CN108424754B

CN108424754B - 一种抗高温高钙盐钻井液及制备方法

Info

Publication number: CN108424754B
Application number: CN201710077673.0A
Authority: CN
Inventors: 王琳; 杨小华; 金军斌; 林永学; 崔龙兵; 王海波; 何剑; 钱晓琳; 张国; 李雄
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering
Priority date: 2017-02-14
Filing date: 2017-02-14
Publication date: 2020-08-11
Anticipated expiration: 2037-02-14
Also published as: CN108424754A

Abstract

本发明公开了一种抗高温高钙盐钻井液及制备方法。钻井液包括按重量份数计的以下组分：水 100重量份；粘土矿物 0.8～3重量份；氧化钙 0.3～2重量份；氢氧化钠 0.5～1.5重量份；抗钙降滤失剂A 0.3～2重量份；抗钙降滤失剂B 1～5重量份；分散剂 0.5～4重量份；磺化酚醛树脂 2～6重量份；沥青类防塌剂 1～4重量份；润滑剂 1～5重量份；氯化钾 0～20重量份；氯化钙 4～15重量份；加重剂 0～300重量份。本发明具有较好的抑制防塌能力，流变性、悬浮稳定性好，高温高压滤失量低，适用于含高钙盐水地层以及易塌地层的钻进施工。

Description

一种抗高温高钙盐钻井液及制备方法

技术领域

本发明涉及钻井技术领域，进一步地说，是涉及一种抗高温高钙盐钻井液及制备方法。

背景技术

在石油天然气的勘探开发中常钻遇盐膏层及盐水层，对钻井液性能影响较大，尤其是当钙、镁离子含量高的地层水侵入钻井液时，导致钻井液的流变性及滤失量等性能失去控制，不仅严重影响钻探作业的速度，还大大增加了工程的安全风险。

钙、镁等高价金属离子对钻井液性能的破坏主要是因为其对造浆土以及高分子聚合物类处理剂有严重的影响。Ca²⁺可强烈吸附在粘土颗粒表面或进入晶层间进行离子交换，强烈压缩双电层，使表面电位下降、水化膜变薄，不仅导致粘土晶片发生面-面、端-端聚结而发生粘土颗粒絮凝；而且表面电位下降严重影响聚合物处理剂与粘土间的吸附，二者的增粘、捕集及物理堵塞等过程也受到影响，滤失量的控制变差。而且，高价的金属离子可使高分子聚合物长链产生卷曲，一些功能基团被包裹或者与高价离子作用，大大降低其在粘土表面的吸附能力从而失去作用，而且长链的卷曲会直接导致其在水基钻井液中粘度的大幅度降低，含有固相加重剂的钻井液易产生加重剂沉降，使钻井施工发生复杂事故。同时钻井液所处的高温环境会强化Ca²⁺对聚合物类降滤失剂、增粘剂以及粘土颗粒的影响，导致钻井液性能进一步恶化。

国外公司研发的AQUA-DRILL高钙醇基钻井液，含5～10％CaCl₂、1～4％AQUA-COL聚乙二醇类处理剂，具有很强的页岩抑制性，在胜利油田雪古1井应用，但是在使用过程中逐渐暴露出抗高温性能不足、高浓度CaCl₂条件下滤失量难以控制、处理剂消耗量大等问题。近年来国内开发的强抑制性高钙盐钻井液在新疆中1H井、中原油田桥90井等井应用，井温不高于120℃，Ca²⁺不高于4000mg/L。目前缺乏钙离子浓度更高条件下的抗温能力强的钻井液体系。

发明内容

针对现有技术中在高钙盐条件下抗温能力不足、高温高压滤失量难以控制等问题，本发明提供了一种抗高温高钙盐钻井液及制备方法。钻井液中氯化钙含量可达10％，抗温达到150℃，钻井液体系悬浮稳定性和防塌性较好，能有效地控制地层造浆、抑制粘土和钻屑的分散，具有很强的页岩抑制性，可有效解决高温条件下泥页岩膨胀分散和垮塌问题。

