CN114891489A - 一种非磺化耐高温水基钻井液 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油钻井工程油田化学技术领域，提供了一种非磺化耐高温水基钻井液。本发明的非磺化腐殖酸树脂降滤失剂具有独特的分子结构，在高温条件下具有稀释作用与降低滤失的作用；聚合物增粘降滤失剂由难降解抗高温的单体(如N‑乙烯基吡咯烷酮等)制备，具有优异的抗高温性能；稳定抑制剂中甲酸钠与甲酸钾为还原剂，能够提高钻井液的稳定性；聚天冬氨酸钠为高分子水溶性聚合物，具有分散、螯合作用，可进一步提高钻井液的抗高温稳定性；三者均能提高水溶液密度，可以改善钻井液在高密度条件下的流变性能，具有降低固相含量和稀释的作用，且具有较强的抑制粘土水化分散与膨胀的作用，稳定井壁。本发明的钻井液中不含磺化材料，安全环保。

Description

一种非磺化耐高温水基钻井液

技术领域

本发明涉及石油钻井工程油田化学技术领域，尤其涉及一种非磺化耐高温水基钻井液。

背景技术

随着我国能源消耗总量的大幅增长，能源供给已成为制约经济和社会发展的重要瓶颈，能源安全是国家安全的重要保障。深层、超深层油气藏开发已成为未来发展趋势，高温深井钻井作业是深层油气田开发的重要工程保障，而钻井液体系的耐高温性能挑战越来越高，现有钻井液技术主要以磺化材料为主体，用以解决高温钻井液在高温条件下的稳定性、滤失性。现有的磺化材料包括磺化褐煤、磺化褐煤树脂、磺化酚醛树脂、磺化单宁以及含有磺酸基团的合成共聚物，但此类磺化材料含硫量高，且本身有毒，生物降解性差，更是在废弃时难以处理。

随着环保形势日益严峻，使得磺化材料的使用受到限制。而往往环保性的材料，如淀粉及改性天然高分子聚合物，存在耐温性较差的缺陷。因此，研究一种非磺化类水基钻井液是未来水基钻井液的发展方向。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种非磺化耐高温水基钻井液。本发明的水基钻井液不含磺化物质，且能够耐高温。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种非磺化耐高温水基钻井液，包括基液、无机悬浮剂、碱性pH调节剂、聚合物增粘降滤失剂、非磺化腐殖酸树脂降滤失剂、稳定抑制剂和加重剂；

所述碱性pH调节剂包括氢氧化钠、氧化镁和氢氧化镁中的一种或多种；

所述聚合物增粘降滤失剂由包括以下重量份数的原料制备得到：水150～200份，1,4-二氧六环100～150份，N-乙烯基吡咯烷酮10～15份，N,N-二甲基丙烯酰胺25～30份，1-(4-羟基苯)乙醇3～5份，N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.5～1份，NaOH 1.5份，K₂HPO₄2.6份，辣根过氧化物酶0.2份，乙酰丙酮0.4份，双氧水0.1份；

所述非磺化腐殖酸树脂降滤失剂由包括以下重量份数的原料制备得到；水100～150份，腐殖酸60～80份，甲醛10～20份，木质素10～30份，丙烯酸20～40份，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷5～15份，过氧化苯甲酰0.5～1份，二元胺20～30份，甲醇钠1～2份；

