CN117304888A - 一种封堵防塌剂、封堵防塌型水基钻井液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种封堵防塌剂以及根据所述封堵防塌剂制备得到的水基钻井液。所述封堵防塌剂由氧化沥青与复合材料复配得到，所述的复合材料由丙烯酰胺类化合物、N‑乙烯基吡咯烷酮、二烯丙基氯化铵类化合物聚合形成的聚合物与改性纳米碳点复合得到，所述聚合物结构如下所示。本发明制备的新型封堵防塌剂解决了封堵防塌剂抗温性差的缺点，具有良好的抗温封堵性能。

Description

一种封堵防塌剂、封堵防塌型水基钻井液及其制备方法

技术领域

本发明属于石油钻探钻井液技术领域，具体涉及一种新型封堵防塌剂和封堵防塌型水基钻井液及其制备方法，主要应用于石油钻探中钻井液的配制与制备。

背景技术

随着页岩油气勘探开发的加速、石油勘探开发向深部地层和海上发展，复杂井、深井、超深井和特殊井的数量增多，复杂地层钻探易发生井漏、垮塌、缩径及造浆严重等井壁失稳问题。包括泥页岩、破碎性煤层、高盐层的缩径与坍塌，都会造成这些问题的产生，从而影响钻井效率和固井质量，甚至发生卡钻，严重影响勘探开发进程。

封堵是利用固体颗粒在孔隙、微裂缝处桥塞填充来达到减小甚至隔绝钻井液中滤液的滤失通路、阻止井筒钻井液流体压力通过滤液侵入传递进入近井壁地层的目的。依据桥塞填充理论，封堵粒子(材料)在无固相钻井液中可以直接通过桥塞和填充作用实现对滤失通道的封堵。但更多情况下，在固相钻井液中，封堵粒子主要是通过填充作用实现对滤失通道的致密封堵，故钻井液封堵防塌剂是提高防塌性能和井壁稳定性的关键。

现有封堵防塌剂主要以改性沥青类、乳化石蜡类、聚合醇类、有机铝化合物类和硅酸盐类为主。但目前沥青类处理剂防塌效果受其原料沥青的软化点影响较大，有效作用温度为其软化点附近温度，难以在广谱温度范围内有效封堵地层微裂缝。沥青类处理剂的原料沥青为石油沥青和天然沥青，石油沥青的软化点大都在40-100℃区间，我国新疆天然沥青的软化点也仅为90-140℃，对于深部高温地层，特别是160℃以上复杂地层难以有效封堵地层微裂缝。此外，沥青类处理剂的主要成分沥青质存在荧光，在一定程度上影响荧光录井及气测录井。

硅酸钠、硅酸钾和甲基硅酸盐等硅酸盐处理剂可在水中形成不同尺寸的离子、胶体和高分子的纳米级粒子，通过吸附、扩散和化学沉淀等作用，在地层岩石表面形成一层保护膜，封堵地层微裂缝。进入地层后，硅酸根离子进一步与地层中的钙镁离子反应，生成硅酸钙镁沉淀，同时硅醇基可与地层矿物的铝醇基发生缩合反应，黏结地层矿物，提高地层的整体胶结能力，封固井壁。但硅酸盐处理剂对钻井液的pH值要求较高，往往在11以上，由于配伍处理剂较少，钻井液的流变性能调控困难，在一定程度上限制了其应用。

聚合醇又称聚醚多元醇，是一种非离子型低分子聚合物，主要有聚乙二醇、聚丙二醇、聚丙三醇、聚乙烯乙二醇和乙二醇/丙二醇共聚物等。在低于浊点温度下易溶于水，但升高至浊点温度以上则聚合醇从水中析出发生相分离，形成乳状浑浊液。乳滴在羟基吸附作用和压差作用下，吸附在井壁或挤入泥页岩的微裂缝和孔喉之中，封堵微裂缝和孔喉并在井壁表面形成一层憎水膜，阻止钻井液中的自由水进入泥页岩。此外，聚合醇与常规钻井液处理剂均具有良好的配伍性，可生物降解、低毒或无毒具有环境友好的特点，荧光度低利于识别和发现油气层。但受其浊点温度制约，聚合醇处理剂有效作用温度范围有限，需要其浊点温度与井底循环温度相当，方能有效提高钻井液的防塌性能。而且聚合醇处理剂为非离子型表面活性剂，往往会造成钻井液起泡问题突出。

