本发明涉及一种聚合物材料及其制备方法和应用。
背景技术：
1、根据欧佩克《2020年世界石油展望》(world oil outlook 2020)，目前石油将继续成为能源结构的最大贡献者，到2045年，占比超过27％，其次是天然气(25％)。随着油气需求的增加，全球资源勘探正逐渐转向非常规油气资源。而裂缝性漏失、孔隙性漏失、高渗透漏失已经成为一项制约非常规油气高效开采的关键难题。现阶段，有关易漏地层防漏堵漏的研究，特别在钻井液方面，已经有了长足的进展。而固井过程中，为保证顶替效率，水泥浆的设计密度往往高于钻井液，因此水泥浆对地层承压要求更高，这导致裂缝性、高渗地层在钻井液防漏堵漏后依然存在固井漏失风险。并且，下套管过程中套管与井壁的摩擦碰撞可能导致堵漏层结构破坏失效、裂缝进一步扩大，更加增大了固井漏失风险。固井漏失会导致水泥浆侵入地层，造成污染，同时严重漏失会造成上返不足，影响封固质量。
2、目前，降低固井漏失的方法主要有三类，一类是降低固井液浆柱密度从而降低浆柱压力，第二种是提高水泥浆的触变性，第三种是在固井液中添加防漏、封堵材料。由于固井液需要承担压稳地层、顶替钻井液的作用，其浆柱密度范围往往受限，为保证安全施工，浆体流变性也需要控制在合理范围。因此，前两种方法不适用于复杂深井固井防漏，第三种方法目前是解决固井漏失的更为常用、普适的方法。而固井防漏、堵漏材料通常选用聚合物、凝胶、纤维材料和固相颗粒材料的组合物。
技术实现思路
1、为了增加固井防漏、堵漏材料其组成原料的选择性，本发明提供一种能够克服现有技术存在的面对不同类型漏失适应性差，以及当前自适应型的固井防漏材料制备方法、组分成分复杂的问题的聚合物材料，以实现工业化生产和规模推广应用。
2、作为本发明的一个方面，涉及一种聚合物材料，所述聚合物材料是指分子链上同时存在阴离子基团、阳离子基团以及疏水基团的聚合物；所述聚合物为直链型聚合物，所述阴离子基团、所述阳离子基团和所述疏水基团通过共价键随机分布在所述聚合物的主链上。
3、在具体实施例中，所述的聚合物材料，按重量份数计，包括以下组分：2-烯酰胺基-2-甲基丙磺酸15～22份，两亲型不饱和阳离子单体0.8～1.8份，不饱和羧酸单体2.5～4份。
4、进一步地，所述的聚合物材料，按重量份数计，包括以下组分：2-烯酰胺基-2-甲基丙磺酸15～22份，两亲型不饱和阳离子单体0.8～1.8份，不饱和羧酸单体2.5～4份，不饱和酰胺类单体10～20份。
5、在具体实施例中，所述两亲型不饱和阳离子单体，如式(ⅰ)所示：
6、
7、式中，r为h或c1～c4的烷基，n为11、13、15、17或19。
8、在具体实施例中，所述不饱和羧酸单体选自马来酸、衣康酸或丙烯酸中的一种。
9、在具体实施例中，所述不饱和酰胺类单体选自双丙酮丙烯酰胺、n,n-二甲基丙烯酰胺或n,n-二乙基丙烯酰胺中的一种。
10、在具体实施例中，所述聚合物材料还包括引发剂。
11、进一步地，所述引发剂的质量占所述2-烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、所述两亲型不饱和阳离子单体、所述不饱和羧酸单体和所述不饱和酰胺类单体四种物质总质量的0.15～0.5％。
12、在具体实施例中，所述引发剂采用氧化剂-还原剂引发体系。
13、进一步地，所述氧化剂选自过硫酸铵和/或过硫酸钾；所述还原剂选自亚硫酸氢钠和/或氢氧化钠。
14、具体来讲，所述氧化剂与所述还原剂的摩尔比为1：(0.5～1)。
15、作为本发明的另一个方面，涉及上述聚合物材料的制备方法，所述方法在制备聚合物材料时，同时使用2-烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、不饱和羧酸单体引入的阴离子基团，以及两亲型不饱和阳离子单体引入的阳离子基团与疏水基团。
