一种高温高密度水基钻井液及其应用的制作方法

1.本发明涉及石油天然气钻井技术领域，尤其涉及一种高温高密度水基钻井液及其应用。

背景技术：

2.随着油气资源勘探向深部地层挺进，越来越多油气井使用高温、高密度钻井液施工。大量钻井实践表明，在钻井现场，高温高密度钻井液容易出现“加重增稠-降粘处理-加重材料沉降(引发井下复杂，同时使钻井液密度降低)-再次加重”的恶性循环，钻井液的流变性能和高温沉降稳定性能难以兼顾。此外，处理剂高温降解失效是导致钻井液的高温高压滤失量增大、润滑作用降低和流变性能变化的主要原因之一。因此，有必要引入一套绿环保、性能优良、高温沉降稳定性能突出的高温高密度钻井液体系。
3.现有技术中如中国专利cn102766446a、cn108467714a、cn109021940a等公开的了钻井液的温度均小于200℃，cn112625662a、cn 05001839a等公开了高温高压滤失量大于10ml，即现有技术中的钻井液存在高温流动性差且滤失量大的问题。

技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高温高密度水基钻井液及其应用。本发明提供的水基钻井液是一种抗高温降滤失剂，且滤失量低。
5.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
6.本发明提供了一种高温高密度水基钻井液，包括水、膨润土、增粘剂、碱度调节剂、页岩抑制稳定剂、抗高温环保降滤失剂、页岩封堵剂、抗高温环保型润滑剂、无机盐和加重材料，
7.以所述水的体积为100ml计，所述高温高密度水基钻井液中膨润土的重量为1.0～2.0g，增粘剂的重量为0.2～1.0g，碱度调节剂的重量为0.3～0.6g，页岩抑制稳定剂的重量为20.0～40.0g，抗高温环保降滤失剂的重量为3.0～4.0g，页岩封堵剂的重量为3.0～5.0g，抗高温环保型润滑剂的重量为2.0～4.0g，无机盐的重量为7.0～15.0g，所述加重材料的重量使所述高温高密度水基钻井液的密度为1.8～2.2g/cm3；
8.所述抗高温环保降滤失剂由包括以下步骤的方法制得：
9.将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、n,n-二甲基丙烯酰胺、n-乙烯基吡咯烷酮、天然多酚类植物提取物、引发剂、无机碱性物质和水混合进行共聚反应，得到所述抗高温环保降滤失剂；
10.所述抗高温环保型润滑剂由包括以下步骤的方法制得：
11.将松油脂肪酸、二乙烯三胺和水混合进行酰胺化反应，得到酰胺化产物；
12.将所述酰胺化产物与油酸三乙醇胺混合进行聚合醚化反应，得到聚合醚化产物；
13.将所述聚合醚化产物、纳米石墨和醇类物质混合，得到所述抗高温环保型润滑剂。
14.优选地，所述2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、n,n-二甲基丙烯酰胺、n-乙烯基吡咯
烷酮和天然多酚类植物提取物的质量比为30～40：15～20：15～20：30～40。
15.优选地，所述共聚反应的温度为60～70℃，时间为6～9h。
16.优选地，所述松油脂肪酸和二乙烯三胺的质量比为25～30：15～25。
17.优选地，所述酰胺化反应的温度为80～90℃，时间为3～4h。
18.优选地，所述松油脂肪酸和油酸三乙醇胺的质量比为25～30：20～30。
19.优选地，所述聚合醚化反应的温度为160～180℃，时间为1～2h。
20.优选地，所述页岩抑制稳定剂包括聚乙二醇、乙二胺四甲叉膦酸钠和氨基三甲叉膦酸钠。
21.优选地，所述页岩封堵剂包括白沥青、纳米石墨烯和纳米二氧化硅中的一种或多种。
22.本发明还提供了上述技术方案所述的高温高密度水基钻井液在页岩井段石油天然气钻井领域中的应用。