近年来，页岩气勘探开发进程加快，但页岩孔喉小、渗透率低，且多为微细毛细管孔隙，易水化造成井壁垮塌制约着页岩气的开发。解决页岩封堵性和渗透性问题成为当前页岩气钻井液技术研究的关键之一。常规钻井液处理剂粒径范围为0.1-100μm，远大于页岩平均孔喉尺寸，难以有效封堵页岩的孔吼和微裂缝。纳米材料具有特殊的体积效应、界面效应和量子隧道效应，与常规钻井液材料相比其与页岩地层孔喉匹配性更强。其中纳米二氧化硅的研究应用最为广泛，但其存在分散性差、团聚现象严重等问题，很难形成纳米封堵；氧化石墨烯含有丰富的含氧官能团，在封堵时可实现成膜覆盖，封堵更加彻底、有效，但石墨烯基不耐高温，在水基体系中的分散性较差。

发明内容

基于上述背景，本发明提供一种新型封堵防塌剂，以所述封堵防塌剂作为核心处理剂，研制得到抗高温高密度封堵防塌型水基钻井液体系，能有效解决钻进过程中遇到的如井漏、井喷、卡钻等复杂情况，为石油钻探钻井液技术领域现场应用提供研究基础。

第一方面，本发明提供一种封堵防塌剂，其特征在于，所述封堵防塌剂由氧化沥青与复合材料在氧化沥青软化点温度下，按照质量比为1:(1-2.2)混合制备得到。

所述的复合材料由丙烯酰胺类化合物、N-乙烯基吡咯烷酮、二烯丙基氯化铵类化合物聚合形成的聚合物，与改性纳米碳点复合得到。

所述聚合物的结构如式Ⅰ所示：

x、y和z表示聚合物单体的占比，x+y+z＝1，x选自40-98.5％、y选自0.5-3％、z选自1-15％。

其中，R₁、R₂相同或不同，独立的选自-H、C_1-5直链/支链烷基，所述烷基中的H可被磺酸基取代；R₃、R₄相同或不同，独立的选自-H、C_1-3直链/支链烷基。

在本发明的优选实施方式中，R₁、R₂独立的选自-H、-CH₃、-CH₂CH₃、R₃、R₄独立的选自-H、-CH₃。

在本发明的具体实施方式中，所述聚合物的结构如下：

m、n、p和q表示聚合物单体的占比，m+n+p+q＝1，m选自30-78.5％、n选自10-20％、p选自0.5-3％、q选自1-15％。

所述复合材料中，改性纳米碳点的质量占比为0.2-1.0％；优选的，所述改性纳米碳点的质量占比为0.5-1.0％。

本发明所述的改性纳米碳点通过如下制备方法得到：将纳米碳点分散至乙醇溶液中，加入硅烷偶联剂，60-75℃条件下加热回流4-5h，除溶剂，干燥得到改性纳米碳点。

所述硅烷偶联剂选自γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)、乙烯基三甲氧基硅烷(KH-171)、乙烯基三(b-甲氧基乙氧基)硅烷(KH-172)中的一种或两种以上的组合。本领域技术人员可根据实际情况对硅烷偶联剂计入量做常规调整。

本发明使用的纳米碳点的合成方法参考文献“翟阅臣.基于碳点的荧光复合材料的制备及应用[D].中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2020.”(DOI：10.27522/d.cnki.gkcgs.2020.000005)，采用尿素与柠檬酸使用微波反应法合成。

本发明所述的氧化沥青可通过商业途径购买得到，也可自行制备得到。所述氧化沥青的制备方法包括：将沥青软化，加入高锰酸钾溶液，加热回流反应，回收沥青，干燥得到氧化沥青。

第二方面，本发明提供一种封堵防塌剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)使用硅烷偶联剂对纳米碳点改性，得到改性纳米碳点；

