化氢、焦亚硫酸钠和硫酸亚铁铵的组合，过硫酸铵、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐（VA-044）和吊白块的组合中一种。
本发明在第二方面提供了一种耐温抗盐两性离子降滤失剂，采用第一方面所述的制备方法制备得到。
本发明提供的降滤失剂粘均分子量低，加入基浆后，不会使基浆的流变性变差，在常温和高温条件下均能达到很好的降滤失效果。
本发明提供的降滤失剂聚合物聚合物中的非离子基团、阳离子基团和阴离子基团，可通过氢键、静电等作用力吸附在黏土颗粒表面，使黏土颗粒表面的水化层加厚，提高了黏土颗粒的聚结稳定性，使黏土颗粒保持较小的粒度，这样可产生薄而致密的滤饼，降低滤饼的渗透率和滤失量。
本发明提供的降滤失剂聚合物分子链中的酰胺基既能吸附黏土矿物，又能够与黏土颗粒形成氢键，聚合物分子链中的羧基和羟基，可以有效的降低水分子的运动能量，将水分子牢牢的固定在井壁中，滤饼中的粘土颗粒也会由于吸附在高分子链上而在滤饼中排列更加紧密，在水化膜压力的作用下，水化后的羧钠基将使所形成的吸附膜更致密，可增大滤失后形成的滤饼的致密性，降低滤失量；此外，由于其分子链中酰胺基的非离子特性，容易在滤饼上形成一层保护膜，可以阻止滤液向地层渗透，从而降低了泥页岩的水化分散作用。
为了更加清楚地说明本发明的技术方案及优点，下面结合实施例对本发明作进一步说明。
需要说明的是，本发明实施例中的“份”均为重量份数，本发明中的材料和试剂均可以是在市面上直接购买得到或自行合成得到，对具体型号不做限制。
本发明实施例和对比例各性能的测试参照如下方法：
1）粘均分子量的测定：参照国家标准GB/T 17514-2017测定特性粘数，根据特性粘数计算粘均分子量。
2）滤失量的测定：
①复合盐水基浆的配制：量取400mL纯水置于高速搅拌杯中，加入20.00g氯化钠，2.50g无水氯化钙，6.00g氯化镁，待其完全溶解后，加入60.00g钙基膨润土和3.20g无水碳酸钠，高速搅拌20min，其间至少停两次，以刮下粘附在容器壁上的粘土，在25±3℃条件下密闭容器中养护24h作为复合盐水基浆；
②取配制好的复合盐水基浆，边搅拌边加入2.00g试样（本发明实施例和对比例制备得到的降滤失剂）使之分散均匀，高速搅拌20min后，在25±3℃条件下密闭容器中养护24h，然后再高速搅拌5min，用多联失水仪测定常温基浆滤失量F1；
③取配制好的复合盐水基浆，边搅拌边加入2.00g试样（本发明实施例和对比例制备得到的降滤失剂），使之分散均匀，高速搅拌20min后，放入滚子加热炉中高温老化，于260℃滚动24h，取出后降至室温，高速搅拌5min，用多联失水仪测定高温后基浆滤失量F2。
滤失量降低率：f＝（F0-F2）/F0×100%
f——滤失量降低率，%；
F0——复合盐水基浆的滤失量，为95mL；
F2——高温老化后基浆滤失量，单位为mL。
实施例1
S1.预交联单体的制备：
称取21.6g2-甲基烯丙醇、21.01g均苯三甲酸和200mL去离子水放置于带有搅拌器的三口烧瓶中，混合均匀，安装上冷凝回流装置，将烧瓶置于热水浴中控制温度60℃，并开启搅拌，转速200rpm，滴加5mL的浓硫酸，30min内滴加完毕，反应6h；待反应结束，将分液得到的上层黄褐色粘稠物在真空干燥箱中，于90℃进行干燥，得到固体状目标产物预交联单体。
S2.疏水刚性单体的制备：
称取29.34gN-（4-羟基-3-甲氧基苄基）壬酰胺溶解于100mL无水乙醇中，放置于带有搅拌器的三口烧瓶中，将烧瓶置于冷水浴中控制温度，再称取7.65g烯丙基氯稀释于20mL无水乙醇中，在3℃条件下缓慢滴加入三口烧瓶中，30min内滴加完毕，再加入0.5g磷酸二氢钠，反应3h，将反应产物进行蒸馏并用无水乙醇洗涤三次，然后放置真空干燥箱，90℃进行干燥，得到油状目标产物疏水刚性单体。
S3.将150份丙烯酰胺、81份丙烯酸、15份预交联单体、12份疏水刚性单体、6份5-乙烯基-2-吡咯烷酮、10份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠、30份丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、0.1份次亚磷酸钠、695.9份去离子水加入烧杯中混合均匀，用氢氧化钠溶液调节溶液pH值至7.0；将溶液温度调节至0℃，全部倒入反应器中，通入氮气除氧30min，再加入0.006份过硫酸铵、0.003份焦亚硫酸钠，继续通入氮气10min，封口，反应3.5h；待反应结束后，将聚合物胶块经过造粒、烘干、研磨、过筛（筛网孔径为750微米）得到耐温抗盐两性离子降滤失剂。