所述稳定抑制剂包括甲酸钠、甲酸钾和聚天冬氨酸钠中的一种或多种。

优选地，所述基液包括淡水或海水。

优选地，所述无机悬浮剂包括膨润土、凹凸棒土和海泡石中的一种或多种。

优选地，所述碱性pH调节剂包括氢氧化钠、氧化镁和氢氧化镁中的一种或多种。

优选地，所述双氧水的质量浓度为10％。

优选地，所述二元胺包括羟乙基乙二胺、乙二胺、丙二胺、己二胺、N,N-二甲基-1,2-乙二胺、N,N-二甲基-1,3-丙二胺和端基聚醚胺中的一种或多种。

优选地，所述加重剂包括重晶石。

优选地，所述无机悬浮剂、碱性pH调节剂、聚合物增粘降滤失剂、非磺化腐殖酸树脂降滤失剂、稳定抑制剂和加重剂占基液的重量百分比分别为：

无机悬浮剂：1～3％；

pH调节剂：0.5～2％；

聚合物增粘降滤失剂：1～4％；

非磺化腐殖酸树脂降滤失剂：4～8％；

稳定抑制剂：5～30％；

加重剂：100～300％。

优选地，所述非磺化耐高温水基钻井液的密度为1.7～2.4g/cm³。

本发明提供了一种非磺化耐高温水基钻井液，包括基液、无机悬浮剂、碱性pH调节剂、聚合物增粘降滤失剂、非磺化腐殖酸树脂降滤失剂、稳定抑制剂和加重剂；所述聚合物增粘降滤失剂由包括以下重量份数的原料制备得到：水150～200份，1,4-二氧六环100～150份，N-乙烯基吡咯烷酮10～15份，N,N-二甲基丙烯酰胺25～30份，1-(4-羟基苯)乙醇3～5份，N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.5～1份，NaOH 1.5份，K₂HPO₄2.6份，辣根过氧化物酶0.2份，乙酰丙酮0.4份，双氧水0.1份；所述非磺化腐殖酸树脂降滤失剂由包括以下重量份数的原料制备得到；水100～150份，腐殖酸60～80份，甲醛10～20份，木质素10～30份，丙烯酸20～40份，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷5～15份，过氧化苯甲酰0.5～1份，二元胺20～30份，甲醇钠1～2份；所述稳定抑制剂包括甲酸钠、甲酸钾和聚天冬氨酸钠中的一种或多种。本发明的非磺化耐高温水基钻井液中的非磺化腐殖酸树脂降滤失剂具有独特的分子结构，在高温条件下具有稀释作用与降低滤失的作用。聚合物增粘降滤失剂由难降解抗高温的单体(N-乙烯基吡咯烷酮、N,N-二甲基丙烯酰胺、1-(4-羟基苯)乙醇、N,N-亚甲基双丙烯酰胺)制备，具有优异的抗高温性能，可增强聚合物增粘降滤失剂与非磺化腐殖酸树脂降滤失剂的协同作用。稳定抑制剂中甲酸钠与甲酸钾为还原剂，能够提高钻井液稳定性；聚天冬氨酸钠为高分子水溶性聚合物，具有分散、螯合作用，可进一步提高钻井液的抗高温稳定性；稳定抑制剂中的三种物质均能提高钻井液的密度，可以改善钻井液在高密度条件下的流变性能，具有降低固相含量和稀释的作用，且具有较强的抑制粘土水化分散与膨胀的作用，稳定井壁。本发明的钻井液中不含磺化材料，安全环保。

具体实施方式

本发明提供了一种非磺化耐高温水基钻井液，包括基液、无机悬浮剂、碱性pH调节剂、聚合物增粘降滤失剂、非磺化腐殖酸树脂降滤失剂、稳定抑制剂和加重剂；

所述聚合物增粘降滤失剂由包括以下重量份数的原料制备得到：水150～200份，1,4-二氧六环100～150份，N-乙烯基吡咯烷酮10～15份，N,N-二甲基丙烯酰胺25～30份，1-(4-羟基苯)乙醇3～5份，N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.5～1份，NaOH 1.5份，K₂HPO₄2.6份，辣根过氧化物酶0.2份，乙酰丙酮0.4份，双氧水0.1份；

所述非磺化腐殖酸树脂降滤失剂由包括以下重量份数的原料制备得到；水100～150份，腐殖酸60～80份，甲醛10～20份，木质素10～30份，丙烯酸20～40份，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷5～15份，过氧化苯甲酰0.5～1份，二元胺20～30份，甲醇钠1～2份；

所述稳定抑制剂包括甲酸钠、甲酸钾和聚天冬氨酸钠中的一种或多种。

在本发明中，如无特殊说明，本发明所用原料均优选为市售产品。

本发明提供的非磺化耐高温水基钻井液包括基液，所述基液优选包括淡水或海水。

本发明提供的非磺化耐高温水基钻井液包括无机悬浮剂，所述无机悬浮剂优选包括膨润土、凹凸棒土和海泡石中的一种或多种，进一步优选为膨润土和/或凹凸棒土，更优选为钠膨润土、凹凸棒土、钠膨润土和凹凸棒土混合物、钠膨润土和锂膨润土混合物；所述钠膨润土和凹凸棒土混合物中钠膨润土和凹凸棒土的质量比优选为1：1；所述钠膨润土和锂膨润土混合物中钠膨润土和锂膨润土的质量比优选为1：1。在本发明中，所述无机悬浮剂占所述基液的重量百分比优选为1～3％，进一步优选为1.5～2.5％，更优选为2％。在本发明中，所述无机悬浮剂的粒径优选为10～75μm。

本发明提供的非磺化耐高温水基钻井液包括碱性pH调节剂，所述碱性pH调节剂优选包括氢氧化钠、氧化镁和氢氧化镁中的一种或多种，进一步优选为氢氧化钠、氧化镁和氢氧化镁混合物；所述氢氧化钠、氧化镁和氢氧化镁混合物中氢氧化钠、氧化镁和氢氧化镁的质量比优选为10～40：20～40：20～70。在本发明中，所述碱性pH调节剂占所述基液的重量百分比优选为0.5～2％，进一步优选为1～1.5％。在本发明中，碱性pH调节剂中的氢氧化钠提供基本的碱性条件，氧化镁与氢氧化镁具有较强的缓冲能力，能够在高温下防止聚合物断链分解，提高钻井液材料的稳定性。

