[发明专利]一种钻井液用复合成膜剂及其制备方法

说明书

本发明提供了一种钻井液用复合成膜剂，其成分包括(10～15)份2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸、(20～25)份丙烯酸、(20～25)份丙烯酰胺、(40～50)份天然聚多糖等有机单体，和由超细无机碳酸钙和二氧化硅组成的无机矿物材料，其合成包括以下步骤：有机单体分步聚合～超细无机碳酸钙和硅质材料捏合改性～干燥后超细粉碎得到复合固体超细成膜剂～均质乳化得到复合液体微乳成膜剂。本发明的合成方法提高了膜的综合性能：API滤失量降滤失量可控制在5mL以内，高温高压滤失量可控制在15mL以内；页岩抑制性提高了，线性膨胀率可控制在10％以内，岩心滚动回收率大于92％；具有更好的韧性，膜折叠后不断裂，生产工艺采用分步聚合法，提高了产品的稳定性。

技术领域

本申请涉及成膜剂技术领域，具体涉及一种钻井液用复合成膜剂及其制备方法。

背景技术

现有技术中采用细乳化法合成了无机/有机纳米复合乳液SiO2/(聚苯乙烯－丙烯酰胺－丙烯酸－丙烯磺酸钠)，即成膜剂NFR～1，利用其纳米尺寸对井壁泥页岩的孔隙进行有效堆积和致密封堵，使钻井液体系具有较高的成膜效率，或根据纳米复合乳液成膜的作用机理要求，以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)和苯乙烯(St)为有机结构单体，以改性纳米SiO₂为无机结构单体，利用超声波细乳化原理和水溶性自由基聚合的方法合成了纳米复合乳液成膜剂NCJ～1。NFR～1及NCJ～1产品只是液体乳液，运输及现场应用受到一定的限制，应用范围窄；膜折叠后易断裂；滤失量、页岩抑制性等效果均不理想，产品的稳定性能有待改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种钻井液用复合成膜剂，大幅度降低钻井液滤失量，抑制泥页岩的水化膨胀，实现保护稳定井壁和维护钻井液性能的目的。

为解决上述技术问题，本申请的技术方案是公开了一种钻井液用复合成膜剂，在单体选型和无机矿物选材上引入渗透膜材料和不渗透膜材料，结合有机无机物交联、包被成膜理论，合成超细的成膜剂，使其能迅速分散到钻井液体系中，在钻井过程中对井壁泥页岩及空隙产生封堵和包被成膜作用。有机单体分别为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸、丙烯酰胺和天然多糖，其质量组成分别为10～15份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、20～25份丙烯酸、20～25份丙烯酰胺、40～50份天然聚多糖；无机矿物材料为超细的无机碳酸钙和二氧化硅，其质量比为1：2。

其合成工艺包括以下步骤：(1)有机单体分步聚合：将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸、丙烯酰胺和天然多糖配置成浓度为20％的单体溶液，取其一半加入反应釜边搅拌边升温至60～65℃，加入0.1％的过硫酸铵溶液后继续搅拌30min，在搅拌过程中匀速加入剩余另一半的单体溶液，在1～1.5h加完，之后继续搅拌1～2h；

(2)超细无机碳酸钙和二氧化硅捏合改性：将过900目API标准筛的超细无机碳酸钙和二氧化硅按1:2混合放入捏合机中，升温至90～120℃，然后加入捏合机中固相质量50倍的步骤(1)中的液体，不断捏合至液相消失；

(3)干燥、粉碎、过筛，得到复合固体超细成膜剂；

(4)均质乳化：均质机中分步加入白油、非离子表面活性剂，30min加完，然后匀速加入复合固体超细成膜剂，10～15min加完，之后均质1～2h。其中，各物质的质量组成为100份的白油、5～10份的非离子表面活性剂、(45～65)份复合固体超细成膜剂。

其中，非离子表面活性剂可以为SPAN80。

与现有技术相比，本申请具有的优点和有益效果是：

1.本发明可液态，可固态，应用范围广；

2.本发明在钻井液中所成的膜，具有更好的韧性，膜折叠后不断裂；

3.本发明的滤失量更优，API滤失量可控制在5mL以内，高温高压滤失量可控制在15mL以内；