一种环保型抗高温饱和盐水高密度聚合物钻井液体系及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种环保型抗高温饱和盐水高密度聚合物钻井液体系及其制备方法与应用。该环保型抗高温饱和盐水高密度聚合物钻井液体系包括以下质量份原料：水100份、膨润土1

【技术实现步骤摘要】
一种环保型抗高温饱和盐水高密度聚合物钻井液体系及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及一种环保型抗高温饱和盐水高密度聚合物钻井液体系及其制备方法与应用，属于涉及石油工业的油田化学领域。

技术介绍

[0002]随着中浅层油气资源的逐渐短缺，深层超深层油气钻探已成为获取更多油气资源的重要途径和方向。但是深部地层井底温度压力高、地质条件复杂(大多存在盐岩层、盐膏层)、对钻井液的性能提出了巨大的挑战。如果钻井液不能满足性能要求，会引发井塌、卡钻、井漏、井喷等复杂情况或安全事故，严重制约钻井安全和效率。
[0003]深部地层钻井液的技术难点包括：第一，井底温度高，对钻井液的抗温性要求高。第二，井底压力大，钻井液需要有足够高的密度来平衡地层压力。第三，钻遇盐岩层或盐膏层，对钻井液抗盐性能要求高。通常会使用油基钻井液或饱和盐水钻井液来防止盐的溶解。目前抗高温饱和盐水钻井液通常会使用磺化类的材料来控制高温高压滤失量以及封堵地层微孔缝。在国内，常用的磺化材料主要有：磺化沥青，磺化褐煤，磺甲基酚醛树脂，磺化栲胶，磺化单宁。在高温水基钻井液中，为了控制滤失量，磺化材料的加量甚至高达6
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15％。近年来，考虑到环境原因，部分地区逐渐开始限制磺化材料的使用。因此，不使用磺化材料的抗高温饱和盐水钻井液逐渐成为钻井工程界研究的重点和难点。尤其是在高密度条件下，钻井液体系的流变和滤失性能调控难度更大。除此之外，三高(高温、高盐、高密度)条件下，钻井液体系的润滑性能也需要重视。
[0004]使用合成聚合物作为关键材料的聚合物钻井液具有巨大的研究和应用前景。如何研制抗高温抗盐的处理剂是构建环保型抗高温抗盐钻井液体系的关键，在处理剂分子结构设计方面，目前研究主要包括在聚合物分子结构中引入阳离子单体、含环结构单体或疏水单体等提高聚合物的抗温抗盐性能。在聚合物降滤失剂方面，钻赛坦公司的抗高温降滤失剂Dristemp和Driscal D是行业中的优秀产品，关于抗高温聚合物降滤失剂的合成，诸多文献报道了2
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丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸 (AMPS)是的非常关键的单体，例如：中国专利文献CN104531104A和CN105176499A均使用AMPS作为关键的合成原料来制备抗高温抗盐降滤失剂；在环保型抗高温抗盐封堵剂方面，使用以苯乙烯为主要原料的聚合物颗粒得到了越来越多的研究，例如：中国专利文献CN111138594A公布了一种交联结构的改性聚苯乙烯树脂材料，具有优良的降滤失、封堵防塌性能，并且具有较好的抗温性能，能够实现对高温地层的有效封堵防塌。除了使用抗高温抗盐的环保型材料之外，如何利用各种材料的协同增效作用提高钻井液体系的抗温抗盐性能是构建环保型抗高温抗盐钻井液体系的另一关键。
[0005]现有钻井液体系的构建主要存在以下技术问题：(1)现有的环保型钻井液体系，使用天然高分子及其改性材料作为增粘降滤失剂，抗温抗盐能力不足，高温条件下易降解失效，不能满足深部高温地层钻探需求；(2)现有的抗高温水基钻井液体系大多使用磺化材料来调控钻井液的滤失性能，磺化材料虽然具有抗温性能，但是其存在毒性大，难以降解的问
题，在环境敏感区域被逐渐弃用；(3)高密度条件下，为了调控钻井液体系的流变性，对处理剂的性能要求进一步提升，而现有处理剂难以满足上述要求。
[0006]目前，现有钻井液体系的构建主要存在抗温性和环保型不能兼顾的问题，缺乏不使用磺化材料的抗高温高密度饱和盐水钻井液，难以满足深层超深层油气的钻探。因此研制一种不使用磺化材料的抗高温高密度饱和盐水钻井液体系对于保证深层超深层油气的钻探具有重要的意义。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的不足，尤其是目前环保型抗高温抗盐钻井液体系的构建存在抗温性和环保型不能兼顾的问题，本专利技术提供了一种环保型抗高温饱和盐水高密度聚合物钻井液体系及其制备方法与应用。本专利技术的环保型高密度钻井液体系能够抗200℃高温、抗饱和盐，具有良好流变、封堵和润滑性能，满足了环境敏感地区的环保要求。
[0008]本专利技术所采取的技术方案如下：
[0009]一种环保型抗高温饱和盐水高密度聚合物钻井液体系，包括以下质量份原料：水100份、膨润土1
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2份、凹凸棒土1
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2份、碱度调节剂0.1
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0.4份、抗高温抗盐降滤失剂2
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3份、聚合醇2
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3份、柔性封堵剂1
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4份、聚合物刷润滑剂2
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5份、氯化钠36.5份、甲酸盐3
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8份。
[0010]根据本专利技术优选的，所述抗高温抗盐降滤失剂按照下述方法制备得到：
[0011]将N,N
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二甲基丙烯酰胺、2
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丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸(AMPS)、疏水缔合阳离子单体、带环结构的乙烯基单体和乳化剂溶于水中，调节体系pH为7.0
‑
8.0；在氮气环境下升温至60
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70℃后加入引发剂，在60
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70℃条件下反应0.5
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1小时后加入纳米交联剂，继续反应3
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5小时；反应完成后，将所得产物烘干粉碎，即得抗高温抗盐降滤失剂；所述抗高温抗盐降滤失剂为具有微交联结构的两性离子聚合物。
