钻井液用增粘抑制型聚合物及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种钻井液用增粘抑制型聚合物及其制备方法和应用，属于钻井液处理剂领域，该聚合物由2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和丙烯酸、丙烯酰胺的按7∶6∶7的质量配比聚合而成，共聚物粘均分子量800～1200万，并且钙离子螯合量达到130mg/g以上；制备方法包括以下步骤：丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸用碱中和pH后，加入丙烯酰胺，搅拌混合均匀后通氮除氧保护单体溶液，反应四个小时后加入石灰水继续反应。在钻井液中的应用：向水基钻井液中加入该聚合物作为增粘剂和抑制剂。本发明专利技术解决增粘剂、抑制剂等处理剂功能单一且加量大的问题；提高处理剂抗盐、抗温的性能。

【技术实现步骤摘要】
钻井液用增粘抑制型聚合物及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种用于钻井液中，以提高其增粘包被性能，抑制粘土分散的螯合金 属离子聚合物。
技术介绍
中国经济的快速发展带动能源消费量急剧增加。能源最重要的种类是石油和天然 气。钻井工程是油气资源获得的首要手段。 随着油气资源的大力开发，常规油气藏储层的资源已经无法满足日益增加的油气 资源消费量。人们开始大力发展以页岩层为代表的非常规油气藏储层的勘探和钻井技术。 我国页岩气藏资源量丰富，根据页岩气藏的特点为了更好地利用储层中的天然裂缝，并且 使井筒穿越更多储层，采用水平钻井、定向钻井等技术成为首选。非常规油气资源正在成为 中国油气勘探的重要对象之一，其中泥页岩油气藏是目前具现实意义的选择。为此，归纳了 中国非常规泥页岩油气藏的特征：①暗色泥页岩主要包括海相、海陆交互相、陆相泥岩和页 岩；②常见的类型包括泥质泥页岩、碳质泥页岩、硅质泥页岩、钙质泥页岩；③主要形成于 缺氧的闭塞海湾、漏湖、湖泊深水区、欠补偿盆地及深水陆棚等沉积环境中；④暗色泥页岩 有效性指标主要概括为：总有机碳含量超过0. 5%、脆性矿物含量超过40%、埋藏深度浅于 4000m、有效厚度大于30m、有效面积大于50km2。基于暗色泥页岩广泛分布和对其油气勘探 已取得的突破，认为中国泥页岩气的资源量介于60X1012?80X1012m3,勘探开发潜力大， 是今后油气勘探的重要领域之一。由于泥页岩储层的易垮塌性质使得包被抑制剂的使用显 得尤为重要。 在油气井钻探过程中，通常采用钻井液来润滑钻头、传递水动力、携带和悬浮钻屑 以及抑制富含水敏性粘土矿物的活性一页岩的水化膨胀。目前国内钻井行业中，水基 钻井液在实际应用中一直占据着主导地位。但在水基钻井液的使用过程中，其又特别容易 导致粘土吸水后膨胀，这种现象对钻井作业非常不利。 粘土吸水后膨胀会导致钻头泥包、高扭矩、高摩阻，甚至井壁坍塌、缩径钻孔等井 眼不稳定问题的发生，最终导致钻井速率降低，施工成本增加，严重时甚至可能导致整口井 报废。据统计，在油气井钻进过程中，所遭遇地层中的75%含有页岩，而90%的井眼不稳定 及相关问题与粘土吸水后膨胀有关。每年，全球由于粘土吸水后膨胀所带来的经济损失超 过5亿美元。 从粘土膨胀机理来看，采用水基钻井液时，粘土的膨胀通常可以通过如下两种方 式进行控制。一种是通过向水基钻井液中加入处理剂，增大滤液黏度，降低滤液水的活度， 产生类似于油基钻井液膜效应的高渗透压，从而阻止滤液侵入页岩，以达到控制粘土膨胀 的目的。相关的处理剂包括：烷基葡萄糖苷、硅酸盐、NaCl、甲（乙）酸盐和一些二价盐（如 CaCl2/CaBr2/ZnCl2/MgCl2/MgBr2/ZnBr2等）。其中，硅酸盐还能与页岩孔隙中的Ca2+、Mg2+结 合，快速生成沉淀物，起到封堵作用，进一步阻止滤液侵入。除此之外，像PHPA(高相对分子 量聚合物处理剂的典型代表）则通过聚合物包被作用裹在粘土颗粒表面，从而达到控制粘 土渗透膨胀的目的。另一种处理方式则是通过将处理剂（例如KC1、聚合醇、胺或铵类化合 物）直接插入到粘土层间，从而抑制粘土的晶格膨胀。这两类处理剂均称为页岩膨胀抑制 齐U，目前市场上相关产品较多，在现场应用过程中，也收到了不错的效果。 现有增粘抑制剂的缺陷： 1)性能较为单一，无法兼顾增粘剂和抑制剂两种处理剂的效果，导致处理剂添加 量较大，钻井液体系不稳定。 2)在储层中抗盐及抗温性能较差，高温下易断链分解失效，对于高温的井下环境 无法达到理想的效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：提出一种钻井液用增粘抑制型聚合物及其制备方法和应用， 解决增粘剂、抑制剂等处理剂功能单一且加量大的问题；提高处理剂抗盐、抗温的性能。 本专利技术目的通过下述技术方案来实现： 一种钻井液用增粘抑制型聚合物，由2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和丙烯酸、丙烯 酰胺的按7:6:7的质量配比聚合而成，共聚物粘均分子量800?1200万，并且钙离子螯合 量达到130mg/g以上。 前述钻井液用增粘抑制型聚合物的制备方法，包括以下步骤：丙烯酸和2-丙烯酰 胺-2-甲基丙磺酸用碱中和pH后，加入丙烯酰胺，再在反应容器中加入十二烷基磺酸钠， 搅拌混合均匀后通氮除氧保护单体溶液，再后加氯化铝、亚硫酸氢钠和过硫酸铵，将体系升 温至反应温度，反应四个小时后加入石灰水继续反应，最后升温至共沸点脱水，脱水量达到 要求后结束反应，将反应液过滤、烘干、粉碎后得到粉状产物即为钻井液用增粘抑制型聚合 物。 作为选择，所述的钻井液用增粘抑制型聚合物的制备方法，包括以下步骤：反应器 中加入单体2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和单体丙烯酸使其溶入去离子水中，用K0H中和至 pH值为7,然后加入单体丙烯酰胺，其中2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和丙烯酸、丙烯酰胺的 质量配比为7:6:7,然后加入去离子水配成质量分数40%的单体溶液，然后加入相对单体 质量2%的催化剂十二烷基磺酸钠，搅拌混合均匀后通氮除氧保护单体溶液，然后加入复合 引发剂：质量配比为2:3:5的氯化铝、亚硫酸氢钠、过硫酸铵，引发剂浓度为3. 3mol/L，将体 系升温至80?100°C，混合反应四个小时后完成共聚，共聚物粘均分子量800?1200万，最 后加入饱和石灰水，搅拌反应30分钟后升温至体系共沸点脱水，脱水量达到40%后结束反 应，将反应液过滤，取得胶体，将胶体清洗、烘干、粉碎后得到淡黄色粉状产物，即为最终产 物。 前述增粘抑制型聚合物在钻井液中的应用，向水基钻井液中加入该聚合物作为增 粘剂和抑制剂，其添加量相对水基钻井液质量最低可至千分之二，增粘效果表现为表观粘 度提高300 %?500 %，抑制剂效果抑制率大于60 %，在储层中抗盐性能表现为在浓度为 7 %的盐水浆中增粘抑制性能较淡水浆中降低率在15 %以内，抗温性能表现为在160°C下 热滚16小时后的浆液性能较热滚前降低率在15%以内。 本专利技术方案，通过添加AMPS单体以提升聚合物的抗温性能，同时AMPS在共聚时引 入长侧链有助于提升聚合物粘度，可用于高温井下环境； 通过三种单体的共聚提升聚合物对二价离子的螯合效果，螯合钙离子减小在盐水 中的粘度降低率，提升抗盐能力，提高对页岩层水化膨胀的抑制性，可用于盐水、饱和盐水 钻井液体系； 高分子量的三元聚合物具有包被钻屑和抑制粘土分散造浆，解决了钻井液粘度不 易控制的问题； 有稳定井壁、降低摩阻、改善泥饼质量的效果。 本专利技术的有益效果： 1)指标： 水分，％ 矣10. 00 筛佘（20目），％ 彡20. 00 表观粘度，mPa*s 彡15. 00 岩心线性膨胀降低率％ >60. 00 pH值 彡8 2)钻井液性能： 1、淡水试样浆： 表观粘度，mPa ? s ^ 20. 00 塑性粘度，mPa ? s 彡 4. 00 滤失量，ml ^ 13. 00 2、盐水试样浆（未滚前）： 表观粘度，mPa ? s ^ 20. 00 塑性粘度，mPa ? s 彡 6. 00 滤失量，ml ^ 13. 00 3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钻井液用增粘抑制型聚合物，其特征在于：由2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸和丙烯酸、丙烯酰胺的按7:6:7的质量配比聚合而成，共聚物粘均分子量800～1200万，并且钙离子螯合量达到130mg/g以上。

