CN107629768B - 一种耐超高温水基钻井液 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种耐超高温水基钻井液,包含粘土、碱度调节剂、流变稳定剂、降滤失剂、抑制剂、润滑剂和水几种组分;所述流变稳定剂由包含以下质量份的原料制备得到:油相40~56份;水相40~56份;引发剂2~5份;交联剂2~5份;所述油相包含白油和乳化剂;所述水相包含2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸、N,N‑二乙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸和丙烯酰胺。由实施例结果可知,本发明提供的钻井液经260℃超高温老化后,流体中明显存在微米、亚微米级别的球型聚集态结构,说明纳米球型分子形态的聚合物流变稳定剂具有良好的抗温性,能够通过球型聚集态结构强化与钻井液流体组分的协同作用,提高钻井液的超高温稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及钻井液技术领域,尤其涉及一种耐超高温水基钻井液。
背景技术
钻井液是一类由溶剂、膨润土、功能处理剂等组分组成的复杂多相流体,其性能由处理剂与溶剂化粘土协同决定,并直接影响着钻井质量和经济效益,所以钻井液又被称为钻井工艺的“血液”。近年来,为了增强我国油气资源的自我保障能力,钻井工程逐渐向地质条件更为复杂的陆地深部地层转移。然而,由于陆地深井(或超深井)的超高温(>204℃)环境存在,钻井液处理剂在井筒循环过程中将遭遇高温环境,钻井液性能极易恶化,造成卡钻、井漏、井垮等各类复杂井下事故,不仅严重延缓钻井速度,甚至可能造成在建井报废。
为了增强功能处理剂分子的高温稳定性,自20世纪60年代起国外就研制了适用于150~170℃高温范围的木质素磺酸盐体系;70年代进一步开发了抗温达210℃的磺化褐煤(SMC)和磺化酚醛树脂(SMP)缩合物,该体系已广泛应用于国内超高温深井开发。进入21世纪后,随着超深井作业扩展,高温处理剂的设计从天然高分子改性向人工合成聚合物发展,并形成了两条基本设计原则:一是选用“C-C”、“C-N”、“C-S”等键作为主链,使交联易控制,主链不易断裂降解;二是选用强亲水性基团(如-SO3),降低处理剂分子高温去水化作用。
然而,尽管聚合物分子采取了耐温设计,但高温对现有技术中聚合物分子链状结构的破坏仍然存在,导致高温钻井液的稳定性较差,尤其在超高温环境下,综合性能减弱趋势更显著。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐超高温水基钻井液,本发明提供的钻井液中包含特殊组成和结构的流变稳定剂,不仅具有耐高温性能,且能够强化水基钻井液的超高温稳定性能。
为了实现上述发明目的,本发明提供以下技术方案:
本发明提供了一种耐超高温水基钻井液,包含如下质量百分含量的组分:
其中,所述流变稳定剂由包含以下质量份的原料制备得到:
所述油相包含白油和乳化剂,所述乳化剂和白油的质量比为3~5:100;
所述水相包含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N,N-二乙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸和丙烯酰胺,所述2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N,N-二乙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸和丙烯酰胺的质量比为(30~40):(20~40):(20~40):(10~20)。
优选的,所述乳化剂包含司盘和油酸二乙醇酰胺,所述司盘和油酸二乙醇酰胺的质量比为(40~50):(40~60)。
优选的,所述乳化剂还包含气相二氧化硅;
所述气相二氧化硅和司盘的质量比为(0,10]:[40,50]。
