CN108715624B

CN108715624B - 抗超高温抗复合盐的两性离子疏水缔合聚合物降滤失剂及其制备方法

Info

Publication number: CN108715624B
Application number: CN201810513459.XA
Authority: CN
Inventors: 毛惠; 邱正松; 黄维安; 何勇明; 刘伟; 邓虎成
Original assignee: Chengdu Univeristy of Technology
Current assignee: Chengdu Univeristy of Technology
Priority date: 2018-05-25
Filing date: 2018-05-25
Publication date: 2020-08-07
Anticipated expiration: 2038-05-25
Also published as: CN108715624A

Abstract

本发明涉及抗超高温抗复合盐的两性离子疏水缔合聚合物降滤失剂及其制备方法，该降滤失剂是一种由疏水性烯基酰胺、强亲水性阴离子烯基磺酸盐和强亲水性阳离子烯基季铵盐经由水溶性偶氮类引发剂在水溶液中聚合反应生成的具有两性离子疏水缔合特性的多元共聚物，生成的多元共聚物分子链中含有约2,000‑4,000个结构单元，重均分子量范围在1,320,000‑2,100,000。本发明的多元共聚物降滤失剂在超高温水基钻井液完井液中具有良好的相容性，在超高温环境下能够显著降低钻井液完井液的滤失量，抗温能力达248℃，抗氯化钠达饱和，抗复合盐性能优异，可在氯离子浓度大于100,000ppm、钙离子浓度大于5,000ppm、镁离子浓度大于5,000ppm且受酸性气体侵的水基高温钻井液中显著降低其滤失量。

Description

抗超高温抗复合盐的两性离子疏水缔合聚合物降滤失剂及其制备方法

技术领域：

本发明涉及一种抗超高温抗复合盐的两性离子疏水缔合聚合物降滤失剂及其制备方法，属于石油与天然气钻井工程、地球深部资源勘探与开发和地热井钻井工程中钻井液与完井液技术领域。

背景技术：

随着世界上油气勘探开发的纵深发展和油气资源勘探开发技术的不断进步，油气勘探开发地域逐渐向超深层发展。此外，随着我国的深部资源勘探、大陆科学钻探工程、地球深部探测计划等重大深地项目的持续推进，钻探工程中的地质设计井深亦逐年增加，因此，钻井工程中钻遇超高温超高压(温度超过220℃，压力超过138MPa)储层的概率显著增大。再者，随着全球地热资源的逐步勘察与开发，钻井工程中面临超高温高压地质条件的情况越来越多，超高温超高密度水基钻井液技术亦成为此类钻探工程中的关键技术之一。

随着油气资源、地质勘探逐渐向超深井目的层拓展和地热资源的开发利用，钻井工程中钻遇超高温的概率在近年来呈现明显增加的趋势。实践表明，超高温环境下，钻井液完井液的各项性能都可能会发生显著地变化，一般而言，超高温使钻井液完井液的各项性能中滤失造壁性能首先呈现明显恶化的趋势，即泥饼变厚、泥饼渗透率增大，滤失量剧增。同时，高温使钻井液完井液中各组分本身及各组分之间在温度较低时本来不易发生的变化、不剧烈反应、不显著的影响都变得激化了。此外，超高温环境下，钻井液完井液的流变性随温度变化也呈现恶化的趋势，经常发生钻井液完井液的高温降粘现象或高温增稠现象，高温降粘可能引起钻井液完井液在超深井超高温井段携岩能力及悬浮能力的下降，严重时可进一步造成钻井液完井液加重材料的沉降；而高温增粘现象严重时可使钻井液完井液丧失流动性，更进一步将引起井下一系列复杂事故。另一方面，随着井深的逐渐增加，钻遇井下复杂地层的概率亦呈现逐年上升的趋势，如钻遇大段盐膏层、岩盐层、膏泥岩层、高压盐水层等的概率也明显增大；同时，随着井深的逐渐增加，长裸眼井段的长度亦逐渐增大。因此，钻井液完井液面临盐侵、盐膏侵、复合盐水侵等污染源侵入的井下复杂情况越来越多，同时，超深井的井壁稳定性面临巨大的挑战。

然而，我国在超深井超高温水基钻井液完井液的现场应用中，超高温水基钻井液完井液体系的维护处理仍然存在加入处理剂种类多、加量大以及处理剂在超高温环境下失效速度快等特点，另外，超高温环境下钻井液完井液中的抗温性能较差的处理剂间各组分发生极为复杂的物理化学反应，从而使超高温水基钻井液完井液性能的维护变得极为困难。从现场应用情况看，我国仍然主要缺乏具有针对性和专用的超深井抗超高温抗复合盐水钻井液完井液处理剂，尤其是作为超高温水基钻井液完井液流变性和滤失性调控的核心处理剂之一的抗超高温和抗复合盐的聚合物类降滤失剂的缺乏，限制了钻井工程现场抗超高温抗复合盐水钻井液完井液使用体系的配制、维护和应用。

