本發(fā)明屬于鉆井液處理外加劑領域，尤其涉及一種鉆井液用增粘劑及其制備方法、應用。

背景技術(shù)：

隨著我國鉆井業(yè)務的逐步展開，向陸地深井及海洋邁進的步伐逐漸加快，隨之而來的深井、超深井、定向井、大斜度大位移井、水平井、小井眼井和高密度長裸眼井等特殊條件井也會越來越多，對油層保護的要求也將會越加嚴格，鉆探面臨的難度將不斷加強，由于鉆井液處理劑性能達不到要求而遭遇的復雜情況也會更加突出。

目前，石油勘探開發(fā)技術(shù)的日益發(fā)展過程中，油氣層保護工作也越來越受到重視。鉆井液是接觸油氣層的第一個流體，如果油氣層受其傷害，不但影響油氣藏的發(fā)現(xiàn)，也影響之后的油氣藏開采，所以防止鉆井液對油氣層的傷害至關(guān)重要。大量研究發(fā)現(xiàn)，鉆井液中的固相顆粒對油氣藏的堵塞是一個主要傷害原因，為此開展了保護油氣藏的無固相鉆井液技術(shù)。近年來，各大油田已相繼使用無固相鉆井液，并配合欠平衡鉆井打開儲層，取得了良好的油氣層保護效果。但是，由于在高溫條件下無固相鉆井液中的高分子聚合物易降解，導致鉆井液的粘度、切力較低，攜帶懸浮巖屑比較困難，會導致卡鉆等不良后果。在鹽水鉆井液和有機鹽鉆井液中由于鹽對聚合物分子的屏蔽作用，使得鉆井液粘度和切力迅速下降，同樣無法攜帶和懸浮巖屑，繼而可能造成井下復雜。施工中常通過增加增粘劑的維護用量或縮短維護周期以保證鉆井液粘切性能，如此既增加了成本又可能對鉆井液的其他性能構(gòu)成影響。

近年來，在國內(nèi)，生物膠類增粘劑以其優(yōu)異的提切性能受到了廣大研究者的青睞，但受到價格過高且耐溫性能差等因素的影響，限制了其在鉆井液中的廣泛使用。除此以外還有纖維素類增粘劑和合成聚合物類增粘劑，纖維素類增粘劑雖然成本較低，但性能也較差，在高溫井中應用很少，而國內(nèi)主要的合成聚合物類增粘劑有丙烯酸鹽聚合物80A51和乙烯基單體多元共聚物PAC141，這兩種增粘劑產(chǎn)品增粘效率稍有提高、耐溫性也較生物膠類增粘劑和纖維素類增粘劑要高，但在高溫(>130℃)高鹽含量下應用時仍然不能滿足性能要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種鉆井液用增粘劑及其制備方法、應用，耐高溫≥180℃、抗飽和鹽、增粘效果明顯，能夠滿足深井、超深井、大位移井等不同井類的要求。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種鉆井液用增粘劑，是由四種烯類單體聚合形成的四元聚合物，所述四種烯類單體選自抗溫耐鹽單體、水化單體以及吸附單體；所述抗溫耐鹽單體選自烯基磺酸類單體，所述水化單體選自烯基羧酸、烯基烷酮和含有雙鍵的季銨鹽類化合物，所述吸附單體選自烯基酰胺類單體。

作為進一步的優(yōu)選，所述烯基磺酸類單體選自2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸、苯乙烯磺酸鈉和乙烯基磺酸鈉；所述烯基烷酮包括乙烯基吡咯烷酮；所述烯基羧酸選自丙烯酸、甲基丙烯酸、順丁烯二酸、反丁烯二酸和衣康酸；所述季銨鹽類化合物選自二甲基二烯丙基氯化銨、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨；所述烯基酰胺類單體選自N-異丙基丙烯酰胺、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、苯丙酰胺和N-羥甲基丙烯酰胺。

