本發明涉及石油天然氣領域，具體地涉及一種氯化鉀聚合物鉆井液用多效降濾失劑及其制備方法。
背景技術：
隨著石油工業的發展和石油需求的不斷增長，油氣勘探開發逐漸向深部地層和海上發展，鉆井工程的難度越來越大，對鉆井液和鉆井液處理劑提出了更高要求。降濾失劑作為水基鉆井液的重要處理劑之一，對保證安全、快速、高效鉆井起著重要作用。其用量最大，且種類繁多，主要為天然材料或天然材料改性產物和合成聚合物類。天然材料或天然材料改性產物包括腐殖酸、纖維素、木質素、淀粉類及其衍生物；合成聚合物主要以各種乙烯基單體多元共聚物和磺甲基化的酚醛樹脂等為主。在一定條件下，超細碳酸鈣等一些無機化合物也可用作降濾失劑。近年來，合成聚合物類降濾失劑由于其單體類別豐富，可調性強，在抗高溫、抗鹽方面有著廣闊的應用前景，研究逐步得到重視。
為了提高產品的降濾失性能，目前常用合成聚合物類降濾失劑分子量相對較大，它們在降低鉆井液濾失量的同時，也不同程度的提高了鉆井液粘度，給現場施工帶來了不便。而一些相對分子量小的降濾失劑雖然增粘效果不明顯，可以滿足現場施工的要求，但其用量較多，抗溫較差，隨著循環次數的增加，投入的成本也逐漸升高。抗溫、抗鹽，在鉆井液體系中不增粘甚至降粘的降濾失劑是目前現場急需的處理劑之一，磺化酚醛樹脂和磺化褐煤樹脂具有該特性，是目前高溫高密度井中常用的處理劑，但其使用時往往還需要配合其他處理劑以護膠，造成鉆井液配方復雜化。隨著鉆井工程對成本控制越來越嚴格，“一劑多效”是鉆井液處理劑未來的發展趨勢，要求處理劑在發揮本身功能的同時，兼具其他作用。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種氯化鉀聚合物鉆井液用多效降濾失劑材料及其制備方法，以提高氯化鉀聚合物鉆井液的濾失、潤滑和封堵性能。
本發明通過如下技術方案實現：
一種氯化鉀聚合物鉆井液用多效降濾失劑，是由包括下述質量份的原料制成的：
所述氧化石墨和海泡石分別經過有機酸單體預處理，再與非離子單體共聚制得所述多效降濾失劑。
所述的海泡石目數為300-1000目，優選為500-800目。
所述的有機酸單體選自下述任意一種或兩種以上的混合物：丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、馬來酸、烯丙基磺酸、甲基烯丙基磺酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、2-丙烯酰氧基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰氧丁磺酸、2-丙烯酰胺-2-苯基乙磺酸和2-丙烯酰胺十二烷基磺。
所述的非離子單體選自下述任意一種或兩種以上的混合物：丙烯酰胺、n,n-二甲基丙烯酰胺、n-異丙基丙烯酰胺和丙烯腈。
該氯化鉀聚合物鉆井液用多效降濾失劑的制備方法，包括如下步驟：
(1)邊攪拌邊將所述的氧化石墨緩慢加入至去離子水中，并超聲分散1小時，而后加入有機酸單體，攪拌1-2小時，得到溶液a；
(2)在高速攪拌的條件下，將所述的海泡石緩慢加入至去離子水中，高速攪拌1小時，而后加入有機酸單體，高速攪拌1小時，得到溶液b；
(3)將溶液b加入至溶液a中，攪拌1小時，而后加入非離子單體，攪拌形成c；
(4)向c中加入適量的naoh，調節水溶液ph值至9-11；加熱至60-70℃，氮氣保護下，緩慢加入引發劑，反應4-6小時，得到膠液；烘干、粉碎，得到所述的氯化鉀聚合物鉆井液用多效降濾失劑。
上述制備方法中，各組分原料的質量份如下：
所述的引發劑選自下述任意一種或兩種以上的混合物：過硫酸銨、過硫酸鉀、偶氮二異丁基脒二鹽酸鹽。
氧化石墨是制備石墨烯的重要中間體，多為片狀結構，具有良好的潤滑性能，同時，氧化石墨也是制備其他功能復合材料的重要原料。相比天然石墨，氧化石墨的表面及邊緣具有許多含氧官能團(如羧基和羥基等)，因此具有更高的表面活性，可與有機分子通過相互作用力結合，經超聲分散，其尺寸為納米級。