中国专利文件CN104388061A(申请号：201410513354.6)公开了一种水基钻井液用抗高温抗盐聚合物降滤失剂及其制备方法，该降滤失剂的组分及配比按重量份数为N-乙烯基己内酰胺8～39份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸20～100份、丙烯酸20～50份、N，N-2甲基丙烯酰胺10～45份、水100～200份；具体制备方法是将酸性单体用氢氧化钠中和，控制体系pH值在7.0～11.0，再加入非离子性单体搅拌至溶解，以氧化-还原引发体系为引发剂，在分子量调节剂的存在下进行水溶液聚合而成，反应温度为25～60℃，反应时间为4～6h，得到的胶状产物在烘干、粉碎后得到聚合物降滤失剂。该降滤失剂在高温高压老化后能降低钻井液滤失量50-80％，能有效提升深井、超深井中的钻井液抗温、抗盐、高温老化后粘度保留率等问题。

中国专利文件CN102220112A(申请号：201110128127.8)公开了一种钻井液用无机-有机抗盐抗高温聚合物降滤失剂的合成方法，其是以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠、二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酰胺、丙烯酸钠在一定温度下，加入引发剂进行聚合反应，生成的聚合物。该降滤失剂易溶于水，具有较好的降滤失、抗温、抗盐和抗钙、镁污染的能力，并有较好的增粘的效果，能有效地控制地层造浆、抑制粘土和钻屑分散，与常用的处理剂有良好的配伍性。

但是，上述专利文件在设计抗高温聚合物降滤失剂分子结构时，通常选用一些具有强水化基团和吸附基团的抗温耐盐单体通过自由基聚合反应制得抗高温抗盐聚合物降滤失剂，如选用丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯腈、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、马来酸酐、苯乙烯磺酸钠等共聚单体进行共聚反应制得的聚合物。没有考虑作为水基钻井液连续相的水的物理化学性质在超高温高压环境下的改变，随着温度和压力的逐渐升高，水逐渐变为亚临界水，水的介电常数持续减小，表明水的极性逐渐减弱，因此，亚临界水可对中极性和非极性有机化合物逐渐将具有一定的溶解能力，同时，具有强亲水性的聚合物类处理剂将有可能不能完全溶解在亚临界水中，导致热致相分离现象的发生；另外，水的氢键作用随着温度和压力的逐渐升高而逐渐减弱，水的表面张力亦逐渐减小，而水的离子积常数则逐渐增大。因此，上述类似专利文件中类似的最初设计聚合物降滤失剂分子结构设计时，通常忽略了水在超高温高压环境的变化而产生的影响，使得目前的降滤失剂在超高温高压环境下的效果并不理想、甚至达不到现场应用的效果。另外，目前的抗高温抗盐类聚合物降滤失剂一般能够抗氯化钠达到饱和，但抗含高价金属阳离子的能力往往较弱，抗硫化氢的能力亦较弱，当同时存在复合盐条件时，目前所用降滤失剂效果均较差。最后，上述专利文件通常采用的引发剂为过硫酸盐和亚硫酸氢钠，像这种传统的氧化-还原引发体系对反应体系的引发效率较低，同时产物的转化率亦相对较低，与之对应的反应条件相对较为苛刻。

发明内容：

针对现有技术的不足，本发明提供一种能够抗超高温、能抗饱和盐污染、能抗钙镁等高价金属阳离子污染、能抗复合盐污染，且降滤失性能效果突出，同时兼具有抑制泥页岩和黏土矿物水化分散作用的钻井液完井液用聚合物降滤失剂。

本发明的技术方案如下：

一种钻井液完井液用抗超高温抗复合盐的两性离子疏水缔合聚合物降滤失剂，具有式(I)所述的结构：

该降滤失剂是由具有温敏特性的疏水性共聚反应单体N-乙烯基己内酰胺、阳离子反应单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和阴离子反应单体2-丙烯酰胺-2-甲基-丙磺酸经水溶液聚合或自由基胶束乳液聚合反应生成的三元共聚物。

式(I)中：x、y和z分别代表疏水性共聚反应单体N-乙烯基己内酰胺、阳离子反应单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和阴离子反应单体2-丙烯酰胺-2-甲基-丙磺酸的摩尔数，摩尔比x﹕y﹕z＝(1-2)﹕(3-6)﹕(5-7)。

根据本发明，优选的，所述的降滤失剂含有1,300-4,500个结构单元，重均分子量范围在700,000-2,500,000。

根据本发明，优选的，所述的降滤失剂含有2,000-2,700个结构单元，重均分子量范围在1,050,000-1,420,000，摩尔比x﹕y﹕z＝(1-1.5)﹕(3.8-5.3)﹕(5-6.5)。

根据本发明，优选的，所述的降滤失剂含有2,900-4,400个结构单元，重均分子量范围在1,500,000-2,310,000，摩尔比x﹕y﹕z＝(1-1.25)﹕(3.25-4.25)﹕(5-5.5)。