(2)将丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮、甲基二烯丙基氯化铵、改性纳米碳点混合，加入引发剂进行聚合反应，得到复合材料；

(3)将沥青加热至软化点，加入高锰酸钾溶液进行氧化，得到氧化沥青；

(4)将氧化沥青加热至100-120℃，按照质量比1:(1-2.2)加入复合材料，混合，冷却固化，粉碎得到封堵防塌剂。

优选的，步骤(1)中所述硅烷偶联剂选自γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)、乙烯基三甲氧基硅烷(KH-171)、乙烯基三(b-甲氧基乙氧基)硅烷(KH-172)中的一种或两种以上的组合。在本发明的具体实施方式中，所述硅烷偶联剂为KH570，本发明对硅烷偶联剂的使用量没有限定，技术人员可以进行调整。

优选的，所述步骤(2)中丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮、二甲基二烯丙基氯化铵的摩尔质量比为(30-78.5)：(10-20)：(0.5-3)：(1-15)。改性纳米碳点的加入量占复合材料质量的0.2-1.0％。

优选的，所述步骤(2)中的引发剂选自过硫酸铵、亚硫酸氢钠中的一种或两种的组合。在本发明的具体实施方式中，所述引发剂为过硫酸铵与亚硫酸氢钠的组合，本领域技术人员可以对引发剂的加入量根据实际需要进行调整。

在本发明的具体实施方式中，所述封堵防塌剂通过如下方法制备得到：

(1)将纳米碳点分散至乙醇溶液中，加入KH570，加入醋酸将分散液pH调至弱酸性，70-75℃条件下加热回流4-5h，除溶剂，干燥得到改性纳米碳点；

(2)按比例称取2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶于水中，加入相同摩尔质量的NaOH，再加入丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、二甲基二烯丙基氯化铵和改性纳米碳点，氮气保护下加入引发剂反应，产物用乙醇洗涤，干燥得到复合材料；

(3)将沥青加热至软化点，搅拌状态下加入高锰酸钾溶液，沸腾回流反应40-60min，回收沥青，干燥得到氧化沥青；

(4)将氧化沥青加热至100-120℃，按照氧化沥青与复合材料质量比为1:(1-2.2)加入复合材料，混匀，冷却固化，粉碎得到封堵防塌剂。

第三方面，本发明提供一种封堵防塌剂在制备水基钻井液中的用途。

第四方面，本发明提供一种封堵防塌型水基钻井液，其特征在于，所述钻井液包括封堵防塌剂和基浆，其中，封堵防塌剂重量百分比为4.0-6.0％，所述基浆包括如下重量百分比组分：黏土1.0-2.0％、包被剂0.4-0.6％、降滤失剂4-6％、降粘剂1.8-2.2％、纯碱(Na₂CO₃)0.2-0.3％、酸碱调节剂0.3-0.4％、加重剂0-60％，其余为水。

上述“重量百分比％”均表示各组分占水基钻井液总质量的百分数。

所述粘土选自钠基膨润土、钙基膨润土、钙基钠化膨润土中的至少一种；在本发明的具体实施例中，所述粘土为钠基膨润土。

所述包被剂为两性离子聚合物包被剂，具体选自丙烯酰胺、丙烯酸、烯丙基磺酸钠、二甲基二烯丙基氯化铵、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的多元共聚物中的一种或两种以上的组合。在本发明的具体实施方式中，所述包被剂为FA-367。

所述降滤失剂选自磺化类降滤失剂、聚合物类降滤失剂中的至少一种，其中，磺化类降滤失剂选自磺化酚醛树脂、褐煤树脂、磺化褐煤、磺化单宁中的一种或两种以上的组合；聚合物类降滤失剂选自丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的多元共聚物中的至少一种，如Dristemp、DSP-1或DSP-2。

所述降粘剂选自磺化类降粘剂、合成聚合物类降粘剂中的至少一种，其中，合成聚合物类降粘剂选自丙烯酰胺、烯丙基磺酸钠、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化铵的多元共聚物中的一种或两种以上的组合。在本发明的具体实施方式中，所述降粘剂为Polythin、XY-27。