本发明提供的非磺化耐高温水基钻井液包括聚合物增粘降滤失剂，所述聚合物增粘降滤失剂由包括以下重量份数的原料制备得到：水150～200份，1,4-二氧六环100～150份，N-乙烯基吡咯烷酮10～15份，N,N-二甲基丙烯酰胺25～30份，1-(4-羟基苯)乙醇3～5份，N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.5～1份，NaOH 1.5份，K₂HPO₄2.6份，辣根过氧化物酶0.2份，乙酰丙酮0.4份，双氧水0.1份。在本发明中，所述聚合物增粘降滤失剂占所述基液的重量百分比优选为1～4％，进一步优选为1.5～3.5％，更优选为2～3％。在本发明中，制备所述聚合物增粘降滤失剂的原料优选包括重量份数为150～200份的水，进一步优选为160～190份，更优选为170～180份；所述水优选包括去离子水。在本发明中，制备所述聚合物增粘降滤失剂的原料优选包括重量份数为100～150份的1,4-二氧六环，进一步优选为110～140份，更优选为120～130份。在本发明中，制备所述聚合物增粘降滤失剂的原料优选包括重量份数为10～15份的N-乙烯基吡咯烷酮，进一步优选为11～14份，更优选为12～13份。在本发明中，制备所述聚合物增粘降滤失剂的原料优选包括重量份数为25～30份的N,N-二甲基丙烯酰胺，进一步优选为26～29份，更优选为27～28份。在本发明中，制备所述聚合物增粘降滤失剂的原料优选包括重量份数为3～5份的1-(4-羟基苯)乙醇，进一步优选为3.5～4.5份，更优选为3份。在本发明中，制备所述聚合物增粘降滤失剂的原料优选包括重量份数为0.5～1份

的N,N-亚甲基双丙烯酰胺，进一步优选为0.6～0.9份，更优选为0.7～0.8份。在本发明中，制备所述聚合物增粘降滤失剂的原料优选包括重量份数为1.5份的NaOH。在本发明中，制备所述聚合物增粘降滤失剂的原料优选包括重量份数为2.6份的K₂HPO₄。在本发明中，制备所述聚合物增粘降滤失剂的原料优选包括重量份数为0.2份的辣根过氧化物酶。在本发明中，制备所述聚合物增粘降滤失剂的原料优选包括重量份数为0.4份的乙酰丙酮。在本发明中，制备所述聚合物增粘降滤失剂的原料优选包括重量份数为0.1份的双氧水；所述双氧水的质量浓度优选为10％。

在本发明中，所述聚合物增粘降滤失剂的制备方法优选包括以下步骤：

保护气氛下，水、1,4-二氧六环、N-乙烯基吡咯烷酮、N,N-二甲基丙烯酰胺、1-(4-羟基苯)乙醇、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、NaOH和K₂HPO₄在辣根过氧化物酶、乙酰丙酮和双氧水的作用下，发生聚合反应，得到所述聚合物增粘降滤失剂。

在本发明中，所述聚合反应的温度优选为50～60℃，时间优选为8～10h。在本发明中，所述聚合反应优选在搅拌的条件下进行。

在本发明中，所述保护气氛下，水、1,4-二氧六环、N-乙烯基吡咯烷酮、N,N-二甲基丙烯酰胺、1-(4-羟基苯)乙醇、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、NaOH和K₂HPO₄在辣根过氧化物酶、乙酰丙酮和双氧水的作用下，发生聚合反应具体优选包括：水和1,4-二氧六环混合，得到混合溶剂；将所述混合溶剂、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)、N,N-二甲基丙烯酰胺、1-(4-羟基苯)乙醇、N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)、NaOH和K₂HPO₄混合，持续通N₂30min后，加入过氧化物酶(HRP)和乙酰丙酮(ACAC)，升温至聚合反应温度进行聚合反应；反应期间，每隔1h用注射器加入双氧水(质量浓度为10％)，加入次数为6次。所述聚合反应后，本发明优选还包括进行后处理，所述后处理优选包括：采用质量比为1：1的丙酮和乙醇混合溶液洗涤所得聚合反应料液，以除去未反应的反应单体，然后于80℃下干燥至恒重。

本发明提供的非磺化耐高温水基钻井液包括非磺化腐殖酸树脂降滤失剂，所述非磺化腐殖酸树脂降滤失剂由包括以下重量份数的原料制备得到；水100～150份，腐殖酸60～80份，甲醛10～20份，木质素10～30份，丙烯酸20～40份，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷5～15份，过氧化苯甲酰0.5～1份，二元胺20～30份，甲醇钠1～2份。在本发明中，所述非磺化腐殖酸树脂降滤失剂占所述基液的重量百分比优选为4～8％，进一步优选为5～7％，更优选为6％。在本发明中，制备所述非磺化腐殖酸树脂降滤失剂的原料优选包括重量份数为100～150份的水，进一步优选为110～140份，更优选为120～130份；所述水优选为去离子水。在本发明中，制备所述非磺化腐殖酸树脂降滤失剂的原料优选包括重量份数为60～80份的腐殖酸，进一步优选为65～75份，更优选为70份；所述腐殖酸优选包括黑腐酸、黄腐酸和生物腐殖酸中的一种或多种，进一步优选为黑腐酸、黄腐酸、生物腐殖酸或黑腐酸-黄腐酸混合物；所述黑腐酸-黄腐酸混合物中黑腐酸和黄腐酸的质量比优选为1：1。在本发明中，制备所述非磺化腐殖酸树脂降滤失剂的原料优选包括重量份数为10～20份的甲醛，进一步优选为12～18份，更优选为14～16份。在本发明中，制备所述非磺化腐殖酸树脂降滤失剂的原料优选包括重量份数为10～30份的木质素，进一步优选为15～25份，更优选为20份。在本发明中，制备所述非磺化腐殖酸树脂降滤失剂的原料优选包括重量份数为20～40份的丙烯酸，进一步优选为25～35份，更优选为30份。在本发明中，制备所述非磺化腐殖酸树脂降滤失剂的原料优选包括重量份数为5～15份的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)，进一步优选为10份。在本发明中，制备所述非磺化腐殖酸树脂降滤失剂的原料优选包括重量份数为0.5～1份的过氧化苯甲酰，进一步优选为0.6～0.9份，更优选为0.7～0.8份。在本发明中，制备所述非磺化腐殖酸树脂降滤失剂的原料优选包括重量份数为20～30份的二元胺，进一步优选为22～28份，更优选为24～26份；所述二元胺优选包括羟乙基乙二胺、乙二胺、丙二胺、己二胺、N,N-二甲基-1,2-乙二胺、N,N-二甲基-1,3-丙二胺和端基聚醚胺中的一种或多种，进一步优选为N,N-二甲基-1,3-丙二胺、乙二胺、端基聚醚胺、羟乙基乙二胺-端基聚醚胺混合物，所述羟乙基乙二胺-端基聚醚胺混合物中羟乙基乙二胺与端基聚醚胺的质量比优选为7：3；所述端基聚醚胺优选为端基聚醚胺D230。在本发明中，制备所述非磺化腐殖酸树脂降滤失剂的原料优选包括重量份数为1～2份的甲醇钠，进一步优选为1.2～1.8份，更优选为1.4～1.6份。在本发明中，制备所述非磺化腐殖酸树脂降滤失剂的原料优选还包括碱性pH调节剂，所述碱性pH调节剂优选包括氢氧化钠。

