CN112574725A - 抗高温的高密度水基钻井液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗高温的高密度水基钻井液，其特征在于，包括清水、膨润土、纯碱、抗高温降滤失剂、封堵剂、纳米封堵剂、除氧剂、分散剂、片碱、KCl、以及与加重至所需密度相适应的重晶石；抗高温降滤失剂为丙烯酸、2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸、N‑乙烯基吡咯烷酮、羟丁基乙烯基醚在引发剂引发下聚合形成共聚物，而后与二甲基氯硅烷反应形成的交联共聚物；纳米封堵剂由气相白炭黑、氨基硅油、聚乙二醇‑400、甲苯‑2,4‑二异氰酸酯、SPAN‑80和水制备而成；该钻井液能够实现在室温下能够降低钻井液粘度，而在高温下能够增加膨润土水化膜厚度，起到分散稳定作用，避免高温作用下膨润土聚沉造成的粘度下降；且体系配伍性好，具有高温稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及石油天然气技术领域，特别涉及一种抗高温的高密度水基钻井液及其制备方法。
背景技术
深部油气资源的勘探开发将成为今后10～15年化石能源行业发展的重要领域之一，该领域的技术创新活动已经列入国家“技术革命创新行动计划”。深井超深井钻井中，钻井液长时间处于超高温地层条件下，高温稳定性是技术瓶颈之一；随着密度增加，重晶石含量剧增，钻井液中自由水含量降低，其流变性调控难上加难；目前国内外水基钻井液在超高温、高密度、盐膏层、高矿化度高压盐水层条件并存下，其高温稳定性、流变性和抗污染能力还无法有效解决。
发明内容
本发明的目的是提供一种兼具抗温能力强、高密度下流变性能好、且抗盐污染能力强等特点的抗高温的高密度水基钻井液。
本发明的另一目的是提供了一种上述高密度水基钻井液的制备方法。
为此，本发明技术方案如下：
一种抗高温的高密度水基钻井液，包括以重量份计的100份清水、2～4份膨润土、0.1～0.2份纯碱、1.5～3份抗高温降滤失剂、2～3份封堵剂、1～2份纳米封堵剂、0.1～0.2份除氧剂、1～2份分散剂、0.5～0.8份片碱、5～7份KCl、以及与加重至所需密度相适应的重晶石；其中，
所述抗高温降滤失剂为丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮、羟丁基乙烯基醚在引发剂引发下聚合形成共聚物，而后与二甲基氯硅烷反应形成的交联共聚物；其中，丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮、羟丁基乙烯基醚、二甲基氯硅烷的重量比为(30～40):(10～15):(10～15):(5～10):(5～10)；该降滤失剂通过首先将丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮和羟丁基乙烯基醚进行共聚，使共聚物的支链上增加羟基含量，再将共聚物进而与二甲基氯硅烷进行水解反应，使共聚物链段之间发生空间交联反应，形成具有立体网状结构的交联共聚物，以提高产品抗温性能的目的；
所述纳米封堵剂由以重量份计的8～10份气相白炭黑、15～20份氨基硅油、5～10份聚乙二醇-400、0.5～1份甲苯-2,4-二异氰酸酯、2～5份SPAN-80和75～105份水制备而成；
优选，引发剂为过硫酸铵和亚硫酸氢钠的混合物，二者重量比为2:1；引发剂用量为丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮、羟丁基乙烯基醚和二甲基氯硅烷的总重量的0.2％。
优选，所述抗高温降滤失剂的制备步骤如下：
S1、将丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮和羟丁基乙烯基醚溶于溶剂水中，并加入片碱调节溶液pH值至9～12，制得单体反应液；其中，溶剂水的加量为丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮、羟丁基乙烯基醚和二甲基氯硅烷的总重量的2.5～4倍；
