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CN108276975A - 一种抗高温水基钻井液及其制备方法 - Google Patents

一种抗高温水基钻井液及其制备方法 Download PDF

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CN108276975A
CN108276975A CN201810175518.7A CN201810175518A CN108276975A CN 108276975 A CN108276975 A CN 108276975A CN 201810175518 A CN201810175518 A CN 201810175518A CN 108276975 A CN108276975 A CN 108276975A
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CN
China
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drilling fluid
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based drilling
temperature resistant
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CN201810175518.7A
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李中
许明标
李炎军
罗鸣
张万栋
吴江
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Yangtze University
CNOOC China Ltd Zhanjiang Branch
Original Assignee
Yangtze University
CNOOC China Ltd Zhanjiang Branch
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Abstract

本发明提供了一种抗高温水基钻井液及其制备方法，所述钻井液包含水100份；钠基膨润土1～2份；pH值调节剂1.0～1.6份；高温稳定剂2～4份；改性腐殖酸降滤失剂2～4份；抗高温磺化类稀释剂2～3份；高温流型调节剂0.8～1.2份；无机盐12～18份和加重剂，加重剂的用量以使得水基钻井液的密度在2.0～2.4g/cm3范围内，高温稳定剂为粒径为0.1～1μm的微纳米球；改性腐殖酸降滤失剂由腐殖酸经酰胺化改性得到。实施例表明，本发明提供的抗高温水基钻井液在220℃高温、2.2g/cm3高密度下仍然具有“低粘高切”的流变特性，有利于大斜度及水平井携带岩屑，而且高温高压条件下滤失量仅为12mL。

Description

一种抗高温水基钻井液及其制备方法
技术领域
本发明涉及石油钻井液技术领域，尤其涉及一种抗高温水基钻井液及其制备方法。
背景技术
近年来，随着勘探领域的不断扩大，深井、超深井、特殊井和复杂井的布局将会不断增加，无论是国内还是国外，石油勘探逐渐向深部地层和海上发展，钻探地层条件日益复杂，钻井深度不断增加，钻井作业对深井工程中高温和高压问题的解决都依赖于钻井液性能的改善。
钻井液研究人员在抗高温钻井液体系中取得了一定进展。例如，中国发明专利CN103160259公开了一种抗255℃超高温的水基钻井液，在245℃～255℃温度条件下，流变性能仍然稳定。中国专利CN103361038公开了一种高温高密度淡水钻井液，使用钠膨润土0.2％～1.0％、梳型聚合物降滤失剂0.2％～1.0％、磺化褐煤酚醛树脂1％～4％、磺化褐煤0.5％～2％、NaOH0.1％～0.5％、重晶石60％～75％和余量的水，按质量百分比混合后经高温老化而得，所形成的高温高密度淡水钻井液抗温达260℃、密度达2.6g/cm3。再如中国专利CN102002350公开了一种超高温水基钻井液，按重量份包括水100份、钠基膨润土1～6份、钻井液高温保护剂0.5～3份、高温降滤失剂GLJ-I 2～6份、高温降滤失剂GLJ-II 2～6份、高温封堵剂2～4份、重晶石0～300份，得到的钻井液的密度在2g/cm3左右。