海泡石是一種纖維狀的含水硅酸鎂，具有極大的比表面積和極強的吸附能力，相比于其他粘土礦物，具有更好的抗溫和抗鹽性能，作為非水溶性無機材料，其具有一定的封堵性能。海泡石的物理表面存在著三類吸附活性中心：硅氧四面體中的氧原子、在八面體側面與鎂離子配位的水分子、在四面體的表面由si-o-si鍵破裂而產生的si-oh離子團。海泡石這些特殊的結構為物理吸附及某些化學吸附提供了有利條件。
為了得到一種兼具潤滑、封堵功能的非增粘型降濾失劑，本發明利用有機酸與氧化石墨和海泡石表面的強相互作用，以石墨和海泡石表面的有機酸為反應點，將有機小分子(有機酸和非離子單體)與無機固相顆粒(氧化石墨和海泡石)相結合，制備了一種氯化鉀聚合物鉆井液用多效降濾失劑。
本發明提供的氯化鉀聚合物鉆井液用多效降濾失劑的工作原理及有益效果是：
由于采用有機酸對氧化石墨和海泡石表面進行了預處理，因此，相比于常規的物理混拌，本發明的氧化石墨和海泡石在聚合物分子鏈中分布的更為均勻；而相比于單一的氧化石墨/聚合物產品和海泡石/聚合物產品，本發明利用有機酸和非離子單體實現了氧化石墨和海泡石的有機結合，納米尺寸的氧化石墨和微米尺寸的海泡石可實現多維度封堵，與聚合物分子鏈共同形成的立體網狀結構實現了“協同增效”和“架橋封堵”。一方面，聚合物分子鏈在鉆井液中可起到護膠的作用，分散粘土顆粒使泥餅更為致密，降低濾失量；另一方面，在形成泥餅過程中，納米尺寸的層狀氧化石墨、微米尺寸的海泡石纖維可在泥餅孔隙中架橋，而聚合物分子鏈則楔入間隙中，進一步堵塞濾餅微孔隙，降低濾失量；同時，處理劑中的納米級層狀氧化石墨可增大分子鏈的自由體積，起到潤滑和降粘的效果，達到“一劑多效”的目的。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明作進一步闡述，但本發明并不限于以下實施例。所述方法如無特別說明均為常規方法。下述各實施例中，所述份均為質量份數。所述反應物如無特別說明均能從公開商業途徑而得。
實施例1
在裝有機械攪拌器的四口瓶中加入30份去離子水，而后邊攪拌邊緩慢加入1份氧化石墨，500w功率下超聲分散1小時，而后加入5份丙烯酸，并攪拌2小時，得到溶液a；在高攪杯中加入35份去離子水，而后在11000rpm轉速下，緩慢加入1份500目的海泡石，并繼續高速攪拌1小時，而后加入5份丙烯酸，攪拌2小時，得到溶液b；將溶液b加入溶液a中，并攪拌1小時；加入13份丙烯酰胺，攪拌1小時；加入適量的naoh，調節水溶液ph值至9；加熱至60℃，氮氣保護下，緩慢加入0.05份過硫酸銨，反應4小時，得到膠液；烘干、粉碎，得到所述的氯化鉀聚合物鉆井液用多效降濾失劑，具體性能列于表1中。
實施例2
在裝有機械攪拌器的四口瓶中加入38份去離子水，而后邊攪拌邊緩慢加入5份氧化石墨，500w功率下超聲分散1小時，而后加入9份甲基丙烯酸，并攪拌2小時，得到溶液a；在高攪杯中加入39份去離子水，而后在11000rpm轉速下，緩慢加入5份500目的海泡石，并繼續高速攪拌1小時，而后加入9份甲基丙烯酸，攪拌1小時，得到溶液b；將溶液b加入溶液a中，并攪拌1小時；加入5份n,n-二甲基丙烯酰胺，攪拌1小時；加入適量的naoh，調節水溶液ph值至11；加熱至60℃，氮氣保護下，緩慢加入1份過硫酸銨，反應4小時，得到膠液；烘干、粉碎，得到所述的氯化鉀聚合物鉆井液用多效降濾失劑，具體性能列于表1中。
實施例3
在裝有機械攪拌器的四口瓶中加入30份去離子水，而后邊攪拌邊緩慢加入5份氧化石墨，500w功率下超聲分散1小時，而后加入5份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，并攪拌1小時，得到溶液a；在高攪杯中加入30份去離子水，而后在11000rpm轉速下，緩慢加入7份700目的海泡石，并繼續高速攪拌1小時，而后加入5份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，攪拌1小時，得到溶液b；將溶液b加入溶液a中，并攪拌1小時；加入18份n-異丙基丙烯酰胺，攪拌1小時；加入適量的naoh，調節水溶液ph值至9；加熱至70℃，氮氣保護下，緩慢加入0.7份過硫酸鉀，反應6小時，得到膠液；烘干、粉碎，得到所述的氯化鉀聚合物鉆井液用多效降濾失劑，具體性能列于表1中。