作為進一步的優(yōu)選，所述抗溫耐鹽單體、水化單體以及吸附單體的質(zhì)量比為：30-40：40-60：10-20。

作為進一步的優(yōu)選，所述鉆井液用增粘劑還包括如下原料：分別占聚合物反應體系總質(zhì)量2-10％的增溶劑、1-5％的交聯(lián)劑和1-5％的發(fā)泡劑，以及占四種所述烯類單體總質(zhì)量0.06-0.13％的引發(fā)劑。

作為進一步的優(yōu)選，以聚合物反應體系質(zhì)量為基礎，所述四元共聚物占75-95％。

作為進一步的優(yōu)選，所述增溶劑選自十二烷基苯磺酸鈉、羥基烷基磺酸鈉和乙二醇；所述交聯(lián)劑選自丙烯酸丁酯、丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、甲基丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥丙酯、二乙烯基苯、N-羥甲基丙烯酰胺和雙丙酮丙烯酰胺；所述發(fā)泡劑選自碳酸氫鈉、碳酸銨和十二烷基硫酸鈉。

作為進一步的優(yōu)選，所述引發(fā)劑為氧化型引發(fā)劑和還原性引發(fā)劑，所述氧化型引發(fā)劑選自過硫酸銨與過硫酸鉀；所述還原性引發(fā)劑選自亞硫酸氫鈉、亞硫酸鐵與亞硫酸鈉。

作為進一步的優(yōu)選，還包括占增粘劑總質(zhì)量1-5％的分散劑。

作為進一步的優(yōu)選，所述分散劑為白油、水和乳化劑的混合物，所述乳化劑選自司盤20、司盤80、吐溫80或OP-10。

一種鉆井液用增粘劑的制備方法，包括如下步驟：

溶解四種所述烯類單體，得到混合溶液；

調(diào)節(jié)所述混合溶液的pH值在8-9；

再加入增溶劑，交聯(lián)劑及發(fā)泡劑，充分攪拌至完全溶解；

通入惰性氣體除氧，加入氧化型引發(fā)劑和還原型引發(fā)劑作為氧化還原引發(fā)體系引發(fā)聚合反應，生成內(nèi)有大量氣泡的膠塊，聚合完成；

將所述膠塊造粒，干燥，粉碎得到白色聚合物粉末。

作為進一步的優(yōu)選，所述造粒時，加入分散劑。

作為進一步的優(yōu)選，所述粉碎規(guī)格為20-30目。

一種鉆井液用增粘劑的應用，所述增粘劑以0.3～1wt％加入到鉆井液基漿中，形成鉆井液。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明增粘劑是由四種烯類單體聚合而成的四元聚合物，選用的四種單體烯類分別含有抗溫耐鹽基團、強水化基團及小分子的強吸附基團，它們互相搭配聚合；含抗溫耐鹽基團的單體能夠提升聚合物整體的抗溫耐鹽能力，含強水化基團的水化單體能夠提升聚合物的水化能力及溶解能力，含小分子強吸附基團的吸附單體能夠有效提升聚合物的分子量和粘度。因而，本發(fā)明增粘效果明顯，增粘劑耐高溫≥180℃，能夠在深井和超深井中很好的解決由于增粘劑不抗高溫引起的粘度和切力降低而導致攜巖懸砂困難；本發(fā)明抗飽和鹽性能好，可用于飽和氯化鈉鹽水中增粘，可在鹽水鉆井液、有機鹽鉆井液中很好的應用而不會粘度降低甚至無粘度。

(2)在水中本發(fā)明增粘劑加量為1.0％時，表觀粘度≥40mPa·s。而且使用效率高，在較低的增粘劑用量下就能夠達到很好的增粘效果，如此也降低了增粘劑加量大對鉆井液體系造成的影響及增粘劑的使用費用。本發(fā)明應用在常用的膨潤土基漿中不但可以大幅提高粘度和切力而且能將老化后的API濾失量降低。