优选的,所述引发剂为过氧化物类引发剂和/或过硫酸盐。
优选的,所述交联剂为亚甲基双丙烯酰胺、N-羟乙基丙烯酰胺和双丙酮丙烯酰胺中的一种或几种。
优选的,所述粘土为膨润土、凹凸棒土、海泡石粉和高岭土中的一种或几种。
优选的,所述碱度调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化镁、碳酸钠和碳酸氢钠中的一种或几种。
优选的,所述降滤失剂为磺化酚醛树脂、木质素磺酸盐、褐煤衍生物、改性单宁、腐植酸类共聚物和改性淀粉中的一种或几种。
优选的,所述抑制剂为有机聚胺、氯化钾、甲酸钠和甲酸钾中的一种或几种。
优选的,所述润滑剂为聚氧乙烯硬脂酸酯、聚氧丙烯硬脂酸酯、羟基脂肪酸衍生物和聚醚多元醇中的一种或几种。
本发明提供了一种耐超高温水基钻井液,包含粘土、碱度调节剂、流变稳定剂、降滤失剂、抑制剂、润滑剂和水几种组分;所述流变稳定剂由包含以下质量份的原料制备得到:油相40~56份;水相40~56份;引发剂2~5份;交联剂2~5份;所述油相包含白油和乳化剂,所述乳化剂和白油的质量比为3~5:100;所述水相包含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N,N-二乙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸和丙烯酰胺,所述2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N,N-二乙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸和丙烯酰胺的质量比为(30~40):(20~40):(20~40):(10~20)。本发明所用流变稳定剂分子呈纳米球型结构,具有刚性内核,粘均分子量约7.5×105,粒径为100~500nm,基团空间层级分布,能够提高表层有效基团分布数量及密度;该种分子形态不仅加强了流变稳定剂自身结构的温度稳定性,还可以通过有效基团的“结构补偿”作用,提高与粘土相的吸附和水化作用,增强钻井液性能的控释性,降低钻井液的温度敏感性,从而强化钻井液体系的流变稳定性,改善钻井液高温综合性能。由实施例结果可知,本发明提供的钻井液经260℃超高温老化后,流体中明显存在微米、亚微米级别的球型聚集态结构,说明该纳米球型分子形态的聚合物流变稳定剂具有良好的抗高温性,能够通过球型聚集态结构强化与钻井液流体组分的作用,提高钻井液的超高温稳定性。
附图说明
图1为实施例1得到的流变稳定剂的TEM扫描图;
图2为实施例2得到的流变稳定剂的TEM扫描图;
图3为实施例3得到的流变稳定剂的TEM扫描图;
图4为实施例1~3得到的钻井液用球形聚合物处理剂的红外光谱图;
图5为实施例4得到的钻井液老化后的超景深显微照片;
图6为实施例5得到的钻井液老化后的超景深显微照片;
图7为实施例6得到的钻井液老化后的超景深显微照片;
图8为对比例得到的钻井液老化后的超景深显微照片。
具体实施方式
本发明提供了一种耐超高温水基钻井液,包含如下质量百分含量的组分:
其中,所述流变稳定剂由包含以下质量份的原料制备得到:
所述油相包含白油和乳化剂,所述乳化剂和白油的质量比为3~5:100;
所述水相包含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N,N-二乙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸和丙烯酰胺,所述2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N,N-二乙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸和丙烯酰胺的质量比为(30~40):(20~40):(20~40):(10~20)。