23.本发明提供了一种高温高密度水基钻井液，包括水、膨润土、增粘剂、碱度调节剂、页岩抑制稳定剂、抗高温环保降滤失剂、页岩封堵剂、抗高温环保型润滑剂、无机盐和加重材料，以所述水的体积为100ml计，所述高温高密度水基钻井液中膨润土的重量为1.0～2.0g，增粘剂的重量为0.2～1.0g，碱度调节剂的重量为0.3～0.6g，页岩抑制稳定剂的重量为20.0～40.0g，抗高温环保降滤失剂的重量为3.0～4.0g，页岩封堵剂的重量为3.0～5.0g，抗高温环保型润滑剂的重量为2.0～4.0g，无机盐的重量为7.0～15.0g，所述加重材料的重量使所述高温高密度水基钻井液的密度为1.8～2.2g/cm3；所述抗高温环保降滤失剂由包括以下步骤的方法制得：将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、n,n-二甲基丙烯酰胺、n-乙烯基吡咯烷酮、天然多酚类植物提取物、引发剂、无机碱性物质和水混合进行共聚反应，得到所述抗高温环保降滤失剂；所述抗高温环保型润滑剂由包括以下步骤的方法制得：将松油脂肪酸、二乙烯三胺和水混合进行酰胺化反应，得到酰胺化产物；将所述酰胺化产物与油酸三乙醇胺混合进行聚合醚化反应，得到聚合醚化产物；将所述聚合醚化产物、纳米石墨和醇类物质混合，得到所述抗高温环保型润滑剂。
24.本发明的抗高温降滤失剂因其分子结构中存在大量吸附基团(酰胺基和羟基，如n,n-二甲基丙烯酰胺中含有酰胺基，-c＝o与-c-oh反应后生成羟基)，能有效吸附在膨润土表面，形成空间网络结构，加上强水化基团磺酸基的存在，提高了基浆的胶体稳定性，阻止了膨润土在高温下的聚结，有利于形成致密滤饼，进而大幅降低基浆的滤失量；抗高温环保型润滑剂采用物理润滑和化学润滑相结合，不仅能够在井壁形成油膜效应，改善钻具与井壁的接触状态，同时添加纳米石墨使滚动摩擦变为滑动摩擦，极大的改善了高温下的润滑效果，在220℃下具有良好的润滑性能。
25.进一步地，本发明采用的全部材料环保可生物降解、生物毒性小、对环境友好；
26.进一步地，本发明采用的页岩抑制稳定剂中的有机多元胺膦酸钠(乙二胺四甲叉膦酸钠)具有极强的吸附作用，且具有良好的螯合作用，可吸附在页岩微裂缝或孔隙中，形成良好的大分子网状络合物，在高浓度作用下，形成良好的封堵与包裹作用，防止微裂缝进一步崩解；聚乙二醇能够在微裂缝表面进一步形成水化膜，防止水向微裂缝中继续渗透，有利于井壁稳定。
27.本发明提供的高温高密度水基钻井液在220℃高温下具有较好的流变性、较强的
抑制性和润滑性能，能够长期保持页岩地层井壁稳定，降低页岩地层钻井摩阻，同时可生物降解性能好，符合环保要求。
具体实施方式
28.本发明提供了一种高温高密度水基钻井液，包括水、膨润土、增粘剂、碱度调节剂、页岩抑制稳定剂、抗高温环保降滤失剂、页岩封堵剂、抗高温环保型润滑剂、无机盐和加重材料，
29.以所述水的体积为100ml计，所述高温高密度水基钻井液中膨润土的重量为1.0～2.0g，增粘剂的重量为0.2～1.0g，碱度调节剂的重量为0.3～0.6g，页岩抑制稳定剂的重量为20.0～40.0g，抗高温环保降滤失剂的重量为3.0～4.0g，页岩封堵剂的重量为3.0～5.0g，抗高温环保型润滑剂的重量为2.0～4.0g，无机盐的重量为7.0～15.0g，所述加重材料的重量使所述高温高密度水基钻井液的密度为1.8～2.2g/cm3；
30.所述抗高温环保降滤失剂由包括以下步骤的方法制得：
31.将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、n,n-二甲基丙烯酰胺、n-乙烯基吡咯烷酮、天然多酚类植物提取物、引发剂、无机碱性物质和水混合进行共聚反应，得到所述抗高温环保降滤失剂；