上述水基钻井液的适用温度虽然有所提高，密度也得到提升，但是在200℃以上高温、2.2g/cm3高密度状态下的钻井液塑性粘度和动切力仍均较大，使得高温流动性难以控制仍难以满足钻井工程的要求，严重影响井下安全，制约钻井速度。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种抗高温水基钻井液及其制备方法。本发明提供的抗高温水基钻井液在高温和高密度状态下具有低粘度和高切力，流变性优异。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种抗高温水基钻井液，包含如下质量份的组分：水100份；钠基膨润土1～2份、pH值调节剂1.0～1.6份、高温稳定剂2～4份、改性腐殖酸降滤失剂2～4份、高温磺化类稀释剂2～3份、高温流型调节剂0.8～1.2份、无机盐12～18份和加重剂；
所述加重剂的用量以所述抗高温水基钻井液的密度为准，所述抗高温水基钻井液的密度为2.0～2.4g/cm3；
所述高温稳定剂为由包括2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N，N-二乙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、油酸二乙醇酰胺和气相二氧化硅的原料制备得到；所述高温稳定剂为微纳米球；所述微纳米球的粒径为0.1～1μm；
所述改性腐殖酸降滤失剂由腐殖酸经酰胺化改性得到；
所述抗高温水基钻井液的pH值为8～9。
优选的，所述高温稳定剂的制备方法包括以下步骤：
(1)将所述2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N，N-二乙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、油酸二乙醇酰胺和气相二氧化硅混合，得到原料混合物；
(2)将所述步骤(1)得到的原料混合物在引发剂的作用下，进行取代反应，得到取代反应物；所述取代反应的温度为70～90℃，取代反应的时间为6～8h；
(3)将所述步骤(2)得到的取代反应物与交联剂混合，进行聚合反应，得到高温稳定剂；所述聚合反应的温度为60℃，聚合反应的时间为6～8h。
优选的，所述原料混合物中2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N，N-二乙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、油酸二乙醇酰胺和气相二氧化硅的质量比为(20～40)：(15～35)：(20～30)：(15～25)：(30～50)：(2～8)。
优选的，所述步骤(2)中引发剂包括过硫酸铵和过氧化苯甲酰；
所述步骤(3)中交联剂为酰胺化合物的混合物。
优选的，所述改性腐殖酸降滤失剂的制备方法包括以下步骤：
(I)将腐殖酸、氢氧化钠、苯酚、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、聚乙烯吡咯烷酮和水混合，得到原料溶液；
(II)将所述步骤(I)得到的原料溶液进行改性反应后干燥，得到改性腐殖酸降滤失剂；所述改性反应的温度为175～185℃，所述改性反应的时间为6～8h。
优选的，所述pH值调节剂包括氢氧化钠和碳酸钠；所述氢氧化钠和碳酸钠的质量比为(0.5～0.8)：(0.5～0.8)。
优选的，所述抗高温磺化类稀释剂为磺化单宁。
优选的，所述高温流型调节剂为二甲基丙烯酰胺、二乙基丙稀酰胺、乙烯磺酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和乙烯基丁内酰胺的五元共聚物。
优选的，所述无机盐包括氯化钾和氯化钠；所述氯化钾和氯化钠的质量比为(2～3)：(10～15)。
本发明提供了上述技术方案所述抗高温水基钻井液的制备方法，包含：将所述水、钠基膨润土、pH值调节剂、高温稳定剂、改性腐殖酸降滤失剂、抗高温磺化类稀释剂、高温流型调节剂和无机盐混合后，再加入加重剂，得到抗高温水基钻井液。
本发明提供了一种抗高温水基钻井液及其应用，抗高温水基钻井液包含如下质量份的组分：水100份；钠基膨润土1～2份；pH值调节剂1.0～1.6份；高温稳定剂2～4份；改性腐殖酸降滤失剂2～4份；抗高温磺化类稀释剂2～3份；高温流型调节剂0.8～1.2份；无机盐12～18份和加重剂，其中，加重剂的用量以使得抗高温水基钻井液的密度控制在2.0～2.4g/cm3范围内，高温稳定剂为微纳米球；所述微纳米球的粒径为0.1～1μm，改性腐殖酸降滤失剂由腐殖酸经酰胺化改性得到。在本发明中，具有微纳米球形结构的高温稳定剂刚性较大，耐温性和抗剪切性较强；并且微纳米球粒子间摩擦和搭接能够增强流体结构黏度，能够占据钠基膨润土颗粒的搭接空间，避免由端-端或端-面搭接的空间结构速递增强导致的高温稠化。