本发明提供的耐超高温水基钻井液包含2~5%的粘土,优选为3~4%。在本发明中,所述粘土优选为膨润土、凹凸棒土、海泡石粉和高岭土中的一种或几种;所述膨润土优选为钠膨润土。在本发明中,当所述粘土为上述具体选择中的两种、三种或四种时,各物质优选等质量添加。本发明对所述粘土的来源没有任何的特殊要求,采用本领域技术人员所熟知来源的市售粘土即可。
本发明提供的耐超高温水基钻井液包含质量百分含量0.2~0.6%的碱度调节剂,优选为0.3~0.5%,更优选为0.4%。在本发明中,所述碱度调节剂优选为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化镁、碳酸钠和碳酸氢钠中的一种或几种。在本发明中,当所述碱度调节剂为上述具体选择中的两种、三种、四种或五种时,各物质优选等质量添加。
在本发明中,所述碱度调节剂可以以固体形式进行添加,也可以将其溶于水中以水溶液的形式进行添加。在本发明中,当所述碱度调节剂以水溶液的形式添加时,该水溶液可以为任意浓度,其中的溶剂水的质量计入耐超高温水基钻井液水组分的含量中。本发明对所述碱度调节剂的来源没有任何的特殊要求,采用本领域技术人员所熟知来源的市售碱度调节剂即可。本发明在钻井液中添加碱度调节剂,控制pH值为8~10,消除或降低使用环境中高价金属离子对钻井液性能的影响。
本发明提供的耐超高温水基钻井液包含质量百分含量为2~5%的流变稳定剂,优选为3~4%。在本发明中,所述流变稳定剂由包含以下质量份的原料聚合反应得到:
所述油相包含白油和乳化剂,所述乳化剂和白油的质量比为3~5:100;
所述水相包含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N,N-二乙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸和丙烯酰胺,所述2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N,N-二乙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸和丙烯酰胺的质量比为(30~40):(20~40):(20~40):(10~20)。
在本发明中,制备流变稳定剂的原料包含40~56份油相,优选为43~53份,更优选为45~50份。在本发明中,所述油相包含白油和乳化剂,所述乳化剂和白油的质量比为3~5:100。在本发明的实施例中,所述乳化剂和白油的质量比具体的可以为3:100、4:100或5:100。
在本发明中,所述乳化剂优选包含司盘和油酸二乙醇酰胺,所述司盘和油酸二乙醇酰胺的质量比优选为(40~50):(40~60),更优选为(42~48):(43~57),最优选为(44~46):(48~53)。在本发明中,所述司盘优选为司盘80。
在本发明中,所述乳化剂优选还包含气相二氧化硅;所述气相二氧化硅和司盘的质量比优选为(0,10]:[40,50],更优选为[2,8]:[42,48],最优选为[4,6]:[44,46]。
以油相的质量为基准,本发明制备流变稳定剂的原料包含40~56份水相,优选为43~53份,更优选为45~50份。在本发明中,所述水相包含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N,N-二乙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸和丙烯酰胺;所述2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N,N-二乙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸和丙烯酰胺的质量比为(30~40):(20~40):(20~40):(10~20),优选为(32~38):(25~35):(25~35):(12~18),更优选为(34~36):(28~32):(28~32):(14~16)。
