[0001] 本发明属于钻井技术领域，涉及一种水基钻井液降滤失剂，具体涉及一种抗高温具有抗聚电解质效应的水基钻井液降滤失剂及其制备方法与应用。

[0002] 在深层地层中普遍存在的高温高盐条件下，维持钻井液性能已成为一项不可避免的技术挑战。极端的井下条件往往会使各种钻井液添加剂的性能恶化，特别是降滤失剂。高温会导致聚合物降解和链断裂，而高盐度则会导致聚合物卷曲和水溶性差，严重影响钻井液性能。这不仅直接影响着钻井液在复杂环境中的造壁和悬浮岩屑的能力，还可能导致严重的井下事故。

[0003] 人工合成聚合物具有可调节的分子量和官能团配比，是当前研究的主流方向。然而，常规共聚物在很大程度上难以同时具备优良的抗温和抗盐性能。这是因为在高温和高盐度环境下，常规共聚物往往会出现聚合物链断裂、聚合物结构改变以及降解等问题，导致其性能下降。因此，寻求新的合成途径和材料设计策略，以实现聚合物在极端条件下的稳定性和可调控性，是当前聚合物材料研究的重要方向之一。两性离子共聚物由于其良好的热稳定性和耐盐性而被广泛应用。然而，随着钻井作业井深的增加，常规两性离子共聚物容易降解，影响降滤失剂的性能，不能有效满足现场应用的需求。当遇到高矿化地层时，情况会变得更糟。因此，开发耐温、耐盐、稳定可靠的水基钻井液滤失剂已成为有效和安全地在深层地层进行钻井的关键技术保障。

[0033] 下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0034] 在这里专用的词“实施例”，作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。本申请实施例中性能指标测试，除非特别说明，采用本领域常规试验方法。应理解，本申请中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本申请公开的内容。

[0035] 除非另有说明，否则本文使用的技术和科学术语具有本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义；作为本申请中其它未特别注明的试验方法和技术手段均指本领域内普通技术人员通常采用的实验方法和技术手段。

[0036] 为了更好的说明本申请内容，在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本申请同样可以实施。在实施例中，对于本领域技术人员熟知的一些方法、手段、仪器、设备等未作详细描述，以便凸显本申请的主旨。

[0037] 在不冲突的前提下，本申请实施例公开的技术特征可以任意组合，得到的技术方案属于本申请实施例公开的内容。

[0038] 为更好地理解本发明，下面通过以下实施例对本发明作进一步具体的阐述，但不可理解为对本发明的限定，对于本领域的技术人员根据上述发明内容所作的一些非本质的改进与调整，也视为落在本发明的保护范围内。

[0039] 需要说明的是，实施例中所用两性离子单体按照制备例1制备得到。

[0040] 制备例1

[0041] 两性离子单体的制备：

[0042] (1)将10g碳酸氢钠和27g咪唑加入100g丙酮水溶液中搅拌10min后得到溶液1，将15g的4‑氯甲基苯乙烯缓慢滴加到溶液1中，在50℃反应24h，经减压抽滤、乙醚萃取、水洗、
2mol/L盐酸反萃取、2mol/L氢氧化钠溶液中和、乙醚萃取、干燥，得到黄色油状物。

[0043] (2)将8g黄色油状物和5g1,3‑丙磺酸内酯溶于180g无水乙腈中，50℃反应48h。所得白色固体经过滤和在30℃下真空干燥24h后得到两性离子单体。

[0044] 实施例1

[0045] 一种抗高温具有抗聚电解质效应的水基钻井液降滤失剂，包括如下原料：

[0046] 丙烯酰胺15g、2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸16g、两性离子单体2g、引发剂0.2g、去离子水100g；其中引发剂为偶氮二异丁脒盐酸盐。