本发明的目的之一是提供一种抗高温高钙盐钻井液。

所述钻井液包括按重量份数计的以下组分：

所述粘土矿物优选由钠膨润土和抗盐土组成，抗盐土可以是凹凸棒土或短纤维海泡石。抗盐土可提高粘土矿物的在高盐钙条件下的造浆性能，钠膨润土有助于流变性调节和滤失量控制。

所述氢氧化钠和氧化钙均可调节体系的pH值在8～10，其中氧化钙可起到一定的pH值缓冲作用。

所述加重剂可以是重晶石、碳酸钙、铁矿粉或微锰粉；沥青类防塌剂可以是磺化沥青粉、乳化沥青；所述润滑剂为改性油脂类极压润滑剂。

分散剂是自制产品，可有效分散重晶石等加重材料，对钻井液有稀释作用，兼具降滤失作用，已经获得专利授权(ZL 201110301295.2)。

所述抗钙降滤失剂A是发明人之前的申请[申请号201611077028.0]，本申请中所述的抗钙降滤失剂A即申请专利(申请号201611077028.0)中的增粘型抗钙盐聚合物降滤失剂，也是按照专利(申请号201611077028.0)中的方法制备的。

具体如下：

所述抗钙降滤失剂A是由包括以下单体的原料聚合而得，各单体按质量百分比计：

所述N-乙烯基酰胺类单体优选为N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基乙酰胺或N-甲基-N-乙烯基乙酰胺；

所述丙烯酰胺类单体优选为丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰或N,N-二乙基丙烯酰胺；

所述含乙烯基的磺酸单体优选为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸或2-丙烯酰氧基-2-甲基丙磺酸；

所述丙烯酸类单体优选为丙烯酸或甲基丙烯酸；

所述甲基丙烯酸酯类单体优选为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯或甲基丙烯酸丁酯。

所述抗钙降滤失剂A的制备方法，包含以下步骤：

(1)将所述单体加入一定量去离子水中，搅拌下用碱性物质调节溶液的pH值在5～10，优选为6～9，得混合溶液A，混合溶液A中单体的总浓度为10～50％；优选的总重量浓度为20～50％；更优选的总重量浓度为25～45％。

所述碱性物质优选为氢氧化钠、氢氧化钾或氨水；

(2)将混合溶液A中加入高分子材料，高分子材料的重量为混合溶液A重量的0.05～3％；通氮气0.5～2小时，得混合溶液B；

将高分子材料溶于含单体的水溶液中，单体是在高分子聚合物溶液中平缓地进行聚合反应，易于控制；

所述高分子材料是在水中可溶解的聚合物，优选为黄原胶、聚阴离子纤维素、环糊精或淀粉；

上述步骤(2)中高分子材料的重量优选为混合溶液A重量的0.1～2％；通氮气优选的时间为0.5小时～1小时。

(3)混合溶液B在温度30℃～80℃、加入引发剂与络合剂条件下进行反应，反应时间为1小时～8小时，得凝胶状产物，其中引发剂为单体总重量的0.05～0.3％；络合剂为混合溶液B重量的0.03～0.2％。

所述引发剂为氧化-还原类引发剂，其中氧化剂为过氧化氢、过硫酸铵、过硫酸钾，还原剂为亚硫酸氢钠或四甲基乙二胺，所述氧化-还原类引发剂是从氧化剂中的任意一种与还原剂中的任意一种组合即可。

所述络合剂为有机胺类络合剂，优选为乙二胺四乙酸或其二钠盐。引发剂优选是为单体总重量的0.05～0.2％，更优选为单体总重量的0.05～0.15％；络合剂优选为混合溶液B重量的0.05～0.1％。

上述步骤中混合溶液B的反应温度优选40℃～70℃，加入引发剂与络合剂后反应，反应时间优选2～6小时。

(4)将步骤(3)中得到的凝胶状产物切割、干燥、粉碎，制得所述增粘型抗钙盐聚合物降滤失剂，干燥温度70℃～120℃，优选为80℃～100℃。

所述抗钙降滤失剂B是发明人之前的申请[申请号201611076867.0]，本申请中所述的抗钙降滤失剂B即申请专利(申请号201611076867.0)中的抗钙盐钻井液降滤失剂，也是按照专利(申请号201611076867.0)中的方法制备的。

