超高温超高密度水基钻井液完井液用聚羧酸盐流型调节剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及超高温超高密度水基钻井液完井液用聚羧酸盐流型调节剂及其制备方法，由烯基苯磺酸盐、强亲水性阳离子烯基季铵盐和含有特定长链结构的烯丙基聚氧乙烯醚经水溶液自由基聚合反应生成的具有梳型结构的两性离子聚羧酸盐类多元共聚物，生成的多元共聚物分子链中含有7‑20个结构单元，重均分子量范围在6,500‑12,500。这种聚羧酸盐流型调节剂能够大幅降低超高温超高密度水基钻井液完井液的黏度和切力，改善水基钻井液完井液中固相加重材料分散状态，改善超高温超高密度水基钻井液完井液的流变性，明显降低超高温水基钻井液完井液的表面张力，增大超高温超高密度水基钻井液的润滑性能，且兼具泥页岩抑制性能和高温稳定性能，能够抗251℃以上的高温。

Polycarboxylate type flow regulator for ultra high temperature and ultra high density water base drilling fluid completion fluid and its preparation method

The invention relates to a polycarboxylate flow pattern regulator for ultra-high temperature and ultra-high density water-based drilling fluid completion fluid and a preparation method thereof. The amphoteric separation of comb-like structure formed by free radical polymerization of allyl benzene sulfonate, strong hydrophilic cationic allyl quaternary ammonium salt and allyl polyoxyethylene ether containing specific long chain structure in aqueous solution is described. The molecular chain of the polycarboxylate copolymers contains 7_20 structural units with a weight-average molecular weight of 6,500_12,500. This kind of polycarboxylate flow regime regulator can greatly reduce the viscosity and shear force of ultra-high temperature and ultra-high density water-based drilling fluid, improve the dispersion state of solid weighting materials in water-based drilling fluid, improve the rheology of ultra-high temperature and ultra-high density water-based drilling fluid, and obviously reduce the ultra-high temperature water-based drilling fluid completion fluid. Surface tension increases the lubrication performance of ultra-high temperature and ultra-high density water-based drilling fluid. It has both mud shale inhibition and high temperature stability, and can resist high temperature above 251%.

【技术实现步骤摘要】
超高温超高密度水基钻井液完井液用聚羧酸盐流型调节剂及其制备方法
：本专利技术涉及一种超高温超高密度水基钻井液完井液用聚羧酸盐流型调节剂及其制备方法，属于石油与天然气钻井工程、地球深部资源勘探与开发和地热井钻井工程中钻井液与完井液