S2、将单体反应液加入至反应器中，并反应器中通氮气维持10min；
S3、将单体反应液升温至40～50℃，向其中加入引发剂并反应3～5h；
S4、向反应器中滴加二甲基氯硅烷，滴加过程中始终用片碱调节溶液pH值保持在9～12之间，保持40～50℃条件下，继续反应1～2h；之后升温至120℃，反应2～3h，得到胶液状产物；
S5、将步骤S4所得产物在90℃下用烘箱烘干12h，粉碎，即得到钻井液用抗高温降滤失剂。
优选，聚乙二醇-400与甲苯-2,4-二异氰酸酯的重量比为10:1。
优选，所述纳米封堵剂的制备步骤如下：
S1、将气相白炭黑与氨基硅油在反应器中混合搅拌均匀，得到混合反应物；
S2、将混合反应物缓慢升温至320℃，搅拌条件下反应2h，而后降至室温得到中间体1；
经过上述步骤S1和S2中，中间体1为气相白炭黑与氨基硅油在高温下发生不完全酯化反应的产物，其为氨基硅油酯和部分未反应的氨基硅油的混合物；该酯化反应产物较单一物理混合，能够提高滞留封堵能力，提升降滤失、封堵效果；
S3、将聚乙二醇-400和甲苯-2,4-二异氰酸酯在5℃下搅拌均匀，而后升温至70℃反应2h，得到中间体2；
在步骤S3中，中间体2为由聚乙二醇-400两端的羟基分别与甲苯-2,4-二异氰酸酯上两个-NCO发生缩合反应生成的聚氨酯；该聚氨酯能够在钻井液中起疏水成膜作用，即在地层形成疏水膜，实现成膜封堵；
S4、将步骤S2制得的中间体1缓慢加入至中间体2中，并继续在恒温70℃下反应3h，得到中间体3；
在该步骤S4时，步骤S3的缩合反应还未反应完全，但已经完成大部分，此时将中间体1加入至其中，使中间体1中未反应的氨基硅油的氨基与聚乙二醇-400端侧自由态的羟基发生反应，生成少量的氨基硅油改性聚氨酯；该氨基硅油改性聚氨酯也具有疏水成膜作用，且粘滞力较强，进一步提高聚氨酯的疏水性；
S5、向中间体3中加入SPAN-80和水，搅拌至乳化均匀，形成稳定的水包油乳状液，提高产品在钻井液中作用时效，即得钻井液用纳米封堵剂。
优选，所述封堵剂为磺化沥青。
优选，所述除氧剂为三烷基亚磷酸酯。
优选，所述分散剂为马来酸酐与丙烯酸共聚得到的共聚物钠盐，其分子量为2000～5000。
优选，所述重晶石为重晶石。
一种上述抗高温的高密度水基钻井液的制备方法，制备步骤如下：
S1、在12000r/min的转速下，向清水中边搅拌边加入膨润土和纯碱，搅拌30min，而后在25℃下养护24h；
S2、向其中加入抗高温降滤失剂，在12000r/min的转速下搅拌40min；
S3、依次向其中加入封堵剂、纳米封堵剂、除氧剂、分散剂、片碱和氯化钾，在12000r/min的转速下搅拌50min；
S4、最后加入重晶石，调整钻井液密度至与施工要求相符，在12000r/min的转速下搅拌60min，制得抗高温的高密度水基钻井液。
与现有技术相比，该抗高温的高密度水基钻井液的有益效果在于：
(1)该钻井液采用马来酸酐-丙烯酸共聚物钠盐作为分散剂，实现在室温下能够降低钻井液粘度，以调整钻井液流型，同时在高温下能够增加膨润土水化膜厚度，起到分散稳定作用，避免高温作用下膨润土聚沉造成的粘度下降；
(2)该钻井液采用三烷基亚磷酸酯作为除氧剂，其与常规无机盐类除氧剂相比具有更好的体系配伍性，且能够避免钻井液中其他组分与溶解氧的过快反应，提高体系高温稳定性；
(3)该钻井液采用纳米封堵剂与常规封堵剂复配作为封堵剂使用，其有效成分为气相白炭黑、氨基硅油改性聚氨酯、氨基硅油酯的混合物，有效提高其疏水性，滞留能力强，与气相白炭黑配合，提高封堵能力，且能够在高温分散作用下，起到提高体系悬浮稳定性的能力；
(4)该钻井液的抗高温降滤失剂中含有有机硅空间交联聚合物，与常规线性聚合物相比，高温降解速度明显降低，稳定性更强；
