一种完井工作液及其制备方法与流程

本发明涉及石油勘探开发，具体涉及到油气田钻完井，特别涉及油气田勘探开发中的一种完井工作液及其制备方法。

背景技术：

1、目前，试油完井液多采用旧泥浆。即，在钻井过程中，由井筒循环数周后返排出来的钻井液。由于在井底循环数周，受到地温的影响，钻头、钻杆等钻井工具的喷嘴、接头和接口处的高速剪切，使得这类钻井液的悬浮能力不佳。

2、由于此类钻井液中含有加重材料，如，重晶石，使得该类旧泥浆具有一定的密度。但是，如果满足完井液不同密度的需求，还需要补充加重材料。如，使用重晶石、低价或高价无机盐、有机盐等加重材料对旧泥浆进行重新加重。

3、但是，随着试油完井施工过程的延长、地层温度的升高等因素影响，导致加重后的旧泥浆中残余的处理剂在高温下失效速度加快，导致重晶石类加重材料、旧泥浆中悬浮的小颗粒岩屑等物质沉降。使得重晶石等加重材料，失去原有的加重功效，导致密度降低；小颗粒等物质沉降到完井管柱上或完井管柱与套管之间的环空中，造成完井管柱憋卡；此外，由于无机或有机盐类作为加重材料，重新补充到旧泥浆后，更使得旧泥浆中的高分子类处理剂失效。同样也会导致重晶石类加重材料、旧泥浆中悬浮的小颗粒岩屑等物质沉降。

4、重晶石类加重材料、旧泥浆中悬浮的小颗粒岩屑等物质的沉降，使得试油管柱、工具等在试油施工使用的此类旧泥浆中憋、卡。此外，测试油管等管柱在失效的旧泥浆中配伍性也会存在较大问题，引发试油管柱被埋。严重影响了完井试油的工作进度。

5、而旧泥浆腐蚀试油管柱、试油工具的问题，也是困扰试油完井施工的一项棘手事件。

6、因此，需要研发一种新型完井工作液。可以防止加重材料沉降、保持入井的重晶石等加重材料，能够良好被悬浮，满足较高密度要求的完井工作液施工需求，是十分必要的。

技术实现思路

1、本发明的第一方面的目的是提供一种疏水缔合聚合物poly-q及其制备方法。

2、为此，本发明技术方案如下：

3、一种疏水缔合聚合物poly-q，其特征在于，由单体a、单体b、单体c、单体d和单体e，通过聚合反应制备得到。

4、其中，

5、单体a的化学结构如式为：其中，n＝1～5

6、单体b的化学结构如式为：其中，r1为

7、单体c的化学结构如式为：

8、单体d的化学结构式为：

9、单体e的化学结构式为：

10、其中，单体a、单体b、单体c、单体d和单体e的比值为(0.2～1):(0.3～1):(0.5～1)：(0.2～1):(0.3～1)；

11、优选的，该疏水缔合聚合物poly-q的重均分子量为1500～2000g/mol。

12、优选，该疏水缔合聚合物poly-q的分子量分布系数为1.1～1.3；

13、一种上述的疏水缔合聚合物poly-q的制备方法，其具体步骤如下：

14、s1、将乳化剂、碱金属碳酸盐和/或碱金属碳酸氢盐以及水，以500～600r/min的转速高速搅拌20min～30min，制得乳化剂混合物；

15、其中，乳化剂的物质的量、碱金属碳酸盐和/或碱金属碳酸氢盐的物质的量与水的体积的比值为(0.4～0.6):(0.2～0.5):100；

16、s2、将摩尔比为(0.2～1):(0.3～1):(0.5～1):(0.2～1):(0.3～1)的单体a、单体b、单体c、单体d和单体e分别滴加至乳化剂混合物中，期间以0.3～0.5l/min的速率通入惰性气体保护并使用剪切乳化搅拌器以300～400r/min的剪切速率搅拌乳状液至混合均匀；

17、所述单体a、单体b、单体c、单体d和单体e的总物质的量与步骤s1中水的体积的比值为(3～5):100；

18、s3、将步骤s2得到的乳状反应混合液转移至反应容器中并以0.3～0.5l/min的速率通入惰性气体保护，在200～300r/min的搅拌速度下，以1℃/min的升温速率，将乳状液加热升温至45～50℃并保温，保温5～8min后加入1/4～1/3重量的引发剂；

19、继续保持200～300r/min的搅拌速度，并以0.3～0.5l/min的速率通入惰性气体搅拌15～20min后，以1℃/min的升温速率，将乳状液升温至55～60℃并保温，保温5～8min后，加入剩余重量的引发剂。

20、并以200～300r/min的转速进行搅拌，并以0.3～0.5l/min的速率通入惰性气体搅拌15～20min后，以1℃/min的升温速率，升温至70℃，停止通入惰性气体，关闭反应容器，保温反应8h；

21、s4、将经过步骤s3得到的混合产物降温至40～45℃，加入碱金属碳酸盐或碱金属碳酸氢盐调节其ph值至中性，并进一步降温至25～30℃，经无水乙醇洗涤、干燥后，即得到疏水缔合聚合物poly-q。

22、本发明的另一目的是提供一种含有上述疏水缔合聚合物poly-q的完井工作液。

23、为提高该完井工作液的密度，并保持该完井工作液具有稳定的密度性能。

24、为此，本发明提供了一种改性重晶石作为该完井工作液的加重材料。

25、为此，本发明提供了如下的技术方案：

26、采用一种改性用聚合物poly-g对重晶石进行接枝改性，改性后的产物即为本发明所述的改性重晶石。所述的改性用聚合物poly-g中含有单体f、单体g、单体h和单体k，如下所示。

