一种降滤失剂共聚物及其制备方法与应用与流程

1.本发明属于油田化学助剂领域，特别涉及一种钻井液用降滤失剂及其制备方法与应用。


背景技术：

2.随着油气资源的不断枯竭，勘探开发逐渐转向深部地层。然而，由于地温梯度的存在，井越深，井下温度越高，从而对钻井工程中的钻井液的抗温性提出了更高要求。降滤失剂作为钻井液重要的处理剂之一，其抗温能力的强弱对深部地层的井壁稳定具有较大影响。目前，抗高温的降滤失剂主要以丙烯酰胺类聚合物和磺化酚醛树脂类聚合物为主，该类降滤失剂是通过吸附作用在粘土表面形成水化膜，从而阻止粘土颗粒之间相互聚集而形成大颗粒，从而在井壁上形成低渗透率且薄而韧的泥饼。因此，水化基团和吸附基团是抗高温降滤失剂必备的功能基团。降滤失剂在高温条件下的吸附能力，对其抗温能力具有深远影响。目前研究较多的有机硅降滤失剂已经很好地解决了高温条件下降滤失剂因解吸附而导致的性能减弱的问题，但抗盐抗钙能力尚需进一步提高。
3.向分子链中引入离子液体嵌段可以有效提高降滤失剂的抗钙能力，如2018年第35卷第6期在《钻井液与完井液》刊登的《含离子液体链段抗高温高钙降滤失剂》一文中，以丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和1-乙烯基-3-乙基咪唑溴盐为反应单体，得到了一种抗温可达150℃、抗钙可达4000mg/l的降滤失剂；中国专利cn106749836a公开了一种以丙烯酸、丙磺酸钠或2-甲基丙磺酸钠、丙烯酰胺或2-甲基丙烯酰胺、以及离子单体为原料的共聚物型抗温抗钙降滤失剂，其可选用的离子单体扩展为1-乙烯基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐、1-乙烯基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐、1-乙烯基-3-丁基咪唑四氟硼酸盐、1-乙烯基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐、1-乙烯基-3-丁基咪唑溴盐。该类降滤失剂抗温可达180℃，并表现出良好的抗钙效果。中国专利106749891a则是对上述降滤失剂的分子结构进行了改进，即将含有季铵基团的阳离子单体引入到分子链中，从而进一步降低了高温条件下的滤失量，且仍能够保持钻井液的流变性的稳定性，抗钙能力优良。
4.但是，现有技术涉及的降滤失剂的各项综合性能还是不太理想，亟需一种综合性能良好的降滤失剂。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供了一种降滤失剂，其中，将硅烷基作为吸附基团的共聚物，在高温条件下，该降滤失剂可高效地吸附在黏土颗粒表面，阻碍黏土颗粒的聚结，从而有利于低渗透率泥饼的形成，达到降低滤失的目的；另外，分子中引入的离子液体嵌段又赋予了该类聚合物具有良好的抗钙能力，并向分子侧链中引入环状烷基，增加分子链的刚性，提高该聚合物的抗温能力；该降滤失剂的合成方法简单，易工业化推广应用。
6.本发明的目的之一在于提供一种降滤失剂共聚物，在其分子结构中含有：侧链含
酰胺基的结构单元、侧链含磺酸基的结构单元、侧链含硅氧烷的结构单元、侧链含离子液体的结构单元和侧链含环状烷基的结构单元。
7.其中的酰胺基团可以通过物理作用(氢键吸附)为降滤失剂与黏土之间的吸附提供作用力；其中的硅氧烷可以通过化学作用进一步提高降滤失剂与黏土之间的吸附作用力；其中的磺酸基团属于水化基团，对钠、钙、镁等金属离子的敏感性弱，可以提高降滤失的抗盐抗钙能力；其中的环状烷基可以提高降滤失剂的抗高温性。
8.在一种优选的实施方式中，所述侧链含酰胺基的结构单元如式(i)所示：
[0009][0010]
其中，在式(i)中，r0和r1之一选自酰胺类基团。
[0011]
在一种优选的实施方式中，在式(i)中，r0选自-h或c1～c6的烷基，优选选自-h、-ch3或-c2h5，更优选自-h或-ch3。
[0012]
在进一步优选的实施方式中，在式(i)中，r1选自酰胺类基团，其结构式如式(i-1)或式(i-2)所示：
[0013][0014]
优选地，在式(i-1)中，r
a
和r
b
各自独立地选自-h、c1～c6的烷基、c1～c6的烷基醇、c1～c8的烷基酮，优选自-h、-ch3、-ch2ch3、-ch(ch3)2、-ch2oh、-ch2ch2oh或式(i-12)；
[0015][0016]
更优选地，在式(i-2)中，r
c
选自-h或c1～c6的烷基，优选选自-h、-ch3、-c2h5或-ch(ch3)2；r
d
选自c1～c6的烷基，优选选自-ch3、-c2h5或-ch(ch3)2。
[0017]
在一种优选的实施方式中，所述侧链含磺酸基的结构单元如式(ii)所示
[0018][0019]
其中，在式(ii)中，r2和r3之一选自磺酸类基团。
[0020]
在进一步优选的实施方式中，在式(ii)中，r2选自-h或c1～c6的烷基，优选选自-h
或-ch3。
[0021]
在更进一步优选的实施方式中，在式(ii)中，r3选自磺酸类基团，其结构式如式(ii-1)～式(ii-8)之一所示：
[0022][0023][0024]
优选地，在式(ii-1)～式(ii-8)中，a选自h、na、k、rb或cs，优选选自h、na或k；和/或，j、k、1各自独立地为0或≤3的自然数；和/或，m、n各自独立地为自然数，优选为≥8且≤14的自然数。
[0025]
