本發(fā)明涉及一種復(fù)合鈣鹽水完井液用抗高溫超支化聚合物增粘劑及其制備方法與應(yīng)用，屬于石油工業(yè)的油田化學(xué)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、在深層超深層油氣層鉆井過(guò)程中，伴隨井深增加，高溫、高壓等復(fù)雜地層不斷增多，開發(fā)難度越來(lái)越大，對(duì)完井液性能提出了新的要求。高壓差作用下，完井液中固相顆粒易侵入儲(chǔ)層孔隙裂縫，堵塞油氣滲流通道，導(dǎo)致儲(chǔ)層傷害和降低產(chǎn)能。無(wú)固相完井液，具有優(yōu)異的潤(rùn)滑性、儲(chǔ)層保護(hù)性，是深井超深井完井液發(fā)展的主流方向。

2、增粘劑可增加完井液的黏度和切力進(jìn)而懸浮攜巖，是無(wú)固相完井液的核心添加劑。然而深層超深層高溫環(huán)境下，現(xiàn)有增粘劑分子極易發(fā)生降解、交黏等構(gòu)象轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致增粘劑性能失效，造成無(wú)固相完井液黏度降低、濾失量增大等。深層超深層地層壓力高，無(wú)固相完井液通過(guò)可溶性鹽(甲酸鹽、無(wú)機(jī)鹽)來(lái)增加完井液的密度進(jìn)而平衡地層壓力。高溫環(huán)境下，甲酸鹽可增強(qiáng)聚合物的抗溫性能，但其成本過(guò)高，難以滿足大規(guī)模推廣應(yīng)用。現(xiàn)有大多數(shù)線性聚合物增粘劑在高濃度的無(wú)機(jī)高價(jià)鹽(cacl2、cabr2等)水環(huán)境中極其容易蜷曲、團(tuán)聚，導(dǎo)致聚合物析出，造成完井液性能失效。

3、中國(guó)專利文獻(xiàn)cn104650827a通過(guò)烯基磺酸、烯基酰胺和烯基苯反應(yīng)研發(fā)了一種抗溫微交聯(lián)型增粘劑，在165℃熱滾老化16h后仍具很好的增粘效果，優(yōu)于國(guó)外同類產(chǎn)品he300，但其抗溫能力仍需進(jìn)一步提升(＞200℃)，滿足深井超深井完井需求。中國(guó)專利文獻(xiàn)cn118459660a以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、二甲氨基丙基丙烯酰胺、對(duì)苯乙烯磺酸鈉、疏水單體、微交聯(lián)劑為原料，通過(guò)引發(fā)劑引發(fā)聚合成線性共聚物，并與微米級(jí)惰性架橋材料共混，研發(fā)了一種氯化鈣鹽水完井液用抗高溫聚合物增粘劑，可抗溫170℃，抗溫能力仍需進(jìn)一步提升。中國(guó)專利文獻(xiàn)cn114214049a中公開了一種超深超高溫油氣井無(wú)固相增粘修井液的制備方法，通過(guò)向增稠劑溶液中添加超高溫聚合物交聯(lián)劑、超高溫聚合物穩(wěn)定劑和超高溫?zé)岱€(wěn)定劑，能夠使增稠劑使用溫度達(dá)到180℃，滿足了高溫?zé)o固相鹽水中增粘劑性能保持穩(wěn)定的要求，但其所使用的鹽水密度僅為

4、1.1～1.3g/cm3，且為一價(jià)鈉鹽，并不滿足高密度完井液使用條件。

5、因此，如何增強(qiáng)無(wú)固相完井液用增粘劑在高溫、高價(jià)鹽(cacl2、cabr2)環(huán)境中的穩(wěn)定，維持增粘的性能，對(duì)豐富深層超深層無(wú)固相完井液的基礎(chǔ)研究具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，尤其是線性聚合物增粘劑在高溫環(huán)境中易降解、交聯(lián)以及在高價(jià)鹽水環(huán)境中易蜷曲、團(tuán)聚的問題，本發(fā)明提供了一種復(fù)合鈣鹽水完井液用抗高溫超支化聚合物增粘劑及其制備方法與應(yīng)用。本發(fā)明的增粘劑能夠抗高溫(≥200℃)、抗復(fù)合鈣鹽(cacl2和cabr2)并且能夠?qū)崿F(xiàn)增粘的作用。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、一種復(fù)合鈣鹽水完井液用抗高溫超支化聚合物增粘劑的制備方法，包括步驟如下：

4、(1)高反應(yīng)活性支化單體的制備

5、將γ-氨丙基三乙氧基硅烷(kh550)、二乙二醇和三乙二醇混合，攪拌均勻后進(jìn)行反應(yīng)；反應(yīng)完成后，經(jīng)透析、冷凍干燥，得到高反應(yīng)活性支化單體；

6、(2)抗高溫超支化聚合物增粘劑的制備

7、將抗鹽單體、步驟(1)中制備的高反應(yīng)活性支化單體加入去離子水中，之后再加入丙烯酰胺類單體、剛性環(huán)狀單體、疏水單體，得單體溶液；調(diào)節(jié)單體溶液的ph值后，通氮?dú)獬?，之后升溫至反?yīng)溫度，加入引發(fā)劑，熱引發(fā)聚合反應(yīng)；反應(yīng)結(jié)束后，向所得反應(yīng)液中加入乙醇進(jìn)行沉淀，經(jīng)過(guò)濾、真空干燥、粉碎，得到復(fù)合鈣鹽水完井液用抗高溫超支化聚合物增粘劑。