(5)该抗高温的高密度水基钻井液制备步骤简单、反应条件易控制处，适合工业化生产，具有良好的推广应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
实施例1
一种抗高温的高密度水基钻井液，其制备步骤如下：
(一)制备抗高温降滤失剂：
S1、将30g丙烯酸、10g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、10g N-乙烯基吡咯烷酮和5g羟丁基乙烯基醚溶于240g溶剂水中，并加入片碱调节溶液pH值至9，制得单体反应液；
S2、将单体反应液加入至反应器中，并反应器中通氮气维持10min；
S3、将单体反应液升温至40℃，向其中加入0.04g亚硫酸氢钠和0.08g过硫酸铵，反应3h；
S4、向反应器中滴加5g二甲基氯硅烷，滴加过程中始终用片碱调节溶液pH值保持在pH＝9，保持40℃条件下，继续反应1h；之后升温至120℃，反应2h，得到胶液状产物；
S5、将步骤S4所得产物在90℃下用烘箱烘干12h，粉碎，即得到钻井液用抗高温降滤失剂。
(二)制备钻井液用纳米封堵剂：
S1、将10重量份气相白炭黑和20重量份氨基硅油在反应器中混合搅拌均匀，得到混合反应物；
S2、将混合反应物缓慢升温至320℃，搅拌条件下反应2h，而后降至室温得到中间体1；
S3、将10重量份聚乙二醇-400和1重量份甲苯-2,4-二异氰酸酯在5℃下搅拌均匀，而后升温至70℃反应2h，得到中间体2；
S4、将步骤S2制得的中间体1缓慢加入至中间体2中，并继续在恒温70℃下反应3h，得到中间体3；
S5、向中间体3中加入5重量份SPAN-80和105重量份水，搅拌至乳化均匀，即得钻井液用纳米封堵剂；
(三)制备抗高温的高密度水基钻井液：
S1、在12000r/min的转速下，向100份重量清水中边搅拌边加入2重量份膨润土和0.2重量份纯碱，搅拌30min，而后在25℃下养护24h；
S2、向其中加入3重量份抗高温降滤失剂，在12000r/min的转速下搅拌40min；
S3、依次向其中加入2重量份磺化沥青、1重量份纳米封堵剂、0.1重量份三烷基亚磷酸酯、1重量份马来酸酐-丙烯酸共聚物钠盐(分子量：2000)、0.5重量份片碱和7重量份氯化钾，在12000r/min的转速下搅拌50min；
S4、最后加入适量重晶石，调整钻井液密度至2.30g/cm3，在12000r/min的转速下搅拌60min，制得抗高温的高密度水基钻井液。
实施例2
一种抗高温的高密度水基钻井液，其制备步骤如下：
(一)制备抗高温降滤失剂：
S1、将40g丙烯酸、15g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、15g N-乙烯基吡咯烷酮和10g羟丁基乙烯基醚溶于210g溶剂水中，并加入片碱调节溶液pH值至12，制得单体反应液；
S2、将单体反应液加入至反应器中，并反应器中通氮气维持10min；
S3、将单体反应液升温至50℃，向其中加入0.06g亚硫酸氢钠和0.12g过硫酸铵，反应5h；
S4、向反应器中滴加10g二甲基氯硅烷，滴加过程中始终用片碱调节溶液pH值保持在pH＝12，保持50℃条件下，继续反应2h；之后升温至120℃，反应3h，得到胶液状产物；
S5、将步骤S4所得产物在90℃下用烘箱烘干12h，粉碎，即得到钻井液用抗高温降滤失剂；
(二)制备钻井液用纳米封堵剂：
S1、将8重量份气相白炭黑和15重量份氨基硅油在反应器中混合搅拌均匀，得到混合反应物；
S2、将混合反应物缓慢升温至320℃，搅拌条件下反应2h，而后降至室温得到中间体1；
S3、将5重量份聚乙二醇-400和0.5重量份甲苯-2,4-二异氰酸酯在5℃下搅拌均匀，而后升温至70℃反应2h，得到中间体2；
S4、将步骤S2制得的中间体1缓慢加入至中间体2中，并继续在恒温70℃下反应3h，得到中间体3；
S5、向中间体3中加入2重量份SPAN-80和75重量份水，搅拌至乳化均匀，即得钻井液用纳米封堵剂；