根据本发明，上述钻井液完井液用抗超高温抗复合盐水聚合物降滤失剂的制备方法，采用水溶液聚合或自由基胶束乳液聚合反应，包括如下步骤：

将聚合反应单体按照比例加入装有溶剂的反应釜中，用氢氧化钠调节混合溶液的pH值，将催化剂加入到溶剂中充分溶解后倒入反应釜中，用溶剂调整反应物混合液浓度，通过水浴加热或蒸汽加热的方式加热反应釜中的混合液，维持反应时间，终止反应，将反应制得的胶状产物干燥粉碎，即得降滤失剂。

根据本发明，优选的，所述的催化剂为水溶性偶氮类引发剂或两亲性偶氮类引发剂；进一步优选的，所述的水溶性偶氮类引发剂是偶氮二异丁脒盐酸盐或偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐，所述的两亲性偶氮类引发剂是偶氮异丁氰基甲酰胺。

根据本发明，优选的，当采用水溶液聚合时：选用水作为溶剂；当采用自由基胶束乳液聚合时，选用水与五号白油的组合为溶剂，进一步优选的，水与五号白油的质量比为(70-90)：(10-30)。

根据本发明，优选的，聚合反应单体总重量占反应单体与溶剂形成的溶液总重量的7-16wt％，进一步优选为9-13wt％；

优选的，催化剂加入量是反应单体总重量的0.05-0.50wt％，进一步优选为0.20-0.35wt％；

优选的，聚合反应温度为40-110℃，进一步优选为40-70℃；

优选的，反应时间为20分钟到4小时，进一步优选为40分钟到2小时；

优选的，pH值调节至6-10，进一步优选为7-8.5；

优选的，胶状产物干燥温度为105-345℃；粉碎至细颗粒产品的粒度为0.9mm筛孔筛余量＜15％；细颗粒产品的干基含量＞90％。

根据本发明，优选的，当采用自由基胶束乳液聚合时，还向反应体系中加入表面活性剂，进一步优选的，采用的表面活性剂是司盘80、司盘85、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠四种表面活性剂中的一种或两种组合；

优选的，表面活性剂的加入量为反应混合液总体积的0.2-1.5wt％，进一步优选为0.5-0.8wt％。

本发明根据亚临界水的物理化学性质，通过对超高温水基钻井液完井液用聚合物降滤失剂分子结构的创新设计，创造性的在聚合物分子链中引入具有温度敏感特性的疏水烯基反应单体N-乙烯基己内酰胺等疏水性烯基酰胺，使聚合物降滤失剂具有一定的疏水缔合特性，以增强聚合物分子在超高温高压条件下在亚临界水中的相容性；引入具有优良抗温能力和抗盐钙能力的阴离子烯基反应单体2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，以增强聚合物降滤失剂的抗温耐盐性；引入具有阳离子基团的烯基反应单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，以增强聚合物在高温高压条件下对钻井液的抑制性。通过用该方法制备的降滤失剂在室内和现场应用评价中均取得了良好的使用效果。

本发明的化学反应过程如下：

本发明的抗超高温抗复合盐的两性离子疏水缔合聚合物降滤失剂的作用机理和有益效果如下：

(1)聚合物降滤失剂分子链中各链接单元均具有良好的抗温能力，且具有疏水缔合的特殊分子结构；

(2)高温环境下，聚合物降滤失剂分子链中的磺酸基可吸附在黏土颗粒表面形成较厚的水化膜，减小了自由水的含量，从而增强钻井液的热稳定性；

(3)聚合物降滤失剂分子链中带有大量正电荷，其在黏土颗粒上的吸附除靠氢键外，同时还存在较强的静电作用；

(4)聚合物降滤失剂分子链中含有阳离子侧链能够中和黏土颗粒表面的负电荷，因此可以有效抑制黏土矿物在高温环境中的过度分散；

(5)当温度过高时，聚合物降滤失剂分子侧链降解时可产生具有更大流体力学半径的-NH-(CH₂)-COO-结构，进一步导致钻井液黏度的增加，从而保持钻井液液相粘度，以达到降低滤失量的目的；

(6)超高温条件下的极强的护胶能力，以及改善超高温水基钻井液和超高温超高密度水基钻井液体系的泥饼质量的作用。

(7)本发明的多元共聚物降滤失剂在超高温水基钻井液完井液中具有良好的相容性，在超高温环境下能够显著降低钻井液完井液的滤失量，抗温能力达248℃，而且能够在氯离子浓度高于100,000mg/L、钙离子浓度高于5,000mg/L和镁离子浓度高于1,500mg/L的弱酸性环境条件下仍然能够显著降低钻井液完井液的滤失量，抗复合盐性能优异，同时，加入这种多元共聚物降滤失剂的钻井液完井液抗氯化钠污染的能力能够达到饱和，能使钻井液完井液在超高温高压条件下有效保持其液相粘度，显著改善钻井液完井液的泥饼质量，且具有良好的泥页岩钻屑包被抑制性能和抑制黏土矿物水化分散的性能。