本发明使用的酸碱调节剂为NaOH或KOH。

所述加重剂选自碳酸钙、重晶石、赤铁矿中的至少一种，优选的，所述加重剂为重晶石A和/或重晶石B，重晶石A的粒径为50-70μm，重晶石B的粒径为1-1.2μm。

在本发明的优选实施方式中，所述钻井液包括如下质量分数的组分：4-5.5％封堵防塌剂、1-2％钠基膨润土、0.2％ Na₂CO₃、0.3％ NaOH、1.6-1.8％Polythin、0.4-0.6％ FA-367、0.5-1％ Dristemp或DSP-1或DSP-2、1-2％磺化酚醛树脂、2-4％褐煤树脂、0.2-0.4％XY-27、50-60％重晶石A和重晶石B，余量为水。

第五方面，本发明提供一种封堵防塌型水基钻井液的制备方法，包括如下步骤：

(1)将水、黏土、纯碱混合搅拌，静止水化，得到预水化的原料；

(2)将所述预水化的原料进行搅拌，并依次加入降滤失剂、降粘剂、包被剂、封堵防塌剂、酸碱调节剂，继续搅拌，加入加重剂搅拌，即得钻井液。

根据本发明提供的方法制备得到的水基钻井液pH为8-9，密度为1.7-2.0g/cm³，抗高温能力为220℃。

本发明提供的新型封堵防塌剂具有以下技术优势：

(1)本发明通过选用单体丙烯酰胺、二丙烯酰胺基二甲基丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮、二甲基二烯丙烯氯化铵、改性纳米碳点，采用水溶液聚合方法合成复合材料，再将复合材料与氧化沥青复配制备新型封堵防塌剂。改性纳米碳点的稳定性好，毒性低，原料来源广泛，制备方法简单，改性纳米碳点中的双键结构使纳米碳点参与聚合反应，聚合在高分子链中，又填充在桥联的网架结构之中，使封堵防塌剂的封堵效果更好。

(2)本发明用于制备封堵防塌剂的复合材料分子链刚性强，吡咯烷酮、二烯丙基氯化铵聚合形成的五元环结构和纳米碳点能增强材料抗温效果，使以所述新型封堵防塌剂为核心制备得到的水基钻井液体系抗温性能优异，经热滚老化后，沉降稳定性和流变性能良好，具有较低的高温高压滤失量，封堵性能优异，对水敏地层具有很好的保护性能。

附图说明

图1纳米碳点的TEM图。

图2纳米碳点的红外谱图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的部分实施例，而不是全部。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

纳米碳点的制备

将3g柠檬酸和6g尿素溶解在20mL的去离子水中，搅拌至柠檬酸和尿素完全溶解，形成无色透明的溶液；然后将溶液放入到650W的微波炉中，深度加热5分钟，在加热的过程中，溶液从无色透明状态，逐渐变为棕色，最后得到深棕色的固体；最后，将深棕色的固体重新溶解在20mL的去离子水中，搅拌使其充分溶解，经过离心提纯处理，得到碳点的水溶液，冷冻干燥得到纳米碳点。图1为本发明制备得到的纳米碳点的TEM图，从图中可以看到纳米碳点的粒径范围是5-10nm。图2是本发明制备得到的纳米碳点的红外光谱图。

封堵防塌剂的制备

制备例1

S1改性纳米碳点：取2g纳米碳点于烧杯中，向其中加入92-100mL乙醇和0-8mL去离子水，在超声波清洗器中超声分散15min。在圆底烧瓶中加入一定量的KH570，加入半滴醋酸将pH调至弱酸性，将纳米碳点分散液倒入圆底烧瓶中，在75℃的条件下加热搅拌回流4小时。反应结束用旋转蒸发仪除去溶剂，用去离子水溶解后冷冻干燥，得到改性纳米碳点。