实施例1制备得到的降滤失剂的各性能数据，参见表1。
实施例2
S1.预交联单体的制备：
称取31.5g2-甲基烯丙醇、21.01g均苯三甲酸和200mL去离子水放置于带有搅拌器的三口烧瓶中，混合均匀，安装上冷凝回流装置，将烧瓶置于热水浴中控制温度60℃，并开启搅拌，转速200rpm，滴加5mL的浓硫酸，30min内滴加完毕，反应6h；待反应结束，将分液得到的上层黄褐色粘稠物在真空干燥箱中，于80℃进行干燥，得到固体状目标产物预交联单体；
S2.疏水刚性单体的制备：
称取21.94gN-（4-羟基-3-甲氧基苄基）壬酰胺溶解于100mL无水乙醇中，放置于带有搅拌器的三口烧瓶中，将烧瓶置于冷水浴中控制温度，再称取7.65g烯丙基氯稀释于20mL无水乙醇中，在3℃条件下缓慢滴加入三口烧瓶中，30min内滴加完毕，再加入0.1g磷酸二氢钠，反应3h；将反应产物进行蒸馏并用无水乙醇洗涤三次，然后放置真空干燥箱中，于80℃进行干燥，得到油状目标产物疏水刚性单体；
S3.将160份丙烯酰胺、85份丙烯酸、17份预交联单体、15份疏水刚性单体、7份5-乙烯基-2-吡咯烷酮、12份3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸钠、40份甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、0.1份叔十二硫醇、663.9份去离子水加入烧杯中混合均匀，用氢氧化钾溶液调节溶液pH值至6.95；将溶液温度调节至1℃，全部倒入反应器中，通入氮气除氧30min，再加入0.006份过硫酸钾、0.0015份亚硫酸氢钠、0.0015份硫酸亚铁铵，继续通入氮气10min，封口，反应3h；待反应结束后，将聚合物胶块经过造粒、烘干、研磨、过筛（筛网孔径为750微米）得到耐温抗盐两性离子降滤失剂。
实施例2制备得到的降滤失剂的各性能数据，参见表1。
实施例3
S1.预交联单体的制备：同实施例1；
S2.疏水刚性单体的制备：同实施例1；
S3.将165份丙烯酰胺、90份丙烯酸、19份预交联单体、18份疏水刚性单体、8份N-苄基-2-吡咯烷酮、13份苯乙烯磺酸钠、45份二烯丙基二甲基氯化铵、0.12份3-巯基丁酸酯、641.88份去离子水加入烧杯中混合均匀，用碳酸钠调节溶液pH值至7.15；将溶液温度调节至2℃，全部倒入反应器中，通入氮气除氧30min，再加入0.0065份过硫酸铵、0.0035份焦亚硫酸钠，继续通入氮气10min，封口，反应2.5h；待反应结束后，将聚合物胶块经过造粒、烘干、研磨、过筛（筛网孔径为750微米）得到耐温抗盐两性离子降滤失剂。
实施例3制备得到的降滤失剂的各性能数据，参见表1。
实施例4
S1.预交联单体的制备：同实施例1；
S2.疏水刚性单体的制备：同实施例1；
S3.将170份丙烯酰胺、92份丙烯酸、20份预交联单体、11份疏水刚性单体、9份5-乙烯基-2-吡咯烷酮、13份3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸钠、40份二烯丙基二甲基氯化铵、0.1份甲基丙烯磺酸钠、644.9份去离子水加入烧杯中混合均匀，用氢氧化钠溶液调节溶液pH值至7.12；将溶液温度调节至3℃，全部倒入反应器中，通入氮气除氧30min，再加入0.005份叔丁基过氧化氢、0.0015份焦亚硫酸钠、0.002份硫酸亚铁铵，继续通入氮气10min，封口，反应2h；待反应结束后，将聚合物胶块经过造粒、烘干、研磨、过筛（筛网孔径为750微米）得到耐温抗盐两性离子降滤失剂。
实施例4制备得到的降滤失剂的各性能数据，参见表1。
实施例5
S1.预交联单体的制备：同实施例1；
S2.疏水刚性单体的制备：同实施例1；
S3.将177份丙烯酰胺、95份丙烯酸、23份预交联单体、14份疏水刚性单体、10份N-苄基-2-吡咯烷酮、14份苯乙烯磺酸钠、50份甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、0.12份叔十二硫醇、616.88份去离子水加入烧杯中混合均匀，用氢氧化钠溶液调节溶液pH值至6.98；将溶液温度调节至5℃，全部倒入反应器中，通入氮气除氧30min，再加入0.0055份过硫酸铵、0.001份VA-044、0.0015份吊白块，继续通入氮气10min，封口，反应2.5h；待反应结束后，将聚合物胶块经过造粒、烘干、研磨、过筛（筛网孔径为750微米）得到耐温抗盐两性离子降滤失剂。
实施例5制备得到的降滤失剂的各性能数据，参见表1。
实施例6
S1.预交联单体的制备：同实施例1；
