一种水基钻井液及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种水基钻井液及其制备方法和应用，所述钻井液包括水、两性离子聚合物、无水氯化钙、土相、流型调节剂，其中，以水的重量为基准，两性离子聚合物用量为水用量的0.5-5wt%，无水氯化钙用量为水用量的20-70wt%，土相用量为水用量的0-6wt%，流型调节剂用量为水用量的0.1-0.4wt%。本发明专利技术还提供一种水基钻井液制备方法与应用。本发明专利技术钻井液通过氯化钙与两性离子聚合物的协同作用，使钻井液具有优良的流变性能、滤失控制性能、抑制性能、封堵性能、润滑性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石油钻井过程中使用的钻井液，特别是涉及含有两性离子共聚物的钻 井液。
技术介绍
针对页岩气地层裂隙发育、水敏性强、易发生井漏、垮塌、缩径等特点，在钻井过程 中解决井壁稳定、降阻减摩等问题就成为钻井液选择的重中之重。目前国内页岩气水平井 钻井过程中主要采用油基钻井液，但油基钻井液高成本、高污染是其自然缺陷。水基钻井液 如果能在抑制、封堵、润滑、携岩清砂等方面有所突破，在页岩气水平井的应用前景十分巨 大。目前来看，具有较大应用潜力的水基钻井液有葡萄糖苷类钻井液、聚胺类钻井液、聚合 醇钻井液、甲酸盐钻井液和硅酸盐钻井液等。这些钻井液体系还需要在现有的基础上继续 深化研究，开发配套处理剂，满足页岩气资源开发的需要，并且能够使钻井液体系朝着绿色 环保的方向发展。 中国专利CN103146364A介绍了一种强抑制水基钻井液，它包括水、聚胺抑制剂、 包被抑制剂、水合物抑制剂、增粘剂、降滤失剂和液体润滑剂。钻井液可有效抑制深水浅部 地层井壁失稳，其抑制性与油基钻井液相当。页岩滚动回收率不高于95%。钻井液可解决深 水钻井中水合物的生成问题，可适用于3000m水深的钻井作业中。中国专利CN102250595A 公开了用于强水敏活性粘土地层的钻井液，由膨润土、部分水解聚丙烯酰胺、低粘聚阴离子 纤维素、磺酸盐共聚物增粘剂、氯化钾、聚合醇、胺基聚合物、脂肪醇醚磷酸酯、水组成，该钻 井液抑制性能和润滑性能接近于油基钻井液。中国专利CN103013470A公开了一种用于超 深侧钻井泥岩强抑制钻井液体系，由膨润土浆、碱性调节剂、页岩抑制剂、金属离子聚合物、 褐煤树脂、磺化酚醛树脂、阳离子乳化浙青、润滑剂、乳化剂、原油以及超细碳酸钙，所述钻 井液体系对泥页岩抑制性强，页岩回收率高达90. 33%，抗高温达150°C;老化前后摩阻系数 分别小于0.1。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种水基钻井液及其制备方法与应用。本专利技术 钻井液通过氯化钙与两性离子聚合物的协同作用，使钻井液具有优良的流变性能、滤失控 制性能、抑制性能、封堵性能、润滑性能。 本专利技术提供一种水基钻井液，所述钻井液包括水、两性离子聚合物、无水氯化钙、 土相、流型调节剂，其中，以水的重量为基准，两性离子聚合物用量为水用量的〇. 5_5wt%，优 选为I. 5-3wt% ;无水氯化钙用量为水用量的20-70wt%，优选30-60wt% ;土相用量为水用量 的0-6wt%，优选为I. 5-4wt%，流型调节剂用量为水用量的0. 1-0. 4wt%，优选0. 2-0. 3wt%。 本专利技术水基钻井液中，所述土相为钠基膨润土、钙基膨润土、凹凸棒石、海泡石中 的一种或几种。 本专利技术水基钻井液中，所述流型调节剂为黄原胶、瓜尔胶、文莱胶中的一种或几 种。本专利技术水基钻井液中，还可以包括加重剂，所述加重剂为重晶石、石灰石、赤铁矿， 方铁矿，氧化铁，碳酸镁中的一种或几种，可根据钻井液密度的要求来决定加入量。本专利技术水基钻井液中，还可以包括页岩抑制剂，所述页岩抑制剂用量为水用量的 0.l-2wt%，优选为l_2wt%。所述页岩抑制剂可以氯化钾、硫酸钾、硝酸钾、氯化铵、硫酸铵、硝 酸铵、聚乙二醇、聚丙二醇、聚乙二醇丙二醇嵌段聚合物中的一种或几种。 本专利技术所述两性离子聚合物为N，N-二甲基烯丙基丙磺酸盐/丙烯酰胺/4-乙烯 基吡啶丙磺酸内鐺盐三元共聚物，具体结构如下：本专利技术所述两性离子聚合物的制备方法包括如下步骤： (1) 首先分别称取摩尔比为2:1~8:1的N，N-二甲基烯丙基胺和1，3-丙磺酸内酯， 并向N，N-二甲基烯丙基胺中加入1，3-丙磺酸内酯，然后在10~60°C的温度下反应0. 