附图说明：

图1为本发明实施例1制得的抗超高温抗复合盐的两性离子疏水缔合聚合物降滤失剂的红外谱图。

具体实施方式：

下面通过具体实施例对本发明作进一步说明，但不限于此。

实施例中所用原料如无特殊说明，均为常规市购产品。

实施例中所述的抗超高温抗复合盐的两性离子疏水缔合聚合物降滤失剂，具有式(I)所述的结构：

该降滤失剂是由具有温敏特性的疏水性共聚反应单体N-乙烯基己内酰胺、阳离子反应单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和阴离子反应单体2-丙烯酰胺-2-甲基-丙磺酸经水溶液聚合或自由基胶束乳液聚合反应生成的三元共聚物；

式(I)中：x、y和z分别代表疏水性共聚反应单体N-乙烯基己内酰胺、阳离子反应单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和阴离子反应单体2-丙烯酰胺-2-甲基-丙磺酸的摩尔数。

实施例1：

向装有搅拌器、回流冷凝器、氮气保护装置、温度传感器和加热装置的容量为1升的反应釜中称取24.84克的2-丙烯酰胺-2-甲基-丙磺酸并溶解在120毫升自来水中，用14摩尔/升的NaOH溶液调节pH至7，置于反应釜中；然后再称取18.63克的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵溶解在50毫升自来水中，溶解完全后倒入反应釜中，再将反应釜置于40℃水浴锅中低速搅拌均匀；将N-乙烯基己内酰胺在40-45℃环境中融化，后称取3.39克的N-乙烯基己内酰胺后倒入反应釜中，快速搅拌5分钟；加入混有0.1171克偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐的自来水，后加入自来水调节反应单体总质量浓度为12％，在氮气保护下高速搅拌30分钟后升温至55℃，反应1.5小时后冷却至室温，取出反应釜中的胶状物，置于105℃真空烘箱中烘干8小时，然后粉碎，过20目筛子，即得本发明所述的抗超高温抗复合盐的两性离子疏水缔合聚合物降滤失剂。

此聚合物降滤失剂中各反应单体摩尔比x﹕y﹕z＝1.25﹕3.75﹕5.00，聚合物降滤失剂的重均分子量约为132万，结构单元数约为2500。

实施例2:

向装有搅拌器、回流冷凝器、氮气保护装置、温度传感器和加热装置的容量为1升的反应釜中称取25.70克的2-丙烯酰胺-2-甲基-丙磺酸并溶解在150毫升自来水中，用14摩尔/升的NaOH溶液调节pH至7-8，置于反应釜中；然后再称取11.66克的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵溶解在50毫升自来水中，溶解完全后倒入反应釜中，再将反应釜置于40℃水浴锅中低速搅拌均匀；加入混有0.1031克偶氮异丁氰基甲酰胺的自来水，后加入自来水至总量为276毫升，再将N-乙烯基己内酰胺在40-45℃环境中融化，后称取3.89克的N-乙烯基己内酰胺后倒入反应釜中，快速搅拌5分钟；再量取69毫升的五号白油加入到反应釜中，在氮气保护下高速搅拌30分钟后升温至63-65℃，反应1小时后冷却至室温，取出反应釜中的胶状物，经分离提取烘干后，再粉碎，过20目筛子，即得本发明所述的抗超高温抗复合盐的两性离子疏水缔合聚合物降滤失剂。

此聚合物降滤失剂中各反应单体摩尔比x﹕y﹕z＝1.40﹕4.20﹕6.20，聚合物降滤失剂的重均分子量约为139万，结构单元数约为2580。

实施例3：

向装有搅拌器、回流冷凝器、氮气保护装置、温度计和加热装置的容量为3-3.5吨的不锈钢耐腐蚀反应釜中先加入500千克自来水，开启搅拌器，以25千克/分钟的速率将140千克的2-丙烯酰胺-2-甲基-丙磺酸加入反应釜中，搅拌10分钟，以5千克/分钟的速率加入氢氧化钠固体，调节pH值为7-8，在反应釜中加入自来水至1500千克，搅拌10分钟后加入105千克甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，继续搅拌10分钟，然后将N-乙烯基己内酰胺在40-45℃环境中融化，后称取19.2千克的N-乙烯基己内酰胺后倒入反应釜中，继续搅拌10分钟；加入混有0.6605千克偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐的自来水，后继续加入自来水至自来水总重量为2200千克，通氮气，搅拌30分钟后升温至58℃，反应2.5小时后冷却至室温，取出反应釜中的胶状物，经干燥设备烘干，然后粉碎过20目筛子，即得本发明所述的抗超高温抗复合盐的两性离子疏水缔合聚合物降滤失剂。此聚合物中各反应单体摩尔比x﹕y﹕z＝1.25﹕3.70﹕5.00，聚合物的重均分子量约为125万，结构单元数约为2300。