具体如下：

所述抗钙降滤失剂B是由包括以下组分的原料聚合而得：

单体、碱和无机材料；

所述单体为：含乙烯基的磺酸单体、丙烯酰胺和N-乙烯基酰胺类单体；

含乙烯基的磺酸单体、丙烯酰胺和N-乙烯基酰胺类单体的摩尔百分数分别为：30～70％、5～50％、10～50％；优选：40～65％、10～40％、15～35％。

单体、碱和无机材料三者的用量范围分别是70～90wt％、5～25wt％、3～15wt％；优选：75～85wt％、10～20wt％、5～10wt％；

所述无机材料为二氧化硅、凹凸棒土、海泡石或活性白土；

所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾或氨水；

所述含乙烯基的磺酸单体为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸或2-丙烯酰氧基-2-甲基丙磺酸；

所述N-乙烯基酰胺类单体为N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基乙酰胺或N-甲基-N-乙烯基乙酰胺。

其中，碱的作用是与含乙烯基的磺酸单体进行酸碱中和，调节聚合体系的pH值。无机材料中二氧化硅、凹凸棒土、海泡石或活性白土的加入，可使单体能够在无机材料表面或片层中间进行聚合反应，从而提高聚合物降滤失剂的抗温能力和抗钙盐能力。

所述抗钙降滤失剂B的制备方法包括：

(1)将无机材料分散于水中，加入碱，搅拌、溶解均匀后得混合溶液C；混合溶液C中无机材料的浓度为2～15％；

(2)在混合溶液A中加入丙烯酰胺、含乙烯基的磺酸单体、N-乙烯基酰胺类单体，溶解均匀，通氮气0.5～2小时得混合溶液D，混合溶液D中单体的总浓度为20～70％；

(3)混合溶液D在温度30℃～70℃、pH值5～10、加入引发剂与分子量控制剂条件下进行反应，反应时间为0.2小时～4小时，得凝胶状产物，其中引发剂为单体总重量的0.03～0.3％；分子量控制剂为混合溶液D重量的0.05～0.3％；

所述引发剂为氧化-还原引发剂；

所述分子量控制剂为叔十二碳硫醇、3-巯基丙酸、乙酸钠或异丙醇；

(4)将步骤(3)中得到的凝胶状产物在造粒、干燥、粉碎后制得所述抗高温抗钙盐聚合物降滤失剂，干燥温度：60℃～150℃，干燥时间10小时～36小时。

其中，优选：

步骤(1)中混合溶液C中无机材料的浓度为5～10％。

步骤(2)单体的总重量浓度为30～60％；

通氮气的时间为0.5小时～1小时。

步骤(3)中混合溶液D的反应温度为30℃～50℃、pH值为6～9；反应时间优选0.5小时～2小时；

上述步骤(3)中所述氧化-还原引发剂是由过氧化氢、过硫酸铵、过硫酸钾三者中之一与亚硫酸氢钠组成的。

引发剂为单体总重量的0.05～0.15％；

分子量控制剂为混合溶液D重量的0.05～0.1％。

步骤(4)中凝胶状产物的干燥温度为70℃～100℃。

所述抗钙降滤失剂A在高钙含量下具有一定的增粘、降滤失效果；所述抗钙降滤失剂B相对分子质量较低，在高温下具有较好的抗钙降滤失效果。

本发明目的之二是提供该抗高温高钙盐钻井液体系的配制方法。

所述方法包括：

在水中加入粘土矿物室温老化后按所述用量加入除氯化钾、氯化钙、加重剂外的其他组分，搅拌至溶解均匀，最后加入氯化钾、氯化钙、加重剂，搅拌后制得所述的高钙盐钻井液体系。

