一种钻井液用耐高温抗盐降滤失剂及其制备方法

本发明公开了一种钻井液用耐高温抗盐降滤失剂及其制备方法，涉及钻井。

背景技术：

1、在油气钻井工程中，安全钻井、提高钻速和控制钻井成本是工程技术人员首要考虑的，其中钻井液技术作为钻井工程的重要组成部分将显得百倍关键。钻井液一直伴随整个钻井工程，其主要作用有稳定井壁、平衡地层压力、冷却和润滑钻头、携带和悬浮钻屑以及传递水动力等。除此之外，钻井液除了要保持其基本功能外，还必须具有良好的抗盐能力和抗高温性能，否则在高温条件下，钻液中的处理剂会通过物理或化学等作用发生变化，使得钻井液的流变性能和降滤失性能变差；钻井液盐侵后，压缩粘土的扩散双电层，其€电位降低，水化膜变薄，粘土颗粒间形成网架结构，导致钻井液粘度、切力上升，失水增大。当盐侵到一定程度后，粘土颗粒面-面联结，粘土分散度明显降低，使粘度、切力转而下降，失水继续增大，无法有效的完成钻井任务，因此维持钻井液性能稳定将显得意义重大。

2、降滤失剂一方面可增加钻井液黏度并通过氢键和静电力等物理作用吸附在膨润土颗粒表面，形成致密滤饼，阻止岩屑和砂粒进入钻井液；另一方面可通过吸水膨胀封堵微小孔隙，减少钻井液滤失量。目前降滤失剂主要分为天然高分子及其改性产物和合成聚合物。常见的天然高分子主要包括淀粉、黄原胶(xg)、纤维素、木质素等，来源广泛、价格低廉且环保性好。合成聚合物主要利用丙烯酰胺(am)、二丙烯酰胺基二甲基丙磺酸(amps)、二甲基二烯丙基氯化铵(dmdaac)等功能性单体进行接枝共聚。

3、钻井液抗盐钙侵能力主要受到降滤失剂的影响，降滤失剂的抗盐钙能力强弱很大程度上决定了钻井液体系的抗盐钙能力。

技术实现思路

1、本发明提供了一种抗高温抗盐水基钻井液降滤失剂的制备方法和应用，克服了以往技术的不足，具有良好的抗高温、抗盐能力，在深井超深井的钻探过程中可有效降低钻井液的滤失量。

2、本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种抗高温抗盐钙水基钻井液降滤失剂，包括溶剂和共聚物，共聚物包括第一结构单元、第二结构单元、第三结构单元、第四结构单元和第五结构单元，第一结构单元为丙烯酸单体，第二结构单元为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸单体，第三结构单元为丙烯酰胺单体，第四结构单元为丙烯酸羟丙酯单体，第五结构单元为二甲基二烯丙基氯化铵。其中，每100重量份数的组合物中共聚物的含量为10份—30份，按照下述步骤得到：第一步，在溶剂存在条件下，将所需量的丙烯酸单体、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸单体、丙烯酰胺单体、丙烯酸羟丙酯单体和二甲基二烯丙基氯化铵单体在5℃—40℃混合反应10min—60min，得到第一物料；第二步，将所需量的引发剂加入第一物料中，再通入保护气体20min—60min，加热—50℃—70℃，进行共聚反应6h—10h，得到抗高温抗盐钙水基钻井液降滤失剂。

3、下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：

4、上述按照重量份数计，丙烯酸单体：2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸单体：丙烯酰胺单体：丙烯酸羟丙酯单体：二甲基二烯丙基氯化铵单体＝(5—7)：(0.8—1.2)：1：(3—5)：(4—6)。

5、本发明在主单体中引入了丙烯酰胺，丙烯酰胺具有吸附能力强，水溶性好的特点，保证聚合物强大的吸附功能，控制水泥浆体系的聚集结构，降低其失水量。而且丙烯酰胺聚合活性好，易于控制，以获得适宜降滤失剂所要求的分子量，且来源广，价格适中。

6、am作为常用油田化学试剂的原料，生产工艺成熟，价格相对便宜，在丙烯酰胺中的酰胺基团作为非离子基团不仅可以通过氢键与黏土颗粒吸附，而且水化能力很强，因此他可以很好的在钻井液体系中起到稳定作用，并且丙烯酰胺相对比较容易聚合，所以选择丙烯酰胺作为聚合物骨架。

7、aa易溶于水和各种有机溶剂，为油田化学试剂常用原料之一，无色澄清液体，带有刺激性气味，生产工艺相对成熟，并且聚合活性高，在丙烯酸分子结构中带有羧基基团，羧基基团水化能力强，空间位阻较大，可以抑制酰胺基团的水解，所以加入少量丙烯酸有助于提高聚合物对黏土颗粒的水化作用和抑制聚合物中酰胺基团的水解。

8、dmdaac是季铵类阳离子单体，常以无色透明水液体形式存在，无刺激性气味，无毒、高效、廉价，聚合活性好，易于其他乙烯基单体聚合，并且在聚合的分子链上形成五元环状分子内键，这不仅提高了聚合物分子链的刚性，使聚合物分子具有良好的抗温性能，而且同时还引入阳离子使聚合物在黏土颗粒上的吸附能力增强，对改善钻井液降滤失性能起到很好的作用。