在本发明中，所述非磺化腐殖酸树脂降滤失剂的制备方法优选包括以下步骤：

将水、腐殖酸、甲醛和木质素混合，进行缩聚反应，得到缩聚反应体系；

保护气氛下，所述缩聚反应体系、丙烯酸和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷在过氧化苯甲酰的作用下，进行接枝共聚反应，得到接枝共聚反应体系；

将所述接枝共聚反应体系、二元胺和甲醇钠混合，进行酰胺化反应，得到所述非磺化腐殖酸树脂降滤失剂。

本发明将水、腐殖酸、甲醛和木质素混合，进行缩聚反应，得到缩聚反应体系。在本发明中，所述缩聚反应的pH值优选为7～8；所述缩聚反应的pH值优选通过加入碱性pH调节剂实现，本发明对所述碱性pH调节剂的加入量不做具体限定，只要能够使缩聚反应的pH值为7～8即可。在本发明中，所述缩聚反应的温度优选为60～70℃，进一步优选为62～68℃，更优选为64～66℃；时间优选为3～4h。在本发明中，所述缩聚反应优选在搅拌的条件下进行。所述缩聚反应后，得到的缩聚反应料液作为缩聚反应体系直接进行后续反应。在本发明中，腐殖酸和木质素在甲醛的作用下，发生缩聚反应形成大分子，提高了非磺化腐殖酸树脂降滤失剂的刚性。

得到缩聚反应体系后，本发明保护气氛下，所述缩聚反应体系、丙烯酸和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷在过氧化苯甲酰的作用下，进行接枝共聚反应，得到接枝共聚反应体系。在本发明中，所述保护气氛优选包括氮气，所述氮气的纯度优选≥99.9％。在本发明中，所述保护气氛优选通入缩聚反应体系中，以除去缩聚反应体系中的氧气。在本发明中，所述保护气氛的流量优选为3～5m³/h，进一步优选为4.0m³/h。在本发明中，所述保护气氛的通入时间优选为20～40min，进一步优选为30min。在本发明中，所述接枝共聚反应的pH值优选为8～9，所述接枝共聚反应的pH值优选通过加入碱性pH调节剂实现，本发明对所述碱性pH调节剂的加入量不做具体限定，只要能够使接枝共聚反应的pH值为8～9即可。在本发明中，所述接枝共聚反应的温度优选为70～80℃，进一步优选为72～78℃，更优选为74～76℃，时间优选为5～6h。在本发明中，所述接枝共聚反应优选在搅拌的条件下进行。所述接枝共聚反应后，得到的接枝共聚反应料液作为接枝共聚反应体系直接进行后续反应。本发明中，缩聚而成的大分子通过羟基与γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的一端连接，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的另外一端连接丙烯酸上，有丙烯酸的连接提高了非磺化腐殖酸树脂降滤失剂的抗温性能以及水溶性。

得到接枝共聚反应体系后，本发明将所述接枝共聚反应体系、二元胺和甲醇钠混合，进行酰胺化反应，得到所述非磺化腐殖酸树脂降滤失剂。在本发明中，所述酰胺化反应的温度优选为150～170℃，进一步优选为155～165℃，更优选为160℃；时间优选为6～8h。在本发明中，所述酰胺化反应优选在搅拌的条件下进行。在本发明中，所述酰胺化反应优选在烘箱中进行，具体优选为：将所得接枝共聚反应体系、二元胺和甲醇钠混合后，出料至托盘，将盛有原料的托盘置于烘箱中进行酰胺化反应。在本发明中，所述酰胺化反应的同时，优选还进行干燥。所述酰胺化反应后，本发明优选还包括将得到的酰胺化反应产物进行研磨。本发明对所述研磨的参数不做具体限定，只要研磨所得的粉料能够过120目筛即可。本发明中，酰胺化反应的过程中，二元胺通过与丙烯酸反应形成酰胺基团连接到大分子上；同时，二元胺中裸露的胺基，提高了非磺化腐殖酸树脂降滤失剂的水溶性以及吸附性能，增强其与其他处理剂的配伍性。