(3)本發(fā)明所采用的原料均為無毒或低毒的化學藥劑，且個別原料經(jīng)充分聚合之后不再具有毒性，不會對環(huán)境產(chǎn)生影響，因此，在環(huán)境要求高的地區(qū)如海洋可以照常使用。

(4)本發(fā)明增粘劑且能顯著提高鉆井液的失水造壁能力，從而有效降低失水。

(5)本發(fā)明增粘劑的制備方法的工藝簡單可行，效率高，成本低廉，適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例鉆井液用增粘劑的制備方法的流程示意圖。

圖2a、2b為本發(fā)明實施例1增粘劑抗鹽性實驗關(guān)系曲線示意圖，其中，圖2a為本發(fā)明實施例1增粘劑在鹽水中粘度關(guān)系曲線示意圖；圖2b為本發(fā)明實施例1增粘劑在飽和鹽水中粘度與加量關(guān)系曲線示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明通過提供一種鉆井液用增粘劑及其制備方法、應用，以解決現(xiàn)有技術(shù)中增粘劑耐溫、抗鹽及增粘效果差等缺陷，本發(fā)明所述增粘劑耐高溫≥180℃、抗飽和鹽性能好、增粘效果明顯，滿足了深井、超深井、大位移井等不同井類的要求。

本申請實施例中的技術(shù)方案為解決上述的技術(shù)問題，總體思路如下：

本發(fā)明實施例鉆井液用增粘劑，是由四種烯類單體聚合形成的四元聚合物，所述四種烯類單體選自抗溫耐鹽單體、水化單體以及吸附單體；所述抗溫耐鹽單體選自烯基磺酸類單體，所述水化單體選自烯基羧酸、烯基烷酮和含有雙鍵的季銨鹽類化合物，所述吸附單體選自烯基酰胺類單體。

所述烯基磺酸類單體選自2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸、苯乙烯磺酸鈉和乙烯基磺酸鈉；所述烯基烷酮包括乙烯基吡咯烷酮；所述烯基羧酸選自丙烯酸、甲基丙烯酸、順丁烯二酸、反丁烯二酸和衣康酸；所述季銨鹽類化合物選自二甲基二烯丙基氯化銨、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨；所述烯基酰胺類單體選自N-異丙基丙烯酰胺、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、苯丙酰胺和N-羥甲基丙烯酰胺。

如圖1所示，本發(fā)明實施例鉆井液用增粘劑的制備方法，包括如下步驟：

S01：溶解四種所述烯類單體，得到混合溶液；

S02：調(diào)節(jié)所述混合溶液的pH值在8-9；

S03：再加入增溶劑，交聯(lián)劑及發(fā)泡劑，充分攪拌至完全溶解；

S04：通入惰性氣體除氧，加入氧化型引發(fā)劑和還原型引發(fā)劑作為氧化還原引發(fā)體系引發(fā)聚合反應，生成內(nèi)有大量氣泡的膠塊，聚合完成；

S05：將所述膠塊造粒，干燥，粉碎得到白色聚合物粉末。

為了更好的理解上述技術(shù)方案，下面將結(jié)合具體的實施方式對上述技術(shù)方案做詳細的說明。

實施例1

取300mL去離子水倒入1L的燒杯中，然后按質(zhì)量比為30：20：40：10的配比取2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、乙烯基吡咯烷酮、丙烯酸、丙烯酰胺四種單體共計300g加入到燒杯中溶解完全；再用30％的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)單體混合溶液的pH值在8-9，然后再加入添加劑：增溶劑乙二醇2％，交聯(lián)劑N-羥甲基丙烯酰胺1％，發(fā)泡劑十二烷基苯磺酸鈉1％，充分攪拌待其完全溶解，在室溫條件下通氮氣30分鐘除氧后，加入0.1g氧化型引發(fā)劑過硫酸銨和0.1g還原型引發(fā)劑亞硫酸氫鈉作為氧化還原引發(fā)體系引發(fā)聚合反應，生成內(nèi)有大量氣泡的膠塊，即聚合完成；將所得聚合物膠塊經(jīng)切割機切割成小塊后放入造粒機中造粒，同時加入2％分散劑白油、司盤80和吐溫-80的混合物，防止造粒過程中顆粒之間的粘附，經(jīng)流化床干燥機干燥后得到干燥的小顆粒后經(jīng)粉碎機粉碎成20-30目的白色聚合物粉末即得到本發(fā)明實施例1增粘劑。