以油相的质量为基准,本发明制备流变稳定剂的原料包含2~5份引发剂,在本发明的实施例中,所述引发剂的质量份数具体的可以为2份、3份、4份或5份。在本发明中,所述引发剂优选为过氧化物类引发剂和过硫酸盐中的一种或几种;所述过硫酸盐优选为过硫酸铵或过硫酸钾;所述过氧化物类引发剂优选为过氧化苯甲酰。在本发明中,当所述引发剂优选为过硫酸铵、过氧化苯甲酰和过硫酸盐中的两种或者三种时,所选物质的添加量优选相等。在本发明中,所述过硫酸盐优选为过硫酸钾和/或过硫酸钠。
以油相的质量为基准,本发明制备流变稳定剂的原料包含2~5份交联剂,在本发明的实施例中,所述交联剂的质量份数具体的可以为2份、3份、4份或5份。在本发明中,所述交联剂优选为亚甲基双丙烯酰胺、N-羟乙基丙烯酰胺和双丙酮丙烯酰胺中的一种或几种。在本发明中,当所述交联剂优选为亚甲基双丙烯酰胺、N-羟乙基丙烯酰胺和双丙酮丙烯酰胺中的两种或者三种时,所选物质的添加量优选相等。
本发明对上述所有的原料物质的来源没有特殊限定,采用市售的上述原料物质即可。
在本发明中,所述流变稳定剂的制备方法优选包含如下步骤:
将油相和水相混合进行一级加热处理,得到油水混合物;
将所述油水混合物和引发剂混合进行二级加热处理,得到包括引发剂的混合物;
将所述包括引发剂的混合物和交联剂混合进行聚合反应,得到流变稳定剂。
本发明将油相和水相混合进行一级加热处理,得到油水混合物。在本发明中,所述一级加热处理的温度优选为40~50℃,更优选为42~48℃,最优选为44~46℃;所述一级加热处理的时间优选为1~3小时,具体的可以为1小时、2小时或3小时。在本发明中,所述一级加热处理得到预热的稳定油水混合物体系,油水混合形成的乳液为聚合反应提供“球形微反应器”,利于球形聚合物生成。
在本发明中,所述一级加热处理优选在搅拌条件下进行,所述搅拌的速率优选为900~1100rpm/min,更优选为950~1050rpm/min,最优选为980~1030rpm/min。
得到所述油水混合物后,本发明将所述油水混合物和引发剂混合进行二级加热处理,得到包括引发剂的混合物。在本发明中,所述二级加热处理的温度优选为60~80℃,更优选为65~75℃,最优选为68~73℃;所述二级加热处理的时间优选为1~3小时,具体的可以为1小时、2小时或3小时。
得到所述包括引发剂的混合物后,本发明将所述包括引发剂的混合物和交联剂混合进行聚合反应,得到流变稳定剂。在本发明中,所述聚合反应的温度优选为40~50℃,更优选为42~48℃,最优选为44~46℃;所述聚合反应的时间优选为4~5小时。
本发明选择先添加引发剂再添加交联剂的加料方式,先加入引发剂能够产生活性自由基引发聚合反应;反应进行到一定阶段再加入交联剂构造球形聚合物内核,增强结构稳定性。
在本发明中,所述流变稳定剂分子呈纳米球型结构,具有刚性大、分子量高、粒径小等特征,基团空间层级分布,能够提高表层有效基团分布数量及密度;该分子形态不仅加强了流变稳定剂自身结构的温度稳定性,还可以通过有效基团的“结构补偿”作用,提高与粘土相的吸附和水化作用,增强钻井液性能的控释性,降低钻井液的温度敏感性,从而强化钻井液体系的流变稳定性,改善钻井液高温综合性能。
本发明提供的耐超高温水基钻井液包含质量百分含量4~8%的降滤失剂,优选为5~7%,更优选为6%。在本发明中,所述降滤失剂优选为磺化酚醛树脂、木质素磺酸盐、褐煤衍生物、改性单宁、腐植酸类共聚物和改性淀粉中的一种或几种。在本发明中,所述改性单宁优选为市售的磺化单宁,所述改性淀粉优选为市售的交联改性淀粉。在本发明中,当所述降滤失剂为上述具体选择中的两种、三种、四种、五种或六种时,各物质优选等质量添加。本发明对所述降滤失剂的来源没有任何的特殊要求,采用本领域技术人员所熟知来源的市售降滤失剂即可。
本发明提供的耐超高温水基钻井液包含质量百分含量4~8%的抑制剂,优选为5~7%,更优选为6%。在本发明中,所述抑制剂优选为有机聚胺、氯化钾、甲酸钠和甲酸钾中的一种或几种。在本发明中,当所述抑制剂为上述具体选择中的两种、三种或四种时,各物质优选等质量添加。本发明对所述抑制剂的来源没有任何的特殊要求,采用本领域技术人员所熟知来源的市售抑制剂即可。在本发明中,所述抑制剂的添加能够抑制粘土膨胀。