【技术特征摘要】
1. 一种钻井液用增粘抑制型聚合物，其特征在于：由2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和丙 烯酸、丙烯酰胺的按7:6:7的质量配比聚合而成，共聚物粘均分子量800?1200万，并且钙 离子螯合量达到130mg/g以上。2. 如权利要求1所述的钻井液用增粘抑制型聚合物的制备方法，其特征在于包括以下 步骤：丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸用碱中和pH后，加入丙烯酰胺，再在反应容器 中加入十二烷基磺酸钠，搅拌混合均匀后通氮除氧保护单体溶液，再后加氯化铝、亚硫酸氢 钠和过硫酸铵，将体系升温至反应温度，反应四个小时后加入石灰水继续反应，最后升温至 共沸点脱水，脱水量达到要求后结束反应，将反应液过滤、烘干、粉碎后得到粉状产物即为 钻井液用增粘抑制型聚合物。3. 如权利要求2所述的钻井液用增粘抑制型聚合物的制备方法，其特征在于包括以下 步骤：反应器中加入单体2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和单体丙烯酸使其溶入去离子水中， 用KOH中和至pH值为7,然后加入单体丙烯酰胺，其中2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和丙 烯酸、丙烯酰胺的质量配比为7...

【专利技术属性】
技术研发人员：操盛章，吴娇，周翰，
申请(专利权)人：成都得道实业有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51