S2.疏水刚性单体的制备：同实施例1；
S3.将180份丙烯酰胺、100份丙烯酸、16份预交联单体、17份疏水刚性单体、8份5-乙烯基-2-吡咯烷酮、15份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠、60份丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、0.11份3-巯基丁酸酯、695.9份去离子水加入烧杯中混合均匀，用氢氧化钠溶液调节溶液pH值至7.2；将溶液温度调节至6℃，全部倒入反应器中，通入氮气除氧30min，再加入0.0065份过硫酸铵、0.0035份焦亚硫酸钠，继续通入氮气10min，封口，反应2h；待反应结束后，将聚合物胶块经过造粒、烘干、研磨、过筛（筛网孔径为750微米）得到耐温抗盐两性离子降滤失剂。
实施例6制备得到的降滤失剂的各性能数据，参见表1。
对比例1
对比例1与实施例1基本相同，其区别之处在于：未加入本发明制备的预交联单体，其余均与实施例1相同。
对比例1制备得到的降滤失剂的各性能数据，参见表1。
对比例2
对比例2与实施例1基本相同，其区别之处在于：未加入本发明制备的疏水刚性单体，其余均与实施例1相同。
对比例2制备得到的降滤失剂的各性能数据，参见表1。
对比例3
对比例3与实施例1基本相同，其区别之处在于：未加入本发明制备的预交联单体和疏水刚性单体，其余均与实施例1相同。
对比例3制备得到的降滤失剂的各性能数据，参见表1。
对比例4
对比例4与实施例1基本相同，其区别之处在于：未加入本发明的阳离子单体，其余均与实施例1相同。
对比例4制备得到的降滤失剂的各性能数据，参见表1。
对比例5
对比例5与实施例1基本相同，其区别之处在于：预交联单体替换为N,N-亚甲基双丙烯酰胺，其余均与实施例1相同。
对比例5制备得到的降滤失剂的各性能数据，参见表1。
对比例6
对比例6与实施例1基本相同，其区别之处在于：预交联单体替换为聚乙二醇二丙烯酸酯，其余均与实施例1相同。
对比例6制备得到的降滤失剂的各性能数据，参见表1。
对比例7
对比例7与实施例1基本相同，其区别之处在于：预交联单体的重量份数为10份，其余均与实施例1相同。
对比例7制备得到的降滤失剂的各性能数据，参见表1。
对比例8
对比例8与实施例1基本相同，其区别之处在于：预交联单体的重量份数为40份，其余均与实施例1相同。
对比例8制备得到的降滤失剂由于预交联单体用量过多，交联强度过大，分子链无法完全展开，制备得到的降滤失剂粘均分子量低、溶解性差，有颗粒物，不适合在钻井泥浆中应用。
对比例9
对比例9与实施例1基本相同，其区别之处在于：疏水刚性单体的重量份数为8份，其余均与实施例1相同。
对比例9制备得到的降滤失剂的各性能数据，参见表1。
对比例10
对比例10与实施例1基本相同，其区别之处在于：疏水刚性单体的重量份数为25份，其余均与实施例1相同。
对比例10因为疏水单体用量过多，制备得到的降滤失剂溶解性差，有颗粒物，不适合在钻井泥浆中应用。
表1
Figure 796974DEST_PATH_IMAGE004
需要说明的是，表中“—”表示，因制备得到的降滤失剂溶解性差，不适合在钻井泥浆中应用，相关性能的测定无意义。
由表1可知，本发明实施例制备得到的耐温抗盐两性离子降滤失剂的粘均分子量在400万左右，属于低分子量聚合物范畴，其在基浆中可以达到一定的提黏能力，又不至于使基浆表观粘度过大，发生流变性能的改变；在常温条件下，能够达到很高的降滤失效果；并且在260℃高温条件下，老化24h，降滤失效果变动不大，滤失量降低率仍能达到90%以上，是一种性能优异的钻井降滤失剂；对比例1未加入预交联单体，无法形成网状结构，制备得到聚丙烯酰胺，常温降滤失效果差，常温滤失量在80.6mL，高温老化后的滤失量降低率为13.1%；对比例2未加入疏水刚性单体，制备得到的聚丙烯酰胺制备得到的聚丙烯酰胺常温滤失量为81.9mL，高温老化后的滤失量降低率为12.4%，降滤失效果明显比实施例1差；对比例3未加入预交联单体和疏水刚性单体，制备得到普通线型结构低分子量聚丙烯酰胺，在常温条件下降滤失效果差，在经过高温老化后，其滤失量降低率不足5%；对比例4未加入阳离子单体，制备得到的聚丙烯酰胺常温滤失量为79.6mL，高温老化后的滤失量降低率为15.4%，降滤失效果明显比实施例1差；对比例5、对比例6中将预交联单体分别替换为N,N-亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯，这两种交联单体交联点少，形成的网络结构不够密实，易被破坏，制备得到的聚丙烯酰胺耐温抗盐性能和降滤失性能差，常温滤失量大于70mL，高温老化后的滤失量降低率大于20%；由对比例7和对比例9可知，预交联单体、疏水刚性单体的用量太少，均无法得到具有优异降滤失性能的降滤失剂。