具体可采用以下步骤操作：

按所述用量在水中加入粘土矿物，老化，老化以能充分水化为宜，一般超过24小时即可，然后加入抗钙降滤失剂A、抗钙降滤失剂B，搅拌至溶解完全；再加入分散剂、磺化酚醛树脂、沥青类防塌剂、润滑剂，最后加入氯化钾、氯化钙、加重剂，搅拌时间以各组分能充分溶解、加重剂固体粉末分散均匀为宜，总搅拌时间一般可优选50分钟以上。

本发明使用抗钙聚合物作为降滤失和增粘的处理剂，配合使用分散剂、防塌剂、润滑剂等处理剂，配制密度1.1～2.2g/cm³、氯化钙含量在4％～10％(钙离子含量14400～36000mg/L)的高钙钻井液。该高钙钻井液抗温达150℃，具有较好的抑制防塌能力，流变性、悬浮稳定性好，高温高压滤失量低，适用于含高钙盐水地层以及易塌地层的钻进施工。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明。

抗钙降滤失剂A的制备：

(1)将10g N-乙烯基甲酰胺、6g丙烯酰胺、80g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、2.5g丙烯酸、1.5g甲基丙烯酸甲酯加入150g去离子水中，用40g 40％氢氧化钠溶液调节pH值在8，得混合溶液A，混合溶液A中单体的总浓度为34.5％

(2)在混合溶液A中加入0.3g黄原胶，通N₂ 0.5小时，得混合溶液B，其中黄原胶为混合溶液B重量的0.1％。

(3)将混合溶液B在50℃下加入引发剂过硫酸铵和亚硫酸氢钠各0.05g、络合剂乙二胺四乙酸二钠0.3g，反应3小时，得凝胶状产物，其中引发剂量为单体总重量的0.1％；乙二胺四乙酸二钠为混合溶液B重量的0.1％。

(4)将凝胶状产物剪切造粒，在85℃干燥10小时，粉碎即得抗钙降滤失剂A1。

(1)将20g N-乙烯基甲酰胺、5g丙烯酰胺、70g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、3g丙烯酸、2g甲基丙烯酸甲酯加入100g去离子水中，用38g 40％氢氧化钠溶液调节pH值在8，得混合溶液A，混合溶液A中单体的总浓度约为42％

(2)在混合溶液A中加入4g聚阴离子纤维素(HV-PAC)，通N2 1小时，得混合溶液B，其中聚阴离子纤维素(HV-PAC)为混合溶液B重量的1.68％。

(3)将混合溶液B在30℃下加入引发剂过硫酸铵和亚硫酸氢钠各0.05g、络合剂乙二胺四乙酸二钠0.3g，反应5小时，得凝胶状产物，其中引发剂量为单体总重量的0.1％；乙二胺四乙酸二钠为混合溶液B重量的0.13％。

(4)将凝胶状产物剪切造粒，在90℃干燥8小时，粉碎即得抗钙降滤失剂A2。

(1)将10g N-乙烯基甲酰胺、10g丙烯酰胺、77g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、2g丙烯酸、1g甲基丙烯酸甲酯加入200g去离子水中，用40g 40％氢氧化钠溶液调节pH值在7，得混合溶液A，混合溶液A中单体的总浓度为29％。

(2)在混合溶液A中加入5gβ-环糊精，搅拌下通N2 1.5小时，直到β-环糊精完全溶解，得混合溶液B，其中β-环糊精为混合溶液B重量的1.89％。

(3)将混合溶液B在60℃下加入引发剂过硫酸铵和亚硫酸氢钠各0.05g、络合剂乙二胺四乙酸二钠0.5g，反应7小时，得凝胶状产物，其中引发剂量为单体总重量的0.1％；乙二胺四乙酸二钠为混合溶液B重量的0.15％。

(4)将凝胶状产物剪切造粒，在100℃干燥6小时，粉碎即得抗钙降滤失剂A3。

制备的抗温抗钙盐聚合物降滤失剂产品③的粘度和抗钙降滤失性能见表1。

(1)将30g N-乙烯基甲酰胺、5g丙烯酰胺、55g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、7g丙烯酸、3g甲基丙烯酸甲酯加入150g去离子水中，用36.5g 40％氢氧化钠溶液调节pH值在7，得混合溶液A，混合溶液A中单体的总浓度为34.9％。