9、amps是一种阴离子单体，为白色结晶固体粉末，极易溶于水，聚合活性高，可自聚亦可与其他乙烯基单体共聚。在油田化学试剂中引入amps后，使得油田化学试剂的抗温性能、抗盐性能以及溶解性能都得到了大幅提高，这是由于在amps分子结构中含有磺酸基团，而磺酸基团对二价阳离子(ca2+、mg2+)的敏感性差，因此具有很强的抗盐性能。同时amps分子中的大侧链基团增强了分子链的刚性，提高了其抗温能力。

10、hpam是一种常用于钻井液中的聚合物。它是一种水溶性高分子聚合物，具有许多有益的性质，常被用作增稠剂、降滤失剂和黏结剂。以下是hpam在钻井液中的一些主要性质：

11、①增稠性：hpam在水中溶解后能够形成高分子链，使得水的黏度增加。这种增稠性对于提高钻井液的承载能力和维持孔隙稳定性是很有益的。

12、②降滤失性：hpam在钻井液中常被用作降滤失剂，能够减小钻井液对地层的渗透性影响，从而减小滤失量。

13、③黏结性：hpam还能在钻井液中形成薄膜，附着在井壁上，起到黏结的作用，有助于防止钻井液对地层的侵入。

14、④盐耐性：hpam对盐水的耐受性相对较好，这使得它在含盐环境下的油田钻井液中得到广泛应用。温度稳定性：hpam在一定温度范围内具有稳定性，适用于不同井深和地层温度的钻井作业。

15、⑤环保性：与一些传统的钻井液添加剂相比，hpam在使用过程中相对环境友好，对地层和井环境的影响较小。

技术特征：

1.一种钻井液用耐高温抗盐降滤失剂及其制备方法，包括溶剂和共聚物，共聚物包括第一结构单元、第二结构单元、第三结构单元、第四结构单元和第五结构单元，第一结构单元为丙烯酸(aa)单体，第二结构单元为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(amps)单体，第三结构单元为丙烯酰胺(am)单体，第四结构单元为丙烯酸羟丙酯(hpa)单体，第五结构单元为二甲基二烯丙基氯化铵(dmdaac)，其中，每100重量份数的组合物中共聚物的含量为10份—30份，按照下述步骤得到：

2.根据权利要求1所述的抗高温抗盐钙水基钻井液降滤失剂，其特征在于按照重量份数计，丙烯酸单体：2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸单体：丙烯酰胺单体：丙烯酸羟丙酯单体：二甲基二烯丙基氯化铵单体＝(5—7)：(0.8—1.2)：1：(3—5)：(4—6)。

3.根据权利要求1或2所述的抗高温抗盐钙水基钻井液降滤失剂，其特征在于溶剂为去离子水，以确保最佳的稳定性和适用性。

4.根据权利要求1-3所述的抗高温抗盐钙水基钻井液降滤失剂，其特征在于引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾中的一种，以提供有效的共聚反应。

5.根据权利要求1-4所述的抗高温抗盐钙水基钻井液降滤失剂，其特征在于保护气体为不与混合反应中的各结构单体反应的气体。

6.根据权利要求1-5，引发剂过硫酸钾与亚硫酸氢钠体系中过硫酸钾和亚硫酸氢钠的摩尔比例为2：1—1.8。

7.根据权利要求1-6所述的抗高温抗盐钙水基钻井液降滤失剂，其特征在于引发剂的用量为丙烯酸单体、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸单体、丙烯酰胺单体、丙烯酸羟丙酯单体、二甲基二烯丙基氯化铵单体总用量的0.05％—0.08％。

8.根据权利要求1-7任意所述方法，

9.根据权利要求1-8所述的抗高温抗盐钙水基钻井液降滤失剂，其中步骤(2)中的揽拌均匀操作在室温下进行，以确保所有单体完全溶解于水中的同时使单体不受温度影响，从而提高共聚反应的效率和产品质量。

10.根据权利要求1-9所述的抗高温抗盐钙水基钻井液降滤失剂，优选地，步骤(5)中的无水乙醇通过多次沉淀操作有利于提高产物纯度，并通过洗涤、剪切、造粒等步骤进一步改善产品的物理性质和使用便捷性。

技术总结本发明公开了一种钻井液用耐高温抗盐降滤失剂及其制备方法，涉及钻井技术领域，解决了现有降滤失剂耐高温性能差、抗盐能力弱、渗透率高的问题，其技术方案要点是：由以下原料制备而成：丙烯酸、2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸、丙烯酰胺、丙烯酸羟丙酯和适量的二甲基二烯丙基氯化铵；将丙烯酸单体、2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸单体在引发剂过硫酸钾与亚硫酸氢钠体系中反应合成二元共聚物；在上述溶液中加入其他单体，在引发剂的作用下进行聚合反应，将最终产物经干燥、粉碎、过筛处理后得到降滤失剂。本发明通过将上述单体经过聚合形成共聚物，其网络结构可呈现一定空间结构，整体结构的稳定，具有较好的耐高温抗盐能力，并且其渗透率低，粘度高。技术研发人员：白杨,陈玉杰,张鑫,李道雄,胡璟嵩受保护的技术使用者：西南石油大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18