本发明提供的耐超高温水基钻井液包含质量百分含量2~5%的润湿剂,优选为3~4%。在本发明中,所述润滑剂优选为聚氧乙烯硬脂酸酯、聚氧丙烯硬脂酸酯、羟基脂肪酸衍生物和聚醚多元醇中的一种或几种。在本发明中,当所述润湿剂为上述具体选择中的两种、三种或四种时,各物质优选等质量添加。本发明对所述润湿剂的来源没有任何的特殊要求,采用本领域技术人员所熟知来源的市售润湿剂即可。
本发明提供的耐超高温水基钻井液包含余量的水。在本发明中,所述水可以为海水或淡水;当该钻井液用于海洋作业时,以海水为原料;当该钻井液用于陆地作业时,以淡水为原料。
本发明提供的耐超高温水基钻井液还可以包含加重剂。在本发明中,所述加重剂能够调控钻井液的密度,其添加量优选以能够得到密度为1.02~2.28g/mL的钻井液为准,更优选为1.5~2g/mL。在本发明中,所述加重剂优选为重晶石和/或石灰石。本发明对所述加重剂的来源没有任何的特殊要求,采用本领域技术人员所熟知来源的市售加重剂即可。
本发明对所述耐超高温水基钻井液的制备方法没有任何的特殊要求,将各组成原料混合均匀即可得到。
下面结合实施例对本发明提供的耐超高温水基钻井液进行详细的说明,但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将12.5g的司盘80、10g油酸二乙醇酰胺和2.5g的气相二氧化硅混合得到乳化剂,将500g白油和25g乳化剂混合,得到油相。
将196.875g的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、262.5g的N,N-二乙基丙烯酰胺、131.25g的甲基丙烯酸和65.625g的丙烯酰胺混合,得到水相。
将32.8125g过硫酸铵和32.8125g过硫酸钠混合,得到引发剂。
称取65.625g双丙酮丙烯酰胺作为交联剂。
将油相和水相混合,在40℃下加热处理1.5小时,得到油水混合物;
将所述油水混合物和引发剂混合,在60℃下加热处理2小时,得到包括引发剂的混合物;
将所述包括引发剂的混合物和交联剂混合,在50℃下聚合5小时,得到流变稳定剂。
实施例2
将8g的司盘80和12g油酸二乙醇酰胺混合得到乳化剂,将500g白油和20g乳化剂混合,得到油相。
将148.56g的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、148.56g的N,N-二乙基丙烯酰胺、148.56g的甲基丙烯酸和148.56g的丙烯酰胺混合,得到水相。
称取18.57g过氧化苯甲酰作为引发剂。
将9.29g亚甲基双丙烯酰胺和9.29gN-羟乙基丙烯酰胺混合,得到交联剂。
将油相和水相混合,在40℃下加热处理1.5小时,得到油水混合物;
将所述油水混合物和引发剂混合,在80℃下加热处理2小时,得到包括引发剂的混合物;
将所述包括引发剂的混合物和交联剂混合,在50℃下聚合5小时,得到流变稳定剂。
实施例3
将10g的司盘80、12.5g油酸二乙醇酰胺和2.5g的气相二氧化硅混合得到乳化剂,将500g白油和25g乳化剂混合,得到油相。
将220.5g的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、147g的N,N-二乙基丙烯酰胺、294g的甲基丙烯酸和73.5g的丙烯酰胺混合,得到水相。
将13.125g过氧化苯甲酰和13.125g过硫酸钾混合,得到引发剂。
将13.125g双丙酮丙烯酰胺和13.125g亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂。
将油相和水相混合,在40℃下加热处理1.5小时,得到油水混合物;
将所述油水混合物和引发剂混合,在70℃下加热处理2小时,得到包括引发剂的混合物;
将所述包括引发剂的混合物和交联剂混合,在50℃下聚合4.5小时,得到流变稳定剂。