技术介绍
：近年来，随着世界上油气勘探开发的纵深发展和我国的深部资源勘探、大陆科学钻探工程、地球深部探测计划等重大深地项目的持续推进，以及地热井钻井工程中钻遇的超高温储层愈来愈多，钻井工程过程中钻遇超高压地层(地层孔隙压力超过138MPa)和超高温地层(温度超过220℃)的概率逐年增加，因此，钻井过程中使用超高密度水基钻井液完井液体系、超高温水基钻井液完井液体系和超高温超高密度水基钻井液完井液体系的情况越来越多。然而，对于超高温地层，超高密度水基钻井液完井液的维护与处理往往异常复杂，经常陷入“加重→增稠→降粘→加重剂沉降→密度下降→再次加重”的恶性循环，影响钻井的顺利进行，甚至可能引起严重井下复杂事故。由于超高密度钻井液体系固相含量非常高，固相含量甚至高达50-60％，因而钻井液完井液的黏度和切力通常较大，超高温的井底环境条件又可引发一系列复杂的物理和化学反应，导致钻井液完井液的流动性能显著恶化，超高温超高密度钻井液体系的流变性的调控将变得异常困难，通常表现在两方面，一是难以配制成功具有流变性能较好的抗超高温超高密度钻井液完井液体系，二是难以维持正常钻进过程中超高温超高密度水基钻井液完井液流变性能的稳定。因此，如何有效改善超高温超高密度水基钻井液完井液的流动性，又能维持高密度固相加重材料的沉降稳定性，解决好超高温超高密度水基钻井液完井液流变性的调控问题是钻井工程顺利进行的关键技术之一，而研制出能够抗超高温的高性能流型调节剂是解决这一难题的有效技术途径。目前，钻井工程现场常常使用各种高分子化合物的降粘剂或稀释剂作为超高温超高密度水基钻井液完井液的流型调节剂，如磺甲基化丹宁、木质素磺酸盐、一些低相对分子质量的聚合物和低相对分子质量的聚合物接枝天然高分子材料等，但现有的这些降粘剂或稀释剂仍然存在功能性不全、抗温能力不足等特点。关于钻井液用流型调节剂也有多篇专利文件报道，例如：中国专利文件CN102485826A公开了一种低温微泡钻井液流型调节剂及其应用；该流型调节剂由黄原胶和无机硼交联剂配制而成，黄原胶与无机硼交联剂的质量比为1∶1～2∶1，该流型调节剂水溶物含量≥90％，水分含量≤15％，流型调节剂配制成0.5％水溶液后的pH值为5.0～7.0，表观粘度15～25mPa·s，微泡稳定时间≥24h，用作微泡钻井液流型调节剂，以微泡钻井液中每百克的水基计，其低温微泡钻井液流型调节剂用量为0.1～0.4克。再例如：中国专利文件CN107955586A公开了一种纤维素纳米纤维作为钻井液用流型调节剂的应用。纤维素纳米纤维应用于钻井液用流型调节剂，纤维素纳米纤维在钻井液的填加量为0.1～3.0％，按体积比。但是，诸如上述黄原胶和纤维素等属于天然高分子材料，这类材料受温度的影响较大，当温度超过120℃时，黄原胶和纤维素类高分子材料及其改性产品的分子结构在高温条件下极易受到破坏，从而致使黄原胶和纤维素类流型调节剂的高温失效，因而其并不能应用于高温或超高温钻井液完井液；另外，诸如上述流型调节剂对水基钻井液流变性的调节作用一般主要应用于低密度的钻井液与完井液的增粘与提切作用，不适用于高温高密度水基钻井液完井液和超高温超高密度水基钻井液完井液，即对含有高固相的高温或超高温水基钻井液完井液并不具有降粘、降切的作用。再例如：一些低相对分子质量的聚合物产品被用作为高温高密度水基钻井液完井液的流型调节剂或者降粘剂时，受限于其特定的分子结构，主要面临抗温性能差的技术问题，当温度超过180℃时，一般均会因高温而致使其失效，因而这类钻井液完井液用流型调节剂的抗温能力通常低于180℃，因此，其亦并不适用于超高温超高密度水基钻井液完井液中。然而，高性能聚羧酸盐类产品因其具有低掺量、强分散及绿色环保等优良性能，近年来被作为一种高效减水剂而用在混凝土水泥浆中调控其浆体的性能，也被作为一种强分散剂而用在水煤浆流变性的调控中使用。但聚羧酸盐被用在超高密度水基钻井液完井液中作为高效流型调节剂的研究和应用尚未有报道，而根据聚羧酸盐作用于高浓度固相颗粒浑浊液的分散作用机理，使得其在超高密度水基钻井液完井液中具有广阔的应用前景；另外，聚羧酸盐良好的抗温能力又使得其具有在超高温水基钻井液完井液中应用的潜力，因此，将聚羧酸盐用于超高温超高密度水基钻井液完井液用流型调节剂并克服传统钻井液完井液用传统流型调节剂面临的技术难题仍是本领域技术人员需要亟待解决的问题。
技术实现思路
：针对现有技术的不足，本专利技术提供一种能够抗超高温、大幅降低超高密度钻井液完井液的黏度和切力，降低超高温水基钻井液完井液的表面张力，改善超高温超高密度水基钻井液完井液中固相加重材料分散状态，改善超高温超高密度水基钻井液完井液的流变性，增大超高温超高密度水基钻井液的润滑性能，且兼具一定的泥页岩抑制性能和高温稳定性能的钻井液完井液用聚羧酸盐类流型调节剂。本专利技术的技术方案如下：一种超高温超高密度水基钻井液完井液用聚羧酸盐流型调节剂，具有式(I)所述的结构：该流型调节剂是由烯基苯磺酸盐、强亲水性阳离子烯基季铵盐和含有长链结构的烯丙基聚氧乙烯醚经水溶液自由基聚合反应生成的具有梳型结构的两性离子聚羧酸盐三元共聚物；式(I)中，x、y和z分别代表结构式中的阴离子反应单体烯基苯磺酸盐、烯丙基聚氧乙烯醚大单体和阳离子反应单体烯基季铵盐的摩尔数，m代表含有长链结构的烯丙基聚氧乙烯醚中聚氧烷基的重复链节数。根据本专利技术，优选的，所述的流型调节剂分子结构主链中，含有7-20个结构单元，重均分子量范围在6,500-12,500；摩尔比x﹕y＝(0.35-0.85)﹕(0.55-1.55)，烯基季铵盐的重量占烯基苯磺酸盐和烯丙基聚氧乙烯醚总重量的3-15％，m＝5-26。根据本专利技术，优选的，长链结构的烯丙基聚氧乙烯醚的不饱和度大于1.25mmol/g，羟值为85-155mgKOH/g。根据本专利技术，优选的，所述的流型调节剂分子结构主链中，含有10-15个结构单元，重均分子量范围在7,000-10,000；摩尔比x﹕y＝(0.45-0.65)﹕(0.75-1.25)，烯基季铵盐的重量占烯基苯磺酸盐和烯丙基聚氧乙烯醚总重量的3-8％，m＝5-15。根据本专利技术，优选的，所述的流型调节剂分子结构主链中，含有7-12个结构单元，重均分子量范围在10,000-12,000，摩尔比x﹕y＝(0.48-0.52)﹕(0.85-1.15)，烯基季铵盐的重量占烯基苯磺酸盐和烯丙基聚氧乙烯醚总重量的5-12％，m＝12-15。根据本专利技术，上述超高温超高密度水基钻井液完井液用聚羧酸盐流型调节剂的制备方法，包括如下步骤：将反应物烯基苯磺酸盐、强亲水性阳离子烯基季铵盐和含有长链结构的烯丙基聚氧乙烯醚按照比例加入装有溶剂的反应釜中，将催化剂加入到溶剂中充分溶解后倒入反应釜中，用溶剂调整反应物混合液浓度，通过水浴加热或蒸汽加热的方式加热反应釜中的混合液，维持反应时间，终止反应，冷却至室温，即得超高温超高密度水基钻井液完本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超高温超高密度水基钻井液完井液用聚羧酸盐流型调节剂，其特征在于，该流型调节剂具有式(I)所述的结构：

