[发明专利]一种基于离子液体的钻井液用高效絮凝剂

说明书

本发明涉及油气钻井领域，具体涉及钻井液用絮凝剂。该丙烯酰胺类共聚物由丙烯酰胺类结构单元和咪唑类离子液体结构单元构成，所述丙烯酰胺类结构单元具有式(1)所示的结构，咪唑类离子液体结构单元具有式(2)所示的阳离子结构。本发明提供的丙烯酰胺类共聚物或其水解物能够在用作水基钻井液絮凝剂时能有效解决钻井液固相含量高、维护难等问题，对进一步促进钻井液重复利用、资源化利用和推动油田安全环保开发具有长远的实用价值与经济效益。

技术领域

本发明涉及油气钻井领域，具体涉及钻井液用絮凝剂。

背景技术

在钻井过程中，由于井底岩屑的积累和泥页岩等劣质土的水化分散，钻井液的固相含量会越来越高，尤其是钻井液中的亚微米岩屑和劣质土，由于颗粒多在2μm以下，固控设备无法有效清除，而这些无用亚微米固相会增大钻井液的粘切力，恶化钻井液流变性能，减少机械钻速，增加钻井成本。目前，常用的控制固相含量的方法主要有以下几种：

①沉降法：指钻井液循环至地面后，通过一个较大的池子，使较大的固相颗粒沉降下来。这种方法效果有限，一般在上部地层钻井时常用此法。②稀释法：指向钻井液中加入分散介质(如水等)，使钻井液固相含量降低。但由于分散介质的加入会影响钻井液的其他性能，所以很少使用此法。③机械设备法：指通过机械设备(如振动筛、除砂器、离心机等)将较大的固体颗粒分离出去。④化学控制法：指使用絮凝剂使钻井液中的固相颗粒聚集变大而有利于通过沉降法或固控设备去除固相。一般来说，絮凝剂可去除5μm以下的固相颗粒，而沉降和固控设备只能去除5μm以上的固相颗粒。因此，油田现场常常通过固控设备结合化学絮凝的方法来除去钻井液中多余的固相。

目前，针对不同的处理对象已经研究出了很多絮凝剂产品，用于不同钻井液和油田废水的絮凝处理。目前处理钻井液使用较多的无机絮凝剂是：Al₂(SO₄)₃、CaCl₂、AlK(SO₄)₂、FeCl₃、Fe₂(SO₄)₃、H₂SO₄、HCl、聚合硫酸铁、聚合氯化铁、聚合氯化铝等物质；使用较多的有机絮凝剂为：非离子型、阳离子型或阴离子型的聚丙稀酰胺及其衍生物。用于循环井浆中钻屑和劣质土的化学清除主要是利用丙烯酰胺类高分子絮凝剂，如：部分水解聚丙烯酰胺(HPHA)，利用部分水解聚丙烯酰胺的所带的负电荷性与劣质土和钻屑吸附，通过桥联作用将颗粒絮凝成团块而易于清除；而在负电性较强的蒙脱土颗粒上吸附较少。但是部分水解聚丙烯酰胺对水化分散的亚微米岩屑和劣质土絮凝效果不好，无法达到高效清除亚微米岩屑和劣质土的目的。

发明内容

本发明的目的使钻井液中的固相颗粒失稳，有效聚结和沉降的基于离子液体的钻井液用高效絮凝剂。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种适用作絮凝剂的丙烯酰胺类共聚物或其水解物，该丙烯酰胺类共聚物由丙烯酰胺类结构单元和咪唑类离子液体结构单元构成，所述丙烯酰胺类结构单元具有式(1)所示的结构，咪唑类离子液体结构单元具有式(2)所示的阳离子结构：

其中，R₁₁-R₁₃、R₂₁-R₂₃和R₃-R₅各自独立地选自H和C1-C6的烷基；R₆选自C1-C6的烷基；L₁为连接键或C1-C6的亚烷基。

本发明第二方面提供一种适用作絮凝剂的丙烯酰胺类共聚物或其水解物的制备方法，该方法包括：在引发剂存在下，在含水溶剂中，将式(1’)所示的单体和咪唑类离子液体进行共聚反应；所述咪唑类离子液体的阳离子部分具有式(2’)所示的结构；