对比例1：

为使本发明的降滤失剂在超高温高压条件下具有较强的疏水缔合作用和良好的溶解性能，疏水单体N-乙烯基己内酰胺的加入及其在聚合物分子链中所占摩尔比的含量高低对该降滤失剂的抗高温抗复合盐降滤失效果影响显著。加量过少，则合成产物的疏水缔合作用弱，降滤失效果提升不明显；加量过大，则合成产物在水中的溶解性变差，降滤失效果转而变差。为此，在合成该降滤失剂的过程中，控制其它变量条件恒定的条件下，通过改变N-乙烯基己内酰胺的加量及其摩尔比，合成对比例样品1-1(产物中不含N-乙烯基己内酰胺分子链节)、对比例样品1-2(产物中N-乙烯基己内酰胺的摩尔占比为0.5)、对比例样品1-3(产物中N-乙烯基己内酰胺的摩尔占比为1.0)、对比例样品1-4(产物中N-乙烯基己内酰胺的摩尔占比为1.5)、对比例样品1-5(产物中N-乙烯基己内酰胺的摩尔占比为2.0)。

10％复合盐水评价土基浆配制：在高搅杯中加入400mL自来水，在8000转/分钟搅拌速度下依次加入20g氯化钠、2.0g氯化钙、2.0g氯化镁和1.5g无水碳酸氢钠，待溶解完全后再加入40g钻井液用评价土，搅拌均匀，密闭静置24小时候，即得10％复合盐水评价土基浆。

试验浆的配制和测试：分别向10％复合盐水评价土基浆中加入2.0％各对比例样品，在8000转/分钟的搅拌速度下高速搅拌均匀，测各试验浆的流变性和滤失性。将试验浆装入高温老化罐，在180℃环境下热滚老化16小时，用同样的方法测试各试验浆的流变性和滤失性，结果如表1所示。

表1在复合盐水评价土基浆中的测试结果

从对比例1的结果可知，在聚合物分子链中引入N-乙烯基己内酰胺的疏水链节后有利于提高聚合物的抗高温抗复合盐降滤失能力，同时聚合物分子链中N-乙烯基己内酰胺的疏水链节不宜过高或过低，为达到最优的降滤失效果其在分子链中所占摩尔比以1.0-1.5为宜。

对比例2：

本发明中，阳离子单体和阴离子所占的配比对该聚合物降滤失剂的抗高温抗复合盐效果的影响较为显著。当阳离子链节所占比例较大时，聚合物降滤失剂对钻井液易产生絮凝作用，将导致聚合物的抗复合盐效果及滤失量均变差，当阳离子链节所占比例较小时，聚合物降滤失剂对黏土矿物的吸附作用较弱，聚合物的抗高温及抗复合盐效果亦较差。为此，在合成该降滤失剂的过程中，控制其它变量条件恒定的条件下，通过改变阳离子反应单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的加量及其摩尔比，合成对比例样品2-1(产物中y＝0，x﹕z＝1.25﹕5.00)、对比例样品2-2(产物中x﹕y﹕z＝1.25﹕3.75﹕5.00)、对比例样品2-3(产物中x﹕y﹕z＝1.25﹕4.75﹕5.00)、对比例样品2-4(产物中x﹕y﹕z＝1.25﹕5.75﹕5.00)、对比例样品2-5(产物中x﹕y﹕z＝1.25﹕6.75﹕5.00)。

10％复合盐水评价土基浆的配制方法及试验浆的配制和测试方法与对比例1所述一致，结果如表2所示。

表2在复合盐水评价土基浆中的测试结果

下面通过试验例对本发明聚合物降滤失剂的抗温抗盐性能及降滤失性能进行评价。

试验例中测试方法：①GB/T 32198-2015：红外光谱定量分析技术通则；②采用JJF1321-2011：元素分析仪校准规范。③采用GB/T 16738-1997：水基钻井液现场测试程序。

试验例1：

测试本发明实施例1所述抗超高温抗复合盐的两性离子疏水缔合聚合物降滤失剂的红外光谱特征谱图，如图1所示。

试验例2：

对本发明实施例1所述抗超高温抗复合盐的两性离子疏水缔合聚合物降滤失剂进行元素分析。

采用元素分析仪，分析了实施例1的抗超高温抗复合盐的两性离子疏水缔合聚合物降滤失剂的碳(C)、氮(N)、硫(S)元素的质量组成如表3所示。

表3实施例1的C、N、S元素质量组成

注：表1中M1为2-丙烯酰胺-2-甲基-丙磺酸，M2为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，M3为N-乙烯基己内酰胺。

试验例3：在水溶液中的增粘性能测试

试验浆的配制与测试：分别在400mL自来水中加入0.1％、0.2％、0.3％、0.4％和0.5％的评价样品(实施例2样，国外进口抗高温抗盐聚合物降滤失剂Driscal D)，在6000转/分钟的搅拌速率下搅拌2－4小时，静置1小时后，利用Brookfield DV-2流变仪测试各评价试验浆在常温下的表观粘度，结果如表4所示。

表4在水溶液中的增粘性能测试结果

试验例4：抑制泥页岩水化分散性能测试

分别配制出浓度为0.5％的实施例2样水溶液、0.5％的进口钻井液用聚合物抗高温抗盐降滤失剂Driscal D水溶液、0.5％的钻井液用聚丙烯酰胺钾盐KPAM水溶液、0.5％的钻井液用钠羧甲基纤维素(中黏)CMC-MV水溶液、0.5％的钻井液用钠羧甲基纤维素(高黏)CMC-HV水溶液、0.5％的钻井液用两性离子聚合物增粘剂80A51水溶液，选用深部复杂地层泥页岩岩样进行泥页岩滚动分散实验，结果如表5所示。

