胆酸酯化合物改性氮基纤维基丙烯酰胺聚合物、其合成方法及堵漏应用与流程

本发明涉及一种胆酸酯化合物改性氮基纤维基丙烯酰胺聚合物，还涉及胆酸酯化合物改性氮基纤维基丙烯酰胺聚合物的合成方法及其堵漏应用，属于油气田井下堵漏。

背景技术：

1、井漏在钻井工程中是常见的井内复杂情况，一旦发生恶性漏失，钻井液会通过地层缝隙，大量快速地流入到地层之中，不仅会损失钻井液，延长钻井周期，严重的井漏会导致井内压力下降，引起井壁失稳、诱发地层流体涌入井筒并井喷等严重情况。因此，需要设计高效堵漏技术与堵漏材料，快速恢复井筒内压力系统平衡，保证钻井过程的安全、高效进行。桥塞堵漏技术通过堵漏材料的尺寸优化排布、匹配能实现对孔隙性漏失、裂缝性漏失或孔洞性漏失的有效减缓或封堵，从而提升薄弱地层的承压能力，此外，该方法还具有堵漏速度快、成本低、操作简单等优点，引起广大研究人员的兴趣。其中，互穿网络聚合物堵漏材料作为桥塞堵漏技术中的有效封堵材料，通过“强迫互容”作用能使具有不同功能的聚合物形成稳定的结合体，经协同作用实现封堵架桥，满足油田堵漏需求。

2、传统的互穿网络聚合体堵漏剂，一般由两种或多种各自交联和相互穿透的聚合物网络组成的高分子共混物组成，纯有机相体系的耐温性能、硬度等性能不能满足中高温地层的要求。在封堵强度、封堵深度、耐温抗盐等方面堵漏效果往往不佳。此外，有机聚合物体系也存在抗剪切能力、封堵能力、剖面改善能力以及耐冲刷能力差等问题，使得实际封堵效果不佳。然而，而单一的无机封堵材料虽然具备优异的耐高温性及化学稳定性，但是其韧性不足，并且在油基钻井液中分散性不佳，导致堵漏效果较差。即便是无机纤维材料在堵漏过程中可以发挥架桥作用，但是传统填充材料与纤维架桥材料之间缺乏有效的化学键合，往往不能形成致密、高效的封堵。

3、公开号为cn 111961160b的中国发明专利，公开了一种高分子凝胶堵漏剂用活性聚合物及其制备方法与应用，所述活性聚合物为表面带有羟甲基基团(-ch2oh)的可缩聚大分子聚合物；所述活性聚合物是在功能型交联剂、扩链剂、引发剂和乙二胺四乙酸存在下，由疏水单体和丙烯酰胺单体通过反向微乳液聚合制备得到的。耐温性能仅达150℃，其固化后对裂缝最高封堵值为3.36mpa，仍不能满足超深井的应用需求。

技术实现思路

1、本发明的首要目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种胆酸酯化合物改性氮基纤维基丙烯酰胺聚合物，固化强度高，具有优异的抗拉伸机械力学性能，耐盐和耐温性能好，可用于井下180℃高温的超深井堵漏。

2、为解决以上技术问题，本发明的胆酸酯化合物改性氮基纤维基丙烯酰胺聚合物，其原料组分及重量含量如下：15份胆酸酯化合物改性氮基纤维、100-120份烯丙基单体、0.1-0.5份引发剂和0.5-1份交联剂。

3、作为本发明的优选方案，所述烯丙基单体为丙烯酰胺或2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸。

4、作为本发明的优选方案，所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二异丁腈或β-环糊精，所述交联剂为壳聚糖或聚乙二醇二丙烯酸酯。