其中，磺酸基团是水化基团，对钠、钙、镁等金属离子的敏感性弱，可以提高降滤失的抗盐抗钙能力；其中的环状烷基可以提高降滤失剂的抗高温性。另一方面，磺酸基团在聚合物吸附在黏土表面后，在黏土表面形成水化膜的。水化膜的形成，增加了黏土颗粒之间的斥力，阻碍了钻井液中的黏土颗粒的聚集，即实现了钻井液中始终保持一定数量的小颗粒，这对于形成致密泥饼，降低滤失量是非常有益的。
[0026]
在一种优选的实施方式中，所述侧链含硅氧烷的结构单元如式(iii)所示：
[0027][0028]
其中，在式(iii)中，r4和r5之一选自硅氧烷类基团。
[0029]
在进一步优选的实施方式中，在式(iii)中，r4选自-h或c1～c6的烷基，优选选自-h或-ch3。
[0030]
在更进一步优选的实施方式中，在式(iii)中，r5选自硅氧烷类基团，其结构式如式(iii-1)或式(iii-2)所示：
[0031][0032]
其中，在式(iii-1)和式(iii-2)中，p和q各自独立地为0或≤6的自然数，优选为≤3的自然数，更优选为1或3；和/或，r
e
、r
f
、r
g
、r
h
、r
i
和r
j
各自独立地选自烷基、烷氧基或主链含氧原子的烷氧基，优选自-ch3、-och3、-och2ch3、-och2ch2och3或-och2ch2och2ch2och3，且r
e
、r
f
和r
g
不同时选自-ch3，r
h
、r
i
和r
j
不同时选自-ch3。
[0033]
其中，所述降滤失剂共聚物中的硅氧烷在水中水解生成si-oh，继而与粘土表面的-oh发生缩聚反应生成si-o-si，使降滤失剂分子牢固地吸附在粘土表面，这对于稳固高温条件下降滤失剂的作用效果起到积极作用。在高温条件下，所述降滤失剂可高效地吸附在黏土颗粒表面，阻碍黏土颗粒的聚结，从而有利于低渗透率泥饼的形成，达到降低滤失的目的。
[0034]
另一方面，提高聚合物类降滤失剂的抗温能力的有效途径，则是增加分子链中吸附基团的比例，后者提供更高效的吸附基团，提高高温条件下聚合物与黏土的吸附作用。本发明中引入的硅氧烷基团，在水相中发生水解(钻井液的碱性条件更能促进水解反应的发生)生成si-oh，继而与黏土表面的si-oh发生缩聚反应而生成si-o-si，从而实现了聚合物与黏土之间的化学吸附，这种吸附受温度的影响较小，从而促进了聚合物类降滤失剂的抗高温。
[0035]
在一种优选的实施方式中，所述侧链含离子液体的结构单元如式(iv)所示：
[0036][0037]
其中，在式(iv)中，e为0或≤6的自然数，优选为0或≤3的自然数，更优选为0或1。
[0038]
需要说明，在式(iv)也可以表示如下：
[0039][0040]
只要侧链含有离子液体单元即可。
[0041]
在进一步优选的实施方式中，在式(iv)中，r6选自-h或c1～c6的烷基，优选自-h、-ch3、-ch2ch3或-ch2ch2ch3，更优选自-h或-ch3。
[0042]
在更进一步优选的实施方式中，在式(iv)中，r7选自-h或c1～c6的烷基，优选自-h、-ch3、-ch2ch3或-ch2ch2ch3。
[0043]
其中，所述降滤失剂共聚物引入离子液体结构单元，有利于提高降滤失剂的抗盐抗钙效果。
[0044]
在一种优选的实施方式中，在式(iv)中，所述x-选自pf
4-、pf
6-、
f-、cl-、br-、i-、hco
3-中的一种。
[0045]
其中，当所述x-中含有苯胺基团时，其不仅具有离子液体所具有的特性，提高降滤失剂的抗盐抗钙性能，同时，经过实验发现，采用该类离子液体时，还可以明显提高降滤失剂的抗高温性能，分析原因可能在于其中含有苯环的缘故。
[0046]
在一种优选的实施方式中，所述侧链含环状烷基的结构单元如式(v)所示：
[0047][0048]
在进一步优选的实施方式中，在式(v)中，r8选自-h或c1～c8的烷基，优选自-h、-ch3、-ch2ch3或-ch2ch2ch3，更优选自-h或-ch3。
[0049]
在进一步优选的实施方式中，在式(v)中，r
k
、r
l
、r
m
、r
n
和r
o
各自独立地选自-h或c1～c8的烷基，优选自-h、-ch3或-ch2ch3，且r
k
、r
l
、r
m
、r
n
和r
o
不同时为-ch3或-ch2ch3；更优选地，r
k
、r
l
、r
n
和r
o
均选自-h，r
m
选自-h或-ch3。
[0050]
在更进一步优选的实施方式中，在式(v)中，r为0或≤6的自然数，优选为0或≤3的自然数，更优选为0、1或2。
[0051]
其中，在所述降滤失剂中引入环状烷基则可以增加分子刚性，增大高温条件下降滤失剂的运动阻力，进一步提高了降滤失剂分子的抗温性。具体地，环状结构是刚性基团，可以有效增加聚合物分子链的空间体积和空间位阻，降低了聚合物分子内单键的内旋转程度，从而增大了聚合物分子链在高温条件下的运动阻力，这对于提高高温条件下聚合物在黏土表面的吸附量是非常有利的。
[0052]
为了引入具有刚性结构的单体，发明人是经过大量研究发现式(v)所示结构可以成功地与其它单体实现共聚，得到本发明所述降滤失剂共聚物。类似地，苯乙烯虽然也具有刚性六元环、也是可聚合单体，但是，相比于侧链含酰胺基团的烯烃和侧链含磺酸基团的烯烃，苯乙烯的竞聚率相对较低、溶解性相对较差；更重要的是，苯乙烯属于疏水单体，而将具有该结构的基团引入到聚合物类降滤失剂的分子结构中，必然会产生强烈的疏水缔合作用
而导致钻井液强烈的增粘效应，即导致钻井液流变性能的大幅波动，这对维护钻井液的流变性能是不利的。式(v)所示结构中的烷基六元环结构虽然也具有疏水性，也会引起疏水缔合作用，但式(v)所示结构中具有2个酰胺基团，而酰胺基团属于亲水基团，这必然在一定程度上减弱式(v)的疏水性，在很大程度上减小了疏水缔合作用对钻井液流变性能大幅波动的影响程度。总之，式(v)既实现了引入刚性基团的目的，又同时避免了刚性基团的疏水缔合作用给钻井液流变性能大幅波动带来的影响。
