含超分子材料的水基钻井液用添加剂组合物和水基钻井液及其应用制造技术

本发明专利技术涉及油气钻井领域，具体涉及含超分子材料的水基钻井液用添加剂组合物和水基钻井液及其应用。所述组合物含有提切剂和降滤失剂，所述提切剂为由CaO、C、SiO2和结合水结合而成的超分子材料；所述降滤失剂为含有由式(1)所示的单体提供的结构单元、式(2)所示的单体提供的结构单元、式(3)所示的单体提供的结构单元和交联剂提供的交联结构的交联共聚物。本发明专利技术的组合物作为水基钻井液添加剂具有良好的抗高温抗高盐性能；含有本发明专利技术的本发明专利技术的组合物作为添加剂的水基钻井液能够在盐侵后仍能维持良好的流变性，即低粘度、高切力与强剪切稀释性。

Water base drilling fluid additive composition and water base drilling fluid containing supramolecular material and its application

The invention relates to the field of oil and gas drilling, in particular to additive compositions for water-based drilling fluids containing supramolecular materials and water-based drilling fluids and their applications. The composition contains a lifting agent and a filter reducer, the lifting agent is a supramolecular material composed of CaO, C, SiO2 and bound water, and the filter reducer is a structural unit provided by a monomer provided by a monomer shown in formula (1), a structural unit provided by a monomer shown in formula (2), and a structural unit provided by a monomer shown in formula (3) and a crosslinking agent provided by a monomer shown in formula (3). The crosslinked copolymer provided by the agent. The composition of the invention has good high temperature resistance and high salt resistance as an additive of water-based drilling fluid, and the water-based drilling fluid containing the composition of the invention as an additive can maintain good rheological properties after salt invasion, namely, low viscosity, high shear force and strong shear dilution.