其中，增溶劑、交聯(lián)劑及發(fā)泡劑百分數(shù)為質(zhì)量百分數(shù)，以聚合反應系統(tǒng)溶液的總質(zhì)量為基礎100％；所述分散劑為質(zhì)量百分數(shù)，以聚合物粉末即增粘劑產(chǎn)品的總質(zhì)量為基礎。

為證實本發(fā)明實施例增粘劑的耐高溫效果，采用本發(fā)明實施例1做如下測試實驗：

實驗1：實施例1的1％增粘劑水溶液的在不同老化溫度下老化16h后的粘度保留率變化情況測試。結(jié)果見下表1：

表1 1％增粘劑水溶液的在不同老化溫度下老化16h后的粘度保留率

如表1所示，實施例1增粘劑的抗溫能力優(yōu)良，在180℃老化16h后仍然可以保持將近50％的粘度，可以用于深井、超深井的鉆井作業(yè)中。

實驗2：實施例1的增粘劑抗鹽性能測試，結(jié)果見圖2a、圖2b：

如圖2a和圖2b所示，實施例1增粘劑能夠在鹽水溶液中保留較高的粘度，且在飽和鹽水溶液中，可通過增加一定加量有效提高粘度，當增粘劑濃度為2.0％時表觀粘度為57.5mPa·s，所以該增粘劑產(chǎn)品能夠應用于鹽水鉆井液及有機鹽無固相鉆井液中。

實驗3：實施例1的增粘劑在淡水膨潤土基漿中性能測試，結(jié)果如表2所示：

表2BDV-200S在淡水基漿中的性能評價結(jié)果

注：基漿配方：400mL清水+5％膨潤土+0.2％碳酸鈉；

如表2所示，實施例1增粘劑在膨潤土基漿中綜合性能優(yōu)良，在180℃老化16h后不但保留了很高的粘度和切力，對失水造壁性能亦有大幅改善，老化后API濾失量由基漿的100mL降低至8.0mL，故可用于常規(guī)的膨潤土基漿的深井、超深井的鉆井作業(yè)中。

實施例2

取300mL去離子水倒入1L的燒杯中，然后按質(zhì)量比為35：15：40：10的配比取乙烯基吡咯烷酮、順丁烯二酸、反丁烯二酸、甲基丙烯酰胺四種單體共計300g加入到燒杯中溶解完全；再用30％的氫氧化鉀溶液調(diào)節(jié)單體混合溶液的pH值在8-9，然后再加入添加劑：增溶劑十二烷基苯磺酸鈉5％，交聯(lián)劑雙丙酮丙烯酰胺1％，發(fā)泡劑碳酸氫鈉2％，充分攪拌待其完全溶解，在室溫條件下通氮氣30分鐘后，加入0.15g氧化型引發(fā)劑過硫酸鉀和0.15g還原型引發(fā)劑亞硫酸鐵作為氧化還原引發(fā)體系引發(fā)聚合反應，生成內(nèi)有大量氣泡的膠塊，即聚合完成；將所得聚合物膠塊經(jīng)切割機切割成小塊后放入造粒機中造粒，同時加入5％分散劑白油、水、司盤80和op-10的混合物，防止造粒過程中顆粒之間的粘附，經(jīng)流化床干燥機干燥后得到干燥的小顆粒后經(jīng)粉碎機粉碎成20-30目的白色聚合物粉末即得到本發(fā)明實施例2的鉆井液用烯類單體共聚物類抗高溫耐鹽增粘劑。

