钻井液用增粘剂及其制备方法和应用与流程

本发明涉及油田钻井液，具体来讲，是涉及一种钻井液用增粘剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、钻井液中的粘土及重晶石等大量固相是导致油气层损害、造成产能降低的重要因素之一，而无固相钻井液相由于体系不含固相，可最大程度减少钻井液对储层的损害，是钻井过程中储层保护通常采用的一项重要技术手段。。无固相钻井液体系一般是指不含粘土和不溶固体加重材料的钻井液体系，其密度通过可溶性盐调整，体系其它性能通过加入配套处理剂实现。根据使用的可溶性盐不同，无固相体系大体可分为无机盐类无固相和有机盐类无固相钻井液两大类。无机盐主要有nacl、cacl2、kcl、nabr、babr2、磷酸盐等，有机盐主要为甲酸盐，如：nacooh、kcooh、cscooh等。其它配伍处理剂主要为增粘剂、提切剂、增粘剂、润滑剂、缓蚀剂、缓冲剂等。

2、增粘剂作为无固相钻井液最关键的处理剂，用于调节钻井液的流变性能。常规的水基钻井液增粘剂如黄原胶、聚阴离子纤维素等抗温能力不足。同时，由于无固相钻井液通常采用各种有机盐或无机盐进行配制，特别是使用一些高价态金属无机盐。因此，提高无固相钻井液增粘剂的抗温和耐高价金属离子性能具有重要应用价值。

3、公开号为cn104650827a的中国专利申请于2015年5月27日公开了一种适用于无固相钻井液的抗高温微交联型增粘剂，所述增粘剂为烯基酰胺、烯基磺酸和烯基苯的共聚物，抗温达到165℃。公开号为cn106349114a的中国专利申请于201年01月25日公开了一种疏水单体及基于该单体的无固相钻井液用增粘剂，所述增粘剂由n-乙烯吡咯烷酮和本发明所述的疏水单体经自由基胶束聚合聚合反应制备得到，抗温达到150℃。

4、发明人发现，上述专利对于耐高价金属离子性能均无具体描述和权利声明，无法同时兼顾抗盐、钙性能。因此，亟需一种同时具备抗高温和耐高价金属离子的无固相钻井液用增粘剂的组分及制备方法，进一步改善和提高现有无固相钻井液增粘剂的抗温耐盐性能。

技术实现思路

1、为了克服现有技术存在的问题，本发明提供一种钻井液用增粘剂及其制备方法和应用。例如，本发明的目的之一在于提供一种钻井液用增粘剂，该增粘剂使用特定比例和具有特定功能的单体作为原料，能够提高粘度效应和抗温耐盐性能。又如，本发明的另一目的在于提供一种能够提高粘度效应和抗温耐盐性能的钻井液用增粘剂的制备方法。

2、为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种钻井液用增粘剂，包括单体原料的共聚产物，所述单体原料包括单体a、单体b、单体c、单体d、单体e和单体f。其中，单体a为丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺；单体b为丙烯酸或甲基丙烯酸；

3、单体c选自具有式(i)所示结构的单体；

4、

5、单体d为甲基丙烯酸二甲氨基乙酯；

6、单体e选自具有式(ii)所示结构的单体；

7、

8、单体f为多羧基单体，选自具有式(iii)所示结构的单体，

9、

10、式(i)中，r1为亚甲基；r2和r3相同或不同，各自独立地选自氢、c1～c10直链烷基、c3～c10支链烷基或c3～c10环烷基，优选为c1～c5直链烷基中的一种或两种，更优选为甲基或乙基；

11、式(ii)中，r4和r5相同或不同，各自独立地选自氢、c1～c5直链烷基、c3～c5支链烷基或c3～c5环烷基，优选为氢或c1～c5直链烷基中的一种，更优选为甲基或乙基；

12、式(iii)中，r6选自氢、c1～c5直链烷基或c3～c5支链烷基，优选为氢或甲基，更优选为氢。

13、根据本发明，式(ii)中，r4和r5不同时为氢。

14、在本发明的一些实施方式中，单体c选自2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、2-丙烯酰胺基-2-乙基丙磺酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丁磺酸中的一种或多种；单体e选自n,n-二甲基丙烯酰胺和n,n-二乙基丙烯酰胺中的至少一种或多种，单体f选自2-丙烯酰氧基-1,2,3-三羧基丙烷和2甲基-2-丙烯酰氧基-1,2,3-三羧基丙烷中的一种或多种。