(三)制备抗高温的高密度水基钻井液：
S1、在12000r/min的转速下，向100份重量清水中边搅拌边加入4重量份膨润土和0.1重量份纯碱，搅拌30min，而后在25℃下养护24h；
S2、向其中加入1.5重量份抗高温降滤失剂，在12000r/min的转速下搅拌40min；
S3、依次向其中加入3重量份磺化沥青、2重量份纳米封堵剂、0.2重量份三烷基亚磷酸酯、2重量份马来酸酐-丙烯酸共聚物钠盐(分子量：5000)、0.8重量份片碱和5重量份氯化钾，在12000r/min的转速下搅拌50min；
S4、最后加入适量重晶石，调整钻井液密度至2.50g/cm3，在12000r/min的转速下搅拌60min，制得抗高温的高密度水基钻井液。
实施例3
一种抗高温的高密度水基钻井液，其制备步骤如下：
(一)制备抗高温降滤失剂：
S1、将35g丙烯酸、12g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、12g N-乙烯基吡咯烷酮和8g羟丁基乙烯基醚溶于225g溶剂水中，并加入片碱调节溶液pH值至11，制得单体反应液；
S2、将单体反应液加入至反应器中，并反应器中通氮气维持10min；
S3、将单体反应液升温至50℃，向其中加入0.05g亚硫酸氢钠和0.10g过硫酸铵，反应5h；
S4、向反应器中滴加8g二甲基氯硅烷，滴加过程中始终用片碱调节溶液pH值保持在pH＝10，保持45℃条件下，继续反应1.5h；之后升温至120℃，反应2.5h，得到胶液状产物；
S5、将步骤S4所得产物在90℃下用烘箱烘干12h，粉碎，即得到钻井液用抗高温降滤失剂；
(二)制备钻井液用纳米封堵剂：
S1、将9重量份气相白炭黑和18重量份氨基硅油在反应器中混合搅拌均匀，得到混合反应物；
S2、将混合反应物缓慢升温至320℃，搅拌条件下反应2h，而后降至室温得到中间体1；
S3、将8重量份聚乙二醇-400和0.8重量份甲苯-2,4-二异氰酸酯在5℃下搅拌均匀，而后升温至70℃反应2h，得到中间体2；
S4、将步骤S2制得的中间体1缓慢加入至中间体2中，并继续在恒温70℃下反应3h，得到中间体3；
S5、向中间体3中加入4重量份SPAN-80和95重量份水，搅拌至乳化均匀，即得钻井液用纳米封堵剂；
(三)制备抗高温的高密度水基钻井液：
S1、在12000r/min的转速下，向100份重量清水中边搅拌边加入3重量份膨润土和0.15重量份纯碱，搅拌30min，而后在25℃下养护24h；
S2、向其中加入2重量份抗高温降滤失剂，在12000r/min的转速下搅拌40min；
S3、依次向其中加入2.5重量份磺化沥青、1.5重量份纳米封堵剂、0.15重量份三烷基亚磷酸酯、1.5重量份马来酸酐-丙烯酸共聚物钠盐(分子量：4000)、0.7重量份片碱和6重量份氯化钾，在12000r/min的转速下搅拌50min；
S4、最后加入适量重晶石，调整钻井液密度至2.40g/cm3，在12000r/min的转速下搅拌60min，制得抗高温的高密度水基钻井液。
对比例1
一种抗高温的高密度水基钻井液，其制备步骤如下：
(一)制备抗高温降滤失剂：
S1、将30g丙烯酸、10g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、10g N-乙烯基吡咯烷酮和5g羟丁基乙烯基醚溶于240g溶剂水中，并加入片碱调节溶液pH值至9，制得单体反应液；
S2、将单体反应液加入至反应器中，并反应器中通氮气维持10min；
S3、将单体反应液升温至40℃，向其中加入0.04g亚硫酸氢钠和0.08g过硫酸铵，反应3h；
S4、向反应器中滴加5g二甲基氯硅烷，滴加过程中始终用片碱调节溶液pH值保持在pH＝9，保持40℃条件下，继续反应1h；之后升温至120℃，反应2h，得到胶液状产物；
S5、将步骤S4所得产物在90℃下用烘箱烘干12h，粉碎，即得到钻井液用抗高温降滤失剂。
(二)制备钻井液用纳米封堵剂：
