包被剂及其制备方法和应用和石油钻井用钻井液技术

本发明专利技术涉及石油钻井领域，具体提供了一种包被剂及其制备方法和应用以及一种钻井液，该包被剂含有式(I)所示丙烯酰胺单体结构单元、式(II)所示抗温单体结构单元和式(III)所示阳离子单体结构单元；其中，R1，R2各自独立地为H，C1‑C15的直链或支链烷基，R3为H或C1‑C5的直链或支链烷基。本发明专利技术所提供的钻井液，具有强抑制性和稳定流变性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种包被剂及其制备方法和应用，以及一种石油钻井用钻井液，更具体涉及一种具有强抑制性、可在深水井筒大温差范围内保持稳定流变性的深水水基钻井液。
技术介绍
海洋深水油气资源丰富，潜力巨大。与陆地或浅海钻井相比，海洋深水钻井面临着许多特殊的技术问题，要求深水钻井液必须具有以下特点：(1)在“低温-高温”大温差内保持稳定的流变性。随着水深的增加，海水温度越来越低，通常为4℃。低温造成钻井液粘度、切力大幅度上升，油基钻井液甚至出现显著的胶凝现象，造成过高的当量循环密度，引起井漏、开泵困难等问题。随着钻井深度增加，温度逐渐升高，钻井液粘度和切力降低，又会造成携岩困难等问题。因此，在“海底低温-深部高温”大温差范围内保持稳定的钻井液流变性对提高深水钻井作业效率至关重要。(2)有效抑制深水浅部地层水敏性泥页岩水化膨胀、分散引起的井壁失稳。水敏性泥页岩遇水极易发生水化，引起井壁失稳，严重影响深水钻井作业的顺利进行。因此，需要使用高效水化抑制剂，提高井壁稳定性。(3)有效抑制天然气水合物生成引起的堵塞问题。油基/合成基钻井液具有优异的抑制性和高温稳定性等优点，是复杂地层钻井的首选，但其成本高且存在环保问题。水基钻井液具有成本低以及环保等优点，但在深水钻井中，传统水基钻井液难以解决深水水敏性泥页岩井壁失稳问题；流变性受温度影响大，造成井筒压力控制困难；并且存在水合物堵塞风险，难以满足深水油气钻探的工程技术需求。目前，国内外针对强抑制性水基钻井液开展了大量研究，而适合深水钻井的同时具有强抑制性和稳定流变性的水基钻井液有待深入研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有强抑制性、可在大温差范围内保持稳定流变性的深水水基钻井液，具有与近似油基钻井液的抑制性，并且在“低温-高温”大温差条件下可保持稳定的流变性。为实现前述目的，根据本专利技术的第一方面，本专利技术提供了一种包被剂，该包被剂含有式(I)所示丙烯酰胺单体结构单元、式(II)所示抗温单体结构单元和式(III)所示阳离子单体结构单元；式(I)：式(II)：式(III)：其中，R1，R2各自独立地为H，C1-C15的直链或支链烷基，R3为H或C1-C5的直链或支链烷基。根据本专利技术的第二方面，本专利技术提供了本专利技术所述的包被剂的制备方法，其中，该方法包括：在聚合条件下，将丙烯酰胺、抗温单体和阳离子单体进行聚合反应。根据本专利技术的第三方面，本专利技术提供了本专利技术所述的包被剂在石油钻井用钻井液中的应用。根据本专利技术的第四方面，本专利技术提供了一种石油钻井用钻井液，其中，该钻井液中的包被剂含有本专利技术所述的包被剂。本专利技术所提供的钻井液，具有强抑制性和稳定流变性，采用常规的配制方法配制即可。本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：1、本专利技术的钻井液可有效抑制深水水敏性泥页岩水化引起的井壁失稳，其抑制性与油基钻井液相当。2、本专利技术的钻井液使用的包被剂，通过合成单体种类、分子量优化，兼顾了钻井液包被抑制性和低温流变性，避免了使用传统高分子包被抑制剂引起的钻井液低温严重增粘问题。3、本专利技术的钻井液可在典型的深水井筒“低温-高温”大温差范围内保持稳定的流变性，有利于深水钻井压力控制。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本专利技术提供了一种包被剂，该包被剂含有式(I)所示丙烯酰胺单体结构单元、式(II)所示抗温单体结构单元和式(III)所示阳离子单体结构单元；式(I)：式(II)：式(III)：其中，R1，R2各自独立地为H，C1-C15的直链或支链烷基，R3为H或C1-C5的直链或支链烷基。根据本专利技术所述的包被剂，其中，优选式(I)所示丙烯酰胺单体结构单元、式(II)所示抗温单体结构单元和式(III)所示阳离子单体结构单元的摩尔比为(2-20)∶(1-5)∶(1-10)。根据本专利技术所述的包被剂，其中，优选R1为甲基，癸基，十一烷基或十二烷基。根据本专利技术所述的包被剂，其中，优选R2为H或甲基。根据本专利技术所述的包被剂，其中，优选R3为H或甲基。根据本专利技术所述的包被剂，其中，优选包被剂的数均分子量为200000-400000。根据本专利技术所述的包被剂，其中，优选所述包被剂的阳离子度为1.1-1.25mmol/g。本专利技术的包被剂只要满足前述要求即可实现本专利技术的目的，对其制备方法无特殊要求，针对本专利技术，优选该方法包括：在聚合条件下，将丙烯酰胺、抗温单体和阳离子单体进行聚合反应，其中，优选所述抗温单体为结构如下式(Ⅳ)所示的化合物：式(Ⅳ)：和/或所述阳离子单体为结构如下式(Ⅴ)所示的化合物：式(Ⅴ)：根据本专利技术，优选R1，R2各自独立地为H，C1-C15的直链或支链烷基。