5~ 4h，最后经过滤、抽提、干燥制得N，N-二甲基烯丙基丙磺酸盐； (2) 按照摩尔比为1:1. 1~1:1. 3分别称取4-乙烯基吡啶和1，3-丙磺酸内酯，然后 称取有机溶剂和助剂，有机溶剂与4-乙烯基吡啶和1，3-丙磺酸内酯的总质量比为2:1~ 8:1，助剂与4-乙烯基吡啶、1，3-丙磺酸内酯和有机溶剂的总质量比为0. 001~0. 01，然后 将有机溶剂平均分成三份，分别与4-乙烯基吡啶、1，3-丙磺酸内酯、助剂溶解混合，将得到 的三种混合溶液依次加入反应器，在20°C~90°C条件下反应1~10h，然后经过滤、洗涤、干 燥制得4-乙烯基吡啶丙磺酸内鐺盐； (3 )按照（4~3):(5~6):(0.5~1)的摩尔比分别称取步骤（1)得到的N，N-二甲 基烯丙基丙磺酸盐、丙烯酰胺和步骤（2)得到4-乙烯基吡啶丙磺酸内鐺盐，加入溶剂溶解 后通入N2除氧0. 5~Ih,同时升温至50~70°C，恒温5~IOmin后加入引发剂反应4~ 6h，反应后得到凝胶状固体，用丙酮沉淀得白色沉淀物； (4)将步骤（3)得到的沉淀物在100~120°C下干燥16~24h后粉碎，得到两性离子 共聚物。 本专利技术所述两性离子聚合物的制备方法中，步骤（1)中N，N-二甲基烯丙基胺和1， 3_丙磺酸内酯的摩尔比为3:1~5:1。 本专利技术所述两性离子聚合物的制备方法中，步骤（1)中1，3_丙磺酸内酯滴加到N，N-二甲基烯丙基胺中或者直接一次性加入到N，N-二甲基烯丙基胺中，优选直接加入 方式。采用直接一次性加入时称取的N，N-二甲基烯丙基胺和1，3_丙磺酸内酯摩尔比为 5:1~8:1。采用滴加方式时N，N-二甲基烯丙基胺和1，3-丙磺酸内酯摩尔比为2:1~5:1， 滴加前可以将1，3-丙磺酸内酯加热熔化。 本专利技术所述两性离子聚合物的制备方法中，步骤（1)的反应条件为在20~55°C的 温度下反应1~3h。 本专利技术所述两性离子聚合物的制备方法中，步骤（1)中抽提溶剂选用甲醇或乙醇， 优选乙醇，抽提时间为1~3h。所述干燥为在30~50°C条件下干燥10~20h。 本专利技术所述两性离子聚合物的制备方法中，步骤（2)中所述有机溶剂为苯、甲苯、 乙酸乙酯、丙酮、环己酮、碳酸丙烯酯中的任一种。 本专利技术所述两性离子聚合物的制备方法中，步骤（2)中所述助剂为羟胺类化合物 和硝基苯类化合物，其中羟胺类化合物为二甲基羟胺、二乙基羟胺、二丙基羟胺、异丙基羟 胺、二丁基羟胺、甲基乙基羟胺中的任一种；硝基苯类化合物为1，2-二硝基苯、1，3-二硝基 苯、1，4-二硝基苯、1，3, 5-三硝基苯中的任一种。 本专利技术所述两性离子聚合物的制备方法中，步骤（2)中所述过滤操作为将反应得 到的产物转移至漏斗中过滤除去溶剂及未反应的原料，优选为使用布氏漏斗进行减压抽 滤。 本专利技术所述两性离子聚合物的制备方法中，步骤（2)中所述洗涤操作为用步骤 (2)中所述有机溶剂洗涤2~5次。 本专利技术所述两性离子聚合物的制备方法中，步骤（2)中所述干燥为在40~60°C下 干燥10~20h。 本专利技术所述两性离子聚合物的制备方法中，步骤（3)中所述溶剂为去离子水或 者盐水，加入溶剂后单体总质量浓度为20%~40%，所述盐水中加入的NaCl浓度为0~ 0?5mol/L〇 本专利技术所述两性离子聚合物的制备方法中，步骤（3)中使用的引发剂为过硫酸钾、 过硫酸钠、过硫酸铵中任一种；所述引发剂用量占单体总质量的〇. 9%~1. 3%。 本专利技术上述水基钻井本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水基钻井液，其特征在于所述钻井液包括水、两性离子聚合物、无水氯化钙、土相、流型调节剂，其中，以水的重量为基准，两性离子聚合物用量为水用量的0.5‑5wt%，优选为1.5‑3wt%；无水氯化钙用量为水用量的20‑70wt%，优选30‑60wt%；土相用量为水用量的0‑6wt%，优选为1.5‑4wt%，流型调节剂用量为水用量的0.1‑0.4wt%，优选0.2‑0.3wt%，所述两性离子聚合物为N,N‑二甲基烯丙基丙磺酸盐/丙烯酰胺/4‑乙烯基吡啶丙磺酸内鎓盐三元共聚物。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨超，鲁娇，陈楠，张志智，尹泽群，刘全杰，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11