【技术实现步骤摘要】
含超分子材料的水基钻井液用添加剂组合物和水基钻井液及其应用
本专利技术涉及油气钻井领域，具体涉及含超分子材料的水基钻井液用添加剂组合物和水基钻井液及其应用。
技术介绍
传统聚合物水基钻井液的流变性一直不够理想。在卡森模式下，钻井液的极限高剪切粘度η∞过高、卡森动切力τc不够大，剪切稀释性指数Im值较低，使得钻井液的悬浮、携带能力与提高钻速能力难以兼顾，泥浆泵功率不能高效地用于井底破岩。更为重要的是，传统聚合物水基钻井液中使用的聚合物处理剂的耐盐性能不佳，护胶能力不足，使得钻井液在大量盐侵后性能恶化，且无法在高温情况下维持稳定。为实现聚合物水基钻井液的抗高温抗高盐性能，一直以来均大量使用磺化材料，如磺化酚醛树脂、磺化沥青等。然而，磺化材料存在非常严重的环保问题，同时具有降低切力的负面作用，会使钻井液的悬浮、携带能力大幅下降。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够兼具低粘度和高切力的含超分子材料的水基钻井液用添加剂组合物和水基钻井液及其应用，含有本专利技术的组合物的水基钻井液具有强剪切稀释性和良好的抗温抗盐能力。为了实现上述目的，本专利技术一方面提供一种水基钻井液用添加剂组合物，所述组合物含有提切剂和降滤失剂；其中，所述提切剂为由CaO、C、SiO2和结合水结合而成的超分子材料；所述降滤失剂为含有由式(1)所示的单体提供的结构单元、式(2)所示的单体提供的结构单元、式(3)所示的单体提供的结构单元和交联剂提供的交联结构的交联共聚物；所述交联共聚物的数均分子量为550,000-900,000；式(1)式(2)式(3)其中，R1、R1'、R2'、R3和R3'各自独立地选自H和C1-C6的烷基；当R2选自H或C1-C6的烷基时，R2”选自-L1-CH(L2-COOM)-L3-COOM；而当R2选自-L2-COOM时，R2”选自-L3-COOM；其中，L1选自C0-C6的亚烷基、-CO-NH-L'-或-CO-O-L”-，L'和L”各自独立地选自C0-C6的亚烷基；L2和L3各自独立地选自C0-C6的亚烷基；M各自独立地选自H和碱金属元素；L4选自C0-C6的亚烷基；R4、R5和R6各自独立地选自C1-C6的烷基；X为卤素。本专利技术第二方面提供了上述组合物在水基钻井液中作为添加剂的应用。本专利技术第三方面提供了含有上述组合物的水基钻井液。本专利技术第四方面提供了上述水基钻井液在油气钻井中的应用。本专利技术的组合物作为水基钻井液添加剂具有良好的抗高温抗高盐性能；含有本专利技术的本专利技术的组合物作为添加剂的水基钻井液能够在盐侵后仍能维持良好的流变性，即低粘度、高切力与强剪切稀释性。附图说明图1是本专利技术所得的超分子材料在水中形成的聚集体的TEM图。具体实施方式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。本专利技术一方面提供一种水基钻井液用添加剂组合物，所述组合物含有提切剂和降滤失剂；其中，所述提切剂为由CaO、C、SiO2和结合水结合而成的超分子材料；所述降滤失剂为含有由式(1)所示的单体提供的结构单元、式(2)所示的单体提供的结构单元、式(3)所示的单体提供的结构单元和交联剂提供的交联结构的交联共聚物；所述交联共聚物的数均分子量为550,000-900,000；式(1)式(2)式(3)其中，R1、R1'、R2'、R3和R3'各自独立地选自H和C1-C6的烷基；当R2选自H或C1-C6的烷基时，R2”选自-L1-CH(L2-COOM)-L3-COOM；而当R2选自-L2-COOM时，R2”选自-L3-COOM；其中，L1选自C0-C6的亚烷基、-CO-NH-L'-或-CO-O-L”-，L'和L”各自独立地选自C0-C6的亚烷基；L2和L3各自独立地选自C0-C6的亚烷基；M各自独立地选自H和碱金属元素；L4选自C0-C6的亚烷基；R4、R5和R6各自独立地选自C1-C6的烷基；X为卤素。根据本专利技术，本专利技术的超分子材料由CaO、C、SiO2和结合水结合而成，也认为所述超分子材料由CaO、C、SiO2和结合水通过化学键合和分子间作用力结合而成(如下文中所描述的高温陈化过程，也可描述为超分子材料由CaO、C、SiO2和结合水通过水热合成的方式而彼此结合制成)，该超分子材料之间可以在水中通过分子间作用力形成超分子聚集体，即形成结构可逆的水凝胶，由此称为超分子材料。根据本专利技术，优选地，所述超分子材料中，CaO、C和SiO2的摩尔比为1：0.05-2：0.1-5，优选为1：0.1-1.5：0.5-3，更优选为1：0.15-1：0.8-2，更进一步优选为1：0.4-0.8：1.2-1.8。其中，结合水的含量可以在较宽范围内变动，例如CaO和结合水的摩尔比值为0.01以上，优选为0.05以上，更优选为0.1以上，更进一步优选为0.1-10，例如为0.1-1。在本专利技术的一种优选的实施方式中，所述超分子材料由式CaO·xC·ySiO2·mH2O所表示，其中，x为0.05-2，优选为0.1-1.5，更优选为0.15-1，更进一步优选为0.4-0.8；y为0.1-5，优选为0.5-3，更优选为0.8-2，更进一步优选为1.2-1.8；m为0.01以上，优选为0.05以上，更优选为0.1以上，更进一步优选为0.1-10，例如为0.1-1。根据本专利技术，所述超分子材料在水中将形成多个超分子材料的聚集体，在低剪切条件中，这样的聚集体不会散开，以提高体系粘度和携岩能力而在高剪切这样的聚集体将被分开为单个超分子材料或者更小尺寸的聚集体，易于被迅速泵入井底，获得更好的水力破岩效果；从而这样的超分子材料作为提切剂能够与本专利技术的降滤失剂良好地配合，以便使得含有本专利技术组合物的水基钻井液表现出优良的抗高温抗高盐性能，以及低粘度、高切力与强剪切稀释性。所述超分子材料是由CaO、C、SiO2和结合水结合得到，其具有一定的粒度，优选地，所述超分子材料(即单个超分子材料)的平均粒度为10-100nm，优选为20-50nm。根据本专利技术，优选情况下，该超分子材料的制备方法包括：(1)在含水溶剂中，且在碱性条件下，将钙源、碳源和硅源进行混合；(2)将混合所得混合物进行陈化，而后进行固液分离，并干燥所得固相；其中，所述钙源为氧化钙和/或氢氧化钙，所述碳源为石墨、石墨烯、氧化石墨和氧化石墨烯中的一种或多种，所述硅源为二氧化硅；所述陈化的条件包括：温度为100℃以上，时间为10h以上。根据本专利技术，所述钙源、碳源和硅源的用量可以根据所需的超分子材料中的组成进行适当地调整，优选地，以CaO计的钙源、以C计的碳源和以SiO2计的硅源的摩尔比为1：0.05-2：0.1-5，优选为1：0.1-1.5：0.5-3，更优选为1：0.15-1：0.8-2，更进一步优选为1：0.4-0.8：1.2-1.8。在本专利技术的一种优选的实施方式中，所述钙源为氧化钙，所述碳源为石墨，所述硅源为二氧化硅。其中，氧化钙优选采用氧化钙粉，其粒度为1-10μm；石墨优选采用石墨粉，其粒度为5-15μm；二氧化硅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水基钻井液用添加剂组合物，其特征在于，所述组合物含有提切剂和降滤失剂；其中，所述提切剂为由CaO、C、SiO2和结合水结合而成的超分子材料；所述降滤失剂为含有由式(1)所示的单体提供的结构单元、式(2)所示的单体提供的结构单元、式(3)所示的单体提供的结构单元和交联剂提供的交联结构的交联共聚物；所述交联共聚物的数均分子量为550,000‑900,000；式(1)