5、作为本发明的优选方案，其原料组分及重量含量如下：15份胆酸酯化合物改性氮基纤维、100份烯丙基单体、0.1份引发剂和0.5份交联剂。

6、作为本发明的优选方案，其原料组分及重量含量如下：15份胆酸酯化合物改性氮基纤维、110份烯丙基单体、0.3份引发剂和0.7份交联剂。

7、作为本发明的优选方案，其原料组分及重量含量如下：15份胆酸酯化合物改性氮基纤维、120份烯丙基单体、0.5份引发剂和1份交联剂。

8、作为本发明的优选方案，所述胆酸酯化合物改性氮基纤维的制备依次包括如下步骤：

9、步骤s1、制备非金属掺杂氮基纤维；

10、步骤s2、对非金属掺杂氮基纤维进行修饰；

11、步骤s3、制备胆酸酯化合物；

12、步骤s4、合成得到胆酸酯化合物改性的氮基纤维。

13、作为本发明的优选方案，所述步骤s1中：所述氮基纤维为tin纤维，将tin纤维与nah2po4·2h2o在管式炉中ar气氛下热处理1h得到p掺杂tin纤维。

14、作为本发明的优选方案，所述步骤s2中：将所述p掺杂tin纤维加入多巴胺溶液中，搅拌12h，并转移至水热釜中热处理，得到氨基修饰的p掺杂tin纤维。

15、作为本发明的优选方案，所述步骤s3依次包括如下子步骤：

16、步骤s3.1、将4-甲基苯胺溶于无水乙醇中；

17、步骤s3.2、将对羟基苯甲醛溶于无水乙醇中；

18、步骤s3.3、将上述对羟基苯甲醛的乙醇溶液滴加到4-甲基苯胺的乙醇溶液中，旋蒸回流3h，获得4-甲基苯希佛碱苯酚；

19、步骤s3.4、将n,n'-二环己基碳二亚胺和4-二甲氨基吡啶混合均匀后，缓慢滴加到己二酸溶液中，再加入上述4-甲基苯希佛碱苯酚，室温反应、旋蒸后滤出沉淀，干燥获得4-甲基苯希佛碱苯戊酸；

