[发明专利]接枝改性黄原胶及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了接枝改性黄原胶及其制备方法和在高温微泡钻井液中的应用。制备接枝改性黄原胶的方法包括：将丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)和2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸(AMPS)加入水中，丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)和2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸(AMPS)的总质量为第一质量，搅拌溶解，调节溶液的pH至7‑8，加热至45‑55℃，搅拌并且通入惰性气体，持续第一时间；加入第二质量的还原剂、第三质量的氧化剂、第四质量的黄原胶，保持45‑55℃的温度，搅拌并且通入惰性气体，持续第二时间，得到接枝改性黄原胶。

技术领域

本发明涉及化学领域，更具体地，涉及接枝改性黄原胶及其制备方法和在高温微泡钻井液中的应用。

背景技术

随着常规油气储量的减少，在枯竭的油气藏中进行钻探面临诸多挑战。近年来，一种使用微泡钻井液的近平衡钻井技术有效解决了枯竭油气储层及其他低压区钻探存在的压差卡钻、严重漏失、储层伤害等问题。微泡钻井液是由表面活性剂和生物聚合物通过高速搅拌制备的含10-100μm粒径的微气泡的一种气体钻井液。该技术主要具有以下优势：(1)具有极高的低剪切粘度，有利于携带岩屑和清洁井孔；(2)与其他气体钻井液液相比，不需要昂贵的气体注入设备；(3)微泡可作为封堵材料堵塞地层孔隙，减少钻井液滤液和固相颗粒的侵入；(4)微气泡可循环至地表，进一步减少对储层的伤害。

随着钻探深度的增加，井底温度增大，通常将井底温度在150-200℃的井称为高温井，近年来关于微泡钻井液耐温性的研究及在高温井中的应用是有限的。目前制备微泡钻井液时，除了用于起泡的表面活性剂外，还需要加入生物聚合物作为增粘剂和稳定剂，生物聚合物能够在微泡外部提供保护膜，使其在高温高压环境下保持长时间的稳定状态，因此提高聚合物的耐温性是研制高温微泡钻井液的重要途径。常用的生物聚合物包括黄原胶、淀粉、羧甲基纤维素、聚阴离子纤维素，其中黄原胶已被证明是制备微泡钻井液最良好的材料。黄原胶是一种由黄单胞菌分泌、由五糖重复单元构成的天然多糖，由于其具有良好的增黏、环保可降解性，目前在美国和西欧，约有近40％的黄原胶用于钻井和采油。然而黄原胶的最适用温度通常在120℃以内，黄原胶在90℃的转换温度时，微观结构由稳定的双螺旋结构转变为无序、不稳定的结构，发生严重的粘度衰减，粘度损失甚至达到60％以上，这是黄原胶高温失效的主要原因。鉴于黄原胶支链中含有大量的-OH、-COOH等活性基团，使得接枝改性提高黄原胶耐温性成为一种简便的方式。目前已经报道了较多关于黄原胶接枝改性的研究，接枝产物用于金属离子(Cu²⁺、Cr³⁺、Pb²⁺)的吸附、高吸水性树脂制备、固沙抑尘、食品添加剂、药物传输、染料等方面，受应用领域限制，以上关于接枝黄原胶的应用未对产物的耐高温性能提出要求。在石油领域，改性黄原胶应用于压裂液、固井水泥等，而将改性黄原胶应用于耐高温微泡钻井液中的研究是未有过的。

发明内容

现有的研究中关于微泡钻井液耐温性的研究仍局限于150℃以内，随着钻井深度的增加，耐高温(150℃)微泡钻井液的研究是必要且欠缺的。本发明通过接枝改性的方法向聚合物支链中引入三种刚性耐温单体，即丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)，得到改性产物黄原胶-g-AA/AM/AMPS，来提高黄原胶的耐温性，使用改性黄原胶产物制备微泡钻井液，进而获得耐高温的微泡钻井液。

本发明提供了一种制备接枝改性黄原胶的方法，包括：将丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)加入水中，丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)的总质量为第一质量，搅拌溶解，调节溶液的pH至7-8，加热至45-55℃，搅拌并且通入惰性气体，持续第一时间；加入第二质量的亚硫酸氢钠、第三质量的过硫酸铵、第四质量的黄原胶，保持45-55℃的温度，搅拌并且通入氮气(例如，氮气)，持续第二时间，得到接枝改性黄原胶。