16、在具体实施例中，所述方法包括以下步骤：
17、s1、混合物m1的配制
18、加水溶解两亲型不饱和阳离子单体，制得混合物m1；
19、s2、混合物m2的配制
20、向水中依次加入2-烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、不饱和酰胺类单体和不饱和羧酸单体，搅拌溶解，调节溶液ph值，制得混合物m2；
21、s3、聚合物溶液的配制
22、水浴加热s1制得混合物m1，在搅拌条件下，同时滴加s2制得的混合物m2和引发剂的水溶液，滴加结束后升温反应，制得聚合物溶液。
23、在具体实施例中，所述s2中，调节溶液ph值至6～7。
24、在具体实施例中，s3中，所述水浴温度设置为40～50℃。
25、在具体实施例中，s3中，所述搅拌速度设置为50～150rpm。
26、在具体实施例中，s3中，所述滴加时间控制为3～5h。
27、在具体实施例中，所述s3中，温度升高至50～55℃反应4～6h。
28、作为本发明的又一个方面，涉及一种防漏材料，所述防漏材料使用上述的聚合物材料。
29、作为本发明的再一个方面，涉及一种固井防漏前置液，所述固井防漏前置液包含上述防漏材料。
30、作为本发明的又一个方面，涉及一种固井工艺，所述固井工艺中使用上述的固井防漏前置液。
31、本发明通过采用水溶性较好的两亲型不饱和阳离子单体引入疏水基团，可以保证两亲型不饱和阳离子单体更好地参与聚合反应；并且，由于两亲型不饱和阳离子单体可以溶解在水溶液中，其在合成时可以更加均匀地分布在聚合物链上，保证疏水基团在聚合物中的分布增加随机，这有利于提高聚合物的疏水缔合作用；通过本发明中特定的单体混掺顺序可以提高表面活性剂单体这类分子量较大、聚合位阻较大的单体的转化率。
32、本发明设计的特殊分子结构，通过2-烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、不饱和羧酸单体引入阴离子基团，通过两亲型不饱和阳离子单体引入阳离子基团与疏水基团，利用三种基团实现特定作用，达到智能防漏的目的，发挥封堵作用。
33、本发明的制备方法采用溶液聚合物法，工艺流程简单，绿色安全环保，原料易得且生产成本低，能够实现工业化生产和规模推广应用；
34、本发明采用特定的配料添加顺序，有利于增加大分子单体的转化率，有效控制聚合物分子结构及分子量。
35、本发明制备的防漏材料组成简单，对不同类型的前置液适应能力强，同前置液配伍性好。
36、本发明制备的固井前置液用智能聚合物防漏材料对裂缝、空隙的适应能力强，能自适应多种形状和类型的空隙及裂缝，起到智能防漏的作用。
37、本发明的固井前置液用智能聚合物防漏材料适应性强，可用于处理裂缝性漏失、孔隙性漏失、高渗透漏失等多种漏失问题，满足裂缝性地层、高渗地层等易漏地层的固井技术要求。
38、本发明制备的聚合物材料，常温下通过离子基团的静电作用、疏水基团的疏水缔合作用发生分子内缔合，降低聚合物水动力学半径，降低对前置液流变等产生影响；随着温度升高，分子链延展，开始渐渐形成分子间缔合，当达到最低缔合临界温度后，聚合物分子间大量的疏水缔合；随着聚合物浓度的增加，聚合物分子间的疏水基团接触概率增加，不同聚合物间同样会发生大量的疏水缔合作用；基于自组装聚合物在达到特定温度、浓度后发生疏水缔合的特性，同时在聚合中引入离子基团吸附固相颗粒，形成可形变的聚合物-固相颗粒复合结构，在压差作用下自适应流入不同类型、开度的裂缝及孔隙中，在裂缝空间中聚合物浓度进一步增加，缔合结构增大、致密，最终形成“刚性材料架桥+柔性材料充填”的结构，实现一套体系封堵适用类型地层的智能防漏。