根据本专利技术，优选R3为H或C1-C5的直链或支链烷基。根据本专利技术，优选R1为甲基，癸基，十一烷基或十二烷基。根据本专利技术，优选R2为H或甲基。根据本专利技术，优选R3为H或甲基。根据本专利技术，优选所述抗温单体为2-丙烯酰胺基十二烷基磺酸和/或2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸。根据本专利技术，优选所述阳离子单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和二甲基二烯丙基氯化铵中至少一种。根据本专利技术，聚合条件包括：在惰性气氛下聚合，温度为50-100℃，优选为60-80℃；和/或单体浓度为10-20重量％；时间为1-10h，优选为2-3h，以聚合溶液的总重计，引发剂的用量为0.1-1重量％。根据本专利技术，引发剂的种类为本领域的常规选择，针对本专利技术，优选所述引发剂为亚硫酸氢钠和/或过硫酸铵。根据本专利技术，终止剂的种类为本领域的常规选择，针对本专利技术，优选终止剂为巯基乙酸。根据本专利技术，优选还包括将聚合产品进行提纯，其中提纯方法无特殊要求，针对本专利技术优选提纯剂为丙酮。本专利技术中，单体浓度指的是聚合单体占聚合溶液的百分含量。本专利技术中，聚合溶液包括聚合单体和溶剂。本专利技术中，聚合过程中使用的溶剂为本领域的常规选择。本专利技术提供了本专利技术所述的包被剂在石油钻井用钻井液中的应用。本专利技术提供了一种石油钻井用钻井液，其中，该钻井液中的包被剂含有本专利技术所述的包被剂。根据本专利技术的一种优选实施方式，该钻井液中的包被剂60重量％以上为本专利技术所述的包被剂。根据本专利技术的一种优选实施方式，以重量份计，该钻井液包括：水100份，胺抑制剂2-3.5份，增粘剂0.1-0.5份，包被剂0.15-0.5份，降滤失剂0.8-5.5份，盐10-30份，液体润滑剂0-3份，配浆土0-3份，加重剂0-20份。本专利技术的钻井液主要改进在于包被剂、胺抑制剂、配浆土，对其它成分例如降滤失剂，盐，液体润滑剂，加重剂，增粘剂等都无特殊要求，可以为本领域的常规选择。根据本专利技术的一种优选实施方式，其中，所述胺抑制剂为聚胺和/或二甲基环己胺。根据本专利技术的一种优选实施方式，所述聚胺为由聚醚二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包被剂，该包被剂含有式(I)所示丙烯酰胺单体结构单元、式(II)所示抗温单体结构单元和式(III)所示阳离子单体结构单元；式(I)：式(II)：式(III)：和/或其中，R1，R2各自独立地为H，C1‑C15的直链或支链烷基，R3为H或C1‑C5的直链或支链烷基。

【技术特征摘要】
1.一种包被剂，该包被剂含有式(I)所示丙烯酰胺单体结构单元、式(II)所示抗温单体结构单元和式(III)所示阳离子单体结构单元；式(I)：式(II)：式(III)：和/或其中，R1，R2各自独立地为H，C1-C15的直链或支链烷基，R3为H或C1-C5的直链或支链烷基。2.根据权利要求1所述的包被剂，其中，式(I)所示丙烯酰胺单体结构单元、式(II)所示抗温单体结构单元和式(III)所示阳离子单体结构单元的摩尔比为(2-20)∶(1-5)∶(1-10)；和/或R1为甲基，癸基，十一烷基或十二烷基，R2为H或甲基，R3为H或甲基。3.根据权利要求1或2所述的包被剂，其中，包被剂的数均分子量为200000-400000；和/或阳离子度为1.1-1.25mmol/g。4.权利要求1-3中任意一项所述的包被剂的制备方法，其中，该方法包括：在聚合条件下，将丙烯酰胺、抗温单体和阳离子单体进行聚合反应，其中，优选所述抗温单体为结构如下式(Ⅳ)所示的化合物：式(Ⅳ)：和/或所述阳离子单体为结构如下式(Ⅴ)所示的化合物：式(Ⅴ)：和/或其中，R1，R2各自独立地为H，C1-C15的直链或支链烷基，和/或R3为H或C1-C5的直链或支链烷基；优选R1为甲基，癸基，十一烷基或十二烷基，R2为H或甲基，和/或R3为H或甲基；优选所述抗温单体为2-丙烯酰胺基十二烷基磺酸和/或2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸；和/或所述阳离子单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和二甲基二烯丙基氯化铵中至少一种。5.根据权利要求4所述的方法，其中，聚合条件包括：在惰性气氛下聚合，温度为50-100℃，优选为60-80℃；和/或单体浓度为10-20重量％；和/或时间为1-10h，优选为2-3h；和/或以聚合溶液的总重...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱正松，赵欣，钟汉毅，黄维安，张永君，周国伟，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37