(2)在混合溶液A中加入0.5g黄原胶，通N₂ 1小时，得混合溶液B，其中黄原胶为混合溶液B重量的0.17％。

(3)将混合溶液B在30℃下加入引发剂过硫酸铵和四甲基乙二胺各0.05g、络合剂乙二胺四乙酸二钠0.2g，反应8小时，得凝胶状产物，其中引发剂量为单体总重量的0.1％；乙二胺四乙酸二钠为混合溶液B重量的0.07％。

(4)将凝胶状产物剪切造粒，在95℃干燥8小时，粉碎即得抗钙降滤失剂A4。

(1)将20g N-乙烯基甲酰胺、5g丙烯酰胺、70g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、3g丙烯酸、2g甲基丙烯酸甲酯加入100g去离子水中，用26g 25％氨水溶液调节pH值在8，得混合溶液A，混合溶液A中单体的总浓度为44％。

(2)在混合溶液A中加入0.3g黄原胶，通N₂ 1小时，得混合溶液B，其中黄原胶为混合溶液B重量的0.13％。

(3)将混合溶液B在40℃下加入引发剂过硫酸铵和四甲基乙二胺各0.03g、络合剂乙二胺四乙酸二钠0.2g，反应8小时，得凝胶状产物，其中引发剂量为单体总重量的0.06％；乙二胺四乙酸二钠为混合溶液B重量的0.09％。

(4)将凝胶状产物剪切造粒，在90℃干燥8小时，粉碎即得抗钙降滤失剂A5。

(1)将10g N-乙烯基甲酰胺、15g丙烯酰胺、72g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、2g丙烯酸、1g甲基丙烯酸甲酯加入150g去离子水中，用36g 40％氢氧化钠溶液调节pH值约在7，得混合溶液A，混合溶液A中单体的总浓度为40％。

(2)在混合溶液A中加入0.3g黄原胶，通N₂ 1小时，得混合溶液B，其中黄原胶为混合溶液B重量的0.1％。

(3)将混合溶液B在40℃下加入引发剂过硫酸铵和四甲基乙二胺各0.03g、络合剂乙二胺四乙酸二钠0.2g，反应8小时，得凝胶状产物，其中引发剂量为单体总重量的0.06％；乙二胺四乙酸二钠为混合溶液B重量的0.07％。

(4)将凝胶状产物剪切造粒，在90℃干燥8小时，粉碎即得抗钙降滤失剂A6。

抗钙降滤失剂B的制备：

(1)将8g二氧化硅分散于100g水中，搅拌下加入12g氢氧化钠，搅拌、溶解均匀后得120g混合溶液A，混合溶液A中二氧化硅的质量浓度为6.8％。

(2)分别取62g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、10.5g丙烯酰胺、10.5g N-乙烯基甲酰胺，溶解均匀，三种单体的摩尔百分比依次为50％、25％、25％。通氮气0.5小时得203g的混合溶液B，混合溶液B中三种单体的总质量浓度为40.9％。

(3)将混合溶液B在40℃、pH 7、加入引发剂过硫酸铵和亚硫酸氢钠各0.05g与0.2g分子量控制剂乙酸钠条件下反应0.5小时，得凝胶状产物，其中过引发剂为单体总重量的0.12％；乙酸钠为混合溶液B重量的0.09％。

(4)将凝胶状产物剪切造粒后在80℃干燥12小时，得固体产物，粉碎即得抗钙降滤失剂B1.