此外，在钻井液流体中微纳米球形结构的高温稳定剂具有优异的流体力学性质和润滑特性，可有效降低钻井液的温度敏感性，达到高温稳流恃性，同时增强润滑性；再者，通过引入酰胺基改性腐殖酸使得钻井液在使用过程中，改性腐殖酸降滤失剂可以在粘土粒子表面形成有效吸附层，提高粘土颗粒的f电位，阻止粘土粒子絮凝变大，具有优良护胶作用，形成薄而致密的滤饼，降低滤失量，提高钻井液的流变性。同时结合含有磺甲基极性基团的抗高温磺化类稀释剂的分子，不仅可以改善钻井液的流动性能，还能起到一定的降滤失作用。实施例的结果表明，本发明提供的抗高温水基钻井液在220℃高温、2.2g/cm3高密度下仍然具有“低粘高切”的流变特性(塑性粘度在35mPa·s以下，动切力在8Pa以上)，有利于大斜度及水平井携带岩屑，而且高温高压条件下滤失量仅为12mL。
具体实施方式
本发明提供了本发明提供了一种抗高温水基钻井液，包含如下质量份的组分：水100份；钠基膨润土1～2份、pH值调节剂1.0～1.6份、高温稳定剂2～4份、改性腐殖酸降滤失剂2～4份、高温磺化类稀释剂2～3份、高温流型调节剂0.8～1.2份、无机盐12～18份和加重剂；
所述加重剂的用量以所述抗高温水基钻井液的密度为准，所述抗高温水基钻井液的密度为2.0～2.4g/cm3；
所述高温稳定剂为由包括2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N，N-二乙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、油酸二乙醇酰胺和气相二氧化硅的原料制备得到；所述高温稳定剂为微纳米球；所述微纳米球的粒径为0.1～1μm；
所述改性腐殖酸降滤失剂由腐殖酸经酰胺化改性得到；
所述抗高温水基钻井液的pH值为8～9。
本发明提供的抗高温水基钻井液，以质量份计，包含100份的水。本发明对所述水的具体来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的即可。
以水的质量为基准，本发明提供的抗高温水基钻井液包含1～2份的钠基膨润土，优选为1.2～1.5份。本发明对所述钠基膨润土的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的即可。
以水的质量为基准，本发明提供的抗高温水基钻井液包含1.0～1.6份的pH值调节剂，优选为1.2～1.5份。在本发明中，所述pH值调节剂优选包括氢氧化钠和碳酸钠；所述氢氧化钠和碳酸钠的质量比优选为(0.5～0.8)：(0.5～0.8)，进一步优选为0.5:0.6～0.7。本发明采用所述pH值调节剂，使得抗高温水基钻井液的pH稳定在8～9范围内，进一步优选稳定在9，确保稳定的环境。本发明提供的抗高温水基钻井液在高温条件下能稳定保持在该pH值条件下。
以水的质量为基准，本发明提供的抗高温水基钻井液包含2～4份高温稳定剂，优选为2.5～3份。在本发明中，所述高温稳定剂为微纳米球；所述微纳米球的粒径为0.1～1μm，优选为0.5～0.8μm。
本发明具有微纳米球形结构的聚合物复合材料的刚性较大，耐温性和抗剪切性较强；并且微纳米球粒子间摩擦和搭接能够増强流体结构黏度，能够占据钠基膨润土颗粒的搭接空间，避免由端-端或端-面搭接的空间结构速递增强导致的高温稠化。此外，在钻井液流体中微纳米球形结构的高温稳定剂具有优异的流体力学性质和润滑特性，可有效降低钻井液的温度敏感性，达到髙温稳流恃性，同时增强润滑性。
在本发明中，所述高温稳定剂优选为由包括2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N,N-二乙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、油酸二乙醇酰胺和气相二氧化硅的原料反应得到的聚合物复合材料。在本发明中，所述聚合物复合材料形式的高温稳定剂的表面活性高、耐温性强，可以改善功能化聚合物处理剂与粘土粒子间的作用，促进固相颗粒的分散。
在本发明中，所述高温稳定剂的制备方法优选包括以下步骤：
(1)将所述2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N,N-二乙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、油酸二乙醇酰胺和气相二氧化硅混合，得到原料混合物；
(2)将所述步骤(1)得到的原料混合物在引发剂的作用下，进行取代反应，得到取代反应物；所述取代反应的温度为70～90℃，取代反应的时间为6～8h；
(3)将所述步骤(2)得到的取代反应物与交联剂混合，进行聚合反应，得到高温稳定剂；所述聚合反应的温度为60℃，聚合反应的时间为6～8h。