[0047] 上述抗高温具有抗聚电解质效应的水基钻井液降滤失剂的制备方法，包括步骤如下：

[0048] 将丙烯酰胺、两性离子单体和2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸加入去离子水中，搅拌至充分溶解，用氢氧化钠溶液调pH至7；之后在溶液中鼓吹氮气30min除氧，加入引发剂，升温至65℃反应6h，在80℃下干燥24h、粉碎，得到白色粉末即为抗高温具有抗聚电解质效应的水基钻井液降滤失剂A1。

[0049] 实施例2

[0050] 一种抗高温具有抗聚电解质效应的水基钻井液降滤失剂如实施例1所述，所不同的是两性离子单体为5g。

[0051] 上述抗高温具有抗聚电解质效应的水基钻井液降滤失剂的制备方法如实施例1所述，得到抗高温具有抗聚电解质效应的水基钻井液降滤失剂A2。

[0052] 实施例3

[0053] 一种抗高温具有抗聚电解质效应的水基钻井液降滤失剂如实施例1所述，所不同的是两性离子单体为10g。

[0054] 上述抗高温具有抗聚电解质效应的水基钻井液降滤失剂的制备方法如实施例1所述，得到抗高温具有抗聚电解质效应的水基钻井液降滤失剂A3。

[0055] 实施例4

[0056] 一种抗高温具有抗聚电解质效应的水基钻井液降滤失剂如实施例1所述，所不同的是两性离子单体为15g。

[0057] 上述抗高温具有抗聚电解质效应的水基钻井液降滤失剂的制备方法如实施例1所述，得到抗高温具有抗聚电解质效应的水基钻井液降滤失剂A4。

[0058] 为了进一步证明本发明的有益效果以更好地理解本发明，通过以下对比例进一步阐明本发明公开的技术特点，但不可理解为对本发明的限定。对于本领域的技术人员根据上述发明内容所作的其他不含创造性工作的改进，也视为落在本发明的保护范围内。

[0059] 对比例1

[0060] 一种抗高温具有抗聚电解质效应的水基钻井液降滤失剂如实施例1所述，所不同的是两性离子单体为0g。

[0061] 上述抗高温具有抗聚电解质效应的水基钻井液降滤失剂的制备方法如实施例1所述，得到抗高温具有抗聚电解质效应的水基钻井液降滤失剂D1。

[0062] 对比例2

[0063] 一种抗高温具有抗聚电解质效应的水基钻井液降滤失剂如实施例1所述，所不同的是两性离子单体为25g。

[0064] 上述抗高温具有抗聚电解质效应的水基钻井液降滤失剂的制备方法如实施例1所述，得到抗高温具有抗聚电解质效应的水基钻井液降滤失剂D2。

[0065] 对比例3

[0066] 一种抗高温具有抗聚电解质效应的水基钻井液降滤失剂如实施例1所述，所不同的是将两性离子单体换为市售磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯。

[0067] 上述抗高温具有抗聚电解质效应的水基钻井液降滤失剂的制备方法如实施例1所述，得到抗高温具有抗聚电解质效应的水基钻井液降滤失剂D3。

[0068] 1)图1为两性离子单体的红外光谱图。

[0069] 图中1632cm‑1处为C＝C的特征峰，1579cm‑1、1500cm‑1和1459cm‑1处为苯环的特征‑1 ‑1峰；1558cm 处为咪唑的特征峰；1040cm 处为S＝O的特征峰。

[0070] 红外光谱数据表明成功合成了两性离子单体。

[0071] 2)图2为实施例2制得的抗高温具有抗聚电解质效应的水基钻井液降滤失剂的红外光谱图。

[0072] 图中3425cm‑1处为丙烯酰胺和2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸中N‑H键的特征峰；‑1
1400cm 处为丙烯酰胺和2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸和两性离子单体中‑CH2‑和‑CH3的信‑1
号峰；1040cm 处为S＝O的信号峰。