【技术特征摘要】
1.一种超高温超高密度水基钻井液完井液用聚羧酸盐流型调节剂，其特征在于，该流型调节剂具有式(I)所述的结构：该流型调节剂是由烯基苯磺酸盐、强亲水性阳离子烯基季铵盐和含有长链结构的烯丙基聚氧乙烯醚经水溶液自由基聚合反应生成的具有梳型结构的两性离子聚羧酸盐三元共聚物；式(I)中，x、y和z分别代表结构式中的阴离子反应单体烯基苯磺酸盐、烯丙基聚氧乙烯醚大单体和阳离子反应单体烯基季铵盐的摩尔数，m代表含有长链结构的烯丙基聚氧乙烯醚中聚氧烷基的重复链节数。2.根据权利要求1所述的聚羧酸盐流型调节剂，其特征在于，所述的流型调节剂分子结构主链中，含有7-20个结构单元，重均分子量范围在6,500-12,500；摩尔比x﹕y＝(0.35-0.85)﹕(0.55-1.55)，烯基季铵盐的重量占烯基苯磺酸盐和烯丙基聚氧乙烯醚总重量的3-15％，m＝5-26。3.根据权利要求1所述的聚羧酸盐流型调节剂，其特征在于，长链结构的烯丙基聚氧乙烯醚的不饱和度大于1.25mmol/g，羟值为85-155mgKOH/g。4.根据权利要求1所述的聚羧酸盐流型调节剂，其特征在于，所述的流型调节剂分子结构主链中，含有10-15个结构单元，重均分子量范围在7,000-10,000；摩尔比x﹕y＝(0.45-0.65)﹕(0.75-1.25)，烯基季铵盐的重量占烯基苯磺酸盐和烯丙基聚氧乙烯醚总重量的3-8％，m＝5-15。5.根据权利要求1所述的聚羧酸盐流型调节剂，其特征在于，所述的流型调节剂分子结构主链中，含有7-12个结构单元，重均分子量范围在10,000-12,000，摩尔比x﹕y＝(0.48-0.52)﹕(0.85-1....

【专利技术属性】
技术研发人员：毛惠，邱正松，黄维安，何勇明，刘伟，邓虎成，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：四川,51