(1)将8g凹凸棒土分散于62g水中，搅拌下加入16g氢氧化钠，搅拌、溶解均匀后得86g混合溶液A，混合溶液A中凹凸棒土的质量浓度为9.3％。

(2)分别取83g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、10.5g丙烯酰胺、21g N-乙烯基甲酰胺，溶解均匀，三种单体的摩尔百分比依次为47.5％、17.5％、35％。通氮气0.5小时得200.5g的混合溶液B，混合溶液B中三种单体的总质量浓度为57.1％。

(3)将混合溶液B在45℃、pH＝7、加入引发剂过硫酸铵和亚硫酸氢钠各0.06g与0.5g分子量控制剂异丙醇条件下反应0.5小时，得凝胶状产物，其中过引发剂为单体总重量的0.10％；异丙醇为混合溶液B重量的0.25％。

(4)将凝胶状产物剪切造粒后在70℃干燥15小时，得固体产物，粉碎即得抗钙降滤失剂B2.

(1)将6g凹凸棒土分散于100g水中，搅拌下加入12g氢氧化钠，搅拌、溶解均匀后得118g混合溶液A，混合溶液A中凹凸棒土的质量浓度为5.08％。

(2)分别取62.5g 2-丙烯酰氧基-2-甲基丙磺酸、21g丙烯酰胺、10.5g N-乙烯基甲酰胺，溶解均匀，三种单体的摩尔百分比依次约为40％、40％、20％。通氮气0.5小时得212g的混合溶液B，混合溶液B中三种单体的总质量浓度为44.3％。

(3)将混合溶液B在65℃、pH＝8、加入引发剂过硫酸铵和亚硫酸氢钠各0.12g与0.3g分子量控制剂3-巯基丙酸条件下反应1.5小时，得凝胶状产物，其中引发剂为单体总重量的0.25％；巯基乙酸为混合溶液B重量的0.14％。

(4)将凝胶状产物剪切造粒后在100℃干燥17小时，得固体产物，粉碎即得抗钙降滤失剂B3

(1)将8g凹凸棒土分散于70g水中，搅拌下加入22g氢氧化钾，搅拌、溶解均匀后得100g混合溶液A，混合溶液A中凹凸棒土的质量浓度为8％。

(2)分别取80g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、5g丙烯酰胺、15g N-乙烯基乙酰胺，溶解均匀，三种单体的摩尔百分比依次约为61.5％、12.8％、25.7％。通氮气0.8小时得200g的混合溶液B，混合溶液B中三种单体的总质量浓度为50％。

(3)将混合溶液B在50℃、pH＝8、加入引发剂过硫酸铵和亚硫酸氢钠各0.15g与0.2g分子量控制剂异丙醇条件下反应0.3小时，得凝胶状产物，其中引发剂为单体总重量的0.3％；异丙醇为混合溶液B重量的0.1％。

(4)将凝胶状产物剪切造粒后在95℃干燥14小时，得固体产物，粉碎即得抗钙降滤失剂B4.

实施例中所用原料：

钠膨润土：新疆夏子街膨润土有限责任公司

凹凸棒土：江苏盱眙鑫源科技有限公司

分散剂：代号SMS-19，中国石化石油工程技术研究院

润滑剂：代号SMJH-1,中国石化石油工程技术研究院

沥青类防塌剂：代号SMNA-1中国石化石油工程技术研究院

磺化酚醛树脂：代号SMP-2，成都川锋化学工程有限责任公司

氧化钙、氢氧化钠、氯化钾、氯化钙：国药集团化学试剂公司

水：自来水，随取

实施例1

密度为1.1g/cm³钻井液组分配比为以水为100重量份计如下：

具体配制过程如下：

(1)搅拌下，将钠膨润土和凹凸棒土分散于水中，室温放置24小时以上；(2)加入氧化钙、氢氧化钠水溶液，高速搅拌5分钟；(3)高搅下，依次缓慢加入抗钙降滤失剂A、抗钙降滤失剂B，高速搅拌30分钟，至降滤失剂聚合物溶解完全；(4)高搅下，加入分散剂、磺化酚醛树脂、沥青类防塌剂、润滑剂，高速搅拌10分钟；(5)高搅下先加入氯化钾，全部溶解后再加入氯化钙，高速搅拌20分钟后加入重晶石，再搅拌10分钟。

按照上述流程配制高钙盐钻井液，倒入老化罐，在150℃下热滚16小时后降温，在50℃用六速粘度计测定流变性能，之后测定中压滤失量和高温高压滤失量。上述组分配比的高钙钻井液性能如下：