15、在本发明的一些实施方式中，单体原料中，以重量份数计，各单体的含量为：

16、

17、在本发明的一些实施方式中，所述共聚产物的粘均分子量为300～800万。

18、根据本发明，参考国标gb/t 12005.1聚丙烯酰胺特性粘数测定方法，通过特性粘数换算即可得到所述共聚产物的粘均分子量。

19、根据本发明，所述共聚产物为粘度共聚物。

20、本发明第二方面提供了一种钻井液用增粘剂的制备方法，包括步骤：使包含如本发明第一方面中所述的单体原料和溶剂的原料体系发生聚合反应，生成增粘剂。

21、在本发明的一些实施方式中，所述溶剂为水，优选为去离子水。所述原料体系还包括引发剂，所述引发剂选自过硫酸盐、水溶性偶氮类中的一种或多种。其中，过硫酸盐选自过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的一种或多种，优选过硫酸铵；水溶性偶氮引发剂选自偶氮二异丁基脒盐酸盐和偶氮二异丁基咪唑啉盐中的一种或多种，优选为偶氮二异丁基脒盐酸盐。其中，以重量份数计，所述引发剂的加入量为0.05-1份，优选为0.1-0.5份。

22、在本发明的一些实施方式中，所述原料体系还包括还原剂，还原剂选自亚硫酸氢钠和四甲基乙二胺中的一种或多种，其中，以重量份数计，所述还原剂的加入量为0.05～0.5份。

23、在本发明的一些实施方式中，所述原料体系的ph为7～11，更优选为8～10，优选地，通过无机碱性物调节所述原料体系的ph，所述无机碱性物选自氢氧化钠和氢氧化钾中的一种或多种，优选为氢氧化钠。

24、在本发明的一些实施方式中，所述聚合反应的条件包括：温度为0℃～60℃，时间为1～10小时；优选地，温度为5℃～50℃，时间为2～5小时。

25、在本发明的一些实施方式中，聚合反应结束后，还可包括将得到的产物进行干燥和粉碎。

26、本发明对粉碎的方法和条件没有特殊限定，本领域技术人员可以根据目标产品的粒度选择合适的工艺。

27、本发明对干燥的方法和条件没有特殊限定，本领域技术人员可以根据得到的产物选择合适的工艺。

28、在本发明的一些实施方式中，钻井液用增粘剂的制备方法可包括步骤：

29、s1.提供含有单体b、单体c、单体f和所述溶剂的第一反应溶液；

30、s2.通过所述无机碱性物调节所述第一反应溶液的ph值，得到第二反应溶液；

31、s3.在所述第二反应溶液中加入单体a、单体d和单体e，得到第三反应溶液；

32、s4.对所述第三反应溶液进行除氧处理，得到第四反应溶液；

33、s5.在所述第四反应溶液中加入引发剂和还原剂后，引发聚合反应，得到增粘剂。

34、根据本发明，步骤s2中，所述第二反应溶液的ph值为7～11，优选为8～10。

35、根据本发明，步骤s4中，所述除氧处理的方法包括向所述第三反应溶液通入惰性气体，进行充分除氧(例如，通入时间0.5～2小时)。

36、根据本发明，步骤s5中，所述目标温度为0℃～60℃，优选为5℃～50℃。

37、根据本发明，加入物质到溶剂中后，均搅拌至溶液充分溶解、分散。

38、在本发明的一些实施方式中，钻井液用增粘剂的制备方法可包括步骤：

39、(1)将丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和多羧基单体加入至去离子水中，搅拌至溶液充分溶解、分散；

40、(2)使用氢氧化钠或氢氧化钾将步骤(1)得到的溶液调节ph至7-11，再加入丙烯酰胺、n,n-二甲基丙烯酰胺和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯，搅拌至溶液充分溶解、分散；

41、(3)向步骤(2)得到的溶液通氮气30分钟，加入引发剂，搅拌至溶液充分溶解、分散，在0℃～60℃下进行反应2～10小时，通过干燥、粉碎，即可得到增粘剂。

42、本发明第三方面提供了一种如本发明第二方面所述的钻井液用增粘剂在钻井液中的应用，尤其是作为增粘剂的应用。

43、在本发明的一些实施方式中，以钻井液的总质量为计算基准，所述增粘剂的用量为0.1～2wt％，优选为0.3～1.5wt％。

44、与现有技术相比，本发明包括以下有益效果中的至少一种：

45、1)在本发明增粘剂的单体原料中，单体a、单体b、单体d用于提高粘度效应；单体c、单体e用于提高抗温性能；

46、2)在本发明增粘剂的单体原料中，单体f可用于提高增粘剂对高价金属离子的耐受能力；单体f还有利于舒展增粘剂的分子链，增强增粘剂的粘度效应；

47、3)本发明的制备方法保证了可使用上述单体制备抗高温耐高价金属离子的无固相钻井液增粘剂。