[0053]
在一种优选的实施方式中，所述侧链含环状烷基的结构单元由式(v-1)所示刚性单体经聚合得到，式(v-1)所示刚性单体由式(v-2)所示化合物和式(v-3)所示化合物反应得到：
[0054][0055]
在进一步优选的实施方式中，式(v-1)所示刚性单体如下制备：
[0056]
(1)将式(v-2)所示化合物加入有机溶剂中，加热处理；
[0057]
(2)在保护性气氛下加入催化剂和式(v-3)所示化合物，进行反应；
[0058]
(3)除去溶剂得到粗产物，然后洗涤干燥得到式(v-1)所示刚性单体。
[0059][0060]
在一种优选的实施方式中，在步骤(1)中，加热至50～90℃，优选55～75℃。
[0061]
在一种优选的实施方式中，式(v-2)所示化合物与式(v-3)所示化合物的摩尔用量比为1∶(1.03～1.20)，优选为1∶1.10。
[0062]
其中，式(v-1)所示刚性单体合成过程如下所示：
[0063]
[0064]
在一种优选的实施方式中，在步骤(1)中，所述有机溶剂为丙酮、苯、甲苯和二甲亚砜中至少一种。
[0065]
在一种优选的实施方式中，在步骤(2)中，所述催化剂选自二丁基二月桂酸锡和/或辛酸亚锡，优选地，其用量为式(v-3)所示化合物重量的0.05wt％～0.12wt％，优选为0.08wt％～0.10wt％。
[0066]
在一种优选的实施方式中，在步骤(2)中，所述反应4～8小时，优选5～7小时。
[0067]
在本发明中，式(v)所示结构单元的侧链中除了含有刚性环状烷基外，还含有多个酰胺基团，可知，式(v)所示结构单元同样可以增加降滤失剂与黏土之间的物理吸附作用。因此，在本发明所述降滤失剂共聚物(结构如式vi所示)中，其中含酰胺基团的侧链和含环状烷基的侧链中含有的酰胺基团都能够提高降滤失剂与黏土之间的物理吸附作用，但是其作用力有限，因此本技术进一步引入含硅氧烷的侧链实现降滤失剂与黏土之间的化学吸附，在整体的作用下保证了降滤失剂与黏土之间的吸附作用。也可以这样理解：整个降滤失剂共聚物通过侧链与黏土之间大面积的物理吸附使降滤失剂与黏土物理结合，进一步地，通过均匀分布在侧链上的硅氧烷通过水解和缩聚反应，实现了降滤失剂与黏土之间的化学结合。
[0068]
在一种优选的实施方式中，所述降滤失剂共聚物如式(vi)所示：
[0069][0070]
在一种优选的实施方式中，所述侧链含酰胺基的结构单元、侧链含磺酸基的结构单元、侧链含硅氧烷的结构单元、侧链含离子液体的结构单元和侧链含环状烷基的结构单元的摩尔比为(20～80)∶(5～50)∶(2～10)∶(1～20)∶(0.5～8)，优选为(30～80)∶(10～40)
∶(3～8)∶(2～20)∶(1～5)。
[0071]
本发明目的之二在于提供本发明目的之一所述降滤失剂共聚物的制备方法，包括：在引发剂存在下，对包括含酰胺基的烯基单体、含磺酸基的烯基单体、含硅氧烷的烯基单体、含离子液体的烯基单体和含环状烷基的烯基单体在内的混合单体进行自由基聚合，得到所述降滤失剂共聚物。
[0072]
其中，该制备方法遵循一般的自由基聚合反应规律。自由基聚合反应一般由链引发、链增长、链终止三种基元反应组成，同时还可能伴随链转移反应。
[0073]
在一种优选的实施方式中，所述制备方法包括以下步骤：
[0074]
步骤1、将包括含酰胺基的烯基单体、含磺酸基的烯基单体、含硅氧烷的烯基单体、含离子液体的烯基单体和含环状烷基的烯基单体在内的混合单体置于溶剂中，升温处理；
[0075]
步骤2、于保护性气氛下加入引发剂，搅拌反应，得到粗产物；
[0076]
步骤3、对所述粗产物进行后处理得到所述降滤失剂共聚物。
[0077]
优选地，所述降滤失剂共聚物为无规共聚物。
[0078]
其中，在本发明中，采用所述混合单体进行无规共聚得到无规共聚物，而不是依次聚合得到嵌段共聚物，原因在于，进行无规共聚时，其中的硅氧烷基团可以接近均匀地分布在所述共聚物中，实现降滤失剂分子链与黏土的多点吸附。
[0079]
在一种优选的实施方式中，在步骤1中，所述含酰胺基的烯基单体、含磺酸基的烯基单体、含硅氧烷的烯基单体、含离子液体的烯基单体和含环状烷基的烯基单体的摩尔用量比为(20～80)∶(5～50)∶(2～10)∶(1～20)∶(0.5～8)，优选为(30～80)∶(10～40)∶(3～8)∶(2～20)∶(1～5)。
[0080]
在一种优选的实施方式中，在步骤1中，所述溶剂选自丙酮、丁酮、氯仿、二氯甲烷、1，1-二氯乙烷、1，2-二氯乙烷、甲基乙基酮、四氢呋喃、石油醚、乙醚、乙腈、乙酸乙酯、苯、甲苯、间二甲苯、环己烷、乙二醇二甲醚、硝基甲烷、1，4-二氧六环、吡啶、吗啉、4-甲基-2-戊酮、n，n-二甲基甲酰胺、n，n-二甲基乙酰胺、二甲亚砜之中的至少一种。
[0081]
在进一步优选的实施方式中，在步骤1中，所述溶剂选自四氢呋喃、1，4-二氧六环、n，n-二甲基甲酰胺、n，n-二甲基乙酰胺、甲苯、4-甲基-2-戊酮、吗啉、二甲亚砜中的至少一种。
[0082]
在一种优选的实施方式中，在步骤1中，在步骤1中，所述混合单体在溶剂中的质量百分浓度为5.0wt％～15.0wt％。
[0083]
在一种优选的实施方式中，在步骤1中，升温至30-120℃，优选40～105℃。
[0084]
在一种优选的实施方式中，在步骤2中，所述引发剂选自偶氮类引发剂、有机过氧类引发剂、无机过氧类引发剂、油溶性氧化还原类引发剂中的至少一种，优选选自偶氮类引发剂。
[0085]