表1

从以上结果可以看出，本发明的含氯化钙4％的1.12g/cm³密度的高钙钻井液，经150℃老化16小时后，塑性粘度在44mPa.s，老化后的中压滤失量2.4mL，高温高压滤失量16.8mL，表明高钙钻井液的流变性能良好、滤失量较低。

实施例2

密度为1.8g/cm³钻井液组分配比为以水为100重量份计如下：

具体配制过程同实施例1。

表2

从以上结果可以看出，本发明的含氯化钙4％的1.78g/cm³密度的高钙钻井液，经150℃老化16小时后，塑性粘度在71mPa.s，老化后的中压滤失量1.6mL，高温高压滤失量12mL，表明高钙钻井液的流变性能良好、滤失量较低。

实施例3

密度为2.2g/cm³钻井液组分配比为以水为100重量份计如下：

具体配制过程同实施例1。

表3

从以上结果可以看出，本发明的含氯化钙4％的2.23g/cm³密度的高钙钻井液，经150℃老化16小时后，塑性粘度在147mPa.s，老化后的中压滤失量3mL，高温高压滤失量18mL，表明当密度达到2.2g/cm³以上时高钙钻井液仍然具有较好的流变性能，滤失量可控。

实施例4

密度为1.8g/cm³钻井液组分配比为以水为100重量份计如下：

具体配制过程同实施例1：

表4

从以上结果可以看出，本发明的含氯化钙8％的1.81g/cm³密度的高钙钻井液，经150℃老化16小时后，塑性粘度在64mPa.s，老化后的中压滤失量2.6mL，高温高压滤失量18mL，表明高钙钻井液的流变性能良好、滤失量较低。

实施例5

密度为1.5g/cm³钻井液组分配比为以水为100重量份计如下：

具体配制过程同实施例1：

按照上述流程配制高钙盐钻井液，倒入老化罐，在150℃下热滚16小时，降温，在50℃下用六速粘度计测定流变性能，之后测定中压滤失量和高温高压滤失量。上述组分配比的高钙钻井液性能如下：

表5

从以上结果可以看出，本发明的含氯化钙10％的1.51g/cm³密度的高钙钻井液，在150℃老化16小时后的塑性粘度在50mPa.s，中压滤失量低于2.0mL，高温高压滤失量16mL，表明高钙钻井液的流变性能良好、滤失量较低，抗温能力强。

实施例6

密度为2.2g/cm³钻井液组分配比为以水为100重量份计如下：

具体配制过程同实施例1(不加氯化钾)：

表6

从以上结果可以看出，本发明的含氯化钙4％的2.21g/cm³密度的高钙钻井液，经150℃老化16小时后，塑性粘度在87mPa.s，老化后的中压滤失量1.6mL，高温高压滤失量14mL，表明当密度达到2.2g/cm³时高钙钻井液仍然具有较好的流变性能，滤失量可控。

对比例

以现场常用的配方和处理剂配制密度为1.8g/cm³钻井液，在其中加入8％氯化钙，在150℃老化后测试流变性和滤失量。

组分配比为以水为100重量份计如下：

上述配方中，流型调节剂为低粘PAC(PAV-LV)、降滤失剂为抗盐聚合物降滤失剂、磺化褐煤为市场常用的钻井液用磺化褐煤。其余材料同实施例。

具体配制过程如下：

搅拌下，将钠膨润土分散于水中，室温放置24小时以上，加入氢氧化钠，高速搅拌5分钟；高搅下依次缓慢加入流型调节剂、抗盐降滤失剂，高速搅拌30分钟，至溶解完全；高搅下加入磺化褐煤、磺化酚醛树脂、沥青类防塌剂、润滑剂，高速搅拌10分钟；之后加入氯化钾，搅拌溶解后再加入氯化钙，高速搅拌20分钟后加入重晶石，再搅拌10分钟。

