[发明专利]一种水基钻井液及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种水基钻井液，其特征在于所述钻井液包括水、两性离子聚合物、无水氯化钙、土相、流型调节剂，其中，以水的重量为基准，两性离子聚合物用量为水用量的0.5-5wt%，无水氯化钙用量为水用量的20-70wt%，土相用量为水用量的0-6wt%，流型调节剂用量为水用量的0.1-0.4wt%，所述两性离子聚合物为N,N-二甲基烯丙基丙磺酸盐/丙烯酰胺/4-乙烯基吡啶丙磺酸内鎓盐三元共聚物。

2.按照权利要求1所述的水基钻井液，其特征在于：所述两性离子聚合物用量为水用量的1.5-3wt%；无水氯化钙用量为水用量的30-60wt%；土相用量为水用量的1.5-4wt%，流型调节剂用量为水用量的0.2-0.3wt%。

3.按照权利要求1或2所述的水基钻井液，其特征在于：所述土相为钠基膨润土、钙基膨润土、凹凸棒石、海泡石中的一种或几种。

4.按照权利要求1所述的水基钻井液，其特征在于：所述流型调节剂为黄原胶，瓜尔胶、文莱胶中的一种或几种。

5.按照权利要求1所述的水基钻井液，其特征在于：所述两性离子聚合物通过如下步骤制备：（1）首先分别称取摩尔比为2:1～8:1的N,N-二甲基烯丙基胺和1，3-丙磺酸内酯，并向N,N-二甲基烯丙基胺中加入1，3-丙磺酸内酯，然后在10～60℃的温度下反应0.5～4h，最后经过滤、抽提、干燥制得N,N-二甲基烯丙基丙磺酸盐；（2）按照摩尔比为1:1.1～1:1.3分别称取4-乙烯基吡啶和1,3-丙磺酸内酯，然后称取有机溶剂和助剂，有机溶剂与4-乙烯基吡啶和1,3-丙磺酸内酯的总质量比为2:1～8:1，助剂与4-乙烯基吡啶、1,3-丙磺酸内酯和有机溶剂的总质量比为0.001～0.01，然后将有机溶剂平均分成三份，分别与4-乙烯基吡啶、1，3-丙磺酸内酯、助剂溶解混合，将得到的三种混合溶液依次加入反应器，在20℃～90℃条件下反应1～10h，然后经过滤、洗涤、干燥制得4-乙烯基吡啶丙磺酸内鎓盐；（3）按照（4～3）：（5～6）：（0.5～1）的摩尔比分别称取步骤（1）得到的N,N-二甲基烯丙基丙磺酸盐、丙烯酰胺和步骤（2）得到的4-乙烯基吡啶丙磺酸内鎓盐，加入溶剂溶解后通入N₂除氧0.5～1h，同时升温至50～70℃，恒温5～10min后加入引发剂反应4～6h，反应后得到凝胶状固体，用丙酮沉淀得白色沉淀物；（4）将步骤（3）得到的沉淀物在100～120℃下干燥16～24h后粉碎后得到两性离子聚合物。

6.按照权利要求5所述的水基钻井液，其特征在于：步骤（1）中N,N-二甲基烯丙基胺和1，3-丙磺酸内酯的摩尔比为3:1～5:1。

7.按照权利要求5所述的水基钻井液，其特征在于：步骤（1）中1，3-丙磺酸内酯滴加到N,N-二甲基烯丙基胺中或者直接一次性加入到N,N-二甲基烯丙基胺中，采用直接一次性加入时称取的N,N-二甲基烯丙基胺和1，3-丙磺酸内酯摩尔比为5:1～8:1，采用滴加方式时N,N-二甲基烯丙基胺和1，3-丙磺酸内酯摩尔比为2:1～5:1。

8.按照权利要求5所述的水基钻井液，其特征在于：步骤（1）中所述抽提溶剂选用甲醇或乙醇。

9.按照权利要求5所述的水基钻井液，其特征在于：步骤（2）中所述有机溶剂为苯、甲苯、乙酸乙酯、丙酮、环己酮、碳酸丙烯酯中的任一种，所述助剂为羟胺类化合物和硝基苯类化合物，其中羟胺类化合物为二甲基羟胺、二乙基羟胺、二丙基羟胺、异丙基羟胺、二丁基羟胺、甲基乙基羟胺中的任一种；硝基苯类化合物为1,2-二硝基苯、1,3-二硝基苯、1,4-二硝基苯、1,3,5-三硝基苯中的任一种。

10.按照权利要求5所述的水基钻井液，其特征在于：步骤（3）中所述溶剂为去离子水或者盐水，所述盐水中加入的NaCl浓度为0～0.5mol/L。

11.按照权利要求5所述的水基钻井液，其特征在于：步骤（3）中加入溶剂后单体总质量浓度为20%～40%。

12.按照权利要求5所述的水基钻井液，其特征在于：步骤（3）中使用的引发剂为过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中任一种，所述引发剂用量占单体总质量0.9%～1.3%。