27、其中，

28、单体f的化学结构如式为

29、单体g的化学结构如式为

30、单体h的化学结构如式为

31、单体k的化学结构如式为

32、其中，单体f、单体g、单体h和单体k的摩尔比为(0:3～1):(0.5～1):(0.5～1)：(0.2～1)；该改性用聚合物poly-g的重均分子量为1000～2000g/mol。

33、优选，该改性用聚合物poly-g的分子量分布为1.1～1.3；

34、制备上述改性用聚合物poly-g的方法，其具体步骤如下：

35、step1、将乳化剂和水，以600～800r/min的转速高速搅拌20min～30min，制得乳化剂混合物；

36、其中，乳化剂的物质的量与水的体积的比值为(0.6～0.8):100；

37、step2、将摩尔比为(0:3～1):(0.5～1):(0.5～1):(0.2～1)的单体f、单体g、单体h和单体k分别滴加至乳化剂混合物中，期间以0.6～0.8l/min的速率通入惰性气体保护并使用剪切乳化搅拌器以500～600r/min的剪切速率搅拌乳状液至混合均匀；

38、所述单体f、单体g、单体h和单体k的总物质的量与步骤step 1中水的体积的比值为(5～8):100；

39、step 3、将步骤step 2得到的乳状液转移至反应容器中并以0.6～0.8l/min的速率通入惰性气体保护，在350～500r/min的搅拌速度下，以1℃/min的升温速率，将乳状液加热升温至50～60℃并保温，保温5～8min后加入1/4～1/3重量的引发剂；

40、继续保持350～500r/min的搅拌速度，并以0.6～0.8l/min的速率通入惰性气体搅拌15～20min后，以1℃/min的升温速率，将乳状液升温至65～70℃并保温，保温5～8min后，加入剩余重量的引发剂；

41、继续以350～500r/min的搅拌速度，并以0.6～0.8l/min的速率通入惰性气体搅拌15～20min后，以1℃/min的升温速率，将乳状液升温至75℃并保温，停止通入惰性气体，关闭反应容器，保温反应4h；

42、停止反应，并以200r/min的速率继续搅拌，待反应生成液自然降温至30～35℃后，降低转速以100r/min的速度，继续冷却至室温(25±2℃)后，停止搅拌，制得含有改性聚合物poly-g的乳液；

43、其中，引发剂物质的量与步骤s1中水的体积的比值为0.06～0.08:100；其中，所述引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵；

44、step 4、经过步骤step 3制得的乳液在室温下，经无水乙醇洗涤、干燥后，得到的固体即为改性聚合物poly-g。

45、与现有技术相比，该疏水缔合聚合物poly-q、改性用聚合物poly-g可应用于完井工作液中其有益效果包括：

46、(1)该疏水缔合聚合物poly-q通过分子间的缔合作用、分子链间相互交错、交叉等作用，形成有一定黏度的液体，可以有效地增加完井工作液的粘度和切力。有利于悬浮，如，加重材料、地层中的岩石碎屑、砂粒等颗粒状物质；

47、(2)该疏水缔合聚合物poly-q可以直接加入所配制的完井工作液中进行使用。还可以通过25～30℃下将乳液蒸发后得到的固体产物，进行配液使用；

48、(3)该疏水缔合聚合物poly-q在泵送的过程中，由于分子链在完井工作液的物理空间中，相互交错、交叉、缠绕，使得该疏水缔合聚合物poly-q具有优良的可恢复变形的特性、形成可变的空间三维网状结构，可以降低泵送的摩阻；

49、(4)该疏水缔合聚合物poly-q分子中含有的季铵盐型结构，可以在当疏水缔合聚合物分子断裂或破坏后，降解成含有季铵盐结构的表面活性剂。有助于完井液与地层中油相混相，形成乳液。

50、(5)该疏水缔合聚合物poly-q分子中季铵盐结构、磺酸盐结构，乳化地层渗出原油，降低了油相的表面张力和粘滞力，有助于近井筒地带原油稀释和采出。

51、(6)相比于现有技术，该完井工作液采用改性重晶石作为加重材料。一方面，可以与疏水缔合聚合物poly-q通过分子间的静电吸引、分子间交错、交叉和缠绕等相互作用，提高该完井工作液的黏度。

52、另一方面，由于改性重晶石表面的改性聚合物，改性用聚合物poly-g的存在。使得改性后的重晶石在完井工作液中更好地被悬浮其中，不容易沉降。有助于较好地维持完井工作液的密度。

53、(7)该改性用聚合物poly-g分子结构中，含有季铵盐结构、羧酸盐结构，同样也可以与地层渗出原油形成乳液，降低了油相的表面张力和粘滞力，有利于近井筒地带原油稀释，降低原油流动阻力，有助于原油的采出。

54、(8)当该完井工作液被泵送、挤入地层以后，改性重晶石颗粒也随着进入地层。随着后续泵送液体的挤入，使得改性重晶石镶嵌到地层孔隙或微裂缝中，降低了完井工作液的滤失。

55、(9)该完井工作液具有稳定的、较高的密度，可以保证完井工作的需要。

56、(10)该工作液配方简单，现场施工操作容易。