本发明优选将所述2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N，N-二乙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、油酸二乙醇酰胺和气相二氧化硅混合，得到原料混合物；所述原料混合物中2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N，N-二乙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、油酸二乙醇酰胺和气相二氧化硅的质量比优选为(20～40)：(15～35)：(20～30)：(15～25)：(30～50)：(2～8)，进一步优选为(25～35)：(20～30)：(25～30)：(18～24)：(35～45)：(5～6)，更优选为(25～30)：25：25：20：40：5。在本发明中，所述述2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N，N-二乙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、油酸二乙醇酰胺和气相二氧化硅的混合，进一步优选为首先将所述油酸二乙醇酰胺和气相二氧化硅在搅拌条件下混合再在搅拌条件下加入所述2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N，N-二乙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸和丙烯酰胺；完成所述原料的加入后，本发明优选在50℃条件下，搅拌混合2h。本发明采用所述混合方式有助于各组分的均匀混合。
得到原料混合物后，本发明优选将所述将所述原料混合物在引发剂的作用下进行取代反应，得到取代反应物。在本发明中，所述取代反应的温度优选为70～90℃，进一步优选为75～85℃，更优选为80℃；所述取代反应的时间优选为6～8h，进一步优选为6.5～7.5h，更优选为7h。在本发明中，所述引发剂优选包括过硫酸铵和过氧化苯甲酰；所述过硫酸铵和过氧化苯甲酰的质量比优选为(1～2)：(1～2)，进一步优选为1:1。在本发明中，所述引发剂的总质量与所述原料混合的质量比优选优选为1:48。
所述取代反应后，本发明优选将所述得到的取代反应产物与交联剂混合，进行聚合反应，得到高温稳定剂。在本发明中，所述聚合反应的温度优选为60℃；所述聚合反应的时间优选为6～8h，进一步优选为6.5～7.5h，更优选为7h。在本发明中，所述交联剂优选包括亚甲基双丙酰胺和N-羟乙基丙烯酰胺；所述亚甲基双丙酰胺和N-羟乙基丙烯酰胺的质量比优选为(1～2)：(1～2)，最优选为1:1。在本发明中，所述交联剂与制备取代反应用引发剂的质量比优选为(1～2)：(1～3)，最优选为1:1。本发明在所述交联剂的作用下，将原来长链聚合物分子断链重新交联，使其形成闭环，变为球型。
以水的质量为基准，本发明提供的抗高温水基钻井液包括2～4份的改性腐殖酸降滤失剂，进一步优选为2.5～3份。在本发明中，所述改性腐殖酸降滤失剂由腐殖酸经酰胺化改性得到。本发明通过引入酰胺基使得钻井液在使用过程中，改性腐殖酸降滤失剂可以在粘土粒子表面形成有效吸附层，提高粘土颗粒的f电位，阻止粘土粒子絮凝变大，具有优良护胶作用，形成薄而致密的滤饼，降低滤失量，提高钻井液的流变性。
在本发明中，所述改性腐殖酸降滤失剂的制备方法优选包括以下步骤：
(I)将腐殖酸、氢氧化钠、苯酚、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、聚乙烯吡咯烷酮和水混合，得到原料溶液；
(II)将所述步骤(I)得到的原料溶液进行改性反应后干燥，得到改性腐殖酸降滤失剂；所述改性反应的温度为175～185℃，所述改性反应的时间为6～8h。
本发明优选将腐殖酸、氢氧化钠、苯酚、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、聚乙烯吡咯烷酮和水混合，得到原料溶液。在本发明中，所述原料溶液中原料总质量的浓度优选为25％。在本发明中，所述原料溶液中腐殖酸、氢氧化钠、苯酚、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和聚乙烯吡咯烷酮的质量比优选为(40～50)：(6～9)：(8～12)：(4～10)：(2～6)，进一步优选为(45～48)：(6～8)：(9～10)：(5～8)：(3～5)，更优选为45：8：10：8：6。