對比例1
在裝有機械攪拌器的四口瓶中加入60份去離子水，而后加入10份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，18份n-異丙基丙烯酰胺，攪拌1小時；加入適量的naoh，調節水溶液ph值至9；加熱至70℃，氮氣保護下，緩慢加入0.7份過硫酸鉀，反應6小時，得到膠液；烘干、粉碎，得到所述的氯化鉀聚合物鉆井液用多效降濾失劑，具體性能列于表1中。
對比例2
在裝有機械攪拌器的四口瓶中加入60份去離子水，而后邊攪拌邊緩慢加入5份氧化石墨，500w功率下超聲分散1小時，而后加入10份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，并攪拌1小時；加入18份n-異丙基丙烯酰胺，攪拌1小時；加入適量的naoh，調節水溶液ph值至9；加熱至70℃，氮氣保護下，緩慢加入0.7份過硫酸鉀，反應6小時，得到膠液；烘干、粉碎，得到所述的氯化鉀聚合物鉆井液用多效降濾失劑，具體性能列于表1中。
對比例3
在高攪杯中加入60份去離子水，而后在11000rpm轉速下，緩慢加入7份700目的海泡石，并繼續高速攪拌1小時，而后加入10份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，攪拌1小時，得到非均相溶液；將溶液倒入裝有機械攪拌器的四口瓶中，加入18份n-異丙基丙烯酰胺，攪拌1小時；加入適量的naoh，調節水溶液ph值至9；加熱至70℃，氮氣保護下，緩慢加入0.7份過硫酸鉀，反應6小時，得到膠液；烘干、粉碎，得到所述的氯化鉀聚合物鉆井液用多效降濾失劑，具體性能列于表1中。
實施例4
在裝有機械攪拌器的四口瓶中加入32份去離子水，而后邊攪拌邊緩慢加入5份氧化石墨，500w功率下超聲分散1小時，而后加入7份馬來酸，并攪拌1小時，得到溶液a；在高攪杯中加入30份去離子水，而后在11000rpm轉速下，緩慢加入4份700目的海泡石，并繼續高速攪拌1小時，而后加入7份馬來酸，攪拌1小時，得到溶液b；將溶液b加入溶液a中，并攪拌1小時；加入15份丙烯腈，攪拌1小時；加入適量的naoh，調節水溶液ph值至9；加熱至70℃，氮氣保護下，緩慢加入0.3份偶氮二異丁基脒二鹽酸鹽，反應5小時，得到膠液；烘干、粉碎，得到所述的氯化鉀聚合物鉆井液用多效降濾失劑，具體性能列于表1中。
對所述的氯化鉀聚合物鉆井液用多效降濾失劑在飽和鹽水基漿中進行性能評價，以考察其性能。
1)將350ml飽和鹽水置于高攪杯中，加入1.00gnahco3和35.00g評價土，攪拌20min，中間至少停兩次刮壁。24±3℃密閉養護24h，得到飽和鹽水基漿；攪拌20min，測定其性能(見表1)。
2)向盛有基漿的高攪杯中加入2％的氯化鉀聚合物鉆井液用多效降濾失劑及對比例產品，高速攪拌20min，測定室溫下性能，而后將鉆井液倒入老化罐中180℃老化16h，取出后高速攪拌5min，測定其性能(見表1)。
表1.抗高溫抗鹽降濾失劑的性能評價
從評價結果可以看出，所述的氯化鉀聚合物鉆井液用多效降濾失劑具有較好的封堵降濾失和潤滑作用，且增粘效果不明顯，實現了“一劑多效”的目的，其中以實施例4效果最優。相比于純聚合物產品(對比例1)，加入氧化石墨和海泡石的實施例3具有更低的粘度、更小的濾失量和更低的潤滑系數；相比于氧化石墨/聚合物產品(對比例2)，氧化石墨/海泡石/聚合物產品(實施例3)具有更低的粘度和濾失量；相比于海泡石/聚合物產品(對比例3)，氧化石墨/海泡石/聚合物產品(實施例3)具有更低的粘度、濾失量和潤滑系數，以上對比說明本發明所述的多效降濾失劑中，石墨、海泡石、以及聚合物分子鏈共同形成的立體網狀結構實現了“協同增效”。