钻井液添加剂组合物及其应用和适于高承压随钻堵漏的水基钻井液及其应用的制作方法
技术特征：
1.一种钻井液添加剂组合物，其特征在于，该组合物含有堵漏剂、纳米封堵剂、提切剂、仿生固壁剂和仿生页岩抑制剂：
所述堵漏剂为含有式(1)所示的结构单元、式(2)所示的结构单元和式(3)所示的结构单元的弱交联共聚物，且所述弱交联共聚物中交联子结构的含量为0.1-1重量％：
其中，R1、R1'、R2、R2'、R6和R6'各自独立地选自H和C1-C6的烷基；R3选自C0-C6的亚烷基；R4选自-COOM、-SO3M或-CO-NH-R5-SO3M，R5选自C0-C6的亚烷基，M选自H或碱金属元素；R7选自H或C1-C20的烷基；
所述纳米封堵剂为改性的二氧化硅纳米颗粒，所述改性的二氧化硅纳米颗粒上的改性基团包括丙烯酸类共聚物链，所述丙烯酸类共聚物链中的结构单元由下式(A)所示结构的单体中的一种或多种以及式(B)所示结构的单体中的一种或多种提供：
其中，L1选自-OH、C1-C10的烷氧基或-N(L3)L2，L2和L3各自独立地选自H、C1-C10的烷基和被取代基取代的C1-C10的烷基，所述取代基为-COOH、-OH、卤素和-SO3H中的一种或多种；L为C0-C10的亚烷基；
所述提切剂为二聚酸-有机胺共聚物，该共聚物包括来自二聚酸的结构单元、来自烷基胺的结构单元以及来自芳香胺的结构单元，其中，所述二聚酸为油酸和亚油酸的二聚体，所述烷基胺为C10-C20的烷基伯胺中的一种或多种，所述芳香胺为苯胺和苯环上被C1-C3的烷基单点取代的或多点取代的苯胺中的一种或多种；
所述仿生固壁剂为主链上接枝有源自多巴胺的基团的羧甲基壳聚糖，所述源自多巴胺的基团如式(I-1)所示：
所述仿生页岩抑制剂由式(III-1)所示的结构单元和式(IV-1)所示的结构单元构成：
式(III-1)所示的结构单元和式(IV-1)所示的结构单元的摩尔比为0.2-6：1，且所述仿生页岩抑制剂的重均分子量为800-4000g/mol。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述堵漏剂、所述纳米封堵剂、所述提切剂、所述仿生固壁剂和所述仿生页岩抑制剂的重量比为100：40-200：5-80：20-200：10-80。
3.根据权利要求1或2所述的组合物，其中，所述弱交联共聚物中，R1、R1'、R2、R2'、R6和R6'各自独立地选自H和C1-C4的烷基；R3选自C0-C4的亚烷基；R4选自-COOM、-SO3M或-CO-NH-R5-SO3M，R5选自C1-C6的亚烷基，M选自H、Na或K；R7选自C2-C16的烷基；
优选地，R1、R1'、R2、R2'、R6和R6'各自独立地选自H、甲基、乙基和正丙基；R3选自C0的亚烷基、-CH2-、-CH2-CH2-、-CH2-CH2-CH2-、-CH(CH3)-CH2-、-CH2-CH(CH3)-或-CH2-(CH2)2-CH2-；R4选自-COOH、-SO3M或-CO-NH-R5-SO3M，R5选自-CH2-、-CH2-CH2-、-CH2-CH2-CH2-、-CH(CH3)-CH2-、-CH2-CH(CH3)-、-CH2-(CH2)2-CH2-、-CH2-CH(CH3)-CH2-、-C(CH3)2-CH2-或-CH2-C(CH3)2-，M选自H、Na或K；R7选自乙基、正丙基、正丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基、正十一烷基、正十二烷基、正十三烷基、正十四烷基、正十五烷基或正十六烷基；
优选地，式(1)所示的结构单元、式(2)所示的结构单元和式(3)所示的结构单元的摩尔比为10-50：3-20：1，优选为12-40：5-15：1；
优选地，所述弱交联共聚物的重均分子量为3×106-10×106g/mol，优选为3.5×106-7×106g/mol，更优选为4×106-5.5×106g/mol；
优选地，所述弱交联共聚物中交联子结构的含量为0.3-0.6重量％；
优选地，所述弱交联共聚物中的交联子结构由下式(4)所示的交联剂中的一种或多种提供：
式(4)n选自1-6的整数。