8、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(1)中所述γ-氨丙基三乙氧基硅烷(kh550)、二乙二醇和三乙二醇的質(zhì)量比為1:3-5:1-3，進(jìn)一步優(yōu)選為1:4:2。

9、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(1)中所述反應(yīng)的溫度為150-200℃，所述反應(yīng)的時(shí)間為2-4h。

10、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(1)中所述透析步驟為：將反應(yīng)完成后所得產(chǎn)物裝入透析袋中，在去離子水中透析24-48h；所述透析袋的截留分子量為3500da；所述冷凍干燥的溫度為0-5℃，冷凍干燥的時(shí)間為10-15h。

11、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(2)中所述抗鹽單體為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(amps)、對(duì)苯乙烯磺酸鈉(sss)或乙烯基磺酸鈉(vs)。

12、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(2)中所述丙烯酰胺類單體為丙烯酰胺(am)、n,n-二甲基丙烯酰胺(dmaa)或n-異丙基丙烯酰胺(nipam)。

13、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(2)中所述剛性環(huán)狀單體為n-乙烯基吡咯烷酮(nvp)。

14、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(2)中所述疏水單體為二甲基雙十四烷基溴化銨(dtab)、烯丙基聚乙二醇或十六烷基二甲基烯丙基氯化銨(dmaac16)；所述烯丙基聚乙二醇為apeg-800、apeg-1000、apeg-1200、apeg-1300、apeg-2000或apeg-2200。

15、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(2)中所述抗鹽單體、高反應(yīng)活性支化單體、丙烯酰胺類單體、剛性環(huán)狀單體與疏水單體的質(zhì)量比為5-7:0.2:4:1:0.3，進(jìn)一步優(yōu)選為6:0.2:4:1:0.3。

16、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(2)中所述抗鹽單體與去離子水的質(zhì)量比為1:4-10。

17、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(2)中調(diào)節(jié)單體溶液的ph值為5-8，進(jìn)一步優(yōu)選為6-7；使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20-40％的氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)單體溶液的ph值。

18、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(2)所述引發(fā)劑為過(guò)硫酸鉀(kps)、過(guò)硫酸銨(aps)、偶氮二異丁腈(aibn)或偶氮二異丁脒鹽酸鹽(v50)；所述引發(fā)劑的質(zhì)量為抗鹽單體、高反應(yīng)活性支化單體、丙烯酰胺類單體、剛性環(huán)狀單體和疏水單體的總質(zhì)量的0.01-0.2％，進(jìn)一步優(yōu)選為0.05-0.1％。

19、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(2)中所述反應(yīng)溫度為55-65℃，所述聚合反應(yīng)的時(shí)間為3-5h。

20、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(2)中所述乙醇的體積與抗鹽單體的質(zhì)量之比為15-50ml:1g。

21、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(2)中所述真空干燥的溫度為70-80℃，真空干燥的時(shí)間為8-10h。

22、本發(fā)明還提供了一種復(fù)合鈣鹽水完井液用抗高溫超支化聚合物增粘劑，采用上述制備方法制備得到。

23、根據(jù)本發(fā)明，上述復(fù)合鈣鹽水完井液用抗高溫超支化聚合物增粘劑在復(fù)合鈣鹽水完井液中的應(yīng)用；優(yōu)選的，所述復(fù)合鈣鹽水完井液中復(fù)合鈣鹽水完井液用抗高溫超支化聚合物增粘劑的濃度為10-15g/l；所述復(fù)合鈣鹽包括氯化鈣和溴化鈣，所述復(fù)合鈣鹽水完井液的密度優(yōu)選為1.70g/cm3。

24、本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)及有益效果如下：

25、1、本發(fā)明首先選擇了特定的硅烷偶聯(lián)劑與特定比例、特定種類的多元醇進(jìn)行反應(yīng)，得到了具有高反應(yīng)活性的支化單體，之后將其引入增粘劑中，通過(guò)引入活性點(diǎn)的方式，使其具有能夠進(jìn)一步反應(yīng)的基團(tuán)，與其他功能單體反應(yīng)生成抗高溫高鹽產(chǎn)物。而具有高反應(yīng)活性的支化單體的比例過(guò)高或過(guò)低，均會(huì)降低增粘劑的性能。

26、2、本發(fā)明的增粘劑中引入了丙烯酰胺類單體，其不但能提高聚合物的抗高溫水解能力而且可增加聚合物的分子量，進(jìn)一步增強(qiáng)聚合物的抗溫增粘能力；引入了抗鹽單體，其可以提高聚合物的抗鹽性能；引入了剛性環(huán)狀單體，其特有的五元環(huán)結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步提升聚合物在高溫條件下的穩(wěn)定性；引入了疏水單體，在聚合物水溶液中，疏水基團(tuán)之間因疏水作用而相互聚集，形成了一種空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增大了流體力學(xué)體積，表現(xiàn)出良好的增粘性；在鹽溶液中，由于溶液極性的增大，使得疏水締合作用增強(qiáng)，是聚合物表現(xiàn)出明顯的鹽增稠效應(yīng)，具有很好的抗鹽作用。

27、3、本發(fā)明通過(guò)合成的聚合物增粘劑抗溫抗鹽能力優(yōu)異，在200℃高溫、復(fù)合鈣鹽環(huán)境中老化后依然具有優(yōu)異的增粘性能，在無(wú)固相完井液中具有廣闊的應(yīng)用前景。