在进一步优选的实施方式中，在步骤2中，所述引发剂选自偶氮二异丁腈、偶氮二异戊腈、偶氮二异庚腈、偶氮二氰基戊酸、偶氮二异丁基脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、偶氮二异丙基咪唑啉、偶氮二n-羟基异丁基脒水合物、偶氮二羧乙基-2-异丁基脒水合物、偶氮二n，n
′
环丁基异丁基脒水合物、偶氮二甲基n-2-羟丁基丙烯酰胺、偶氮二环己基甲腈、偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮异丁氰基甲酰胺中的至少一种。
[0086]
在更进一步优选的实施方式中，基于所述混合单体100wt％计，所述引发剂的用量
为0.1wt％～5.0wt％，优选为0.25wt％～2.6wt％。
[0087]
本发明目的之三在于提供本发明目的之一所述降滤失剂共聚物或本发明目的之二所述制备方法得到的降滤失剂共聚物在钻井液用降滤失剂中的应用。
[0088]
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0089]
(1)所述降滤失剂共聚物中的酰胺基和磺酸基；
[0090]
(2)所述降滤失剂共聚物中的硅氧烷可以提高降滤失剂分子在黏土表面的化学吸附；
[0091]
(3)所述离子液体可以提高降滤失剂的抗钙抗盐性能；
[0092]
(4)所述环状烷基可以提高降滤失剂的抗温性能；
[0093]
(5)在高温高盐高钙环境的深层油气资源的开发中，该处理剂可有效提高钻井液的降滤失效果；
[0094]
(6)本发明所述降滤失剂合成方法简单，反应条件温和，设备要求低，易于实施。
附图说明
[0095]
图1示出实施例1得到的烯基刚性单体的核磁谱图；
[0096]
图2示出实施例4得到的降滤失剂的红外光谱图。
具体实施方式
[0097]
下面结合具体实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域技术人员根据本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整仍属本发明的保护范围。
[0098]
实施例与对比例中采用的原料，如果没有特别限定，那么均是现有技术公开的，例如可直接购买获得或者根据现有技术公开的制备方法制得。
[0099]
【实施例1】烯基刚性单体的制备
[0100]
在带搅拌器、冷凝器和滴液漏斗的干燥三口烧瓶中加入600ml丙酮和25.83g(0.2mol)n-(2-羟基丙基)丙烯酰胺，滴液漏斗中加入30.6229g(0.22mol)4-甲基环己基异氰酸酯。搅拌至烧瓶中的n-(2-羟基丙基)丙烯酰胺充分溶解，然后水浴加热至55℃，加热的同时抽真空2小时以除去水分。氮气保护下加入二丁基二月桂酸锡0.0338g。将滴液漏斗中的4-甲基环己基异氰酸酯滴入三口烧瓶中，搅拌条件下持续反应5小时，减压蒸馏以去除丙酮，即得到目标分子的粗产物。将该粗产物用氯仿冲淋3次以去除未反应的单体，置于72℃烘箱中至恒重，即得到目标产物。反应式如下：
[0101][0102]
对实施例1得到的产物进行核磁表征[(cd3)2so，25℃]，结果如表1所示。
[0103]
表1实施例1的1h nmr解析
[0104]
[0105][0106]
核磁共振光谱(1hnmr)如图1。
[0107]
对实施例1得到的产物进行全元素分析，结果如表2所示。
[0108]
表2实施例1产物的元素分析测定结果
[0109]
元素c(％)h(％)n(％)o(％)理论值62.669.0110.4417.89测定值62.719.0310.4017.86偏差0.050.020.040.03
[0110]
根据1h nmr和元素分析测试结果，可以判断实施例1得到了目标产物。
[0111]
【实施例2】烯基刚性单体的制备
[0112]
在带搅拌器、冷凝器和滴液漏斗的干燥三口烧瓶中加入600ml甲苯和28.6367g(0.2mol)n-(2-羟基丙基)甲基丙烯酰胺，滴液漏斗中加入30.6229g(0.22mol)环己基甲基异氰酸酯。搅拌至烧瓶中的n-(2-羟基丙基)丙烯酰胺充分溶解，然后水浴加热至65℃，加热的同时抽真空2小时以除去水分。氮气保护下加入二丁基二月桂酸锡0.0338g。将滴液漏斗中的环己基甲基异氰酸酯滴入三口烧瓶中，搅拌条件下持续反应6小时，减压蒸馏以去除甲苯，即得到目标分子的粗产物。将该粗产物用氯仿冲淋3次以去除未反应的单体，置于80℃烘箱中至恒重，即得到目标产物。反应式如下：
[0113][0114]
对得到的单体同样进行核磁表征和元素分析，证明成功得到上式所示单体。
[0115]
【实施例3】烯基刚性单体的制备
[0116]
在带搅拌器、冷凝器和滴液漏斗的干燥三口烧瓶中加入600ml二甲亚砜和25.83g(0.2mol)n-(2-羟基丙基)丙烯酰胺，滴液漏斗中加入33.7087g(0.22mol)环己基乙基异氰酸酯。搅拌至烧瓶中的n-(2-羟基丙基)丙烯酰胺充分溶解，然后水浴加热至75℃，加热的同时抽真空2小时以除去水分。氮气保护下加入二丁基二月桂酸锡0.0338g。将滴液漏斗中的环己基乙基异氰酸酯滴入三口烧瓶中，搅拌条件下持续反应7小时，减压蒸馏以去除二甲亚砜，即得到目标分子的粗产物。将该粗产物用氯仿冲淋3次以去除未反应的单体，置于86℃烘箱中至恒重，即得到目标产物。反应式如下：
[0117][0118]
对得到的单体同样进行核磁表征，证明成功得到上式所示单体。
[0119]
【实施例4】降滤失剂共聚物的制备
[0120]