表5抑制泥页岩水化分散测试结果

试验例5：在淡水基浆中测试

基浆配制：在高搅杯中加入400mL自来水，在8000转/分钟搅拌速度下依次加入0.8g无水碳酸钠和16g钻井液用二级膨润土，搅拌2小时，密闭静置24小时即为预水化好的淡水基浆。

试验浆的配制和测试：分别向预水化好的淡水基浆中加入1％评价样品(实施例2样，Driscal D)，在8000转/分钟的搅拌速度下高速搅拌均匀，测各试验浆的流变性和滤失性。将试验浆装入高温老化罐，在180℃环境下热滚老化16小时，用同样的方法测试各试验浆的流变性和滤失性，结果如表6所示。

表6在淡水基浆中的测试结果

试验例6：在盐水基浆中测试

盐水基浆配制：在高搅杯中加入400mL自来水，在8000转/分钟搅拌速度下依次加入0.8g无水碳酸钠和16g钻井液用二级膨润土，搅拌2小时，密闭静置24小时候后加入4％NaCl，搅拌20分钟，即得盐水基浆。

试验浆的配制和测试：分别向盐水基浆中加入1.5％评价样品(实施例2样，Driscal D)，在8000转/分钟的搅拌速度下高速搅拌均匀，测各试验浆的流变性和滤失性。将试验浆装入高温老化罐，在180℃环境下热滚老化16小时，用同样的方法测试各试验浆的流变性和滤失性，结果如表7所示。

表7在盐水基浆中的测试结果

试验例7：在饱和盐水基浆中测试

饱和盐水基浆配制：在高搅杯中加入400mL自来水，在8000转/分钟搅拌速度下依次加入0.8g无水碳酸钠和16g钻井液用二级膨润土，搅拌2小时，密闭静置24小时候后加入NaCl至饱和浓度，搅拌均匀，即得饱和盐水基浆。

试验浆的配制和测试：分别向饱和盐水基浆中加入1.5％评价样品(实施例2样，Driscal D)，在8000转/分钟的搅拌速度下高速搅拌均匀，测各试验浆的流变性和滤失性。将试验浆装入高温老化罐，在180℃环境下热滚老化16小时，用同样的方法测试各试验浆的流变性和滤失性，结果如表8所示。

表8在饱和盐水基浆中的测试结果

试验例8：在饱和盐水评价土基浆中测试

饱和盐水评价土基浆配制：在高搅杯中加入400mL自来水，在8000转/分钟搅拌速度下依次加入1.2g氢氧化钠和40g钻井液用评价土，搅拌2小时，密闭静置24小时候后加入NaCl至饱和浓度，搅拌均匀，即得饱和盐水评价土基浆。

试验浆的配制和测试：分别向饱和盐水评价土基浆中加入1.5％评价样品(实施例2样，Driscal D)，在8000转/分钟的搅拌速度下高速搅拌均匀，测各试验浆的流变性和滤失性。将试验浆装入高温老化罐，在180℃环境下热滚老化16小时，用同样的方法测试各试验浆的流变性和滤失性，结果如表9所示。

表9在饱和盐水评价土基浆中的测试结果

试验例9：在复合盐水评价土基浆中测试

复合盐水评价土基浆配制：在高搅杯中加入400mL自来水，在8000转/分钟搅拌速度下依次加入20g氯化钠、2.0g氯化钙、6.0g氯化镁和1.0g无水碳酸氢钠，待溶解完全后再加入40g钻井液用评价土，搅拌均匀，密闭静置24小时候，即得复合盐水评价土基浆。

试验浆的配制和测试：分别向复合盐水评价土基浆中加入2.0％评价样品(实施例2样，Driscal D)，在8000转/分钟的搅拌速度下高速搅拌均匀，测各试验浆的流变性和滤失性。将试验浆装入高温老化罐，在180℃环境下热滚老化16小时，用同样的方法测试各试验浆的流变性和滤失性，结果如表10所示。

表10在复合盐水评价土基浆中的测试结果

试验例10：与国内外同类抗高温抗盐聚合物降滤失剂的抗高温抗复合盐降滤失性能对比。

试验浆的配制和测试：分别向复合盐水评价土基浆中加入2.0％评价样品(实施例1样，进口钻井液用聚合物抗高温抗盐降滤失剂Driscal D，两性离子聚合物包被剂FA367，聚丙烯酰胺钾盐KPAM，聚丙稀酰胺/丙稀酸钠聚合物增粘降滤失剂80A51，两性离子聚合物包被降滤失剂JT888，新型磺酸盐聚合物增粘降滤失剂DSP-2)，在8000转/分钟的搅拌速度下高速搅拌均匀，测各试验浆的流变性和滤失性。将试验浆装入高温老化罐，在180℃环境下热滚老化16小时，用同样的方法测试各试验浆的流变性和滤失性，结果如表11所示。