本发明对所述腐殖酸的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的即可。在本发明中，所述腐殖酸、氢氧化钠、苯酚、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、聚乙烯吡咯烷酮和水的混合，进一步优选将所述腐殖酸、氢氧化钠、苯酚、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和聚乙烯吡咯烷酮混合后，再向混合原料中加入水。本发明采用所述混合方式，有助于原料在水中的溶解。本发明对所述腐殖酸、氢氧化钠、苯酚、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和聚乙烯吡咯烷酮的具体来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的市售商品即可。
所述混合后，本发明优选将所述原料溶液将所述得到原料溶液进行改性反应后干燥，得到改性腐殖酸降滤失剂。在本发明中，所述改性反应的温度优选为175～185℃，进一步优选为178～180℃；所述改性反应的时间优选为6～8h，进一步优选为6.5～7.5h。本发明经过所述改性反应，得到的改性腐殖酸降滤失剂的分子主链为C-C键，作为抗高温的内在结构，主链和侧链之间采用C-C和C-S键连接，这些键合方式热稳定性强，增强了降滤失剂的的抗温能力；并且改性后引入的亲水基团为磺酸基，具有很强的水化能力，可增强粘土颗粒表面的水化膜，具有很强抗盐能力。
在本发明中，所述干燥优选为喷雾干燥；本发明对所述喷雾干燥的具体实施方式没有特殊要求，以能实现水分的去除即可。在本发明中，所述改性腐殖酸降滤失剂为棕绿色干粉。
以水的质量为基准，本发明提供的抗高温水基钻井液包含2～3份的抗高温磺化类稀释剂，进一步优选为2.5～2.8份。在本发明中，所述抗高温磺化类稀释剂优选为磺化单宁。本发明对所述磺化单宁的具体来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的市售商品即可。在本发明中，所述抗高温磺化类稀释剂的分子中含有磺甲基极性基团，不仅可以改善钻井液的流动性能，还能起到一定的降滤失作用。
以水的质量为基准，本发明提供的抗高温水基钻井液包含0.8～1.2份的高温流型调节剂，进一步优选为1.0份。在本发明中，所述高温流型调节剂优选为二甲基丙烯酰胺、二乙基丙稀酰胺、乙烯磺酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和乙烯基丁内酰胺的共聚物。在本发明中，所述高温流型调节剂的分子量优选为150～200万，最优选为180万。在本发明中，所述高温流型调节剂在粘土上的吸附量随pH的升高而降低，随温度的升高而增大。
在本发明中，所述高温流型调节剂通过与钻井液中聚合物类物质形成稳定的络合物，拆散聚合物之间形成的结构来缓解聚合物的提粘效应；而且能使聚合物收缩脱水，能在粘土颗粒上吸附，拆散部分粘土之间形成的结构，再者磺化基团的引入大大提高了所述高温流型调节剂的抗温性，使得在高温下也能够很好地减弱粘土形成的结构，有效改善高密度钻井液高温增稠问题。
在本发明中，所述高温流型调节剂的制备方法优选包括以下步骤：
(a)将包括二甲基丙烯酰胺、二乙基丙稀酰胺、乙烯磺酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和乙烯基丁内酰胺的混合料的pH值调节至8～9，得到原料混合物；
(b)将所述步骤(a)得到的原料混合物在引发剂的作用下，进行聚合反应，得到高温流型调节剂。
在本发明中，所述包括二甲基丙烯酰胺、二乙基丙稀酰胺、乙烯磺酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和乙烯基丁内酰胺的混合料中二甲基丙烯酰胺、二乙基丙稀酰胺、乙烯磺酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和乙烯基丁内酰胺的质量比优选为(10～20)：(10～20)：(10～20)：(30～40)：(20～30)，进一步优选为(15～18)：(12～18)：(15～18)：(35～36)：(24～25)。在本发明中，所述混合料的制备方式包括以下步骤：将所述乙烯磺酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和碱液混合，得到第一混合溶液；所述乙烯磺酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的总物质的量和碱液中碱的物质的量的比优选相等；向所述第一混合溶液中加入所述二甲基丙烯酰胺、二乙基丙稀酰胺和乙烯基丁内酰胺，得到混合料。在本发明中，所述碱性溶液优选为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。