32.所述抗高温环保型润滑剂由包括以下步骤的方法制得：
33.将松油脂肪酸、二乙烯三胺和水混合进行酰胺化反应，得到酰胺化产物；
34.将所述酰胺化产物与油酸三乙醇胺混合进行聚合醚化反应，得到聚合醚化产物；
35.将所述聚合醚化产物、纳米石墨和醇类物质混合，得到所述抗高温环保型润滑剂。
36.在本发明中，若无特殊说明，使用的原料均为本领域市售商品。
37.以所述水的体积为100ml计，所述高温高密度水基钻井液中膨润土的重量优选为1.5g。
38.在本发明中，所述膨润土优选为钠膨润土。
39.以所述水的体积为100ml计，所述高温高密度水基钻井液中增粘剂的重量优选为0.6g。
40.在本发明中，所述增粘剂优选为黄原胶。
41.以所述水的体积为100ml计，所述高温高密度水基钻井液中碱度调节剂的重量为0.4～0.5g。
42.在本发明中，所述碱度调节剂优选为碳酸钠和/或氢氧化钠。当所述碱度调节剂优选为碳酸钠和氢氧化钠的混合物时，本发明对所述混合物中物质的比例没有特殊的限定，采用任意比例的混合物均可。
43.以所述水的体积为100ml计，所述高温高密度水基钻井液中页岩抑制稳定剂的重量优选为30g。
44.在本发明中，所述页岩抑制稳定剂优选包括聚乙二醇、乙二胺四甲叉膦酸钠和氨基三甲叉膦酸钠。
45.在本发明中，所述页岩抑制稳定剂优选包括以下质量份数的组分：25～35重量份聚乙二醇，30～40重量份乙二胺四甲叉膦酸钠和30～45重量份氨基三甲叉膦酸钠。在本发明中的具体实施例中，所述岩抑制稳定剂优选为以下质量份数的组分：25重量份聚乙二醇，
30重量份乙二胺四甲叉膦酸钠和45重量份氨基三甲叉膦酸钠或为35重量份聚乙二醇，35重量份乙二胺四甲叉膦酸钠和30重量份氨基三甲叉膦酸钠或为以下质量份数的组分：30重量份聚乙二醇，35重量份乙二胺四甲叉膦酸钠和35重量份氨基三甲叉膦酸钠。
46.以所述水的体积为100ml计，所述高温高密度水基钻井液中抗高温环保降滤失剂的重量优选为3.5g。
47.在本发明中，所述抗高温环保降滤失剂由包括以下步骤的方法制得：
48.将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、n,n-二甲基丙烯酰胺、n-乙烯基吡咯烷酮、天然多酚类植物提取物、引发剂、无机碱性物质和水混合进行共聚反应，得到所述抗高温环保降滤失剂。
49.在本发明中，所述2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、n,n-二甲基丙烯酰胺、n-乙烯基吡咯烷酮和天然多酚类植物提取物的质量比优选为30～40：15～20：15～20：30～40，更优选为30：20：20：40或35：15：15：30或40：20：20：40。
50.在本发明中，所述引发剂优选为偶氮二异。
51.在本发明中，所述无机碱性物质优选为氢氧化钠，所述无机碱性物质的用量优选调节反应体系的ph值为8。
52.在本发明中，所述共聚反应的温度优选为60～70℃，时间优选为6～9h。
53.在本发明中，所述共聚反应优选在氮气气氛中进行。
54.所述共聚反应完成后，本发明优选将所得共聚产物烘干，得到所述抗高温环保降滤失剂。本发明对所述烘干的具体方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方式即可，具体的如在60～80℃下烘干16～24h。
55.在本发明的具体实施例中，所述抗高温环保降滤失剂由包括以下步骤的方法制得：在圆底烧瓶中加入水，加入2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸搅拌至溶解，用naoh水溶液调节ph值至8，加入n,n-二甲基丙烯酰胺、n-乙烯基吡咯烷酮和天然多酚类植物提取物，混合均匀后通入氮气，加热至所述共聚反应的温度，加入所述引发剂发生共聚反应，然后烘干，粉碎后的粉末即得所述抗高温环保降滤失剂。