其中，增溶劑、交聯(lián)劑及發(fā)泡劑百分數(shù)為質(zhì)量百分數(shù)，以聚合反應系統(tǒng)溶液的總質(zhì)量為基礎100％；所述分散劑為質(zhì)量百分數(shù)，以聚合物粉末即增粘劑產(chǎn)品的總質(zhì)量為基礎。

將本發(fā)明實施例2產(chǎn)品進行類似與實施例1中的實驗檢測，在180℃老化16h后粘度保持率為38％的粘度；并可在鹽水中有效增粘，在飽和鹽水中2.0％濃度的增粘劑表觀粘度為50mPa·s；在常用的膨潤土基漿中不但可以大幅提高粘度和切力而且能將老化后的API濾失量降低至10.0mL。

實施例3

取300mL去離子水倒入1L的燒杯中，然后按質(zhì)量比為40：10：45：5的配比取苯乙烯磺酸鈉、N-異丙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸、丙烯酰胺四種單體共計300g加入到燒杯中溶解完全；再用30％的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)單體混合溶液的pH值在8-9，然后再加入添加劑：增溶劑羥基烷基磺酸鈉5％，交聯(lián)劑丙烯酸丁酯2％，發(fā)泡劑碳酸氫銨5％，充分攪拌待其完全溶解，在室溫條件下通氮氣30分鐘后，加入0.2g氧化型引發(fā)劑過硫酸銨和0.2g還原型引發(fā)劑亞硫酸氫鈉作為氧化還原引發(fā)體系引發(fā)聚合反應，生成內(nèi)有大量氣泡的膠塊，即聚合完成；將所得聚合物膠塊經(jīng)切割機切割成小塊后放入造粒機中造粒，同時加入3％分散劑白油、水、司盤80和吐溫80的混合物，防止造粒過程中顆粒之間的粘附，經(jīng)流化床干燥機干燥后得到干燥的小顆粒后經(jīng)粉碎機粉碎成20-30目的白色聚合物粉末即得到本發(fā)明的鉆井液用烯類單體共聚物類抗高溫耐鹽增粘劑。將上述產(chǎn)品進行檢測，在180℃老化16h后粘度保持率為54％的粘度；可在鹽水中有效增粘，在飽和鹽水中2.0％濃度的增粘劑表觀粘度為60mPa·s；在常用的膨潤土基漿中不但可以大幅提高粘度和切力而且能將老化后的API濾失量降低至6.0mL。

實施例4

取300mL去離子水倒入1L的燒杯中，然后按質(zhì)量比為40：10：40：10的配比取2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N-異丙基丙烯酰胺、衣康酸、甲基丙烯酰胺四種單體共計300g加入到燒杯中溶解完全；再用30％的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)單體混合溶液的pH值在8-9，然后再加入添加劑：增溶劑十二烷基苯磺酸鈉1％，交聯(lián)劑二乙烯基苯1％，發(fā)泡劑十二烷基硫酸鈉1％，充分攪拌待其完全溶解，在室溫條件下通氮氣30分鐘后，加入0.1g氧化型引發(fā)劑過硫酸銨和0.1g還原型引發(fā)劑亞硫酸氫鈉作為氧化還原引發(fā)體系引發(fā)聚合反應，生成內(nèi)有大量氣泡的膠塊，即聚合完成；將所得聚合物膠塊經(jīng)切割機切割成小塊后放入造粒機中造粒，同時加入5％分散劑白油、水、司盤80和吐溫80的混合物，防止造粒過程中顆粒之間的粘附，經(jīng)流化床干燥機干燥后得到干燥的小顆粒后經(jīng)粉碎機粉碎成20-30目的白色聚合物粉末即得到本發(fā)明的鉆井液用烯類單體共聚物類抗高溫耐鹽增粘劑。將上述產(chǎn)品進行檢測，在180℃老化16h后粘度保持率為59％的粘度；可在鹽水中有效增粘，在飽和鹽水中2.0％濃度的增粘劑表觀粘度為62mPa·s；在常用的膨潤土基漿中不但可以大幅提高粘度和切力而且能將老化后的API濾失量降低至5.5mL。