得到所述混合料后，本发明优选将所述混合料的pH值调节至8～9，得到原料混合物。在本发明中，所述pH值调节用调节剂优选为氢氧化钠；所述pH值调节剂的用量以能得到所需pH值的原料混合物即可。本发明优选将所述混合料的pH值调节至8～9，进一步优选为9。
本发明优选将所述得到的原料混合物在引发剂的作用下，进行聚合反应，得到高温流型调节剂。在本发明中，所述引发剂优选包括硫酸钠、偶氮二异丁腈和焦亚硫酸钠；所述引发剂中硫酸钠、偶氮二异丁腈和焦亚硫酸钠的质量比优选为(1～2)：(1～2)：(1～3)，最优选为1:1:1。在本发明中，所述引发剂的总质量与原料混合物中二甲基丙烯酰胺的质量比优选为(0.01～0.5)：(10～20)，进一步优选为(0.05～0.3)：(15～16)，更优选为(0.1～0.15)：15。在本发明中，所述聚合反应的温度优选为85～95℃，进一步优选为90℃；所述聚合反应的时间优选为4～6h，进一步优选为4.5～5h。本发明在所述包括硫酸钠、偶氮二异丁腈和焦亚硫酸钠的引发剂作用下，原料混合物发生聚合反应，得到高温流型调节剂。
所述聚合反应后，本发明优选将所述聚合反应产物依次进行冷却、干燥和粉碎，得到颗粒状高温流型调节剂。本发明对所述冷却、干燥和粉碎的具体实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的即可。
以水的质量为基准，本发明提供的抗高温水基钻井液包含12～18份的无机盐，进一步优选为15～16份。在本发明中，所述无机盐优选包括氯化钾和氯化钠；所述氯化钾和氯化钠的质量比优选为(2～3)：(10～15)，进一步优选为(2～3)：(12～14)。在本发明中，所述无机盐结合钾离子的镶嵌特性和钠离子降低水相活度的特性来提高钻井液的抑制性能。
本发明提供的抗高温水基钻井液包括加重剂；所述加重剂的用量以所述抗高温水基钻井液的密度为准，所述抗高温水基钻井液的密度为2.0～2.4g/cm3；优选为2.1～2.2g/cm3。在本发明中，所述加重剂优选为重晶石；所述重晶石的密度优选为4.2～4.21g/cm3；所述重晶石的纯度优选在95％以上。
本发明还提供了上述技术方案所述的抗高温水基钻井液的制备方法，包含：将所述水、钠基膨润土、pH值调节剂、高温稳定剂、改性腐殖酸降滤失剂、抗高温磺化类稀释剂、高温流型调节剂和无机盐混合后，再加入加重剂，得到抗高温水基钻井液。在本发明中，所述抗高温水基钻井液的密度优选为2.0～2.4g/cm3，进一步优选为2.2g/cm3。
在本发明中，所述水、钠基膨润土、pH值调节剂、高温稳定剂、改性腐殖酸降滤失剂、抗高温磺化类稀释剂、高温流型调节剂和无机盐的混合进一步优选为在低速搅拌条件下，向所述水中加入钠基膨润土，搅拌20min后静置24h以上，得到预水化膨润土浆；在高速搅拌条件下，向所述得到的预乳化膨润土浆中依次加入pH值调节剂、高温稳定剂、无机盐、抗高温稀释剂、改性腐殖酸降滤失剂和高温流型调节剂；在高速搅拌条件下，本发明优选每加入一种原料，持续搅拌10～20min后，再顺次加入后续的原料。
在本发明中，所述低速搅拌的速率优选为3000rpm；所述高速搅拌的速率优选为10000～11000rpm。
本发明提供的抗高温水基钻井液适用于海上油田深水及超深水井钻井，是一种良好的抗高温、高密度的水基钻井液。
下面结合实施例对本发明提供的抗高温水基钻井液及其制备方法进行详细的说明，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：
高温稳定剂的制备：
以质量份计，在搅拌的同时加入20份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、15份N，N-二乙基丙烯酰胺、20份甲基丙烯酸、15份丙烯酰胺混合均匀后升温至50℃，保温搅拌2小时后，加入引发剂过硫酸铵和过氧化苯甲酰，保持反应温度在70℃之间，反应3小时后降温至60℃，加入交联剂亚甲基双丙酰胺和N-羟乙基丙烯酰胺，恒温60℃反应6小时，出料即得抗高温稳定剂。
改性腐殖酸降滤失剂的制备：
以质量份计，在反应釜中将40份腐殖酸、6份氢氧化钠、8份苯酚、4份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、2-6份聚乙烯吡咯烷酮份充分搅拌，混合均匀，然后加水配制成25％的水溶液，将温度升至180±5℃；反应6小时后，经喷雾干燥塔烘干至棕绿色干粉，即为抗高温降滤失剂。
