一種超支化共聚物及其製備方法和應用的製作方法

2023-09-18 07:39:50 1

一種超支化共聚物及其製備方法和應用的製作方法
【專利摘要】一種超支化共聚物及其製備方法和應用，其特徵在於，該超支化共聚物含有樹枝狀結構單元A、兩性離子結構單元B、結構單元C和結構單元D，且以摩爾計，樹枝狀結構單元A：兩性離子結構單元B：結構單元C：結構單元D=0.03-0.35：0.03-0.5：0.03-0.3：0.15-0.95，且所述超支化共聚物的1質量%水溶液的表觀粘度為20-60mPa·s。本發明提供的超支化共聚物在高溫（180℃）高鹽（飽和鹽水）和高鈣（10%氯化鈣）條件下具有較好的降濾失特性，在保證鑽井液良好抑制能力的同時，對鑽井液的濾失量無不良影響。產品生產成本低，生產速度快，生產效率高，產品質量穩定，且產品水溶性好，現場應用方便。
【專利說明】一種超支化共聚物及其製備方法和應用

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種超支化共聚物及其製備方法和應用。

【背景技術】
[0002] 在石油鑽井過程中，鑽遇地層日趨複雜，特殊井、超深井和複雜井數量逐年增加， 這對鑽井液提出了更高的要求。在頁巖氣為代表的非常規油氣的開發，為了滿足井壁穩定 和潤滑防卡的需要，國外60%?70%的頁巖氣水平井鑽井採用油基鑽井液體系。由於油基 鑽井液成本商，對環保有汙染，因此水基鑽井液是最終的選擇。研究表明，活性頁巖在商濃 度CaCl 2水溶液中會發生失水(或脫水）現象，可見，針對頁巖氣水平井鑽井的需要，探索應 用水基CaCl2/聚合物鑽井液，無論從降低成本，還是環境保護的角度講均十分必要。由於 目前的線性聚合物在高礦化度條件下增粘能力下降，已不能完全滿足鑽井的需要，因此目 前水基CaCl 2/聚合物鑽井液的重點是開發適用於水基CaCl2/聚合物鑽井液的聚合物處理 劑。
[0003] 我國鑽井液處理劑迅速發展時期是二十世紀七、八十年代，形成了以丙烯醯胺、丙 烯酸多元共聚物為代表的聚合物類處理劑。20世紀90年代又出現了兩性複合離子型鑽井 液處理劑及鑽井液體系，與陰離子聚合物相比，兩性離子型聚合物在絮凝和防塌方面有所 改善，但在提高產物的耐溫抗鹽，尤其是抗高價金屬離子汙染方面並無長足進步。為了提高 傳統兩性離子聚合物的抗溫抗鹽性能不足的問題，尤其在保證抗溫抗鹽的基礎上還要求其 具有較好的防塌抑制性，CN101429427A公開了一種兩性離子磺酸鹽聚合物鑽井液處理劑的 製備方法，該方法採用陽離子單體和陰離子單體共聚得到兩性離子聚合物。實踐證明，採用 陽離子單體為原料製備聚合物處理劑時，當陽離子單體量小時，處理劑的抑制性不足，而當 陽離子單體量大時，雖然提高了處理劑的抑制能力，但聚合物的絮凝作用過強，使處理劑控 制鑽井液濾失量的能力降低。


【發明內容】

[0004] 本發明的目的在於提供一種新的超支化共聚物及其製備方法和應用，該超支化共 聚物用作鑽井液用超支化兩性離子聚合物處理劑時，可滿足井底溫度高於KKTC和/或高 鹽(氯化鈉）高鈣環境下的安全鑽井施工的需要，能夠控制水基鑽井液高溫高壓條件下流變 性及濾失量，提高鑽井液的抑制能力。
[0005] 根據本發明的第一方面，本發明提供了一種超支化共聚物，其特徵在於，該超支化 共聚物含有樹枝狀結構單元A、兩性離子結構單元B、結構單元C和結構單元D，且以摩爾計， 樹枝狀結構單元A :兩性離子結構單元B :結構單元C :結構單元D=0. 03-0. 35 :0. 03-0. 5 : 0. 03-0. 3 15-0. 95,優選樹枝狀結構單元A :兩性離子結構單元B :結構單元C :結構單元 D=0. 05-0. 25 :0. 05-0. 3 :0. 05-0. 15 :0. 25-0. 65,且所述超支化共聚物的1質量％水溶液的 表觀粘度為20-60mPa · s，
[0006] 所述樹枝狀結構單元A具有Z' - (Q)n-Y所示結構，其中Z'表示下述式（al)和/ 或式（a2)所示的結構，Q表示該樹枝狀結構單元的樹枝狀重複單元，n表示該樹枝狀結構單 元的代數，為2-6的整數，Y表示含有SCV和COCT的基團，
[0007]