在装有控温装置、回流冷凝装置和恒压加料装置的反应器中，依次将4.2647g(0.06mol)丙烯酰胺、4.145g(0.02mol)2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、0.9934g(0.004mol)γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、1.6798g(0.008mol)1-乙烯基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐和0.8051g(0.003mol)实施例1制得的烯基刚性单体加入到200ml(177.9997g)四氢呋喃(5种单体的质量百分浓度为6.2605wt％)中进行混合搅拌并升温至56℃；
[0121]
通n230分钟后，然后向上述混合溶液中加入0.055g(5种单体总质量的0.4627wt％)偶氮二异丁基脒盐酸盐，搅拌条件下持续反应12小时后得到胶状物即得降滤失剂的粗产品；
[0122]
加入350ml无水乙醇沉淀后过滤，先后使用丙酮洗涤产物各3次，再以体积比为3∶2的冰醋酸-乙二醇混合溶剂为抽提剂对产品用索氏抽提器抽提24小时，25℃下真空干燥至恒重，即得到降滤失剂产品，其分子结构如下：
[0123][0124]
对实施例4得到的产物进行红外光谱测试，谱图如图2所示，谱图解析如表3所示。
[0125]
表3实施例4的红外光谱的解析
[0126]
[0127][0128]
【实施例5】降滤失剂共聚物的制备
[0129]
在装有控温装置、回流冷凝装置和恒压加料装置的反应器中，依次将2.9739g(0.03mol)n-乙烯基-n-甲基乙酰胺、13.6577g(0.04mol)2-丙烯酰胺基十二烷基磺酸钠、2.2033g(0.008mol)n-(3-三乙氧基甲硅氧烷基)丙基丙烯酰胺、6.2044g(0.02mol)1-烯丙基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐和1.3418g(0.005mol)实施例1制得的烯基刚性单体加入到200ml(208g)1，4-二氧六环(5种单体的质量百分浓度为11.2556wt％)中进行混合搅拌并升温至44℃；
[0130]
通n230分钟后，然后向上述混合溶液中加入0.25g(5种单体总质量的0.9477wt％)偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐，搅拌条件下持续反应24小时后得到胶状物即得降滤失剂的粗产品；
[0131]
加入350ml无水乙醇沉淀后过滤，先后使用丙酮洗涤产物各3次，再以体积比为3∶2的冰醋酸-乙二醇混合溶剂为抽提剂对产品用索氏抽提器抽提24小时，25℃下真空干燥至恒重，即得到降滤失剂产品，其分子结构如下：
[0132][0133]
对实施例5得到的产物进行红外光谱测试，证明成功得到所述共聚物降滤失剂。
[0134]
【实施例6】降滤失剂共聚物的制备
[0135]
在装有控温装置、回流冷凝装置和恒压加料装置的反应器中，依次将7.9305g(0.08mol)n，n-二甲基丙烯酰胺、8.2478g(0.04mol)对苯乙烯磺酸钠、1.6344g(0.008mol)(甲基丙烯酰氧基甲基)甲基二甲氧基硅烷、0.8066g(0.002mol)1-烯丙基-3-甲基咪唑双
(三氟甲烷磺酰)亚胺盐和0.2684g(0.001mol)实施例1制得的烯基刚性单体加入到120ml(113.3999g)n，n-二甲基甲酰胺(5种单体的质量百分浓度为14.2778wt％)中进行混合搅拌并升温至65℃；
[0136]
通n230分钟后，然后向上述混合溶液中加入0.4722g偶氮二异丁腈(5种单体总质量的2.5wt％)，搅拌条件下持续反应18小时后得到胶状物即得降滤失剂的粗产品；
[0137]
加入350ml无水乙醇沉淀后过滤，先后使用丙酮洗涤产物各3次，再以体积比为3∶2的冰醋酸-乙二醇混合溶剂为抽提剂对产品用索氏抽提器抽提24小时，25℃下真空干燥至恒重，即得到滤失剂产品，其分子结构如下：
[0138][0139]
对得到的产物进行红外光谱测试，证明成功得到所述共聚物降滤失剂。
[0140]
【实施例7】降滤失剂共聚物的制备
[0141]
在装有控温装置、回流冷凝装置和恒压加料装置的反应器中，依次将8.461g(0.05mol)双丙酮丙烯酰胺、2.4632g(0.01mol)2-丙烯酰氧基-2-甲基丙磺酸钾、0.9134g(0.003mol)(甲基丙烯酰氧基丙基)二甲基乙氧基乙氧基甲氧基硅烷、4.0616g(0.02mol)1-乙烯基-3-乙基咪唑溴盐和0.2684g(0.001mol)实施例1制得的烯基刚性单体加入到120ml(113.4g)n，n-二乙基甲酰胺和60ml(52.2g)甲苯(5种单体的质量百分浓度为7.0248wt％)混合溶液中进行搅拌并升温至88℃；
[0142]
通n230分钟后，然后向上述混合溶液中加入0.2385g(5种单体总质量的1.9062wt％)偶氮二环己基甲腈，搅拌条件下持续反应20小时后得到胶状物即得降滤失剂的粗产品；
[0143]
加入350ml无水乙醇沉淀后过滤，先后使用丙酮洗涤产物各3次，再以体积比为3∶2的冰醋酸-乙二醇混合溶剂为抽提剂对产品用索氏抽提器抽提24小时，25℃下真空干燥至恒重，即得到降滤失剂产品，其分子结构如下：
[0144][0145]
对得到的产物进行红外光谱测试，证明成功得到所述共聚物降滤失剂。
[0146]
【实施例8】降滤失剂共聚物的制备
[0147]