56.以所述水的体积为100ml计，所述高温高密度水基钻井液中页岩封堵剂的重量优选为4g。
57.在本发明中，所述页岩封堵剂优选包括白沥青、纳米石墨烯和纳米二氧化硅中的一种或多种，更优选为白沥青、纳米石墨烯和纳米二氧化硅的混合物，通过不同的粒径分布可实现三级封堵效果，不仅可以填充页岩表面的微裂隙，同时纳米颗粒(包括纳米石墨烯和纳米二氧化硅)能够使形成的封堵更加致密，阻止滤液的深层侵入。
58.在本发明中，所述白沥青、纳米石墨烯和纳米二氧化硅的质量比优选为60～70：10～15：20～30，更优选为65：15：20。
59.在本发明中，所述白沥青的粒径优选为300～420μm，纳米石墨烯的粒径优选为30～40nm，纳米二氧化硅的粒径优选为30～70nm。
60.以所述水的体积为100ml计，所述高温高密度水基钻井液中抗高温环保型润滑剂的重量优选为3.0g。
61.在本发明中，所述抗高温环保型润滑剂由包括以下步骤的方法制得：
62.将松油脂肪酸、二乙烯三胺和水混合进行酰胺化反应，得到酰胺化产物；
63.将所述酰胺化产物与油酸三乙醇胺混合进行聚合醚化反应，得到聚合醚化产物；
64.将所述聚合醚化产物、纳米石墨和醇类物质混合，得到所述抗高温环保型润滑剂。
65.本发明将松油脂肪酸、二乙烯三胺和水混合进行酰胺化反应，得到酰胺化产物。
66.在本发明中，所述松油脂肪酸和二乙烯三胺的质量比优选为25～30：15～25，更优选为25：15、30：20或27：25。
67.在本发明中，所述酰胺化反应的温度优选为80～90℃，更优选为85℃，时间优选为3～4h。
68.得到酰胺化产物后，本发明将所述酰胺化产物与油酸三乙醇胺混合进行聚合醚化反应，得到聚合醚化产物。
69.在本发明中，所述松油脂肪酸和油酸三乙醇胺的质量比优选为25～30：20～30，更优选为25：25、30：20或27：27。
70.在本发明中，所述聚合醚化反应的温度优选为160～180℃，更优选为170℃，时间优选为1～2h。
71.在本发明中，由所述酰胺化反应的温度升温至所述聚合醚化反应的温度的时间优选为5～10分钟。
72.在本发明中，所述酰胺化反应的过程中，松油脂肪酸和二乙烯三胺生成酰胺基胺中间体，与加入的油酸三乙醇胺中的羧酸发生聚合醚化反应。
73.得到聚合醚化产物后，本发明将所述聚合醚化产物、纳米石墨和醇类物质混合，得到所述抗高温环保型润滑剂。
74.在本发明中，所述醇类物质优选为乙醇。
75.在本发明中，所述松油脂肪酸和纳米石墨的质量比优选为25～30：15～25，更优选为25：20、30：15或27：25。
76.在本发明中，所述聚合醚化产物与纳米石墨的混合属于物理混合，所述纳米石墨使滚动摩擦变为滑动摩擦，所述聚合醚化产物起到化学润滑的作用，具有吸附成膜作用。
77.本发明所述抗高温环保型润滑剂采用物理润滑和化学润滑相结合，不仅能够在井壁形成油膜效应，改善钻具与井壁的接触状态，同时添加纳米石墨使滚动摩擦变为滑动摩擦，极大的改善了润滑效果。
78.在本发明的具体实施例中，所述抗高温环保型润滑剂由包括以下步骤的方法制得：在反应釜中加入水，分别加入松油脂肪酸和二乙烯三胺，进行所述酰胺化反应；升温至所述聚合醚化反应的温度后，加入油酸三乙醇胺，搅拌，然后加入所述纳米石墨和乙醇混合，得到所述抗高温环保型润滑剂。
79.以所述水的体积为100ml计，所述高温高密度水基钻井液中无机盐的重量优选为10.0～12.0g。
80.在本发明中，所述无机盐优选包括氯化钾、氯化钠和甲酸钾中的一种或多种，当所述无机盐优选为混合物时，本发明对所述混合物中各物质的比例没有特殊的限定，采用任意比例的混合物均可。