S2复合材料的制备：按比例称取33g的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)单体溶解在去离子水中，置于磁力搅拌器上搅拌溶解；按摩尔比1:1用分析天平称取氢氧化钠固体加入溶液中，溶解完全后采用20mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值，然后分别加入39.616g的丙烯酰胺(AM)、1.770gN-乙烯基吡咯烷酮(NVP)、17.164g二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)、0.458g改性纳米碳点。置于磁力搅拌器上搅拌20min。待溶解完全后，连接好反应装置，将溶液倒入三口烧瓶，在氮气保护下搅拌20min，待升至预定温度后，加入引发剂0.31g(NH₄)₂S₂O₈和0.143gNaHSO₃，继续通氮气反应。反应结束后冷却至室温，取出烧瓶中的胶状物，用无水乙醇洗涤数次，除去未反应单体，最后将沉淀物在65℃下真空干燥，烘干造粒，得到复合材料。

S3氧化沥青的制备：将沥青粉末(软化点120℃)加入到三口烧瓶中，磁力搅拌下加入高锰酸钾溶液，加热至沸腾回流反应40min至高锰酸钾溶液退去，停止反应。此时大量沥青漂浮于液面上，二氧化锰沉于水底，倒入烧杯，加水，将上层固体倒入布氏漏斗，抽滤(注意不要倒入下层二氧化锰)，烘干，粉碎得到氧化沥青粉末。

S4封堵防塌剂的制备：取氧化沥青于烧杯中，在温度为100-120℃下加热搅拌，至沥青开始软化，按质量比1:1缓慢加入复合材料，搅拌3-5小时，充分混合均匀，冷却至室温固化，粉碎后得到封堵防塌剂。

制备例2

制备原料与制备方法同制备例1，区别在于不需要制备改性纳米碳点，且步骤S2制备得到的复合材料不含改性纳米碳点，复合材料的聚合单体为丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮、二甲基二烯丙基氯化铵。氧化沥青和通过复配得到封堵防塌剂的方法同制备例1。

制备例3

制备原料与制备方法同制备例1，区别仅在于步骤S2制备得到的复合材料不含N-乙烯基吡咯烷酮，复合材料的聚合单体为丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化铵、纳米改性碳点。氧化沥青和通过复配得到封堵防塌剂的方法同制备例1。

制备例4

制备原料与制备方法同制备例1，区别仅在于步骤S2制备得到的复合材料不含二甲基二烯丙基氯化铵，复合材料的聚合单体为丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮、纳米改性碳点。氧化沥青和通过复配得到封堵防塌剂的方法同制备例1。

封堵防塌剂性能测试

试验目的：检测本发明制备例1-4制备得到的封堵防塌剂与市售磺化沥青FT-1的性能。

试验方法：将本发明制备的封堵防塌剂1-4、市售磺化沥青FT-1分别加入到4wt％的基浆(16g膨润土加入到400mL蒸馏水中，室温搅拌24h制备得到)中，配制得到样品浓度为0.5wt％、1.0wt％、1.5wt％、2wt％的钻井液；利用砂床封堵仪器，在室温下，压力为0.7MPa，分别测定钻井液对40-60目、60-80目砂床的侵入深度。具体测试结果如下表所示。

表1砂床的侵入深度数据

由上表数据可知，本发明制备的封堵防塌剂封堵能力优于市售磺化沥青FT-1，当含量都为2％时，本发明制备的封堵防塌剂对于40-60目砂床的侵入深度是8.0cm，但是FT-1的侵入深度为9.6cm。且制备例2不引入改性纳米碳点时，其封堵性能较差，封堵性能差于市售磺化沥青FT-1；制备例3、4制备的三元封堵防塌剂同样具有较好的封堵防塌性能，优于磺化沥青FT-1，但与制备例1得到的封堵防塌剂相比效果略差。本发明制备的封堵防塌剂对于40-60目和60-80目的砂床均具有优异的封堵效果，进一步说明本发明封堵防塌剂封堵效果明显，可以适应不同尺寸的孔缝。随着封堵防塌剂加量的增多，砂床侵入深度更低，封堵效果更好。

封堵防塌型钻井液的制备

实施例1

钻井液的组分以重量百分比计为：4％封堵防塌剂(制备例1)+1％钠基膨润土+0.2％ Na₂CO₃+0.3％ NaOH+1.6％ Polythin+0.4％ FA-367+1％Dristemp+1％磺化酚醛树脂+2％褐煤树脂+0.2％XY-27+50％重晶石A和重晶石B，其余为水；其中，重晶石A和重晶石B的重量比为7：3。