在装有控温装置、回流冷凝装置和恒压加料装置的反应器中，依次将3.0331g(0.03mol)n-羟甲基丙烯酰胺、6.3261g(0.04mol)甲基烯丙基磺酸钠、2.283g(0.006mol)(甲基丙烯酰氧基丙基)三乙氧基甲氧基硅烷、1.9035g(0.012mol)1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐和1.1295g(0.004mol)实施例2制得的烯基刚性单体加入到80ml(88g)二甲亚砜(5种单体的质量百分浓度为14.2929wt％)中进行混合搅拌并升温至86℃；
[0148]
通n230分钟后，然后向上述混合溶液中加入0.04g(5种单体总质量的0.2726wt％)偶氮二甲基n-2-羟丁基丙烯酰胺，搅拌条件下持续反应22小时后得到胶状物即得含降滤失剂的粗产品；
[0149]
加入350ml无水乙醇沉淀后过滤，先后使用丙酮洗涤产物各3次，再以体积比为3∶2的冰醋酸-乙二醇混合溶剂为抽提剂对产品用索氏抽提器抽提24小时，25℃下真空干燥至恒重，即得到降滤失剂产品，其分子结构如下：
[0150][0151]
对得到的产物进行红外光谱测试，证明成功得到所述共聚物降滤失剂。
[0152]
【实施例9】降滤失剂共聚物的制备
[0153]
在装有控温装置、回流冷凝装置和恒压加料装置的反应器中，依次将6.7895g(0.06mol)n-异丙基丙烯酰胺、7.9707g(0.02mol)2-丙烯酰氧基十六烷基磺酸钠、0.9333g(0.004mol)n-(3-三甲氧基甲硅氧烷基)丙基丙烯酰胺、1.4163g(0.006mol)1-乙烯基-3-甲基咪唑碘盐和0.8471g(0.003mol)实施例2制得的烯基刚性单体加入到150ml(165g)二甲亚砜和100ml(87g)甲苯(5种单体的质量百分浓度为6.6518wt％)中进行混合搅拌并升温至104℃；
[0154]
通n230分钟后，然后向上述混合溶液中加入0.2g偶氮异丁氰基甲酰胺(5种单体总质量的1.1138wt％)，搅拌条件下持续反应17.5小时后得到胶状物即得降滤失剂的粗产品；
[0155]
加入350ml无水乙醇沉淀后过滤，先后使用丙酮洗涤产物各3次，再以体积比为3∶2的冰醋酸-乙二醇混合溶剂为抽提剂对产品用索氏抽提器抽提24小时，25℃下真空干燥至恒重，即得到降滤失剂产品，其分子结构如下：
[0156][0157]
对得到的产物进行红外光谱测试，证明成功得到所述共聚物降滤失剂。
[0158]
【实施例10】降滤失剂共聚物的制备
[0159]
在装有控温装置、回流冷凝装置和恒压加料装置的反应器中，依次将6.8084g(0.08mol)n-乙烯基乙酰胺、2.323g(0.01mol)3-丙-2-烯酰氧基丙烷-1-磺酸钾、2.0832g(0.008mol)(甲基丙烯酰氧基丙基)甲基二乙氧基硅烷、8.0664g(0.02mol)1-乙烯基-3-乙基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐和0.8471g(0.003mol)实施例2制得的烯基刚性单体加入到150ml(120.3g)4-甲基-2-戊酮和50ml(52g)1，4-二氧六环(5种单体的质量百分浓度为10.4601wt％)中进行混合搅拌并升温至69℃；
[0160]
通n230分钟后，然后向上述混合溶液中加入0.4g偶氮二氰基戊酸(5种单体总质量的1.9873wt％)，搅拌条件下持续反应16小时后得到胶状物即得降滤失剂的粗产品；
[0161]
加入350ml无水乙醇沉淀后过滤，先后使用丙酮洗涤产物各3次，再以体积比为3∶2的冰醋酸-乙二醇混合溶剂为抽提剂对产品用索氏抽提器抽提24小时，25℃下真空干燥至恒重，即得到降滤失剂产品，其分子结构如下：
[0162][0163]
对得到的产物进行红外光谱测试，证明成功得到所述共聚物降滤失剂。
[0164]
【实施例11】降滤失剂共聚物的制备
[0165]
在装有控温装置、回流冷凝装置和恒压加料装置的反应器中，依次将8.6605g(0.05mol)n，n-双(2-羟基乙基)甲基丙烯酰胺、4.7008g(0.015mol)2-丙烯酰胺基辛烷基磺酸钠、1.0416g(0.004mol)(甲基丙烯酰氧基丙基)甲基二乙氧基硅烷、3.6584g(0.018mol)1-烯丙基-2，3-二甲基咪唑双氰胺盐和0.8471g(0.003mol)实施例2制得的烯基刚性单体加入到147.985ml(138.6619g)n，n-二甲基乙酰胺(5种单体的质量百分浓度为12wt％)中进行混合搅拌并升温至66℃；
[0166]
通n230分钟后，然后向上述混合溶液中加入0.1891g偶氮二异丁酸二甲酯(5种单体总质量的1.0wt％)，搅拌条件下持续反应18小时后得到胶状物即得降滤失剂的粗产品；
[0167]
加入350ml无水乙醇沉淀后过滤，先后使用丙酮洗涤产物各3次，再以体积比为3∶2的冰醋酸-乙二醇混合溶剂为抽提剂对产品用索氏抽提器抽提24小时，25℃下真空干燥至恒重，即得到降滤失剂产品，其分子结构如下：
[0168][0169]
对得到的产物进行红外光谱测试，证明成功得到所述共聚物降滤失剂。
[0170]
【实施例12】降滤失剂共聚物的制备
[0171]
在装有控温装置、回流冷凝装置和恒压加料装置的反应器中，依次将8.9029g(0.07mol)n，n-二乙基丙烯酰胺、3.6031g(0.025mol)烯丙基磺酸钠、1.6126g(0.007mol)(甲基丙烯酰氧基丙基)二甲基乙氧基硅烷、1.8925g(0.009mol)1-丙烯基-3-丙基咪唑乙酸盐和0.7059g(0.0025mol)实施例3制得的烯基刚性单体加入到197.3932ml(205.2889g)1，4-二氧六环(5种单体的质量百分浓度为7.53wt％)中进行混合搅拌并升温至40℃；
[0172]