本发明分别对实施例1~3得到的流变稳定剂进行了TEM扫描测试,测试结果分别如图1~3所示。其中,图1为实施例1得到的流变稳定剂的TEM扫描图,图2为实施例2得到的流变稳定剂的TEM扫描图,图3为实施例3得到的流变稳定剂的TEM扫描图。由图1~3可知,本发明得到的流变稳定剂外观呈三维球形,且粒径分布在100~500nm。
本发明分别对实施例1~3得到的流变稳定剂进行了红外光谱测试,测试结果分别如图4所示。由图4可知,波数3425cm-1处的吸收峰归属于-NH2中N-H的伸缩振动,2925cm-1和2854处的吸收峰归属于-CH2-、-CH3的伸缩振动,2185cm-1处的吸收峰为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸中的C=C双键,1666cm-1处的吸收峰属于酰胺基中的羰基(C=O)的伸缩振动;1554cm-1为氨基吸收峰;1455cm-1处的吸收峰属于-CH2-中-C-H键的弯曲振动;1410cm-1处的吸收峰属于-CH2-、-CH3中-C-H键的弯曲振动,1173cm-1和1061cm-1处的吸收峰归属于-SO3-中S-O键的伸缩振动;664cm-1为-C-S键的伸缩振动吸收峰。红外图谱表明球形聚合物含有各种单体结构单元的特征吸收峰,说明共聚物为设计产物。
本发明分别对实施例1~3得到的流变稳定剂进行了粘均相对分子质量测试,测试结果显示聚合物粘均相对分子质量在6×105~9×105之间。
实施例4
以重量百分含量计,将钠膨润土:3%;实施例1得到的流变稳定剂:3%;氯化钾抑制剂:7%;磺化酚醛树脂降滤失剂:5.5%;聚氧乙烯硬脂酸酯润滑剂:2%;碳酸钠:0.3%;氢氧化钠:0.2%;海水:余量混合均匀得到耐超高温水性钻井液。
实施例5
以重量百分含量计,将凹凸棒土:3%;实施例2得到的流变稳定剂:4%;甲酸钠抑制剂:8%;木质素磺酸盐降滤失剂:4%;降级脂肪酸衍生物润滑剂:5%;氢氧化钠:0.3%;碳酸氢钠:0.3%;海水:余量,混合均匀得到耐超高温水性钻井液。
实施例6
以重量百分含量计,将高岭土:2%;实施例3得到的流变稳定剂:5%;有机聚胺抑制剂:5%;褐煤衍生物降滤失剂:6%;聚氧丙烯硬脂酸酯润滑剂:3%;碳酸钠:0.25%;氢氧化钠:0.25%;海水:余量,混合均匀得到耐高温水性钻井液。
对比例
除了将实施例4中的流变稳定剂替换为改性黄原胶之外,其余特征均与实施例1相同。
表1实施例4~6以及对比例得到的钻井液经200℃、230℃、260℃老化后的性能参数
注:表1中的老化时间为16小时,流变性能在60℃测定;
TA:老化温度,℃;
AV:表观粘度,mPa·s;
PV:塑性粘度,mPa·s;
YP:动切力,Pa;
Φ6/Φ3:六速旋转粘度计在6转和3转读数,无量纲;
FLAPI:中压失水(0.7MPa、室温、30min),ml;
FLHTHP:高温高压失水(3.5MPa、160℃、30min),ml;
RAS:防膨率,%;
CF:摩阻系数,无量纲;
由表1结果可知,本发明提供的钻井液经超高温老化后,展现出良好的提切和钻屑悬浮能力,且高温高压失水控制在20mL以内,防膨率超过95%,摩阻系数约0.10左右,表明本发明提供的钻井液不仅具有超高温稳定性,也具有较强的抑制性和润滑性,能够满足钻井液综合性能要求。
本发明将实施例4~6和对比例得到的钻井液经260℃老化16小时后进行超显微测试,以获得超高温对流变稳定剂分子形态及其在超高温钻井液中的分布状态的影响。测试结果如图5~8所示,其中图5为实施例4得到的钻井液老化后的显微照片,图6为实施例5得到的钻井液老化后的显微照片,图7为实施例6得到的钻井液老化后的显微照片,图8为对比例得到的钻井液老化后的显微照片。由图5~8可知,对比例产品经260℃超高温老化后,流体均匀无固相,说明改性黄原胶处理剂发生高温降解;而实施例4~6的产品经260℃超高温老化后,流体中明显存在微米、亚微米级别的球型聚集态结构,球型聚合物受高温影响,水化膨胀粒径增大,而空间结构并未被破坏,说明该纳米球型分子形态的聚合物流变稳定剂具有良好的抗温性,能够通过球型聚集态结构强化与钻井液流体组分的作用,提高钻井液的超高温稳定性。