按照上述流程配制钻井液倒入老化罐，在150℃下热滚16小时后降温，在50℃用六速粘度计测定流变性能，之后测定中压滤失量和高温高压滤失量。

表7

从以上结果可以看出，在目前现场用的配方中加入8％的氯化钙，经150℃老化16小时后，中压滤失量偏大，高温高压滤失量达84mL，可见在8％氯化钙存在及150℃高温条件下，体系的高温高压滤失量失去控制。而且老化后开罐时可见体系部分成絮状稠化、分层，经高搅后变均匀，但切力偏低，流变性变差。

Claims

1.一种抗高温高钙盐钻井液，其特征在于所述钻井液包括按重量份数计的以下组分：

所述抗钙降滤失剂A中：

所述N-乙烯基酰胺类单体为N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基乙酰胺或N-甲基-N-乙烯基乙酰胺；

所述丙烯酰胺类单体为丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺或N,N-二乙基丙烯酰胺；

所述丙烯酸类单体为丙烯酸或甲基丙烯酸；

所述甲基丙烯酸酯类单体为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯或甲基丙烯酸丁酯；

所述抗钙降滤失剂B是由包括以下组分的原料聚合而得：

单体、碱和无机材料；

含乙烯基的磺酸单体、丙烯酰胺和N-乙烯基酰胺类单体的摩尔百分数分别为：30～70％、5～50％、10～50％；

单体、碱和无机材料三者的用量范围分别是70～90wt％、5～25wt％、3～15wt％；

所述抗钙降滤失剂B中：

所述无机材料为二氧化硅、凹凸棒土、海泡石或活性白土；

所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾或氨水；

2.如权利要求1所述的抗高温高钙盐钻井液，其特征在于：

3.如权利要求1所述的抗高温高钙盐钻井液，其特征在于：

所述抗钙降滤失剂B中：

含乙烯基的磺酸单体、丙烯酰胺和N-乙烯基酰胺类单体的摩尔百分数分别为：40～65％、10～40％、15～35％；

单体、碱和无机材料三者的用量范围为75～85wt％、10～20wt％、5～10wt％。

4.如权利要求1～3之一所述的抗高温高钙盐钻井液，其特征在于：

所述抗钙降滤失剂A的制备方法包括：

(1)将所述单体加入去离子水中，搅拌下用碱性物质调节溶液的pH值在5～10，得混合溶液A；

混合溶液A中单体的总浓度为10～50％；

(2)将混合溶液A中加入高分子材料，通氮气0.5～2小时，得混合溶液B，高分子材料的重量为混合溶液B重量的0.05～3％；

所述高分子材料为在水中可溶解的聚合物；

(3)混合溶液B在温度30℃～80℃加入引发剂与络合剂条件下进行反应，反应时间为1小时～8小时，得凝胶状产物；

其中引发剂为单体总重量的0.05～0.3％；

络合剂为混合溶液B重量的0.03～0.2％；

所述引发剂为氧化-还原类引发剂；

所述络合剂为有机胺类络合剂；

(4)将步骤(3)中得到的凝胶状产物切割、干燥、粉碎，制得所述抗钙降滤失剂A，干燥温度为70℃～120℃。

5.如权利要求1～3之一所述的抗高温高钙盐钻井液，其特征在于

所述抗钙降滤失剂B的制备方法包括：

(2)在混合溶液C中加入丙烯酰胺、含乙烯基的磺酸单体、N-乙烯基酰胺类单体，溶解均匀，通氮气0.5～2小时得混合溶液D，混合溶液D中单体的总浓度为20～70％；

所述引发剂为氧化-还原引发剂；

(4)将步骤(3)中得到的凝胶状产物在造粒、干燥、粉碎后制得所述抗钙降滤失剂B，干燥温度：60℃～150℃，干燥时间10小时～36小时。

6.一种如权利要求1～5之一所述的抗高温高钙盐钻井液的制备方法，其特征在于所述方法包括：

在水中加入粘土矿物室温老化后按所述用量加入除氯化钾、氯化钙、加重剂外的其他组分，搅拌至溶解均匀，最后加入氯化钾、氯化钙、加重剂，搅拌后制得所述的抗高温高钙盐钻井液体系。