S1：将水、钠基膨润土与Na₂CO₃依次加入浆杯中，在浆杯中先使用低速搅拌机搅拌10min；再使用高速搅拌机搅拌10min，随后静止水化16-24h，水化16h之后得到预水化后的原料；

S2：将预水化后的原料取出放置在低速搅机搅拌，依次加入Polythin、FA-367、Dristemp、磺化酚醛树脂、褐煤树脂、封堵防塌剂、XY-27和NaOH，在低速搅拌机下搅拌10min，再加入重晶石A和重晶石B搅拌，即得钻井液。

实施例2

钻井液的制备方法同实施例1，区别在于钻井液的组分，本实施例提供的钻井液组分以重量百分比计为：6％封堵防塌剂(制备例1)+2％钠基膨润土+0.2％ Na₂CO₃+0.3％NaOH+1.8％ Polythin+0.6％ FA-367+1％ DSP-1+1％磺化酚醛树脂+4％褐煤树脂+0.4％XY-27+58％重晶石A和重晶石B，其余为水；其中，重晶石A和重晶石B的重量比为7：3。

实施例3

钻井液的制备方法同实施例1，区别在于钻井液的组分，本实施例提供的钻井液组分以重量百分比计为：5％封堵防塌剂(制备例1)+1.5％钠基膨润土+0.2％ Na₂CO₃+0.3％NaOH+1.5％ Polythin+0.5％ FA-367+0.7％ DSP-1+1％磺化酚醛树脂+4％褐煤树脂+0.4％XY-27+50％重晶石A和重晶石B，其余为水；其中，重晶石A和重晶石B的重量比为7：3。

实施例4

钻井液的制备方法同实施例1，区别在于钻井液的组分，本实施例提供的钻井液组分以重量百分比计为：5％封堵防塌剂(制备例1)+1.7％钠基膨润土+0.2％ Na₂CO₃+0.3％NaOH+1.6％ Polythin+0.5％ FA-367+0.7％ DSP-2+1％磺化酚醛树脂+4％褐煤树脂+0.4％XY-27+54％重晶石A和重晶石B，其余为水；其中，重晶石A和重晶石B的重量比为7：3。

实施例5

钻井液的制备方法同实施例1，区别在于钻井液的组分，本实施例提供的钻井液组分以重量百分比计为：5.5％封堵防塌剂(制备例1)+1.8％钠基膨润土+0.2％ Na₂CO₃+0.3％NaOH+1.6％ Polythin+0.5％ FA-367+0.8％ DSP-1+1％磺化酚醛树脂+4％褐煤树脂+0.4％XY-27+56％重晶石A和重晶石B，其余为水；其中，重晶石A和重晶石B的重量比为7：3。

对比例1

钻井液的制备方法同实施例1，区别在于钻井液的组分，本实施例提供的钻井液组分以重量百分比计为：4％市售磺化沥青FT-1+1％钠基膨润土+0.2％Na₂CO₃+0.3％ NaOH+1.6％ Polythin+0.4％ FA-367+1％ Dristemp+1％磺化酚醛树脂+2％褐煤树脂+0.2％XY-27+50％重晶石A和重晶石B，其余为水；其中，重晶石A和重晶石B的重量比为7：3。

封堵防塌型水基钻井液性能测试

试验目的：检测本发明实施例1-5制备得到的钻井液性能，具体包括表观粘度(AV)、塑性粘度(PV)、动切力(YP)、静切力(Gel)、常温中压滤失量(FL_API)、高温高压滤失量(FL_HTHP)；

试验方法：

钻井液流变性能的测定的方法、条件如下：

(1)采用GB/T 16783.1 2006国标钻井液现场测试；

(2)钻井液流变性测试温度为30℃；

(3)高温220℃老化16h，高温高压滤失量测定温度180℃、压差3.5MPa。测试结果如下表所示。

表2封堵防塌型水基钻井液的性能

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种封堵防塌剂，其特征在于，所述封堵防塌剂由氧化沥青与复合材料在氧化沥青软化点温度下，按照质量比为1:(1-2.2)混合制备得到；所述的复合材料由丙烯酰胺类化合物、N-乙烯基吡咯烷酮、二烯丙基氯化铵类化合物聚合形成的聚合物与改性纳米碳点复合得到；