表11在复合盐水评价土基浆中的测试对比结果

注：加入实施例1样和Driscal D的评价试验浆经180℃高温老化后，试验浆中的固相颗粒在溶液中呈现良好的分散状态，不出现离析和分层情况；加入80A51、FA367、JT888、KPAM和DSP-2的试验浆中的固相颗粒在溶液中均呈现明显的分层沉降现象。

试验例11：在超高温水基钻井液完井液中的测试

超高温水基钻井液完井液基浆的配制：量取400mL淡水基浆，在6000－8000转/分钟的高速搅拌机上高速搅拌20分钟，然后依次加入0.3-0.5份氢氧化钠、0.5-1份抗超高温阴离子型聚合物降滤失剂、3-5份磺甲基酚醛树脂Ⅱ型、3-5份磺化褐煤树脂、2-4份磺化沥青粉、1-2份改性石墨、1-2份聚合醇、3-5份抗高温封堵剂、20-50克重晶石，每加入一种处理剂后高速搅拌20分钟，依上述方法可配制出本发明所述超高温水基钻井液完井液基浆，密度为1.10-1.30g/cm³。

测试方法：取超高温水基钻井液完井液基浆400mL，在8000转/分钟的搅拌速度下高速搅拌均匀，加入0.3-1份实施例2样，高速搅拌20分钟，即得超高温水基钻井液完井液体系，测该试验浆的流变性和滤失性。将试验浆装入高温老化罐，在248℃高温滚子炉中热滚老化16小时，用同样的方法测试该试验浆的流变性和滤失性，结果如表12所示。

表12在超高温水基钻井液完井液中的测试结果

注：1号配方为加入实施例2样品的超高温水基钻井液完井液体系，2号配方为未加入实施例2样品的超高温水基钻井液完井液基浆，HTHP滤失量的测试条件为180℃/3.5MPa。

试验例12：在超高温超高密度水基钻井液中的测试

低固相淡水基浆的配制：在高搅杯中加入400mL自来水，在8000转/分钟搅拌速度下依次加入0.3-0.5g无水碳酸钠和6-10g钻井液用二级膨润土，搅拌2小时，密闭静置24小时即为预水化好的低固相淡水基浆。

超高温超高密度水基钻井液完井液基浆的配制：量取400mL低固相淡水基浆，在6000-8000转/分钟的高速搅拌机上高速搅拌20分钟，然后依次加入0.1-0.3份抗超高温阴离子型聚合物降滤失剂、2-4份磺甲基酚醛树脂Ⅰ型、3-8份磺化褐煤树脂、2-9份磺化沥青粉、3-7份氯化钾、900-1000克复合加重剂(铁矿粉与重晶石质量比2：1复配)，每加入一种处理剂后高速搅拌20-30分钟，依上述方法可配制出本发明所述超高温超高密度水基钻井液完井液基浆，密度为2.40-2.55g/cm³。

测试方法：取超高温超高密度水基钻井液完井液基浆400mL，在8000转/分钟的搅拌速度下高速搅拌均匀，加入0.1-0.5份实施例2样，高速搅拌30分钟，即得超高温超高密度水基钻井液完井液体系，测该试验浆的流变性和滤失性。将试验浆装入高温老化罐，在240℃高温滚子炉中热滚老化16小时，用同样的方法测试该试验浆的流变性和滤失性，结果如表13所示。

表13在超高温超高密度水基钻井液完井液中的测试结果

注：1号配方为加入实施例2样品的超高温超高密度水基钻井液完井液体系，2号配方为未加入实施例2样品的超高温超高密度水基钻井液完井液基浆，HTHP滤失量的测试条件为180℃/3.5MPa。

结果分析：

从试验例1-2的测试结果表明，本发明所述的抗超高温抗复合盐的两性离子疏水缔合聚合物降滤失剂是由2-丙烯酰胺-2-甲基-丙磺酸、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和N-乙烯基己内酰胺三种烯基单体发生聚合反应而成。

从试验例3到4的测试结果表明，本发明所述的抗超高温抗复合盐的两性离子疏水缔合聚合物降滤失剂在钻井液中具有良好的增粘性能和抑制泥页岩水化分散的性能。增粘性能优于进口钻井液用聚合物抗高温抗盐降滤失剂Driscal D；抑制泥页岩水化分散的性能优于国内传统聚合物降滤失剂KPAM、CMC-MV、CMC-HV、80A51等，也优于进口钻井液用聚合物抗高温抗盐降滤失剂Driscal D。

从试验例5到8的测试结果表明，本发明所述的抗超高温抗复合盐的两性离子疏水缔合聚合物降滤失剂在淡水基浆、盐水基浆、饱和盐水基浆、饱和盐水评价土基浆中均具有优异的抗高温抗盐降滤失性能。