實施例5

取300mL去離子水倒入1L的燒杯中，然后按質(zhì)量比為40：10：45：5的配比取苯乙烯磺酸鈉、N-異丙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸、二甲基二烯丙基氯化銨四種單體共計300g加入到燒杯中溶解完全；再用30％的氫氧化鉀溶液調(diào)節(jié)單體混合溶液的pH值在8-9，然后再加入添加劑：增溶劑十二烷基苯磺酸鈉10％，交聯(lián)劑二乙烯基苯5％，發(fā)泡劑十二烷基硫酸鈉1％，充分攪拌待其完全溶解，在室溫條件下通氮氣30分鐘后，加入0.1g氧化型引發(fā)劑過硫酸銨和0.1g還原型引發(fā)劑亞硫酸鈉作為氧化還原引發(fā)體系引發(fā)聚合反應，生成內(nèi)有大量氣泡的膠塊，即聚合完成；將所得聚合物膠塊經(jīng)切割機切割成小塊后放入造粒機中造粒，同時加入1％分散劑白油、水和吐溫80的混合物，防止造粒過程中顆粒之間的粘附，經(jīng)流化床干燥機干燥后得到干燥的小顆粒后經(jīng)粉碎機粉碎成20-30目的白色聚合物粉末即得到本發(fā)明的鉆井液用烯類單體共聚物類抗高溫耐鹽增粘劑。將上述產(chǎn)品進行檢測，在180℃老化16h后粘度保持率為50％的粘度；可在鹽水中有效增粘，在飽和鹽水中2.0％濃度的增粘劑表觀粘度為55mPa·s；在常用的膨潤土基漿中不但可以大幅提高粘度和切力而且能將老化后的API濾失量降低至7mL。

上述本申請實施例中的技術(shù)方案，至少具有如下的技術(shù)效果或優(yōu)點：

(1)本發(fā)明增粘劑是由四種烯類單體聚合而成的四元聚合物，選用的四種單體烯類分別含有抗溫耐鹽基團、強水化基團及小分子的強吸附基團，它們互相搭配聚合；含抗溫耐鹽基團的單體能夠提升聚合物整體的抗溫耐鹽能力，含強水化基團的水化單體能夠提升聚合物的水化能力及溶解能力，含小分子強吸附基團的吸附單體能夠有效提升聚合物的分子量和粘度。因而，本發(fā)明增粘效果明顯，增粘劑耐高溫≥180℃，能夠在深井和超深井中很好的解決由于增粘劑不抗高溫引起的粘度和切力降低而導致攜巖懸砂困難；本發(fā)明抗飽和鹽性能好，可用于飽和氯化鈉鹽水中增粘，可在鹽水鉆井液、有機鹽鉆井液中很好的應用而不會粘度降低甚至無粘度。

(2)在水中本發(fā)明增粘劑加量為1.0％時，表觀粘度≥40mPa·s。而且使用效率高，在較低的增粘劑用量下就能夠達到很好的增粘效果，如此也降低了增粘劑加量大對鉆井液體系造成的影響及增粘劑的使用費用。本發(fā)明應用在常用的膨潤土基漿中不但可以大幅提高粘度和切力而且能將老化后的API濾失量降低。

(3)本發(fā)明所采用的原料均為無毒或低毒的化學藥劑，且個別原料經(jīng)充分聚合之后不再具有毒性，不會對環(huán)境產(chǎn)生影響，因此，在環(huán)境要求高的地區(qū)如海洋可以照常使用。

(4)本發(fā)明增粘劑且能顯著提高鉆井液的失水造壁能力，從而有效降低失水。

(5)本發(fā)明增粘劑的制備方法的工藝簡單可行，效率高，成本低廉，適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。顯然，本領域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。