39、本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
1.聚合物材料，其特征在于，所述聚合物材料是指分子链上同时存在阴离子基团、阳离子基团以及疏水基团的聚合物；所述聚合物为直链型聚合物，所述阴离子基团、所述阳离子基团和所述疏水基团通过共价键随机分布在所述聚合物的主链上。
2.根据权利要求1所述的聚合物材料，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：2-烯酰胺基-2-甲基丙磺酸15～22份，两亲型不饱和阳离子单体0.8～1.8份，不饱和羧酸单体2.5～4份。
3.根据权利要求2所述的聚合物材料，其特征在于，按重量份数及，包括以下组分：2-烯酰胺基-2-甲基丙磺酸15～22份，两亲型不饱和阳离子单体0.8～1.8份，不饱和羧酸单体2.5～4份，不饱和酰胺类单体10～20份。
4.根据权利要求3所述的聚合物材料，其特征在于，所述两亲型不饱和阳离子单体，如式(ⅰ)所示：
5.根据权利要求3所述的聚合物材料，其特征在于，所述不饱和羧酸单体选自马来酸、衣康酸或丙烯酸中的一种。
6.根据权利要求3所述的聚合物材料，其特征在于，所述不饱和酰胺类单体选自双丙酮丙烯酰胺、n,n-二甲基丙烯酰胺或n,n-二乙基丙烯酰胺中的一种。
7.根据权利要求3所述的聚合物材料，其特征在于，所述聚合物材料还包括引发剂。
8.根据权利要求7所述的聚合物材料的制备方法，其特征在于，所述引发剂的质量占所述2-烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、所述两亲型不饱和阳离子单体、所述不饱和羧酸单体和所述不饱和酰胺类单体四种物质总质量的0.15～0.5％。
9.根据权利要求8所述的聚合物材料，其特征在于，所述引发剂采用氧化剂-还原剂引发体系。
10.根据权利要求9所述的聚合物材料，其特征在于，所述氧化剂选自过硫酸铵和/或过硫酸钾；所述还原剂选自亚硫酸氢钠和/或氢氧化钠。
11.根据权利要求10所述的聚合物材料，其特征在于，所述氧化剂与所述还原剂的摩尔比为1：(0.5～1)。
12.一种如权利要求1～11任一项所述的聚合物材料的制备方法，其特征在于，所述方法在制备聚合物材料时，同时使用2-烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、不饱和羧酸单体引入的阴离子基团，以及两亲型不饱和阳离子单体引入的阳离子基团与疏水基团。
13.根据权利要求12所述的聚合物材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
14.根据权利要求13所述的聚合物材料的制备方法，其特征在于，所述s2中，调节溶液ph值至6～7。
15.根据权利要求13所述的聚合物材料的制备方法，其特征在于，s3中，所述水浴温度设置为40～50℃。
16.根据权利要求13所述的聚合物材料的制备方法，其特征在于，s3中，所述搅拌速度设置为50～150rpm。
17.根据权利要求13所述的聚合物材料的制备方法，其特征在于，s3中，所述滴加时间控制为3～5h。
18.根据权利要求13所述的聚合物材料的制备方法，其特征在于，所述s3中，温度升高至50～55℃反应4～6h。
19.一种防漏材料，其特征在于，所述防漏材料使用如权利要求1～18任一项所述的聚合物材料。
20.一种固井防漏前置液，其特征在于，所述固井防漏前置液包含如权利要求19所述的防漏材料。
21.一种固井工艺，其特征在于，所述固井工艺中使用如权利要求20所述的固井防漏前置液。