【權利要求】
1. 一種超支化共聚物，其特徵在於，該超支化共聚物含有樹枝狀結構單元A、兩性離子 結構單元B、結構單元C和結構單元D，且以摩爾計，樹枝狀結構單元A :兩性離子結構單元 B :結構單元C :結構單元D=0. 03-0. 35 :0· 03-0. 5 :0· 03-0. 3 :0· 15-0. 95,優選樹枝狀結構 單元A :兩性離子結構單元B :結構單元C :結構單元D=0. 05-0. 25 :0. 05-0. 3 :0. 05-0. 15 : 0. 25-0. 65,且所述超支化共聚物的1質量％水溶液的表觀粘度為20-60mPa · s， 所述樹枝狀結構單元A具有Z' - (Q)n-Y所示結構，其中Z'表示下述式（al)和/或式 (a2)所示的結構，Q表示該樹枝狀結構單元的樹枝狀重複單元，n表示該樹枝狀結構單元的 代數，為2-6的整數，Y表示含有S0 3_和COO_的基團，
R14_R16相同或不同，各自獨立地為Η或碳原子數為1-5的烷基； 兩性離子結構單元Β具有下述式（bl)和/或式（b2)所示結構，
式（bl)和式（b2)中，#、1?2、1?3、1?4和1?5各自為!1或(：1-03烷基，111和11各自為0-5的整 數，L為0或NH，式（bl)中，Y為COO-或S03_，式（b2)中，X-為滷素陰離子，R為H、0H、C1-C3 的烷基、羥基取代且碳原子數為1-3的烷基， 結構單元C具有下式（c)所示結構
式（C)中，R6、R7和R8各自為Η或C1-C3烷基， 結構單元D具有下式（d)所示結構
式（d)中，R9、R1Q、R11和R12'各自為Η或C1-C3烷基，R 12為鍵或CrC12的直鏈或支鏈亞 經基，T為鍵或 ? 或_[I _ M1為Η或鹼金屬元素，y為1-4的整數。
2.根據權利要求1所述的超支化共聚物，其中，Q為下述式（al)所示結構，Y為下述式 (all)所示結構，
其中，式（al)中，&表示碳原子數為1-5的亞烷基，R2-R4相同或不同，各自獨立地為Η 或碳原子數為1-5的烷基，且η個式（al)所示結構中的Ri-R4各自獨立地相同或不同； 式（all)中，比-R,,相同或不同，各自為Η或碳原子數為1-5的烷基,d和α相同或不同， 各自獨立地為0-5的整數，Μ為H、Na或K。
3.根據權利要求2所述的超支化共聚物，其中，所述樹枝狀結構單元Α具有下述式 (A1)、式（A2)、式（A3)和式（A4)中任意一項所示的結構，


式(A4) RrR4、R8-R16、Μ、p和q的定義與權利要求2相同。
4. 根據權利要求3所述的超支化共聚物，其中，所述樹枝狀結構單元A具有式（A1)和 /或式（A3)所示結構，且式（A1)和式（A3)中，&為CH 2CH2、R2-R4、R8-R 16均為Η、Μ為Na、p 和q均為0。
5. 根據權利要求1-4中任意一項所述的超支化共聚物，其中，兩性離子結構單元B為下 式所示結構中的一種或多種，