所述聚合物的结构如式Ⅰ所示：

x、y和z表示聚合物单体的占比，x+y+z＝1，x选自40-98.5％、y选自0.5-3％、z选自1-15％；

其中，R₁、R₂相同或不同，独立的选自-H、C_1-5直链/支链烷基，所述烷基中的H可被磺酸基取代；R₃、R₄相同或不同，独立的选自-H、C_1-3直链/支链烷基。

2.根据权利要求1所述的封堵防塌剂，其特征在于，R₁、R₂独立的选自-H、-CH₃、-CH₂CH₃、R₃、R₄独立的选自-H、-CH₃。

3.根据权利要求2所述的封堵防塌剂，其特征在于，所述聚合物的结构如下：

m、n、p和q表示聚合物单体的占比，m+n+p+q＝1，m选自30-78.5％、n选自10-20％、p选自0.5-3％、q选自1-15％。

4.根据权利要求1所述的封堵防塌剂，其特征在于，所述复合材料中，改性纳米碳点的质量占比为0.2-1.0％；所述的改性纳米碳点通过如下制备方法得到：将纳米碳点分散至乙醇溶液中，加入硅烷偶联剂，60-75℃条件下加热回流4-5h，除溶剂，干燥得到改性纳米碳点。

5.一种权利要求1所述的封堵防塌剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)使用硅烷偶联剂对纳米碳点改性，得到改性纳米碳点；

(2)将丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮、甲基二烯丙基氯化铵、改性纳米碳点混合，加入引发剂进行聚合反应，得到复合材料；

(3)将沥青加热至软化点，加入高锰酸钾溶液进行氧化，得到氧化沥青；

(4)将氧化沥青加热至100-120℃，按照质量比1:(1-2.2)加入复合材料，混合，冷却固化，粉碎得到封堵防塌剂。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮、二甲基二烯丙基氯化铵的摩尔质量比为(30-78.5)：(10-20)：(0.5-3)：(1-15)，改性纳米碳点的加入量占复合材料质量的0.2-1.0％。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述封堵防塌剂通过如下方法制备得到：

(1)将纳米碳点分散至乙醇溶液中，加入KH570，加入醋酸将分散液pH调至弱酸性，70-75℃条件下加热回流4-5h，除溶剂，干燥得到改性纳米碳点；

(2)按比例称取2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶于水中，加入相同摩尔质量的NaOH，再加入丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、二甲基二烯丙基氯化铵和改性纳米碳点，氮气保护下加入引发剂反应，产物用乙醇洗涤，干燥得到复合材料；

(3)将沥青加热至软化点，搅拌状态下加入高锰酸钾溶液，沸腾回流反应40-60min，回收沥青，干燥得到氧化沥青；

(4)将氧化沥青加热至100-120℃，按照氧化沥青与复合材料质量比为1:(1-2.2)加入复合材料，混匀，冷却固化，粉碎得到封堵防塌剂。

8.一种权利要求1-4任一所述的封堵防塌剂在制备水基钻井液中的用途。

9.一种封堵防塌型水基钻井液，其特征在于，所述钻井液包括权利要求1-4任一所述的封堵防塌剂和基浆，其中，封堵防塌剂重量百分比为4.0-6.0％，所述基浆包括如下重量百分比组分：黏土1.0-2.0％、包被剂0.4-0.6％、降滤失剂4-6％、降粘剂1.8-2.2％、纯碱(Na₂CO₃)0.2-0.3％、酸碱调节剂0.3-0.4％、加重剂0-60％，其余为水。

10.一种权利要求9所述的封堵防塌型水基钻井液的制备方法，包括如下步骤：

(1)将水、黏土、纯碱混合搅拌，静止水化，得到预水化的原料；

(2)将所述预水化的原料进行搅拌，并依次加入降滤失剂、降粘剂、包被剂、封堵防塌剂、酸碱调节剂，继续搅拌，加入加重剂搅拌，即得钻井液。