由以上实施例可知,本发明提供了一种耐超高温水基钻井液。本发明所用流变稳定剂分子呈纳米球型结构,具有刚性大、分子量高、粒径小等特征,基团空间层级分布,能够提高表层有效基团分布数量及密度;该种分子形态不仅加强了流变稳定剂自身结构的温度稳定性,还可以通过有效基团的“结构补偿”作用,提高与粘土相的吸附和水化作用,增强钻井液性能的控释性,降低钻井液的温度敏感性,从而强化钻井液体系的流变稳定性,改善钻井液高温综合性能。由实施例结果可知,本发明提供的钻井液经260℃超高温老化后,流体中明显存在微米、亚微米级别的球型聚集态结构,说明该纳米球型分子形态的聚合物流变稳定剂具有良好的抗高温性,能够通过球型聚集态结构强化与钻井液流体组分的作用,提高钻井液的超高温稳定性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种耐超高温水基钻井液,包含如下质量百分含量的组分:
粘土 2~5%;
碱度调节剂 0.2~0.6%;
流变稳定剂 2~5%;
降滤失剂 4~8%;
抑制剂 4~8%;
润滑剂 2~5%;
水 余量;
其中,所述流变稳定剂由包含以下质量份的原料制备得到:
油相 40~56份;
水相 40~56份;
引发剂 2~5份;
交联剂 2~5份;
所述油相包含白油和乳化剂,所述乳化剂和白油的质量比为3~5:100;
所述乳化剂包含司盘、油酸二乙醇酰胺和气相二氧化硅,所述气相二氧化硅、司盘和油酸二乙醇酰胺的质量比为(0,10]:(40~50):(40~60);
所述水相为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N,N-二乙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸和丙烯酰胺,所述2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N,N-二乙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸和丙烯酰胺的质量比为(30~40):(20~40):(20~40):(10~20);
所述流变稳定剂分子呈纳米球型结构,粒径为100~500nm;
所述流变稳定剂的制备方法包含如下步骤:
将油相和水相混合进行一级加热处理,得到油水混合物;
将所述油水混合物和引发剂混合进行二级加热处理,得到包括引发剂的混合物;
将所述包括引发剂的混合物和交联剂混合进行聚合反应,得到流变稳定剂。
2.根据权利要求1 所述的耐超高温水基钻井液,其特征在于,所述引发剂为有机过氧化物类引发剂和/或过硫酸盐。
3.根据权利要求1 所述的耐超高温水基钻井液,其特征在于,所述交联剂为亚甲基双丙烯酰胺、N-羟乙基丙烯酰胺和双丙酮丙烯酰胺中的一种或几种。
4.根据权利要求1~3任意一项所述的耐超高温水基钻井液,其特征在于,所述粘土为膨润土、凹凸棒土、海泡石粉和高岭土中的一种或几种。
5.根据权利要求1~3任意一项所述的耐超高温水基钻井液,其特征在于,所述碱度调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化镁、碳酸钠和碳酸氢钠中的一种或几种。
6.根据权利要求1~3任意一项所述的耐超高温水基钻井液,其特征在于,所述降滤失剂为磺化酚醛树脂、木质素磺酸盐、褐煤衍生物、改性单宁、腐植酸类共聚物和改性淀粉中的一种或几种。
7.根据权利要求1~3任意一项所述的耐超高温水基钻井液,其特征在于,所述抑制剂为有机聚胺、氯化钾、甲酸钠和甲酸钾中的一种或几种。
8.根据权利要求1~3任意一项所述的耐超高温水基钻井液,其特征在于,所述润滑剂为聚氧乙烯硬脂酸酯、聚氧丙烯硬脂酸酯、羟基脂肪酸衍生物和聚醚多元醇中的一种或几种。
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