[发明专利]一种高效水基钻井液及其合成方法与应用

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甲基丙烯酰氧乙基- N, N- 二甲基丙磺酸盐/丙烯酰胺二元共聚物。

2.按照权利要求1所述的水基钻井液，其特征在于：以水的重量为基准，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）首先分别称取质量比为2:1～9:1的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和1，3-丙磺酸内酯，并向甲基丙烯酸二甲氨基乙酯中加入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、干燥制得甲基丙烯酰氧乙基- N, N- 二甲基丙磺酸盐；（2）按照（4～2）：（6～8）的摩尔比分别称取步骤（1）的得到的甲基丙烯酰氧乙基- N, N- 二甲基丙磺酸盐和丙烯酰胺，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；（3）将步骤（2）得到的沉淀物在100～120℃下干燥16～24h后粉碎，得两性离子聚合物。

6.按照权利要求5所述的水基钻井液，其特征在于：步骤（1）中甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和1，3-丙磺酸内酯的质量比为2.5:1～8:1。

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-丙磺酸内酯滴加到甲基丙烯酸二甲氨基乙酯中或者直接一次性加入到甲基丙烯酸二甲氨基乙酯中。

8.按照权利要求7所述的水基钻井液，其特征在于：采用直接一次性加入时称取的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和1，3-丙磺酸内酯质量比为5.2:1～7.8:1。

9.按照权利要求7所述的水基钻井液，其特征在于：采用滴加方式时甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和1，3-丙磺酸内酯质量比为2.5:1～5:1。

10.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，抽提时间为1～3h。

11.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，加入溶剂后单体总浓度为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（2）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的0.3%～0.5%。

13.按照权利要求1所述的水基钻井液，其特征在于：所述钻井液包括页岩抑制剂，所述页岩抑制剂用量为水用量的0.1-2wt%。

14.按照权利要求1所述的水基钻井液，其特征在于：所述钻井液包括页岩抑制剂，所述页岩抑制剂用量为水用量的1-2wt%。

15.按照权利要求13所述的水基钻井液，其特征在于：所述页岩抑制剂为氯化钾、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。

16.按照权利要求1所述的水基钻井液，其特征在于：所述钻井液包括加重剂，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。

17.权利要求1至16中任一权利要求所述的水基钻井液在钻井过程中的应用。

18.权利要求1至16中任一权利要求所述水基钻井液的制备方法，包括如下内容，首先按照比例分别称取水、两性离子聚合物、无水氯化钙、土相、流型调节剂，然后向水中加入土相，充分水化或分散后，加入流型调节剂，高速搅拌使其充分溶解后加入无水氯化钙，加入无水氯化钙后温度上升，待降至室温后加入两性离子聚合物，高速搅拌分散后静置养护24～48h，得到钻井液。