[0012]优选的，所述疏水缔合阳离子单体为羧甲基十八烷基甲基二烯丙基氯化铵，十六烷基二甲基烯丙基氯化铵、十二烷基二甲基烯丙基氯化铵、十四烷基二甲基烯丙基氯化铵中的一种；所述羧甲基十八烷基甲基二烯丙基氯化铵，十六烷基二甲基烯丙基氯化铵、十二烷基二甲基烯丙基氯化铵、十四烷基二甲基烯丙基氯化铵的结构式分别如下式I
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IV所示：
[0013][0014]优选的，所述带环结构的乙烯基单体为N
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乙烯基吡咯烷酮、苯乙烯、苯乙烯磺酸钠中的一种。
[0015]优选的，所述N,N
‑
二甲基丙烯酰胺、2
‑
丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸(AMPS)、疏水缔合阳离子单体、带环结构的乙烯基单体的质量比为20
‑
30:40
‑
55:5
‑
10:12
‑
25。
[0016]优选的，所述乳化剂为Span20，所述乳化剂的质量为N,N
‑
二甲基丙烯酰胺、 2
‑
丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸(AMPS)、疏水缔合阳离子单体、带环结构的乙烯基单体总质量的0.1
‑
0.3％；所述乳化剂的质量与水的体积之比为0.1
‑
0.2g:100mL。
[0017]优选的，使用质量分数为30
‑
40％的氢氧化钠水溶液调节体系pH为7.0
‑
8.0。
[0018]优选的，所述引本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种环保型抗高温饱和盐水高密度聚合物钻井液体系，其特征在于，包括以下质量份原料：水100份、膨润土1
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2份、凹凸棒土1
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2份、碱度调节剂0.1
‑
0.4份、抗高温抗盐降滤失剂2
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3份、聚合醇2
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3份、柔性封堵剂1
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4份、聚合物刷润滑剂2
‑
5份、氯化钠36.5份、甲酸盐3
‑
8份。2.根据权利要求1所述环保型抗高温饱和盐水高密度聚合物钻井液体系，其特征在于，所述抗高温抗盐降滤失剂按照下述方法制备得到：将N,N
‑
二甲基丙烯酰胺、2
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丙烯酰胺
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甲基丙磺酸、疏水缔合阳离子单体、带环结构的乙烯基单体和乳化剂溶于水中，调节体系pH为7.0
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8.0；在氮气环境下升温至60
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70℃后加入引发剂，在60
‑
70℃条件下反应0.5
‑
1小时后加入纳米交联剂，继续反应3
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5小时；反应完成后，将所得产物烘干粉碎，即得抗高温抗盐降滤失剂；所述抗高温抗盐降滤失剂为具有微交联结构的两性离子聚合物。3.根据权利要求2所述环保型抗高温饱和盐水高密度聚合物钻井液体系，其特征在于，所述疏水缔合阳离子单体为羧甲基十八烷基甲基二烯丙基氯化铵，十六烷基二甲基烯丙基氯化铵、十二烷基二甲基烯丙基氯化铵、十四烷基二甲基烯丙基氯化铵中的一种；所述带环结构的乙烯基单体为N
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乙烯基吡咯烷酮、苯乙烯、苯乙烯磺酸钠中的一种；优选的，所述N,N
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二甲基丙烯酰胺、2
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丙烯酰胺
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甲基丙磺酸、疏水缔合阳离子单体、带环结构的乙烯基单体的质量比为20
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30:40
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55:5
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10:12
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25。4.根据权利要求2所述环保型抗高温饱和盐水高密度聚合物钻井液体系，其特征在于，所述乳化剂为Span20，所述乳化剂的质量为N,N
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二甲基丙烯酰胺、2
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丙烯酰胺
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甲基丙磺酸、疏水缔合阳离子单体、带环结构的乙烯基单体总质量的0.1
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0.3％；所述乳化剂的质量与水的体积之比为0.1
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0.2g:100mL；使用质量分数为30
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40％的氢氧化钠水溶液调节体系pH为7.0
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8.0；所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾；所述引发剂的质量为N,N<...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄贤斌，孙金声，吕开河，黎剑，王金堂，刘锋报，李美春，刘敬平，白英睿，金家锋，史胜龙，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：