S1、将10重量份气相白炭黑和20重量份氨基硅油在反应器中混合搅拌均匀，得到混合反应物；
S2、将混合反应物缓慢升温至320℃，搅拌条件下反应2h，而后降至室温得到中间体1；
S3、将10重量份聚乙二醇-400和1重量份甲苯-2,4-二异氰酸酯在5℃下搅拌均匀，而后升温至70℃反应2h，得到中间体2；
S4、将步骤S2制得的中间体1缓慢加入至中间体2中，并继续在恒温70℃下反应3h，得到中间体3；
S5、向中间体3中加入5重量份SPAN-80和105重量份水，搅拌至乳化均匀，即得钻井液用纳米封堵剂；
(三)制备抗高温的高密度水基钻井液：
S1、在12000r/min的转速下，向100份重量清水中边搅拌边加入2重量份膨润土和0.2重量份纯碱，搅拌30min，而后在25℃下养护24h；
S2、向其中加入3重量份抗高温降滤失剂，在12000r/min的转速下搅拌40min；
S3、依次向其中加入2重量份磺化沥青、1重量份纳米封堵剂、1重量份马来酸酐-丙烯酸共聚物钠盐(分子量：2000)、0.5重量份片碱和7重量份氯化钾，在12000r/min的转速下搅拌50min；
S4、最后加入重晶石，调整钻井液密度至2.30g/cm3，在12000r/min的转速下搅拌60min，制得抗高温的高密度水基钻井液。
对比例2
一种抗高温的高密度水基钻井液，其制备步骤如下：
(一)制备抗高温降滤失剂：
S1、将40g丙烯酸、15g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、15g N-乙烯基吡咯烷酮和10g羟丁基乙烯基醚溶于210g溶剂水中，并加入片碱调节溶液pH值至12，制得单体反应液；
S2、将单体反应液加入至反应器中，并反应器中通氮气维持10min；
S3、将单体反应液升温至50℃，向其中加入0.06g亚硫酸氢钠和0.12g过硫酸铵，反应5h；
S4、向反应器中滴加10g二甲基氯硅烷，滴加过程中始终用片碱调节溶液pH值保持在pH＝12，保持50℃条件下，继续反应2h；之后升温至120℃，反应3h，得到胶液状产物；
S5、将步骤S4所得产物在90℃下用烘箱烘干12h，粉碎，即得到钻井液用抗高温降滤失剂；
(二)制备钻井液用纳米封堵剂：
S1、将8重量份气相白炭黑和15重量份氨基硅油在反应器中混合搅拌均匀，得到混合反应物；
S2、将混合反应物缓慢升温至320℃，搅拌条件下反应2h，而后降至室温得到中间体1；
S3、将5重量份聚乙二醇-400和0.5重量份甲苯-2,4-二异氰酸酯在5℃下搅拌均匀，而后升温至70℃反应2h，得到中间体2；
S4、将步骤S2制得的中间体1缓慢加入至中间体2中，并继续在恒温70℃下反应3h，得到中间体3；
S5、向中间体3中加入2重量份SPAN-80和75重量份水，搅拌至乳化均匀，即得钻井液用纳米封堵剂；
(三)制备抗高温的高密度水基钻井液：
S1、在12000r/min的转速下，向100份重量清水中边搅拌边加入4重量份膨润土和0.1重量份纯碱，搅拌30min，而后在25℃下养护24h；
S2、向其中加入1.5重量份抗高温降滤失剂，在12000r/min的转速下搅拌40min；
S3、依次向其中加入3重量份磺化沥青、2重量份纳米封堵剂、0.2重量份三烷基亚磷酸酯、0.8重量份片碱和5重量份氯化钾，在12000r/min的转速下搅拌50min；
S4、最后加入重晶石，调整钻井液密度至2.30g/cm3，在12000r/min的转速下搅拌60min，制得抗高温的高密度水基钻井液。
对比例3
一种抗高温的高密度水基钻井液，其制备步骤如下：
(一)制备抗高温降滤失剂：
S1、将35g丙烯酸、12g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、12g N-乙烯基吡咯烷酮和8g羟丁基乙烯基醚溶于225g溶剂水中，并加入片碱调节溶液pH值至11，制得单体反应液；
S2、将单体反应液加入至反应器中，并反应器中通氮气维持10min；
