[发明专利]一种水基钻井液及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及石油钻井过程中使用的钻井液，特别是涉及含有两性离子共聚物的钻井液。

背景技术

针对页岩气地层裂隙发育、水敏性强、易发生井漏、垮塌、缩径等特点，在钻井过程中解决井壁稳定、降阻减摩等问题就成为钻井液选择的重中之重。目前国内页岩气水平井钻井过程中主要采用油基钻井液，但油基钻井液高成本、高污染是其自然缺陷。水基钻井液如果能在抑制、封堵、润滑、携岩清砂等方面有所突破，在页岩气水平井的应用前景十分巨大。目前来看，具有较大应用潜力的水基钻井液有葡萄糖苷类钻井液、聚胺类钻井液、聚合醇钻井液、甲酸盐钻井液和硅酸盐钻井液等。这些钻井液体系还需要在现有的基础上继续深化研究，开发配套处理剂，满足页岩气资源开发的需要，并且能够使钻井液体系朝着绿色环保的方向发展。

中国专利CN103146364A介绍了一种强抑制水基钻井液，它包括水、聚胺抑制剂、包被抑制剂、水合物抑制剂、增粘剂、降滤失剂和液体润滑剂。钻井液可有效抑制深水浅部地层井壁失稳，其抑制性与油基钻井液相当。页岩滚动回收率不高于95%。钻井液可解决深水钻井中水合物的生成问题，可适用于3000m 水深的钻井作业中。中国专利CN102250595A公开了用于强水敏活性粘土地层的钻井液，由膨润土、部分水解聚丙烯酰胺、低粘聚阴离子纤维素、磺酸盐共聚物增粘剂、氯化钾、聚合醇、胺基聚合物、脂肪醇醚磷酸酯、水组成，该钻井液抑制性能和润滑性能接近于油基钻井液。中国专利CN103013470A公开了一种用于超深侧钻井泥岩强抑制钻井液体系，由膨润土浆、碱性调节剂、页岩抑制剂、金属离子聚合物、褐煤树脂、磺化酚醛树脂、阳离子乳化沥青、润滑剂、乳化剂、原油以及超细碳酸钙，所述钻井液体系对泥页岩抑制性强，页岩回收率高达90.33%，抗高温达150℃ ；老化前后摩阻系数分别小于0.1。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种水基钻井液及其制备方法与应用。本发明钻井液通过氯化钙与两性离子聚合物的协同作用，使钻井液具有优良的流变性能、滤失控制性能、抑制性能、封堵性能、润滑性能。

本发明提供一种水基钻井液，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%，优选为1.5-3wt%；无水氯化钙用量为水用量的20-70wt%，优选30-60wt%；土相用量为水用量的0-6wt%，优选为1.5-4wt%，流型调节剂用量为水用量的0.1-0.4wt%，优选0.2-0.3wt%。

本发明水基钻井液中，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。

本发明水基钻井液中，所述流型调节剂为黄原胶、瓜尔胶、文莱胶中的一种或几种。

本发明水基钻井液中，还可以包括加重剂，所述加重剂为重晶石、石灰石、赤铁矿，方铁矿，氧化铁，碳酸镁中的一种或几种，可根据钻井液密度的要求来决定加入量。

本发明水基钻井液中，还可以包括页岩抑制剂，所述页岩抑制剂用量为水用量的0.1-2wt%，优选为1-2wt%。所述页岩抑制剂可以氯化钾、硫酸钾、硝酸钾、氯化铵、硫酸铵、硝酸铵、聚乙二醇、聚丙二醇、聚乙二醇丙二醇嵌段聚合物中的一种或几种。

本发明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，具体结构如下：

本发明所述两性离子聚合物的制备方法包括如下步骤：

（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；