本发明提供的非磺化耐高温水基钻井液包括稳定抑制剂，所述稳定抑制剂包括甲酸钠、甲酸钾和聚天冬氨酸钠中的一种或多种，进一步优选为甲酸钠、甲酸钾和聚天冬氨酸钠混合物，所述甲酸钠、甲酸钾和聚天冬氨酸钠混合物中甲酸钠、甲酸钾和聚天冬氨酸钠的质量比优选为10～30：20～40：30～70。在本发明中，所述稳定抑制剂占所述基液的重量百分比优选为5～30％，进一步优选为10～25％，更优选为15～20％。在本发明中，稳定抑制剂中的甲酸钠与甲酸钾为还原剂，聚天冬氨酸钠为高分子水溶性聚合物，具有分散、螯合等作用，三者均可提高钻井液的抗高温稳定性。并且均能提高水溶液密度，可以改善钻井液在高密度条件下的流变性能，具有一定的降低固相含量和降低钻井液粘度的作用，且具有较强的抑制粘土水化分散与膨胀的作用，有利于稳定井壁。

本发明提供的非磺化耐高温水基钻井液包括加重剂，所述加重剂优选包括重晶石。在本发明中，所述重晶石占所述基液的重量百分比优选为100～300％。在本发明中，所述加重剂的粒径优选为40～60μm。

在本发明中，所述非磺化耐高温水基钻井液的密度优选为1.7～2.4g/cm³。本发明对所述非磺化耐高温水基钻井液的制备方法不做具体限定，采用本领域技术人员熟知的钻井液的制备方法进行即可。

下面结合实施例对本发明提供的非磺化耐高温水基钻井液进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

一种非磺化耐高温水基钻井液，组成为淡水、无机悬浮剂、pH调节剂、聚合物增粘降滤失剂、非磺化腐殖酸树脂降滤失剂、稳定抑制剂、加重剂；

各组分占淡水的重量百分比为：

无机悬浮剂(钠膨润土，粒径为10～75μm)：3.0％；

pH调节剂(由20重量份氢氧化钠、40重量份氧化镁和40重量份氢氧化镁混合而成)：0.5％；

聚合物增粘降滤失剂：4.0％；

非磺化腐殖酸树脂降滤失剂：4.0％；

稳定抑制剂(由30份甲酸钠、40份甲酸钾和30份聚天冬氨酸钠混合而成)：5.0％；

加重剂(重晶石，粒径为40～60μm)：100.0％；

聚合物增粘降滤失剂的制备方法包括以下步骤：在四口烧瓶中加入200重量份水、100重量份1,4-二氧六环，搅拌均匀后，分别加入15重量份N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)、25重量份N,N-二甲基丙烯酰胺、3重量份1-(4-羟基苯)乙醇、0.5重量份N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)，加入1.5重量份NaOH、2.6重量份K₂HPO₄，使反应溶液为pH值为6.5的缓冲溶液，持续通N₂30min，再加入0.2重量份辣根过氧化物酶(HRP)、0.4重量份乙酰丙酮(ACAC)，迅速升温至50℃进行聚合反应；聚合反应期间，每隔1h用注射器加入0.1重量份H₂O₂溶液(质量分数为10％)，加入次数为6次，在恒温搅拌条件下反应8h，即得到胶状反应产物，用质量比为1：1的丙酮和乙醇混合溶液洗涤，以除去未反应的反应单体，于80℃下干燥至恒重，即得到聚合物增粘降滤失剂。

非磺化腐殖酸树脂降滤失剂的制备方法包括以下步骤：先将100重量份水、80重量份腐殖酸(具体为黑腐酸)、10重量份甲醛、30重量份木质素加入四口烧瓶中，用NaOH颗粒调至溶液pH为8，加热至70℃反应3h，腐殖酸与木质素经甲醛缩聚后，加入20重量份丙烯酸、15重量份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)，用NaOH颗粒维持溶液pH为8，加热至70℃反应，通氮气30min，加入0.5重量份引发剂过氧化苯甲酰，恒温搅拌反应5h，接枝聚合反应完后，最后加入20重量份二元胺(端基聚醚胺D230)、1重量份甲醇钠，搅拌均匀后，置于170℃下的烘箱中，在酰胺化反应的同时，进行干燥，除去溶剂水以及反应中生成的水，提高反应产率，持续时间6h，得反应产物，磨粉过120目筛，即得非磺化腐殖酸树脂降滤失剂。