S3、将单体反应液升温至50℃，向其中加入0.05g亚硫酸氢钠和0.10g过硫酸铵，反应5h；
S4、向反应器中滴加8g二甲基氯硅烷，滴加过程中始终用片碱调节溶液pH值保持在pH＝10，保持45℃条件下，继续反应1.5h；之后升温至120℃，反应2.5h，得到胶液状产物；
S5、将步骤S4所得产物在90℃下用烘箱烘干12h，粉碎，即得到钻井液用抗高温降滤失剂；
(二)制备钻井液用纳米封堵剂：
S1、将9重量份气相白炭黑和18重量份氨基硅油在反应器中混合搅拌均匀，得到混合反应物；
S2、将混合反应物缓慢升温至320℃，搅拌条件下反应2h，而后降至室温得到中间体1；
S3、将8重量份聚乙二醇-400和0.8重量份甲苯-2,4-二异氰酸酯在5℃下搅拌均匀，而后升温至70℃反应2h，得到中间体2；
S4、将步骤S2制得的中间体1缓慢加入至中间体2中，并继续在恒温70℃下反应3h，得到中间体3；
S5、向中间体3中加入4重量份SPAN-80和95重量份水，搅拌至乳化均匀，即得钻井液用纳米封堵剂；
(三)制备抗高温的高密度水基钻井液：
S1、在12000r/min的转速下，向100份重量清水中边搅拌边加入2重量份膨润土和0.2重量份纯碱，搅拌30min，而后在25℃下养护24h；
S2、向其中加入3重量份抗高温降滤失剂，在12000r/min的转速下搅拌40min；
S3、依次向其中加入2重量份磺化沥青、0.1重量份三烷基亚磷酸酯、1重量份马来酸酐-丙烯酸共聚物钠盐(分子量：2000)、0.5重量份片碱和7重量份氯化钾，在12000r/min的转速下搅拌50min；
S4、最后加入重晶石，调整钻井液密度至2.30g/cm3，在12000r/min的转速下搅拌60min，制得抗高温的高密度水基钻井液。
性能测试：
参照GB16783.1-2014《石油天然气工业钻井液现场测试第一部分：水基钻井液》，对实施例1～3以及对比例1～3制备的抗高温的高密度水基钻井液进行评价。
测试结果如下表1所示。
表1：
从表1的测试结果中可以看出，实施例1～3制备的抗高温的高密度水基钻井液具有良好的高温稳定性和流变稳定性，在230℃老化后，流变性能变化较小，高温高压滤失量也控制在15mL以下；而对比例1的钻井液的配方中未添加除氧剂，导致其高温下溶解氧与有机物作用，加速有机物分解，降低体系的抗温能力，因此对比例1配制的钻井液体系经过230℃老化后流变性能明显降低，滤失量增大，而且老化后有部分重晶石沉积，体系悬浮稳定性也变差；对比例2的钻井液的配方中未添加分散剂，导致钻井液老化前粘度明显上升，老化后又明显下降，其原因在于分散剂在老化前能够拆散膨润土之间网状结构力，在高温下又可以提升膨润土之间水化膜厚度，避免膨润土的聚沉；而对比例3的钻井液的配方中未添加纳米封堵剂，导致钻井液体系的滤失量明显上升，而且老化后重晶石沉降严重，其原因在于钻井液体系中失去了纳米封堵剂所带来的封堵作用以及其在高温下悬浮重晶石的作用。
Claims (10)
1.一种抗高温的高密度水基钻井液，其特征在于，包括以重量份计的100份清水、2～4份膨润土、0.1～0.2份纯碱、1.5～3份抗高温降滤失剂、2～3份封堵剂、1～2份纳米封堵剂、0.1～0.2份除氧剂、1～2份分散剂、0.5～0.8份片碱、5～7份KCl、以及与加重至所需密度相适应的重晶石；其中，
所述抗高温降滤失剂为丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮、羟丁基乙烯基醚在引发剂引发下聚合形成共聚物，而后与二甲基氯硅烷反应形成的交联共聚物；其中，丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮、羟丁基乙烯基醚、二甲基氯硅烷的重量比为(30～40):(10～15):(10～15):(5～10):(5～10)；
所述纳米封堵剂由以重量份计的8～10份气相白炭黑、15～20份氨基硅油、5～10份聚乙二醇-400、0.5～1份甲苯-2,4-二异氰酸酯、2～5份SPAN-80和75～105份水制备而成。