高温流型调节剂的制备：
以质量份计，在反应釜中将10份乙烯磺酸、30份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸与等摩尔量的碱性水溶液混合，然后加入10份二甲基丙烯酰胺、10份二乙基丙稀酰胺和20份乙烯基丁内酰胺，用氢氧化钠调节PH值至8，加热物料至90±5℃，加入0.01份过硫酸钠、偶氮二异丁腈、焦亚硫酸钠的混合物作引发剂引发反应(过硫酸钠、偶氮二异丁腈和焦亚硫酸钠的质量比为1:1:1)，反应时间为4小时，反应结束后冷却物料，出料干燥，粉碎的细颗粒装产品，即为抗高温流型调节剂。
抗高温水基钻井液的组分为：水100份、钠基膨润土2份、pH值调节剂1份(氢氧化钠和碳酸钠的质量比为1:1)、高温稳定剂3份、抗高温降滤失剂3份、磺化单宁3份、高温流型调节剂1份、无机盐12份(氯化钾和氯化钠的质量比为1:5)，密度为4.2g/cm3且纯度为95％的重晶石，调节钻井液的密度为2.2g/cm3。
制备过程如下：
将300mL水放入高搅杯中，以3000rpm搅拌速率边搅拌边加入钠基膨润土，继续搅拌20min后，停止搅拌，密闭养护24h以上得到预水化膨润土浆；
在转速为11000rpm的高速搅拌状态下，向预水化膨润土浆中按照上述比例依次加入pH值调节剂、高温稳定剂、无机盐、抗高温稀释剂、抗高温降滤失剂、高温流型调节剂，每加一种材料搅拌10min，最后加入加重剂，充分搅拌均匀，得到密度为2.2g/cm3抗高温水基钻井液。
实施例2
按照实施例1的方式配制水基钻井液，区别在于，水100份、钠基膨润土1.5份、pH值调节剂1.3份(氢氧化钠和碳酸钠的质量比为0.5:0.8)、高温稳定剂2份、抗高温降滤失剂2份、磺化单宁2份、高温流型调节剂0.8份、无机盐15份(氯化钾和氯化钠的质量比为1:5)，密度为4.2g/cm3且纯度为95％的重晶石调节钻井液的密度为2.2g/cm3。
实施例3
按照实施例1的方式配制水基钻井液，区别在于，水100份、钠基膨润土1份、pH值调节剂1.6份(氢氧化钠和碳酸钠的质量比为0.5:0.8)、高温稳定剂4份、抗高温降滤失剂4份、磺化单宁2.5份、高温流型调节剂1.2份、无机盐18份(氯化钾和氯化钠的质量比为1:5)，密度为4.2g/cm3且纯度为95％的重晶石调节钻井液的密度为2.2g/cm3。
对比例1：
现场常用的聚磺钻井液体系，其中各组分的重量百分比为：水100份，钠基膨润土1份、pH值调节剂0.5份(氢氧化钠和碳酸钠的质量比为1:1)、高温稳定剂2份、磺化褐煤树脂3份、磺化单宁4份、抗高温提切降滤失剂3份、氯化钾8份、甲酸钠2份，最后加入重晶石粉将钻井液体系的密度调整至2.2g/cm3。
将实施例1～3和对比例1得到水基钻井液，分别在220℃条件下热滚16h后，按照水基钻井液测试程序(GB/T 16783-1997)分别测得常规性能，测试结果如表1所示。
表1实施例1～3和对比例1中水基钻井液的常规性能对比
注：ρ—密度；AV—表观粘度；PV—塑性粘度；YP—动切力；Gel(10s/10min)—初切/终切；HTHP—高温高压滤失量，温度为180℃，压力为3.5MPa；pH值为钻井液本身的酸碱性测试结果。
从表1可以看出，本发明提供的抗高温水基钻井液流变性良好，与对比例相比，表观粘度和动切力均有大幅度的降低，为后期流型调节留下了较大的空间，且高温高压滤失量较小，有利于井壁稳定。
为了校验本发明所提供的水基钻井液的抗温能力，分别将实施例1～3制备的水基钻井液置于180℃、200℃、220℃、240℃的环境下热滚16小时后进行性能测试，测试结果如表2所示。
表2实施例1～3得到的水基钻井液的抗温能力评价
从表2可以看出，本发明提供的抗高温水基钻井液的抗温性能良好，在温度大幅度波动时，钻井液流变性变化不大，能够保持稳定。
为了校验本发明所提供的抗高温水基钻井液的抗污染能力，分别向实施例1～3制备的水基钻井液中加入钻井液质量的5％钠基膨润土、9％钠基膨润土、12％钠基膨润土，并在220℃热滚16小时后进行性能测试，测试结果如表3所示。
表3实施例1～3制备的水基钻井液的抗污染能力测试
从表3可以看出，本发明提供的抗高温水基钻井液的抗膨润土侵污能力较强，钠膨润土侵污至12wt％时，仍然具有良好的流变性，高温高压滤失量在15mL以下，这表明该体系具有较强的抑制性，能够较好的抑制黏土水化造浆，能够满足现场需求。
