[发明专利]无规共聚物及其制备方法、应用以及钻井液

说明书

本发明涉及高钙高温下钻井液降低滤失量领域，公开了无规共聚物及其制备方法、应用以及钻井液和降低钻井液滤失量的方法。该无规共聚物含有式(1)所示的结构单元(A)、式(2)所示的结构单元(B)、式(3)所示的结构单元(C)，以及式(4)或式(5)所示的结构单元(D)，X为卤素。该无规共聚物用作钻井液中的降滤失剂可以降低含高钙离子的钻井液的滤失量。

技术领域

本发明涉及高钙高温下钻井液降低滤失量领域，具体地，涉及一种无规共聚物及其制备方法，以及该无规共聚物在水基钻井液中作为抗钙抗高温钻井液降滤失剂的应用。

背景技术

随着勘探开发的深入，钻遇高温、高钙盐及高压高钙盐水等地层越来越多，施工中钻井液滤失量和流变性难以维护，易造成井壁失稳、重晶石沉降、卡钻等复杂情况。在高温、高钙盐环境下，维持钻井液性能的处理剂易发生降解、交联、解吸附、去水化、絮凝等化学和物理变化，导致钻井液的滤失量和流变性失控，不仅严重影响钻探作业的速度，还大大增加了工程的安全风险。比如，在新疆塔河油田，塔中、巴麦、玉北及外围勘探区域高盐钙及高压高钙盐水地层分布范围广，存在大段盐膏地层及含高钙盐水污染。如，玛北1井钻遇寒武系高钙盐水的钙离子高达26000mg/L，氯离子高达179000mg/L，发生严重的溢流，井底返出钻井液絮凝、固化，流动性差，中压滤失量高达70-80mL，因高钙盐水不断渗出，钻井液维护处理难度极大，严重时导致井报废。抗高温高钙降滤失剂成为新疆外围勘探区域深井、超深井钻井液的瓶颈技术之一。

降滤失剂是钻井液核心处理剂之一，其主要作用在于促进钻井液在井壁上形成低渗透率、薄而致密的滤饼，进而减少滤液向地层侵入，降低泥页岩水化膨胀的发生几率，实现井壁稳定。现有的大部分降滤失剂，包括天然改性类和合成类，当Ca²⁺、Mg²⁺等游离的高价离子存在时，都会与其发生不可逆的强相互作用，在高温条件下这种相互作用更为剧烈，导致处理剂分子发生基团变异、构象破坏，更甚至发生主链断裂，严重影响其效用。

近年，国内外围绕降滤失剂的抗高温抗盐性能开展了大量研究。主要采用含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)单体调整聚合物降滤失剂的链结构，通过侧基官能团上的两个甲基取代基以及磺酸基团等有效提高了产品的抗温抗钙盐性能。

《AMPS/AM/AN三元共聚物降滤失剂的合成与性能》(王中华，油田化学，1995，12(4)：367-369)、《钻井液降滤失剂P(AMPS-IPAM-AM)的合成与评价》(王中华，钻井液与完井液，2010，27(2)：10-13)和《抗钙钻井液降滤失剂P(AMPS-DEAM)聚合物的合成》(王中华，精细与专用化学品，2010，18(4)：24-28)分别公开了AMPS/AM/AN三元共聚物、AMPS/IPAM/AM三元共聚物以及AMPS/DEAM二元共聚物，在含钙钻井液中均具有很好的抗温降滤失性能。

CN201410777862.5公开了一种由AMPS、AA、AM、DMDAAC共聚的钻井液用抗盐抗钙降滤失剂及其制备方法，分子量的大幅增加，使得其包被性、抑制性、热稳定性与抗盐钙污染能力得到较大的提高。

《抗高温抗高钙降滤失剂DF-1的研制与评价》(蒋官澄等，油田化学，2015，32(1)：1-6)公开了引入纳米二氧化硅(nano-SiO₂)合成了钻井液降滤失剂P(AM-AMPS-AA-DMDAAC)/nano-SiO₂，耐温、抗盐、抗钙性能良好。

但国内目前的降滤失剂只能在150℃下、Ca²⁺含量1.4×10⁴mg/L以内有效控制滤失量，缺乏在更高钙离子含量下具有更高抗温能力的降滤失剂；而且对相对分子质量控制不足，往往过高引起钻井液静结构力过强，不利于高温高密度钻井液流型控制。

由此可见，迫切需要具有抗钙抗高温性能的钻井液降滤失剂。

发明内容