非磺化耐高温水基钻井液的密度为1.7g/cm³。

实施例2

一种非磺化耐高温水基钻井液，组成为海水、无机悬浮剂、pH调节剂、聚合物增粘降滤失剂、非磺化腐殖酸树脂降滤失剂、稳定抑制剂、加重剂；

各组分占海水的重量百分比为：

无机悬浮剂(凹凸棒土，粒径为10～75μm)：2.5％；

pH调节剂(由30重量份氢氧化钠、30重量份氧化镁和40重量份氢氧化镁混合而成)：1.0％；

聚合物增粘降滤失剂：3.0％；

非磺化腐殖酸树脂降滤失剂：5.0％；

稳定抑制剂(由10重量份甲酸钠、20重量份甲酸钾和70重量份聚天冬氨酸钠混合而成)：30.0％；

加重剂(重晶石，粒径为40～60μm)：200.0％；

聚合物增粘降滤失剂是由配有搅拌器、回流冷凝器、温度计和氮气出入口管的四口烧瓶制备。在四口烧瓶中加入150重量份水、150重量份1,4-二氧六环，搅拌均匀后，分别加入10重量份N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)、30重量份N,N-二甲基丙烯酰胺、5重量份1-(4-羟基苯)乙醇、1重量份N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)，加入1.5重量份NaOH、2.6重量份K₂HPO₄，使反应溶液为pH值为6.5的缓冲溶液，持续通N₂30min，再加入0.2重量份辣根过氧化物酶(HRP)、0.4重量份乙酰丙酮(ACAC)，迅速升温至60℃；反应期间，每隔1h用注射器加入0.1重量份H₂O₂溶液(质量分数为10％)，加入次数为6次，在恒温搅拌条件下反应10h，即得到胶状反应产物，用质量比为1：1的丙酮和乙醇混合溶液洗涤，以除去未反应的反应单体，于80℃下干燥至恒重，即得到聚合物增粘降滤失剂。

非磺化腐殖酸树脂降滤失剂由配有搅拌器、回流冷凝器、温度计和氮气出入口管的四口烧瓶制备，具体为先将150重量份水、60重量份腐殖酸(黑腐酸)、20重量份甲醛、10重量份木质素加入四口烧瓶中，用NaOH颗粒调至溶液pH为7，加热至65℃反应4h，腐殖酸与木质素经甲醛缩聚后，加入40重量份丙烯酸、5重量份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)，用NaOH颗粒维持溶液pH为9，加热至80℃反应，通氮气30min，加入1重量份引发剂过氧化苯甲酰，恒温搅拌反应6h，接枝聚合反应完后，最后加入30重量份二元胺(由50重量份羟乙基乙二胺和50重量份乙二胺混合而成)、2重量份催化剂甲醇钠，搅拌均匀后，置于150℃下的烘箱中，在酰胺化反应的同时，进行干燥，除去溶剂水以及反应中生成的水，提高反应产率，持续时间8h，得反应产物，磨粉过120目筛，即得非磺化腐殖酸树脂降滤失剂。得到的非磺化腐殖酸树脂降滤失剂具有独特的分子结构，在高温条件下具有稀释作用与降低滤失的作用。

非磺化高温高密度水基钻井液的密度为2.0g/cm³。

实施例3：

一种非磺化耐高温水基钻井液，组成为淡水、无机悬浮剂、pH调节剂、聚合物增粘降滤失剂、非磺化腐殖酸树脂降滤失剂、稳定抑制剂、加重剂；

各组分占淡水的重量百分比为：

无机悬浮剂(钠膨润土和凹凸棒土按质量比1：1混合而成，粒径10～75μm)：2.0％；

pH调节剂(由40重量份氢氧化钠、40重量份氧化镁和20重量份氢氧化镁混合而成)：2.0％；

聚合物增粘降滤失剂：2.0％；

非磺化腐殖酸树脂降滤失剂：7.0％；

稳定抑制剂(由20重量份甲酸钠、30重量份甲酸钾和50重量份聚天冬氨酸钠混合而成)：20.0％；

加重剂(重晶石，粒径为40～60μm)：240.0％；

聚合物增粘降滤失剂是由配有搅拌器、回流冷凝器、温度计和氮气出入口管的四口烧瓶制备。在四口烧瓶中加入180重量份水、120重量份1,4-二氧六环，搅拌均匀后，分别加入12重量份N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)、28重量份N,N-二甲基丙烯酰胺、4重量份1-(4-羟基苯)乙醇、0.8重量份N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)，加入1.5重量份NaOH、2.6重量份K₂HPO₄，使反应溶液为pH值为6.5的缓冲溶液，持续通N₂30min，再加入0.2重量份辣根过氧化物酶(HRP)、0.4重量份乙酰丙酮(ACAC)，迅速升温至60℃；反应期间，每隔1h用注射器加入0.1重量份H₂O₂溶液(质量分数为10％)，加入次数为6次，在恒温搅拌条件下反应9h，即得到胶状反应产物，用质量比为1：1的丙酮和乙醇混合溶液洗涤，以除去未反应的反应单体，于80℃下干燥至恒重，即得到聚合物增粘降滤失剂。

非磺化腐殖酸树脂降滤失剂由配有搅拌器、回流冷凝器、温度计和氮气出入口管的四口烧瓶制备，具体为先将120重量份水、70重量份腐殖酸(黑腐酸)、15重量份甲醛、20重量份木质素加入四口烧瓶中，用NaOH颗粒调至溶液pH为7，加热至60℃反应3.5h，腐殖酸与木质素经甲醛缩聚后，加入30重量份丙烯酸、5重量份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)，用NaOH颗粒维持溶液pH为8，加热至75℃反应，通氮气30min，加入0.8重量份引发剂过氧化苯甲酰，恒温搅拌反应6h，接枝聚合反应完后，最后加入25重量份二元胺(羟乙基乙二胺)、1.5重量份催化剂甲醇钠，搅拌均匀后，置于160℃下的烘箱中，在酰胺化反应的同时，进行干燥，除去溶剂水以及反应中生成的水，提高反应产率，持续时间7h，得反应产物，磨粉过120目筛，即得非磺化腐殖酸树脂降滤失剂。得到的非磺化腐殖酸树脂降滤失剂具有独特的分子结构，在高温条件下具有稀释作用与降低滤失的作用。