【技术特征摘要】
1.一种水基钻井液用添加剂组合物，其特征在于，所述组合物含有提切剂和降滤失剂；其中，所述提切剂为由CaO、C、SiO2和结合水结合而成的超分子材料；所述降滤失剂为含有由式(1)所示的单体提供的结构单元、式(2)所示的单体提供的结构单元、式(3)所示的单体提供的结构单元和交联剂提供的交联结构的交联共聚物；所述交联共聚物的数均分子量为550,000-900,000；式(1)式(2)式(3)其中，R1、R1'、R2'、R3和R3'各自独立地选自H和C1-C6的烷基；当R2选自H或C1-C6的烷基时，R2”选自-L1-CH(L2-COOM)-L3-COOM；而当R2选自-L2-COOM时，R2”选自-L3-COOM；其中，L1选自C0-C6的亚烷基、-CO-NH-L'-或-CO-O-L”-，L'和L”各自独立地选自C0-C6的亚烷基；L2和L3各自独立地选自C0-C6的亚烷基；M各自独立地选自H和碱金属元素；L4选自C0-C6的亚烷基；R4、R5和R6各自独立地选自C1-C6的烷基；X为卤素。2.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述提切剂和降滤失剂的重量比为100：80-400，优选为100：100-300。3.根据权利要求1或2所述的组合物，其中，R1、R1'、R2'、R3和R3'各自独立地选自H和C1-C4的烷基；当R2选自H或C1-C4的烷基时，R2”选自-L1-CH(L2-COOM)-L3-COOM；而当R2选自-L2-COOM时，R2”选自-L3-COOM；其中，L1选自C0-C4的亚烷基、-CO-NH-L'-或-CO-O-L”-，L'和L”各自独立地选自C0-C4的亚烷基；L2和L3各自独立地选自C0-C4的亚烷基；L4选自C0-C4的亚烷基；R4、R5和R6各自独立地选自C1-C4的烷基；优选地，R1、R1'、R2'、R3和R3'各自独立地选自H、甲基、乙基和正丙基；当R2选自H、甲基、乙基或正丙基时，R2”选自-L1-CH(L2-COOM)-L3-COOM；而当R2选自-L2-COOM时，R2”选自-L3-COOM；其中，L1选自C0的亚烷基、-CH2-、-CH2-CH2-、-CH2-CH2-CH2-、-CH(CH3)-CH2-、-CH2-CH(CH3)-、-CH2-(CH2)2-CH2-、-CO-NH-、-CO-NH-CH2-、-CO-NH-CH2-CH2-、-CO-NH-CH2-CH2-CH2-、-CO-O-、-CO-O-CH2-、-CO-O-CH2-CH2-或-CO-O-CH2-CH2-CH2-；L2和L3各自独立地选自C0的亚烷基、-CH2-、-CH2-CH2-、-CH2-CH2-CH2-、-CH(CH3)-CH2-、-CH2-CH(CH3)-和-CH2-(CH2)2-CH2-；M各自独立地选自H、Li、Na和K；L4选自C0的亚烷基、-CH2-、-CH2-CH2-、-CH2-CH2-CH2-、-CH(CH3)-CH2-、-CH2-CH(CH3)-和-CH2-(CH2)2-CH2-；R4、R5和R6各自独立地选自甲基、乙基和正丙基；X为F、Cl或Br。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的组合物，其中，所述交联共聚物中，由式(1)所示的单体提供的结构单元、式(2)所示的单体提供的结构单元和式(3)所示的单体提供的结构单元的摩尔...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋官澄，贺垠博，王凯，崔物格，杨丽丽，马光长，伍贤柱，高德利，刘海洋，赵利，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11