[发明专利]一种石油钻井液助剂及其制备方法

说明书

本案涉及一种石油钻井液助剂及其制备方法，是以黄原酸酯和羧甲基纤维素为起始原料制得大分子RAFT试剂，利用该大分子RAFT试剂与烯基磺酸、丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯进行乳液聚合，随后在乳液聚合体系中加入2,3‑环氧丙基三甲基氯化铵或N,N‑二甲基环氧丙基十二烷基氯化铵，制得石油钻井液助剂。本发明提供的石油钻井液助剂为纤维素两性离子聚合物降滤失剂，以纤维素为核，聚合物链上富含大量的羟基、羧基、酰胺基、磺酸基等分子基团，使聚合物具有较强的水化能力，对盐不敏感，耐高温性能强，对黏土具有强吸附能力，稳定性好；同时以季铵盐作为壳层，该核壳结构提高了降滤失剂在高温高盐环境下的吸附稳定性，且降滤失、抗高温抗盐效果好。

技术领域

本发明涉及钻井液用助剂领域，具体为一种石油钻井液助剂及其制备方法。

背景技术

钻井液用降滤失剂是石油钻井液中的主要助剂之一，它对稳定钻井液、保护油气层起着重要作用。在钻井过程中，钻井的滤液向底层渗透的过程称之为滤失，严重时会导致井壁不稳、油气层损害，甚至会发诱发井喷和井塌等事故。加入降滤失剂的目的，就是为了在井壁上形成低渗透率的滤饼，尽可能降低钻井液的滤失量。

天然高分子类材料如纤维素、木质素、淀粉等因价格低廉、来源广泛通常被用作钻井液中的降滤失剂，此外，一些树脂、人工合成聚合物类因具备一定的抗高温和抗盐的能力也被应用于石油钻井液中。然而，对于越来越复杂的开采环境，直接采用这类天然高分子或聚合物往往很难做到高效的抗高温抗盐效果。

发明内容

针对现有技术中的不足之处，本发明旨在对纤维素进行化学改性，以期提高其应对复杂环境下的石油开采工作的抗高温抗盐能力。

为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种石油钻井液助剂，是以黄原酸酯和羧甲基纤维素为起始原料制得大分子RAFT试剂，利用该大分子RAFT试剂与烯基磺酸、丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯进行乳液聚合，随后在乳液聚合体系中加入2,3-环氧丙基三甲基氯化铵或N,N-二甲基环氧丙基十二烷基氯化铵，制得核壳结构的纤维素两性离子聚合物降滤失剂，即为本案设计的石油钻井液助剂。

本发明第二方面提供了上述纤维素两性离子聚合物降滤失剂的制备方法，包括如下步骤：

1)在反应瓶中加入乙基黄原酸钾和丙酮，搅拌使其溶解，向反应瓶中逐滴滴加等摩尔的2-溴丙酸，室温下搅拌反应2h，用乙酸乙酯萃取分离出有机相，旋蒸除去乙酸乙酯，干燥得黄原酸酯；

2)将所述黄原酸酯加入到反应瓶中，加入三氯甲烷使其溶解，向其中分别缓慢滴加N,N-二环己基碳二亚胺(DCC)和4-二甲氨基吡啶(DMAP)的三氯甲烷溶液得到混合溶液，将该混合溶液缓慢滴加至羧甲基纤维素的三氯甲烷溶液中，室温下搅拌反应48h，反应结束后将该反应液置于冷无水乙醇中结晶，过滤出固体真空干燥，得大分子RAFT试剂；

3)按比例向水中依次加入引发剂、乳化剂、烯基磺酸、丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯搅拌均匀后得到混合溶液，充入氮气，在氮气氛围下升温至60-70℃，加入所述大分子RAFT试剂，氮气保护下搅拌反应2-3h，随后冷却至室温得到聚合物乳液；

4)将2,3-环氧丙基三甲基氯化铵或N,N-二甲基环氧丙基十二烷基氯化铵溶于水中，随后逐滴滴加至所述聚合物乳液中，调节乳液体系的pH至8-9，升温至80℃反应8h；

5)反应完成后，冷却至室温，透析，冷冻干燥，得到核壳结构的纤维素两性离子聚合物降滤失剂。

进一步地，所述羧甲基纤维素、黄原酸酯、N,N-二环己基碳二亚胺和4-二甲氨基吡啶的质量比为1:1～5:1～5:0.1～0.5。

进一步地，所述烯基磺酸为乙烯基磺酸、烯丙基磺酸、苯乙烯磺酸、2-丙烯酰胺基十二烷基磺酸或2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸中的一种。