2.根据权利要求1所述的抗高温的高密度水基钻井液，其特征在于，引发剂为过硫酸铵和亚硫酸氢钠的混合物，二者重量比为2:1；引发剂用量为丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮、羟丁基乙烯基醚和二甲基氯硅烷的总重量的0.2％。
3.根据权利要求1或2所述的抗高温的高密度水基钻井液，其特征在于，所述抗高温降滤失剂的制备步骤如下：
S1、将丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮和羟丁基乙烯基醚溶于溶剂水中，并加入片碱调节溶液pH值至9～12，制得单体反应液；其中，溶剂水的加量为丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮、羟丁基乙烯基醚和二甲基氯硅烷的总重量的2.5～4倍；
S2、将单体反应液加入至反应器中，并反应器中通氮气维持10min；
S3、将单体反应液升温至40～50℃，向其中加入引发剂并反应3～5h；
S4、向反应器中滴加二甲基氯硅烷，滴加过程中始终用片碱调节溶液pH值保持在9～12之间，保持40～50℃条件下，继续反应1～2h；之后升温至120℃，反应2～3h，得到胶液状产物；
S5、将步骤S4所得产物在90℃下用烘箱烘干12h，粉碎，即得到钻井液用抗高温降滤失剂。
4.根据权利要求1所述的抗高温的高密度水基钻井液，其特征在于，聚乙二醇-400与甲苯-2,4-二异氰酸酯的重量比为10:1。
5.根据权利要求1所述的抗高温的高密度水基钻井液，其特征在于，所述纳米封堵剂的制备步骤如下：
S1、将气相白炭黑与氨基硅油在反应器中混合搅拌均匀，得到混合反应物；
S2、将混合反应物缓慢升温至320℃，搅拌条件下反应2h，而后降至室温得到中间体1；
S3、将聚乙二醇-400和甲苯-2,4-二异氰酸酯在5℃下搅拌均匀，而后升温至70℃反应2h，得到中间体2；
S4、将步骤S2制得的中间体1缓慢加入至中间体2中，并继续在恒温70℃下反应3h，得到中间体3；
S5、向中间体3中加入SPAN-80和水，搅拌至乳化均匀，即得钻井液用纳米封堵剂。
6.根据权利要求1所述的抗高温的高密度水基钻井液，其特征在于，所述封堵剂为磺化沥青。
7.根据权利要求1所述的抗高温的高密度水基钻井液，其特征在于，所述除氧剂为三烷基亚磷酸酯。
8.根据权利要求1所述的抗高温的高密度水基钻井液，其特征在于，所述分散剂为马来酸酐与丙烯酸共聚得到的分子量为2000～5000的共聚物钠盐。
9.根据权利要求1所述的抗高温的高密度水基钻井液，其特征在于，所述重晶石为重晶石。
10.一种如权利要求1所述的抗高温的高密度水基钻井液的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：
S1、在12000r/min的转速下，向清水中边搅拌边加入膨润土和纯碱，搅拌30min，而后在25℃下养护24h；
S2、向其中加入抗高温降滤失剂，在12000r/min的转速下搅拌40min；
S3、依次向其中加入封堵剂、纳米封堵剂、除氧剂、分散剂、片碱和氯化钾，在12000r/min的转速下搅拌50min；
S4、最后加入重晶石，调整钻井液密度至与施工要求相符，在12000r/min的转速下搅拌60min，制得抗高温的高密度水基钻井液。
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|---|---|---|---|---|
| CN115466603A (zh) * | 2022-11-01 | 2022-12-13 | 中国石油大学(华东) | 一种抗240℃抗盐封堵型水基钻井液及制备方法与应用 |
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