[0073] 红外光谱数据表明成功合成了目标产物。

[0074] 应用实验例

[0075] 1、钻井液F1：将16g膨润土和1.2g碳酸钠加入到400g水中，11000r/min高速搅拌20min后，加入4gA1，11000r/min高速搅拌30min。

[0076] 2、钻井液F2：将16g膨润土和1.2g碳酸钠加入到400g水中，11000r/min高速搅拌20min后，加入8gA1，11000r/min高速搅拌30min后，加入144g的NaCl，11000r/min高速搅拌
30min。

[0077] 3、钻井液F3：将16g膨润土和1.2g碳酸钠加入到400g水中，11000r/min高速搅拌20min后，加入8gA1，11000r/min高速搅拌30min后，加入140g的CaCl2，11000r/min高速搅拌
30min。

[0078] 4、钻井液F4：将16g膨润土和1.2g碳酸钠加入到400g水中，11000r/min高速搅拌20min后，加入8gA1，11000r/min高速搅拌30min后，加入200g的HCOONa，11000r/min高速搅拌30min。

[0079] 5、钻井液F5：将16g膨润土和1.2g碳酸钠加入到400g水中，11000r/min高速搅拌20min后，加入8gA2，11000r/min高速搅拌30min后，加入144g的NaCl，11000r/min高速搅拌
30min。

[0080] 6、钻井液F6：将16g膨润土和1.2g碳酸钠加入到400g水中，11000r/min高速搅拌20min后，加入8gA3，11000r/min高速搅拌30min后，加入144g的NaCl，11000r/min高速搅拌
30min。

[0081] 7、钻井液F7：将16g膨润土和1.2g碳酸钠加入到400g水中，11000r/min高速搅拌20min后，加入8gA4，11000r/min高速搅拌30min后，加入144g的NaCl，11000r/min高速搅拌
30min。

[0082] 8、钻井液DF1：将16g膨润土和1.2g碳酸钠加入到400g水中，11000r/min高速搅拌20min。

[0083] 9、钻井液DF2：将16g膨润土和1.2g碳酸钠加入到400g水中，11000r/min高速搅拌20min后，加入144g的NaCl，11000r/min高速搅拌30min。

[0084] 10、钻井液DF3：将16g膨润土和1.2g碳酸钠加入到400g水中，11000r/min高速搅拌20min后，加入140g的CaCl2，11000r/min高速搅拌30min。

[0085] 11、钻井液DF4：将16g膨润土和1.2g碳酸钠加入到400g水中，11000r/min高速搅拌20min后，加入200g的HCOONa，11000r/min高速搅拌30min。

[0086] 12、钻井液DF5：将16g膨润土和1.2g碳酸钠加入到400g水中，11000r/min高速搅拌20min后，加入8gD1，11000r/min高速搅拌30min后，加入144g的NaCl，11000r/min高速搅拌
30min。

[0087] 13、钻井液DF6：将16g膨润土和1.2g碳酸钠加入到400g水中，11000r/min高速搅拌20min后，加入8gD2，11000r/min高速搅拌30min后，加入144g的NaCl，11000r/min高速搅拌
30min。

[0088] 14、钻井液DF7：将16g膨润土和1.2g碳酸钠加入到400g水中，11000r/min高速搅拌20min后，加入8gD3，11000r/min高速搅拌30min后，加入144g的NaCl，11000r/min高速搅拌
30min。

[0089] 15、钻井液DF8：将16g膨润土和1.2g碳酸钠加入到400g水中，11000r/min高速搅拌20min后，加入8g抗高温抗盐降滤失剂Driscal‑D，11000r/min高速搅拌30min后，加入144g的NaCl，11000r/min高速搅拌30min。