由以上实施例可知，本发明提供一种抗高温水基钻井液，通过添加高温稳定剂、抗高温降滤失剂、高温流型调节剂，得到一种抗高温能力强、滤失量小且流变性优良的钻井液，克服了高温高密度状态下钻井液增稠严重、抗污染能力差的缺点；本发明提供的抗高温水基钻井液在220℃高温、2.2g/cm3高密度下仍然具有“低粘高切”的流变特性(塑性粘度在35mPa·s以下，动切力在8Pa以上)，有利于大斜度及水平井携带岩屑，而且高温高压条件下滤失量仅为12mL，可见能够在超深水井钻井中使用的钻井液，能够克服普通深水井钻井液抗高温抗高密度能力有限，易高温增稠引起流变性难以控制，维护周期频繁等难题。本发明提供的抗高温水基钻井液适用于海上油田深水及超深水井钻井，是一种良好的抗高温、高密度的水基钻井液。
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 (10)

1.一种抗高温水基钻井液，包含如下质量份的组分：水100份；钠基膨润土1～2份、pH值调节剂1.0～1.6份、高温稳定剂2～4份、改性腐殖酸降滤失剂2～4份、高温磺化类稀释剂2～3份、高温流型调节剂0.8～1.2份、无机盐12～18份和加重剂；
所述加重剂的用量以所述抗高温水基钻井液的密度为准，所述抗高温水基钻井液的密度为2.0～2.4g/cm3；
所述高温稳定剂为由包括2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N，N-二乙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、油酸二乙醇酰胺和气相二氧化硅的原料制备得到；所述高温稳定剂为微纳米球；所述微纳米球的粒径为0.1～1μm；
所述改性腐殖酸降滤失剂由腐殖酸经酰胺化改性得到；
所述抗高温水基钻井液的pH值为8～9。
2.根据权利要求1所述的抗高温水基钻井液，其特征在于，所述高温稳定剂的制备方法包括以下步骤：
(1)将所述2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N,N-二乙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、油酸二乙醇酰胺和气相二氧化硅混合，得到原料混合物；
(2)将所述步骤(1)得到的原料混合物在引发剂的作用下，进行取代反应，得到取代反应物；所述取代反应的温度为70～90℃，取代反应的时间为6～8h；
(3)将所述步骤(2)得到的取代反应物与交联剂混合，进行聚合反应，得到高温稳定剂；所述聚合反应的温度为60℃，聚合反应的时间为6～8h。
3.根据权利要求2所述的抗高温水基钻井液，其特征在于，所述原料混合物中2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N,N-二乙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、油酸二乙醇酰胺和气相二氧化硅的质量比为(20～40)：(15～35)：(20～30)：(15～25)：(30～50)：(2～8)。
4.根据权利要求2所述的抗高温水基钻井液，其特征在于，所述步骤(2)中引发剂包括过硫酸铵和过氧化苯甲酰；
所述步骤(3)中交联剂为酰胺化合物的混合物。
5.根据权利要求1所述的抗高温水基钻井液，其特征在于，所述改性腐殖酸降滤失剂的制备方法包括以下步骤：
(I)将腐殖酸、氢氧化钠、苯酚、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、聚乙烯吡咯烷酮和水混合，得到原料溶液；
(II)将所述步骤(I)得到的原料溶液进行改性反应后干燥，得到改性腐殖酸降滤失剂；所述改性反应的温度为175～185℃，所述改性反应的时间为6～8h。
6.根据权利要求1所述的抗高温水基钻井液，其特征在于，所述pH值调节剂包括氢氧化钠和碳酸钠；所述氢氧化钠和碳酸钠的质量比为(0.5～0.8)：(0.5～0.8)。
7.根据权利要求1所述的抗高温水基钻井液，其特征在于，所述抗高温磺化类稀释剂为磺化单宁。
8.根据权利要求1所述的抗高温水基钻井液，其特征在于，所述高温流型调节剂为二甲基丙烯酰胺、二乙基丙稀酰胺、乙烯磺酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和乙烯基丁内酰胺的五元共聚物。
9.根据权利要求1所述的抗高温水基钻井液，其特征在于，所述无机盐包括氯化钾和氯化钠；所述氯化钾和氯化钠的质量比为(2～3)：(10～15)。
10.权利要求1～9任意一项所述抗高温水基钻井液的制备方法，包含：将所述水、钠基膨润土、pH值调节剂、高温稳定剂、改性腐殖酸降滤失剂、抗高温磺化类稀释剂、高温流型调节剂和无机盐混合后，再加入加重剂，得到抗高温水基钻井液。
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