非磺化耐高温水基钻井液的密度为2.2g/cm³。

实施例4：

一种非磺化耐高温水基钻井液，组成为海水、无机悬浮剂、pH调节剂、聚合物增粘降滤失剂、非磺化腐殖酸树脂降滤失剂、稳定抑制剂、加重剂；

各组分占海水的重量百分比为：

无机悬浮剂(钠膨润土和锂膨润土按质量比1：1混合，粒径为10～75μm)：1.0％；

pH调节剂(由20重量份氢氧化钠、20重量份氧化镁和60重量份氢氧化镁混合而成)：2.0％；

聚合物增粘降滤失剂：1.0％；

非磺化腐殖酸树脂降滤失剂：8.0％；

稳定抑制剂(由30重量份甲酸钠、30重量份甲酸钾和40重量份聚天冬氨酸钠混合而成)：30.0％；

加重剂(重晶石，粒径为40～60μm)：300.0％；

聚合物增粘降滤失剂是由配有搅拌器、回流冷凝器、温度计和氮气出入口管的四口烧瓶制备。在四口烧瓶中加入160重量份水、140重量份1,4-二氧六环，搅拌均匀后，分别加入12重量份N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)、28重量份N,N-二甲基丙烯酰胺、5重量份1-(4-羟基苯)乙醇、1重量份N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)，加入1.5重量份NaOH、2.6重量份K₂HPO₄，使反应溶液为pH值为6.5的缓冲溶液，持续通N₂30min，再加入0.2重量份辣根过氧化物酶(HRP)、0.4重量份乙酰丙酮(ACAC)，迅速升温至55℃；反应期间，每隔1h用注射器加入0.1重量份H₂O₂溶液(质量分数为10％)，加入次数为6次，在恒温搅拌条件下反应10h，即得到胶状反应产物，用质量比为1:1的丙酮和乙醇混合溶液洗涤，以除去未反应的反应单体，于80℃下干燥至恒重，即得到聚合物增粘降滤失剂。

非磺化腐殖酸树脂降滤失剂由配有搅拌器、回流冷凝器、温度计和氮气出入口管的四口烧瓶制备，具体为先将150重量份水、80重量份腐殖酸(黑腐酸)、10重量份甲醛、10重量份木质素加入四口烧瓶中，用NaOH颗粒调至溶液pH为8，加热至70℃反应4h，腐殖酸与木质素经甲醛缩聚后，加入40重量份丙烯酸、10重量份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)，用NaOH颗粒维持溶液pH为9，加热至80℃反应，通氮气30min，加入1重量份引发剂过氧化苯甲酰，恒温搅拌反应5.5h，接枝聚合反应完后，最后加入30重量份二元胺(N,N-二甲基-1,3-丙二胺)、1重量份催化剂甲醇钠，搅拌均匀后，置于170℃下的烘箱中，在酰胺化反应的同时，进行干燥，除去溶剂水以及反应中生成的水，提高反应产率，持续时间8h，得反应产物，磨粉过120目筛，即得非磺化腐殖酸树脂降滤失剂。得到的非磺化腐殖酸树脂降滤失剂具有独特的分子结构，在高温条件下具有稀释作用与降低滤失的作用。

非磺化耐高温水基钻井液的密度为2.4g/cm³。

对比例：

聚磺钻井液：3％钠膨润土浆+0.2％NaOH+0.25％Na₂CO₃+0.3％聚丙烯酰胺+0.3％聚阴离子纤维素+3％磺化酚醛树脂+3％磺化褐煤树脂+3％磺化沥青+6％氯化钾+重晶石，密度2.0g/cm³。

按GB/T16783.1-2014《石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液》对实施例与对比例的流变性能、滤失性能进行了评价，结果如表1所示。

表1水基钻井液的性能测试结果

钻井液	ρ	T	状态	AV	PV	YP	Φ3	API	HTHP	开罐状态
											实施例1	1.70	180	老化24h后	36	26	10	8	3.0	11.2	均匀
实施例2	2.00	230	老化24h后	38	30	8	6	2.4	9.8	均匀
											实施例3	2.20	220	老化24h后	42	36	6	5	3.2	10.6	均匀
实施例4	2.40	200	老化24h后	67	58	9	8	4.0	14.4	均匀
											对比例	2.00	180	老化24h后	56	47	9	4	6.2	22.4	均匀
对比例	2.00	220	老化24h后	126	110	16	14	—	—	固化

注：T：钻井液老化温度，℃；ρ：钻井液密度，g/cm³；AV：钻井液表观粘度，mPa·s；PV：钻井液塑性粘度，mPa·s；YP：钻井液动切力，Pa；Φ3：六速旋转粘度计3转读数，无量纲API：钻井液中压失水(0.7MPa，T，30min)，mL；HTHP：钻井液高温高压失水(3.5MPa，T，30min)，mL。