6.根據權利要求1-5中任意一項所述的超支化共聚物，其中，所述結構單元D為下述結 構式所示的至少一種，

其中，Μ1為Η或鹼金屬元素。
7. -種超支化共聚物的製備方法，該方法包括在溶液聚合條件下，在中性或鹼性環境 中，將樹枝狀聚合物單體I、兩性離子單體π、單體III和單體IV與氧化-還原引發劑接觸， 所述樹枝狀聚合物單體具有z' -(Q)n-Y所示的結構，其中Z'表示下述式（il)和/或 式（i2)所示的結構，Q表示該樹枝狀聚合物單體的樹枝狀重複結構單元，n表示該樹枝狀聚 合物單體的代數，為2-6的整數，Y表示含有SCV和COCT的基團，
R14_R16相同或不同，各自獨立地為Η或碳原子數為1-5的烷基； 所述兩性離子單體II具有式（iil)和/或式（ii2)所示結構，
式（iil)和式（ii2)中，#、1?2、1?3、1?4和1? 5各自為!1或(：1-03烷基，111和11各自為0-5的 整數，L為0或NH，式（iil)中，Y為C00-或S03_，式（ii2)中，X-為滷素陰離子，R為Η或羥 基取代且碳原子數為1-3的烷基， 單體III具有下式（iii)所示結構

式（iv)中，R9、R1Q、R11和R12'各自為Η或C1-C3烷基，R 12為鍵或CrC12的直鏈或支鏈亞 經基，T為鍵或
M1為Η或鹼金屬元素，y為1-4的整數； 且以摩爾計，樹枝狀聚合物單體I :兩性離子單體Π :單體III :單體IV=0. 03-0. 35 : 0. 03-0. 5 :0. 03-0. 3 :0. 15-0. 95,接觸的條件使得得到的聚合物的1質量％水溶液的表觀 粘度為 20-60mPa · s。
8. 根據權利要求7所述的方法，其中，Q為下述式（I)所示結構，Y為下述式（II)所示 結構，
其中，式（I)中，&表示碳原子數為1-5的亞烷基，R2-R4相同或不同，各自獨立地為Η 或碳原子數為1-5的烷基，且η個式（I)所示結構中的Ri-R4各自獨立地相同或不同； 式（II)中，R8-R13相同或不同，各自為Η或碳原子數為1-5的烷基，p和q相同或不同， 各自獨立地為0-5的整數，Μ為H、Na或K。
9. 根據權利要求8所述的方法，其中，所述樹枝狀聚合物單體I具有下述式（1)、式 (2)、式（3)和式（4)中任意一項所示的結構，

RrR4、R8-R16、Μ、p和q的定義與權利要求8相同。
10. 根據權利要求9所述的方法，其中，該樹枝狀聚合物單體I具有式（1)和/或式（3) 所示結構，且式（1)和式（3)中，&為CH 2CH2、R2_R4、R8_R 13均為Η、Μ為Na、p和q均為0。
11. 根據權利要求7-10中任意一項所述的方法，其中，兩性離子單體II為下式所示結 構中的一種或多種，

12.根據權利要求7-11中任意一項所述的方法，其中，所述單體IV為下述結構式所示 的至少一種，

其中，Μ1為Η或鹼金屬元素。
13.根據權利要求7-12中任意一項所述的方法，其中，所述溶液聚合條件包括聚合的 起始溫度為30-60°C，聚合反應的時間為30-90分鐘。
14. 根據權利要求7-13中任意一項所述的方法，其中，所述中性或鹼性環境的pH值為 7-10,且通過使用濃度為10-20重量％的氫氧化鈉和/或氫氧化鉀水溶液來獲得上述中性 或鹼性環境。
15. 根據權利要求7-14中任意一項所述的方法，其中，所述溶液聚合所用的溶劑為水， 相對於0. 05-0. 25摩爾的樹枝狀聚合物單體，水的用量為95-200毫升，氧化-還原引發劑 的用量為0.2-1. 2克。
16. 根據權利要求7-15中任意一項所述的方法，其中，該方法還包括將接觸得到的凝 膠狀彈性產物依次進行剪切、烘乾和粉碎。
17. 權利要求7-16中任意一項所述的方法製得的共聚物。
18. 權利要求1-6和權利要求17中任意一項所述的共聚物在鑽井液中的應用。
19. 根據權利要求18所述的應用，其中，所述共聚物用作鑽井液聚合物處理劑。
【文檔編號】C08F220/54GK104250358SQ201310256842
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2013年6月25日 優先權日:2013年6月25日
【發明者】王中華 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中石化中原石油工程有限公司鑽井工程技術研究院