20、步骤s3.5、将上述4-甲基苯希佛碱苯戊酸溶于无水乙醇中，形成a溶液；

21、步骤s3.6、将n,n'-二环己基碳二亚胺和4-二甲氨基吡啶混合均匀后，溶解于乙醇中，然后加入上述a溶液中；

22、步骤s3.7、加入胆酸后搅拌，然后反复多次抽滤后，旋蒸、过滤、干燥，得到三(4-甲基苯希佛碱苯戊酸)胆酸酯。

23、作为本发明的优选方案，所述步骤s4依次包括如下子步骤：

24、步骤s4.1、将上述氨基修饰的p掺杂tin纤维分散于乙醇溶液中；

25、步骤s4.2、加入上述三(4-甲基苯希佛碱苯戊酸)胆酸酯，在50℃下搅拌5h，获得三(4-甲基苯希佛碱苯戊酸)胆酸酯改性的nh2-p-tin纤维。

26、作为本发明的优选方案，所述步骤s1中：所述氮基纤维为sin纤维，将sin纤维与硫脲在管式炉中ar气氛下热处理1h得到s掺杂sin纤维；

27、所述步骤s2中：将所述s掺杂sin纤维加入naoh溶液中，搅拌12h，并转移至水热釜中热处理，得到羟基修饰的s掺杂sin纤维；

28、所述步骤s3制备三(4-甲基苯希佛碱苯戊酸)胆酸酯；

29、所述步骤s4合成得到三(4-甲基苯希佛碱苯戊酸)胆酸酯改性的oh-s-sin纤维。

30、作为本发明的优选方案，所述步骤s1中：所述氮基纤维为bn纤维，将bn纤维与nah2po4·2h2o在管式炉中ar气氛下热处理1h得到p掺杂bn纤维；

31、所述步骤s2中：将所述p掺杂bn纤维加入多巴胺溶液中，搅拌12h，并转移至水热釜中热处理，得到氨基修饰的p掺杂bn纤维；

32、所述步骤s3制备三(4-硝基苯希佛碱苯戊酸)胆酸酯；

33、所述步骤s4合成得到三(4-硝基苯希佛碱苯戊酸)胆酸酯改性的nh2-p-bn纤维。

34、作为本发明的优选方案，所述步骤s1中：所述氮基纤维为tin纤维，将tin纤维与硫脲在管式炉中ar气氛下热处理1h得到s掺杂tin纤维；

35、所述步骤s2中：将所述s掺杂tin纤维加入多巴胺溶液中，搅拌12h，并转移至水热釜中热处理，得到氨基修饰的s掺杂tin纤维；

36、所述步骤s3制备三(联苯希佛碱苯戊酸)胆酸酯；

37、所述步骤s4合成得到三(联苯希佛碱苯戊酸)胆酸酯改性的nh2-s-tin纤维。

38、作为本发明的优选方案，所述步骤s1中：所述氮基纤维为sin纤维，将sin纤维与硫脲在管式炉中ar气氛下热处理1h得到s掺杂sin纤维；

39、所述步骤s2中：将所述s掺杂sin纤维加入naoh溶液中，搅拌12h，并转移至水热釜中热处理，得到羟基修饰的s掺杂sin纤维；

40、所述步骤s3制备三(4-乙基苯希佛碱苯戊酸)胆酸酯；

41、所述步骤s4合成得到三(4-乙基苯希佛碱苯戊酸)胆酸酯改性的oh-s-sin纤维。

42、本发明的另一个目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种胆酸酯化合物改性氮基纤维基丙烯酰胺聚合物的合成方法，制备而成的胆酸酯化合物改性氮基纤维基丙烯酰胺聚合物，固化强度高，具有优异的抗拉伸机械力学性能，耐盐和耐温性能好，可用于井下180℃高温的超深井堵漏。

43、为解决以上技术问题，本发明的胆酸酯化合物改性氮基纤维基丙烯酰胺聚合物的合成方法，包括如下步骤：将15份胆酸酯化合物改性氮基纤维、100-120份烯丙基单体、0.5-1份交联剂和1000份去离子水置于容器中，通过强力搅拌将混合溶液充分混合均匀，然后向容器中通入高纯氮气，持续通气30min，调节反应温度为40℃，注入0.1-0.5份引发剂后持续搅拌6h，得到胆酸酯化合物改性氮基纤维基丙烯酰胺聚合物；所述烯丙基单体为丙烯酰胺或2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二异丁腈或β-环糊精，所述交联剂为壳聚糖或聚乙二醇二丙烯酸酯。

44、本发明的又一个目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种胆酸酯化合物改性氮基纤维基丙烯酰胺聚合物的堵漏应用，用于井下180℃高温的超深井堵漏。

45、为解决以上技术问题，本发明将胆酸酯化合物改性氮基纤维基丙烯酰胺聚合物应用于堵漏水泥浆中。

46、相对于现有技术，本发明取得了以下有益效果：1、通过简单易行的静电纺丝和高温退火工艺制备了非金属元素掺杂氮基纤维材料包括氮化硼、氮化钛、氮化硅等，并对氮基纤维材料进行羟基和氨基官能团修饰，利用含有双键或三键等刚性共轭体系的液晶臂分子改性具有官能团修饰的氮基纤维材料，利用氢键等相互作用诱导液晶臂聚合物分子包裹无机材料纤维，最终获得无机纤维骨架支撑的丙烯酰胺聚合物，构建有机/无机杂化材料。

47、2、改善桥接堵漏材料基质间松散的架构，增强架桥材料与填充材料之间的相互作用，提升传统有机聚合物堵漏材料的耐温性、抗剪切能力、耐压等性能。

48、3、提供的有机/无机杂化材料以其独特的网络结构和协同效应赋予堵漏剂新的物理化学性能，为堵漏性能优良，高强度耐盐碱性，高封堵率，耐剪切性能优良，高强度、价格低廉、耐高温堵漏剂的设计开辟了崭新的途径。

49、4、在有机与无机材料之间构建稳定的化学键，通过无机纤维表面的基团诱导作用实现有机聚合物的定向组装，两者之间建立紧密的界面接触，兼顾有机与无机封堵材料的优点，避免其单独使用时的缺点，设计合成耐180℃高温、高承压、高强度、价格低廉的互穿网络颗粒堵剂，并有针对性的对裂缝型、缝洞型油藏的封堵材料。

50、5、本发明制备的胆酸酯化合物改性氮基纤维基丙烯酰胺聚合物具有高抗温、强度大的严密封堵，堵漏性能优良，高强度耐盐碱性，高封堵率，有机/无极杂化结构，耐剪切性能优良，高温条件下老化后仍可保持较高的储能模量和损耗模量等优良性能，可以从根本上满足高渗透性和裂缝性漏失地层的承压堵漏需求。