4.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述弱交联共聚物的制备方法包括：在含水溶剂中，在氧化-还原引发体系、交联剂和乳化剂存在下，将式(1')所示的化合物、式(2')所示的化合物和式(3')所示的化合物进行乳液聚合，其中，所述交联剂的用量使得所得的弱交联共聚物中交联子结构的含量为0.1-1重量％，
式(1')式(2')
式(3')
优选地，式(1')所示的化合物、式(2')所示的化合物和式(3')所示的化合物的摩尔用量比为10-50：3-20：1，优选为12-40：5-15：1；
优选地，相对于100g的所述含水溶剂，式(1')所示的化合物、式(2')所示的化合物和式(3')所示的化合物的摩尔总量为0.1-5mol，优选为0.2-2mol，更优选为0.5-1mol；
优选地，所述交联剂选自下式(4)所示的交联剂中的一种或多种：
式(4)n选自1-6的整数；
优选地，所述交联剂的用量使得所得的弱交联共聚物中交联子结构的含量为0.3-0.6重量％；
优选地，所述氧化-还原引发体系中的氧化剂选自过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵和过氧化氢中的一种或多种，所述氧化-还原引发体系中的还原剂选自硫酸亚铁、氯化亚铁、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、亚硫酸钾和硫代硫酸钠中的一种或多种；更优选地，所述氧化剂和还原剂的摩尔比1：0.2-1，优选为1：0.3-0.8；
优选地，相对于1mol的式(1')所示的化合物、式(2')所示的化合物和式(3')所示的化合物的摩尔总量，所述氧化-还原引发体系的用量为1-10mmol，优选为2-5mmol，更优选为2-3mmol；
优选地，所述乳化剂为失水山梨糖醇脂肪酸酯、烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯和聚甘油脂肪酸酯中的一种或多种；更优选地，所述含水溶剂与所述乳化剂的用量的重量比为100：10-20，优选为100：12-14；
优选地，该方法包括在油类试剂存在下进行，所述油类试剂为液化石蜡；所述乳化剂和油类试剂的用量的重量比为100：500-2000；
优选地，所述乳液聚合的条件包括：温度为30-60℃，时间为5-10h；更优选地，该方法包括：在pH为6-8下，先将式(1')所示的化合物、式(2')所示的化合物、式(3')所示的化合物、所述含水溶剂、所述氧化-还原引发体系中的氧化剂和所述交联剂进行混合，而后引入所述乳化剂和油类试剂并进行乳化，再在惰性气氛下，引入所述氧化-还原引发体系中的还原剂并进行所述乳液聚合。
5.根据权利要求1或2所述的组合物，其中，所述改性的二氧化硅纳米颗粒中，所述丙烯酸类共聚物链中的结构单元由下式(A-a)所示结构的结构单元中的一种或多种以及式(B-a)所示结构的结构单元中的一种或多种构成：
式(A-a)式(B-a)
优选地，L1选自-OH、C1-C6的烷氧基或-N(L3)L2，L2和L3各自独立地选自H、C1-C6的烷基和被取代基取代的C1-C6的烷基，所述取代基为-COOH、-OH和-SO3H中的一种或多种；L为C1-C6的亚烷基；更优选地，L1选自-OH、C1-C4的烷氧基或-N(L3)L2，L2和L3各自独立地选自H、C1-C4的烷基和被取代基取代的C1-C4的烷基，所述取代基为-COOH、-OH和-SO3H中的一种或多种；L为C1-C4的亚烷基；更优选地，L1选自-OH、甲氧基、乙氧基、丙氧基或-N(L3)L2，L2和L3各自独立地选自H、甲基、乙基、丙基、异丙基、异丁基、叔丁基、被取代基取代的甲基、被取代基取代的乙基、被取代基取代的丙基、被取代基取代的异丙基、被取代基取代的异丁基和被取代基取代的叔丁基，所述取代的C1-C4的烷基中的取代基为-COOH和/或-SO3H；L为-CH2-、-CH2-CH2-、-CH2-CH2-CH2-、-CH(CH3)-CH2-、-C(CH3)2-CH2-、-CH2-C(CH3)2-或-CH2-CHCH3-CH2-；
优选地，所述丙烯酸类共聚物链中，所述式(A)所示结构的单体提供的结构单元和式(B)所示结构的单体提供的结构单元的摩尔比为1：0.5-5，优选为1：1-2；