综上，本发明提供的耐温抗盐两性离子降滤失剂的粘均分子量低，加入基浆后，不会使基浆的流变性变差，在常温和高温条件下均能达到很好的降滤失效果，同时具有优异的耐温抗盐性能。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种耐温抗盐两性离子降滤失剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
S1.将2-甲基烯丙醇与均苯三甲酸进行酯化反应，得到预交联单体；
S2.将烯丙基氯与N-(4-羟基-3-甲氧基苄基)壬酰胺进行反应，得到疏水刚性单体；
S3.将丙烯酰胺、丙烯酸、所述预交联单体、所述疏水刚性单体、分子链增强剂、抗盐单体、阳离子单体、链转移剂与水混合均匀，得到混合液，调节混合液pH，吹氮除氧，并在氮气保护下，加入引发剂进行共聚反应，得到聚合物胶块；所述抗盐单体为含磺酸基单体；所述阳离子单体为季铵盐阳离子单体；所述分子链增强剂为吡咯烷酮类物质；制备所述耐温抗盐两性离子降滤失剂采用如下重量份数的原料组分：丙烯酰胺150~180份、丙烯酸80~100份、预交联单体15~25份、疏水刚性单体12~18份、分子链增强剂6~10份、抗盐单体10~15份、阳离子单体30~60份、链转移剂0.08~0.12份、水591~697份、引发剂0.008~0.01份；
S4.将所述聚合物胶块经造粒、烘干、粉碎、筛分得到所述耐温抗盐两性离子降滤失剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
在步骤S1中，将2-甲基烯丙醇、均苯三甲酸和水混合后，置于55~60℃水浴中，并在搅拌条件下加入浓硫酸，反应5~6h，经分液、于80~90℃干燥，得到所述预交联单体。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：
所述均苯三甲酸、2-甲基烯丙醇和浓硫酸的用量比为1g:(1.0~1.5)g:(0.23~0.25)mL。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
在步骤S2中，将烯丙基氯的乙醇溶液置于0~5℃水浴中，并在搅拌条件下向其中滴加N-(4-羟基-3-甲氧基苄基)壬酰胺的乙醇溶液，混匀后，加入磷酸二氢钠，并反应3~4h，经蒸馏、洗涤、于80~90℃干燥，得到所述疏水刚性单体。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：
所述N-(4-羟基-3-甲氧基苄基)壬酰胺、烯丙基氯与磷酸二氢钠的质量比1:(0.26~0.35):(0.003~0.017)。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述吡咯烷酮类物质为5-乙烯基-2-吡咯烷酮和/或N-苄基-2-吡咯烷酮；
所述含磺酸基单体为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠、3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸钠、苯乙烯磺酸钠中的一种或多种；和/或
所述季铵盐阳离子单体为丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、二烯丙基二甲基氯化铵中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
用pH调节剂调节混合液pH为6.9~7.2；
所述pH调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述链转移剂为叔十二硫醇、次亚磷酸钠、3-巯基丁酸酯、甲基丙烯磺酸钠中的一种或多种；
所述引发剂包括氧化剂、还原剂和/或偶氮类引发剂；
所述氧化剂为过硫酸盐、过氧化物中的至少一种；
所述还原剂为亚硫酸盐、亚铁盐、焦亚硫酸盐、吊白块中的至少一种；和/或
所述偶氮类引发剂为偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐。
9.一种耐温抗盐两性离子降滤失剂，其特征在于，采用权利要求1-8中任一项所述的制备方法制备得到。
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