通n230分钟后，然后向上述混合溶液中加入0.1337g偶氮二n，n
′
环丁基异丁基脒水合物(5种单体总质量的0.8wt％)，搅拌条件下持续反应24小时后得到胶状物即得降滤失剂的粗产品；
[0173]
加入350ml无水乙醇沉淀后过滤，先后使用丙酮洗涤产物各3次，再以体积比为3∶2的冰醋酸-乙二醇混合溶剂为抽提剂对产品用索氏抽提器抽提24小时，25℃下真空干燥至恒重，即得到降滤失剂产品，其分子结构如下：
[0174][0175]
对得到的产物进行红外光谱测试，证明成功得到所述共聚物降滤失剂。
[0176]
【实施例13】降滤失剂共聚物的制备
[0177]
在装有控温装置、回流冷凝装置和恒压加料装置的反应器中，依次将4.6052g(0.04mol)n-羟乙基丙烯酰胺、9.8849g(0.03mol)2-丙烯酰胺基癸烷基磺酸钾、1.1667g(0.005mol)n-(3-三甲氧基甲硅氧烷基)丙基丙烯酰胺、1.9822g(0.01mol)1-乙烯基-3-甲基咪唑乳酸盐和0.9883g(0.0035mol)实施例3制得的烯基刚性单体加入到135ml(117.45g)(5种单体的质量百分浓度为13.6888wt％)甲苯中进行混合搅拌并升温至88℃；
[0178]
通n230分钟后，然后向上述混合溶液中加入0.3725g偶氮二环己基甲腈(5种单体总质量的2.0wt％)，搅拌条件下持续反应20小时后得到胶状物即得降滤失剂的粗产品；
[0179]
加入350ml无水乙醇沉淀后过滤，先后使用丙酮洗涤产物各3次，再以体积比为3∶2的冰醋酸-乙二醇混合溶剂为抽提剂对产品用索氏抽提器抽提24小时，25℃下真空干燥至恒重，即得到降滤失剂产品，其分子结构如下：
[0180][0181]
对得到的产物进行红外光谱测试，证明成功得到所述共聚物降滤失剂。
[0182]
【实施例14】降滤失剂共聚物的制备
[0183]
在装有控温装置、回流冷凝装置和恒压加料装置的反应器中，依次将3.4042g(0.04mol)甲基丙烯酰胺、4.7156g(0.015mol)2-丙烯酰氧基癸烷基磺酸钠、2.4455g(0.006mol)(甲基丙烯酰氧基丙基)甲基二乙氧基乙氧基甲氧基硅烷、1.7375g(0.007mol)1-乙烯基-3-乙基咪唑磷酸二甲酯盐和0.5648g(0.002mol)实施例3制得的烯基刚性单体加入到120ml(120g)(5种单体的质量百分浓度为9.6845wt％)吗啉中进行混合搅拌并升温至80℃；
[0184]
通n230分钟后，然后向上述混合溶液中加入0.08g偶氮二甲基n-2-羟丁基丙烯酰胺(5种单体总质量的0.6217wt％)，搅拌条件下持续反应21.5小时后得到胶状物即得降滤失剂的粗产品；
[0185]
加入350ml无水乙醇沉淀后过滤，先后使用丙酮洗涤产物各3次，再以体积比为3∶2的冰醋酸-乙二醇混合溶剂为抽提剂对产品用索氏抽提器抽提24小时，25℃下真空干燥至恒重，即得到降滤失剂产品，其分子结构如下：
[0186][0187]
对得到的产物进行红外光谱测试，证明成功得到所述共聚物降滤失剂。
[0188]
【实施例15】降滤失剂共聚物的制备
[0189]
在装有控温装置、回流冷凝装置和恒压加料装置的反应器中，依次将2.9739g(0.03mol)n-乙烯基-n-甲基乙酰胺、13.6577g(0.04mol)2-丙烯酰胺基十二烷基磺酸钠、2.2033g(0.008mol)n-(3-三乙氧基甲硅氧烷基)丙基丙烯酰胺、7.0696g(0.02mol)1-乙烯基-3-丁基咪唑苯胺基甲磺酸盐和1.3418g(0.005mol)实施例1制得的烯基刚性单体加入到200ml(208g)1，4-二氧六环(5种单体的质量百分浓度为11.582wt％)中进行混合搅拌并升温至44℃；其中，1-乙烯基-3-丁基咪唑苯胺基甲磺酸盐的制备参见公开专利cn110172031a中的实施例8；
[0190]
通n230分钟后，然后向上述混合溶液中加入0.25g(5种单体总质量的0.9176wt％)偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐，搅拌条件下持续反应24小时后得到胶状物即得降滤失剂的粗产品；
[0191]
加入350ml无水乙醇沉淀后过滤，先后使用丙酮洗涤产物各3次，再以体积比为3∶2的冰醋酸-乙二醇混合溶剂为抽提剂对产品用索氏抽提器抽提24小时，25℃下真空干燥至恒重，即得到降滤失剂产品，其分子结构如下：
[0192][0193]
对得到的产物进行红外光谱测试，证明成功得到所述共聚物降滤失剂。
[0194]
【实施例16】降滤失剂共聚物的制备
[0195]
在装有控温装置、回流冷凝装置和恒压加料装置的反应器中，依次将7.9305g(0.08mol)n，n-二甲基丙烯酰胺、8.2478g(0.04mol)对苯乙烯磺酸钠、1.6344g(0.008mol)(甲基丙烯酰氧基甲基)甲基二甲氧基硅烷、0.6028g(0.002mol)1-乙烯基-3-丁基咪唑2-苯胺基乙酸盐和0.2684g(0.001mol)实施例1制得的烯基刚性单体加入到120ml(113.3999g)n，n-二甲基甲酰胺(5种单体的质量百分浓度为14.1455wt％)中进行混合搅拌并升温至65℃；其中，1-乙烯基-3-丁基咪唑2一苯胺基乙酸盐的制备参见公开专利cn110172031a中的实施例5；
[0196]
通n230分钟后，然后向上述混合溶液中加入0.4722g偶氮二异丁腈(5种单体总质量的2.5273wt％)，搅拌条件下持续反应18小时后得到胶状物即得降滤失剂的粗产品；
[0197]