优选地，所述丙烯酸类共聚物链的重均分子量为100000-1500000g/mol，更优选为120000-1400000g/mol；
优选地，以所述改性的二氧化硅纳米颗粒的总重量为基准，所述丙烯酸类共聚物链的含量为60重量％以上，更优选为80重量％以上；
优选地，所述改性的二氧化硅纳米颗粒的粒径为3-30nm。
6.根据权利要求1或5所述的组合物，其中，所述改性的二氧化硅纳米颗粒的制备方法包括：(1)在一元醇和偶联剂存在下，将式(A)所示结构的单体中的一种或多种和式(B)所示结构的单体中的一种或多种与二氧化硅纳米颗粒进行接触反应；
(2)在氧化还原引发体系存在下，将所述接触反应的产物进行聚合反应；
优选地，步骤(1)包括：先将所述式(A)所示结构的单体和式(B)所示结构的单体进行混合，并调节所得混合物的pH至7-9；然后再在一元醇和偶联剂存在下，将该混合物与二氧化硅纳米颗粒进行所述接触反应；
优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂，优选为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种；所述二氧化硅纳米颗粒与所述偶联剂的用量的重量比为100：0.2-10，优选为100：0.4-5；
优选地，所述氧化还原引发体系中的还原剂为亚硫酸氢钠，所述氧化还原引发体系中的氧化剂为过硫酸铵；所述还原剂和氧化剂的摩尔比为1：1-5，优选为1：2.5-3；更优选地，相对于1mol的式(A)所示结构的单体和式(B)所示结构的单体的总用量，所述氧化还原引发体系的用量为0.05-1g，更优选为0.07-0.8g；
优选地，步骤(1)中的接触反应的条件包括：温度为10-40℃，时间为10-60min；步骤(2)中的聚合反应的条件包括：温度为40-80℃，时间为3-6h。
7.根据权利要求1或2所述的组合物，其中，所述仿生固壁剂含有式(I)所示的结构单元：
式(I)中，R1为氢、-CH2COOR3’、
或-CH2COOR3，R2为氢、
并且R1和R2中至少一者为
n为1以上的整数，n个R5各自独立地为H或所述源自多巴胺的基团且n个R5中至少一者为所述源自多巴胺的基团，R4为H或C1-C10的烷基，R”’为H、-CH2COOR3’或-CH2COOR3，且R1和R”’不同时为H，R3’为氢或碱金属，R3为所述源自多巴胺的基团。
8.根据权利要求1或7所述的组合物，其中，所述仿生固壁剂的制备方法包括：
(1)将含有式(III)所示的结构单元的聚合物与通式为R4CH＝CHCOOH的不饱和羧酸进行接枝共聚反应；
(2)将步骤(1)所制得的聚合物与多巴胺和/或盐酸多巴胺进行缩合反应；
R’和R”各自独立地为H或-CH2COOR3’，且R’和R”不同时为H，R3’为氢或碱金属；R4为H或C1-C10的烷基；
优选地，在步骤(1)中，所述接枝共聚反应的条件包括：温度为50-90℃，时间为1-10小时；含有式(III)所示的结构单元的聚合物以羟基计的用量与不饱和羧酸的用量的摩尔比为1：0.1-4；
优选地，在步骤(2)中，所述缩合反应的条件包括：温度为10-50℃，时间为2-48小时；步骤(1)所制得的聚合物以羧基计的用量与多巴胺和盐酸多巴胺以胺基计的总用量的摩尔比为1：0.01-0.2。
9.根据权利要求1或2所述的组合物，其中，所述仿生页岩抑制剂通过以下方法制备得到：在无机酸催化剂存在下，将精氨酸和赖氨酸进行缩合反应，所述精氨酸的用量和赖氨酸的用量摩尔比为0.2-6：1，所述缩合反应条件使得到的仿生页岩抑制剂的重均分子量为800-4000g/mol；
优选地，所述缩合反应的条件包括：温度为180-230℃，时间为4-20h；
优选地，所述无机酸催化剂的用量与精氨酸和赖氨酸的总用量的摩尔比为1：0.3-3；
优选地，所述无机酸催化剂为硫酸、硝酸、磷酸和盐酸中的至少一种。
10.权利要求1-9中任意一项所述的组合物在水基钻井液中作为添加剂的应用。
11.一种含有权利要求1-9中任意一项所述的组合物的水基钻井液。
12.根据权利要求11所述的水基钻井液，其中，相对于水基钻井液中的水，所述组合物的含量为10-20重量份。
13.权利要求11或12所述的水基钻井液在油气钻井中的应用。
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