从试验例9到10的测试结果表明，本发明所述的抗超高温抗复合盐的两性离子疏水缔合聚合物降滤失剂在复合盐水评价土基浆中有极其优异的增粘降滤失性能，抗复合盐性能超过国内外其它同类产品，同时，试验结果也表明本发明所述的抗超高温抗复合盐的两性离子疏水缔合聚合物降滤失剂在高温环境下能够起到良好的高温护胶作用。

从试验例11到12的测试结果表明，在超高温水基钻井液体系和超高温超高密度水基钻井液体系中加入本发明所述的抗超高温抗复合盐的两性离子疏水缔合聚合物降滤失剂后钻井液完井液的流变性能和滤失性能均稳定，能使钻井液完井液体系的抗温性能至少提高至248℃，同时，又能将超高温水基钻井液完井液和超高温超高密度水基钻井液完井液的中压滤失量均控制在5mL以内，高温高压滤失量均控制在20mL以内。

综合试验例1到12的试验结果表明，本发明所述的抗超高温抗复合盐的两性离子疏水缔合聚合物降滤失剂具有良好的抗温性能，在钻井液完井液体系中的抗温性能达248℃，同时其还具有极强的抗盐、抗钙及抗复合盐降滤失性能。

Claims

1.一种钻井液完井液用抗超高温抗复合盐的两性离子疏水缔合聚合物降滤失剂的制备方法，采用水溶液聚合或自由基胶束乳液聚合反应，

该降滤失剂具有式（I）所述的结构：

式（I）中：x、y和z分别代表疏水性共聚反应单体N-乙烯基己内酰胺、阳离子反应单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和阴离子反应单体2-丙烯酰胺-2-甲基-丙磺酸的摩尔数，摩尔比x﹕y﹕z＝（1-2）﹕（3-6）﹕（5-7）；

包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的钻井液完井液用抗超高温抗复合盐的两性离子疏水缔合聚合物降滤失剂的制备方法，其特征在于，所述的降滤失剂含有1,300-4,500个结构单元，重均分子量范围在700,000-2,500,000。

3.根据权利要求1所述的钻井液完井液用抗超高温抗复合盐的两性离子疏水缔合聚合物降滤失剂的制备方法，其特征在于，所述的降滤失剂含有2,000-2,700个结构单元，重均分子量范围在1,050,000-1,420,000，摩尔比x﹕y﹕z＝（1-1.5）﹕（3.8-5.3）﹕（5-6.5）。

4.根据权利要求1所述的钻井液完井液用抗超高温抗复合盐的两性离子疏水缔合聚合物降滤失剂的制备方法，其特征在于，所述的降滤失剂含有2,900-4,400个结构单元，重均分子量范围在1,500,000-2,310,000，摩尔比x﹕y﹕z＝（1-1.25）﹕（3.25-4.25）﹕（5-5.5）。

5.根据权利要求1所述的钻井液完井液用抗超高温抗复合盐的两性离子疏水缔合聚合物降滤失剂的制备方法，其特征在于，所述的催化剂为水溶性偶氮类引发剂或两亲性偶氮类引发剂。

6.根据权利要求5所述的钻井液完井液用抗超高温抗复合盐的两性离子疏水缔合聚合物降滤失剂的制备方法，其特征在于，所述的水溶性偶氮类引发剂是偶氮二异丁脒盐酸盐或偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐，所述的两亲性偶氮类引发剂是偶氮异丁氰基甲酰胺。

7.根据权利要求1所述的钻井液完井液用抗超高温抗复合盐的两性离子疏水缔合聚合物降滤失剂的制备方法，其特征在于，当采用水溶液聚合时：选用水作为溶剂；

当采用自由基胶束乳液聚合时，选用水与五号白油的组合为溶剂，水与五号白油的质量比为（70-90）：（10-30）。

8.根据权利要求1所述的钻井液完井液用抗超高温抗复合盐的两性离子疏水缔合聚合物降滤失剂的制备方法，其特征在于，聚合反应单体总重量占反应单体与溶剂形成的溶液总重量的7-16 wt%；

催化剂加入量是反应单体总重量的0.05-0.50 wt%。

9.根据权利要求1所述的钻井液完井液用抗超高温抗复合盐的两性离子疏水缔合聚合物降滤失剂的制备方法，其特征在于，聚合反应温度为45-70℃，反应时间为20分钟到4小时，pH值调节至6-10。

10.根据权利要求1所述的钻井液完井液用抗超高温抗复合盐的两性离子疏水缔合聚合物降滤失剂的制备方法，其特征在于，pH值调节至7-8.5。

11.根据权利要求1所述的钻井液完井液用抗超高温抗复合盐的两性离子疏水缔合聚合物降滤失剂的制备方法，其特征在于，当采用自由基胶束乳液聚合时，还向反应体系中加入表面活性剂，采用的表面活性剂是司盘80、司盘85、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠四种表面活性剂中的一种或两种组合。

12.根据权利要求11所述的钻井液完井液用抗超高温抗复合盐的两性离子疏水缔合聚合物降滤失剂的制备方法，其特征在于，表面活性剂的加入量为反应混合液总体积的0.2-1.5wt%。