加入350ml无水乙醇沉淀后过滤，先后使用丙酮洗涤产物各3次，再以体积比为3∶2的冰醋酸-乙二醇混合溶剂为抽提剂对产品用索氏抽提器抽提24小时，25℃下真空干燥至恒重，即得到滤失剂产品，其分子结构如下：
[0198][0199]
对得到的产物进行红外光谱测试，证明成功得到所述共聚物降滤失剂。
[0200]
【对比例】
[0201]
【对比例1-13】降滤失剂共聚物的制备
[0202]
对比例1-13的制备过程分别重复实施例4-16，与之不同的是，添加的原料中没有烯基咪唑类单体。
[0203]
【对比例1
’-
13’】降滤失剂共聚物的制备
[0204]
对比例1
’-
13’的制备过程分别重复实施例4-16，与之不同的是，添加的原料中没有烯基刚性单体。
[0205]
【对比例14】
[0206]
重复实施例6的过程，区别在于：采用等摩尔量的对苯乙烯替换其中实施例1制得的烯基刚性单体。
[0207]
【实验例】降滤失剂产品的抗温性能、抗盐侵和抗钙侵能力评价
[0208]
测试方法：采用zb/te13004-90：钻井液测试程序。
[0209]
1、在淡水基浆中测试
[0210]
淡水基浆：在高搅杯中加入400ml自来水，在不断搅拌下定量加入16.0g钙膨润土和0.8g na2co3。搅拌20分钟，其间至少停两次，以刮下粘附在容器壁上的膨润土，在密封容器中养护24小时。
[0211]
降滤失剂-淡水钻井液体系：分别称取4.0g实施例4-16、对比例1-14和对比例1
’-
13’所获取的降滤失剂，将其加入到400ml淡水基浆中，充分搅拌后在密封容器中养护24小
时。
[0212]
将降滤失剂-淡水钻井液体系高速搅拌5分钟后装入高温老化罐中，分别在120℃、140℃、160℃、180℃、200℃、220℃滚热16小时，用高温高压滤失仪测定钻井液的高温高压滤失量(fl
hthp
)，其结果见表4。
[0213]
表4降滤失剂-淡水钻井液体系的fl
hthp
[0214]
[0215]
[0216][0217]
表中，fl
hthp
的测定温度与相应的老化温度相同，测试压强为3.5mpa；下同。
[0218]
2、在饱和盐水基浆中测试
[0219]
饱和盐水基浆：在高搅杯中加入400ml自来水，在不断搅拌条件下加入nacl至饱和，16.0g钙膨润土和0.8gna2co3。搅拌20分钟，其间至少停两次，以刮下粘附在容器壁上的膨润土，在密封容器中养护24小时。
[0220]
降滤失剂-饱和盐水钻井液体系：分别称取4.0g实施例4-16、对比例1-14和对比例1
’-
13’所获取的降滤失剂，将其加入到400ml饱和盐水基浆中，充分搅拌后在密封容器中养护24小时。
[0221]
将降滤失剂-饱和盐水钻井液体系高速搅拌5分钟后装入高温老化罐中，分别在120℃、140℃、160℃、180℃、200℃、220℃滚热16小时，用高温高压滤失仪测定钻井液的高温高压滤失量(fl
hthp
)，其结果见表5。
[0222]
表5降滤失剂-饱和盐水钻井液体系的fl
hthp
[0223]
[0224][0225]
3、在含钙基浆中测试
[0226]
含钙基浆：在高搅杯中加入400ml自来水，在不断搅拌条件下加入8.0g cacl2，16.0g钙膨润土和0.8g na2co3。搅拌20分钟，其间至少停两次，以刮下粘附在容器壁上的膨润土，在密封容器中养护24小时。
[0227]
降滤失剂-含钙钻井液体系：分别称取4.0g实施例4-16、对比例1-14和对比例1
’-
13’所获取的降滤失剂，将其加入到400ml含钙基浆中，充分搅拌后在密封容器中养护24小时。
[0228]
将降滤失剂-含钙钻井液体系高速搅拌5min后装入高温老化罐中，分别在120℃、
140℃、160℃、180℃、200℃、220℃滚热16小时，用高温高压滤失仪测定钻井液的高温高压滤失量(fl
hthp
)，其结果见表6。
[0229]
表6降滤失剂-含钙钻井液体系的fl
hthp
[0230]
[0231][0232]
从表4可以看出，向降滤失剂分子链中引入离子液体嵌段或六元环刚性侧链均可以在一定程度上提高降滤失剂的抗温能力，尤其是向分子链中引入六元环的刚性侧链，可以更加明显地降低降滤失剂对温度的敏感性；
[0233]
对比表5和表6中数据可以看出，向降滤失剂分子链中引入离子液体嵌段或环状烷基刚性侧链均可以在一定程度上提高降滤失剂的抗盐抗钙能力，在相同老化温度下，分子链中未引入离子液体嵌段的降滤失剂的滤失量大幅升高，且增大程度明显高于分子链中未引入环状烷基(六元环)刚性侧链的降滤失剂的滤失量，说明分子链中引入离子液体嵌段可以更显著地降低降滤失剂对盐和钙的敏感性。
[0234]
同时，比较实施例6与对比例14可知，侧链引入如式(v)的刚性单元的降滤失剂比侧链引入苯环的降滤失剂具有更高的抗温抗钙能力，其原因就是苯乙烯竞聚率低，溶解性相对较差，从而导致参与聚合反应的量较少。比较实施例5和实施例15，实施例6和实施例16，采用了含有苯环的离子液体可以更大程度上提高降滤失剂的抗温抗盐抗钙能力。
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以上测试结果表明，添加实施例4～16中制备的降滤失剂在淡水基浆、饱和盐水基浆和含钙基浆中，在200℃以下具有良好的降失水能力。由此可以说明，本发明所述降滤失剂的抗温能力可达200℃，且具有良好的抗温、抗盐和抗钙能力。因此，该降滤失剂产品适宜深井、超深井的高温、高盐或高钙的地质条件下使用。
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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。