从表1可以看出：本发明的非磺化耐高温水基钻井液的四组实施例，在不同密度和不同温度老化后，开罐状态均匀，流态好，流变性能均较好，具有高温高压失水低的特点，可抗230℃高温；而聚磺钻井液在180℃下，性能较好，但温度达到220℃后，老化后失去流动性。

以实施例3为例对本发明的非磺化耐高温水基钻井液进行了抗污染性能，以此来判断该钻井液是否会受外来污染物的影响，结果如表2所示。

表2非磺化耐高温水基钻井液抗侵污性能评价

钻井液	污染	T	状态	AV	PV	YP	Φ3	API	HTHP	开罐状态
											实施例3	空白	220	老化24h后	42	36	6	5	3.2	10.6	均匀
实施例3	5％页岩粉	220	老化24h后	45	38	7	7	4.2	11.4	均匀
											实施例3	10％页岩粉	220	老化24h后	51	42	9	8	4.4	12.0	均匀
实施例3	1％石膏粉	220	老化24h后	42	37	5	5	4.2	11.0	均匀
											实施例3	1％氯化钙粉	220	老化24h后	40	25	5	5	4.4	11.8	均匀

注：T：钻井液老化温度，℃；ρ：钻井液密度，g/cm³；AV：钻井液表观粘度，mPa·s；PV：钻井液塑性粘度，mPa·s；YP：钻井液动切力，Pa；Φ3：六速旋转粘度计3转读数，无量纲API：钻井液中压失水(0.7MPa，T，30min)，mL；HTHP：钻井液高温高压失水(3.5MPa，T，30min)，mL。

从表2可以看出：非磺化耐高温水基钻井液的抗污染性能良好，在经过页岩粉、石膏粉、氯化钙粉污染后，经过220℃老化24h，其流变性能、滤失性能、变化较小，均基本趋于稳定。

对非磺化耐高温水基钻井液体系按照SY/T6788-2020《水溶性油田化学剂环境保护技术评价要求》进行了环保性能评价，结果如表3所示。按照SN/T 3005-2011有机化学品中碳、氢、氮、硫含量的元素分析仪测定方法，检测了钻井液的含硫量，结果如表3所示。

表3非磺化耐高温水基钻井液的环保性能测试结果

钻井液	EC50	HL
			实施例1	80000	0
实施例2	60000	0
			实施例3	75000	0
实施例4	62000	0

注：EC50：发光细菌法生物毒性，mg/L；HL：含硫率，％。

从表3可以看出：本发明的非磺化耐高温水基钻井液均符合环保要求。，且无硫元素存在。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种非磺化耐高温水基钻井液，其特征在于，包括基液、粘土悬浮剂、碱性pH调节剂、聚合物增粘降滤失剂、非磺化腐殖酸树脂降滤失剂、稳定抑制剂和加重剂；

所述聚合物增粘降滤失剂由包括以下重量份数的原料制备得到：水150～200份，1,4-二氧六环100～150份，N-乙烯基吡咯烷酮10～15份，N,N-二甲基丙烯酰胺25～30份，1-(4-羟基苯)乙醇3～5份，N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.5～1份，NaOH 1.5份，K₂HPO₄2.6份，辣根过氧化物酶0.2份，乙酰丙酮0.4份，双氧水0.1份；

所述非磺化腐殖酸树脂降滤失剂由包括以下重量份数的原料制备得到；水100～150份，腐殖酸60～80份，甲醛10～20份，木质素10～30份，丙烯酸20～40份，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷5～15份，过氧化苯甲酰0.5～1份，二元胺20～30份，甲醇钠1～2份；

所述稳定抑制剂包括甲酸钠、甲酸钾和聚天冬氨酸钠中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的非磺化耐高温水基钻井液，其特征在于，所述基液包括淡水或海水。

3.根据权利要求1所述的非磺化耐高温水基钻井液，其特征在于，所述无机悬浮剂包括膨润土、凹凸棒土和海泡石中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的非磺化耐高温水基钻井液，其特征在于，所述碱性pH调节剂包括氢氧化钠、氧化镁和氢氧化镁中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的非磺化耐高温水基钻井液，其特征在于，所述双氧水的质量浓度为10％。

6.根据权利要求1所述的非磺化耐高温水基钻井液，其特征在于，所述二元胺包括羟乙基乙二胺、乙二胺、丙二胺、己二胺、N,N-二甲基-1,2-乙二胺、N,N-二甲基-1,3-丙二胺和端基聚醚胺中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的非磺化耐高温水基钻井液，其特征在于，所述加重剂包括重晶石。

8.根据权利要求1～7任一项所述的非磺化耐高温水基钻井液，其特征在于，所述无机悬浮剂、碱性pH调节剂、聚合物增粘降滤失剂、非磺化腐殖酸树脂降滤失剂、稳定抑制剂和加重剂占基液的重量百分比分别为：

无机悬浮剂：1～3％；

pH调节剂：0.5～2％；

聚合物增粘降滤失剂：1～4％；

非磺化腐殖酸树脂降滤失剂：4～8％；

稳定抑制剂：5～30％；

加重剂：100～300％。

9.根据权利要求8所述对的非磺化耐高温水基钻井液，其特征在于，所述非磺化耐高温水基钻井液的密度为1.7～2.4g/cm³。