[0090] 测试例1

[0091] 取400mL钻井液F1‑F4、DF1‑DF4和DF8在11000r/min下搅拌30min后，在200℃下热滚16h。老化结束后冷却至室温，在11000r/min下搅拌30min。按照石油与天然气行业标准GB/T 29170‑2012《石油天然气工业‑钻井液实验室测试》测定上述钻井液的表观粘度(AV，mPa·s)、塑性粘度(PV，mPa·s)、切动力(YP，Pa)、API滤失量FLAPI，高温高压滤失量FLHTHP(180℃，3.5MPa)，结果见表1。

[0092] 表1钻井液性能测试

[0093]

[0094]

[0095] 从实验结果得知，加入1％本发明的降滤失剂后，可使淡水基浆的API滤失量从30.0mL降低至7mL，高温高压滤失量从120mL降低至23.5mL，因为高温高盐环境破坏了钻井液的胶体稳定性，导致滤失量大幅上升，DF2、DF3和DF4高温老化后的API滤失量和高温高压滤失量为全部滤失。加入本发明降滤失剂的钻井液F2、F3和F4高温老化后的滤失量分别为
4.0mL、4.3mL和2.3mL，高温高压滤失量分别为20mL、25mL和18mL。饱和盐条件下，加入2％Driscal‑D的钻井液高温老化后API滤失量为21.5mL，高温高压滤失量为89.0mL。而加入本发明降滤失剂的钻井液在相同条件下的API滤失量为4.5mL，高温高压滤失量为25.5mL，与Driscal‑D相比分别降低79％和71％。说明本发明的两性离子降滤失剂抗温抗盐性能优异，抗盐达饱和，抗CaCl2达35％，抗HCOONa达50％。

[0096] 测试例2

[0097] 取400mL钻井液F2、F5‑F7和DF5‑DF7在11000r/min下搅拌30min后，在200℃下热滚16h。老化结束后冷却至室温，在11000r/min下搅拌30min。按照石油与天然气行业标准GB/T 
29170‑2012《石油天然气工业‑钻井液实验室测试》测定上述钻井液的表观粘度(AV，mPa·s)、塑性粘度(PV，mPa·s)、切动力(YP，Pa)、API滤失量FLAPI，高温高压滤失量FLHTHP(180℃，
3.5MPa)，结果见表2。

[0098] 表2钻井液性能测试

[0099] 钻井液 AV/mPa·s PV/mPa·s YP/Pa FLAPI/mL FLHTHP/mLF2 21.0 17.0 4.0 4.5 25.5
F5 12.5 12 0.5 4 20
F6 9 9 0 6.1 31.5
F7 8 8 0 9.6 45
DF5 5 5 0 19.5 85
DF6 6 3 0 18.5 75
DF7 11.5 10.5 1 17.5 68

[0100] 从表2的测试结果可以看出，适当提高聚合物中两性离子单体的比例能够进一步降低滤失量。因为苯基亚甲基咪唑基序大大增强了盐结合能力并增强了抗聚电解质作用，从而增强了水合作用，提高了耐盐性。此外，苯基亚甲基咪唑基序有较大的的位阻效应，能够提高聚合物的耐温性能。从DF5的实验结果得知，不添加两性离子单体的聚合物降滤失性能和流变性能下降。从DF6的实验结果得知，聚合物的降滤失性能下降。这是由于两性离子单体比例进一步增大时，由于苯基亚甲基咪唑基序具有位阻效应，数量过多会阻碍单体之间的聚合。因此，两性离子单体在聚合物中的比例需要控制在本发明的范围内，此时两性离子单体与其他单体的聚合效果好，降滤失性能优良。虽然市售磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯也是两性离子单体，但是耐温性能较差，与盐离子的结合能力弱，因此与本发明相比性能较差。

[0101] 综上，本发明的两性离子降滤失剂抗温达200℃，抗NaCl达36％，抗CaCl2达35％，抗HCOONa达50％，在高温高盐条件下有优良的流变和降滤失性能，满足高矿化度和水敏性地层的钻探需求。

[0102] 本发明的降滤失剂详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

[0103] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。