81.以所述水的体积为100ml计，所述高温高密度水基钻井液中加重材料的重量使所述高温高密度水基钻井液的密度优选为2.0g/cm3。
82.在本发明中，所述加重材料优选为重晶石，所述重晶石的密度优选为4.2～4.4g/
cm3。
83.本发明对所述高温高密度水基钻井液的制备方法没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的组合物的制备方法制得即可。
84.本发明还提供了上述技术方案所述的高温高密度水基钻井液在页岩井段石油天然气钻井领域中的应用。
85.本发明对所述应用的具体方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方式即可。
86.为了进一步说明本发明，下面结合实例对本发明提供的高温高密度水基钻井液及其应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
87.(1)采用“gb/t16783.1-2014《石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液》”规定的方法与仪器测定钻井液的密度；
88.(2)采用“gb/t16783.1-2014《石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液》”规定的方法与仪器测定钻井液的塑性粘度；
89.(3)采用“gb/t16783.1-2014《石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液》”规定的方法与仪器测定钻井液的动切力；
90.(4)采用“gb/t16783.1-2014《石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液》”规定的方法与仪器测定钻井液的api滤失量及高温高压滤失量；
91.(5)采用“nb/t10121-2018《钻井液对页岩抑制性评价方法》”规定的方法与仪器测定页岩抑制稳定剂和钻井液的抑制性能；
92.(6)采用“q-sy 17088-2016《钻井液用液体润滑剂技术规范》”规定的方法与仪器测定抗高温环保型润滑剂和钻井液的润滑性能；
93.(7)采用“sy/t7626-2021《水基钻井液用降滤失剂聚合物类》”规定的方法与仪器测定抗高温环保降滤失剂的降滤失性能；
94.(8)采用“sy/t67882020《水溶性油田化学剂环境保护技术评价要求》”规定的方法与仪器测定钻井液的生物毒性。
95.实施例1
96.抗高温环保降滤失剂，具体制备步骤为：将圆底烧瓶中加入100重量份水，加入30重量份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸搅拌至溶解，用naoh水溶液调节ph值至8，加入20重量份n,n-二甲基丙烯酰胺、20重量份n-乙烯基吡咯烷酮、40重量份天然多酚类植物提取物，混合均匀后通入氮气，加热至60℃，加入1重量份偶氮二异作引发剂，反应6h后60℃烘干24h，粉碎后的粉末即得所述抗高温环保降滤失剂。
97.页岩抑制稳定剂具体制备步骤为：将25重量份聚乙二醇，30重量份乙二胺四甲叉膦酸钠，45重量份氨基三甲叉膦酸钠混合均匀，即得所述页岩抑制稳定剂。
98.抗高温环保型润滑剂具体制备步骤为：在反应釜中加入100重量份水，分别加入25重量份松油脂肪酸和15重量份二乙烯三胺，80℃恒温下反应3h，发生酰胺化反应；升温至160℃加入25重量份油酸三乙醇胺，搅拌1h，加入20重量份纳米石墨和乙醇混合1h，得到所述抗高温环保型润滑剂。
99.以水的总体积为100ml为计算基准，本实施例的高温高密度水基钻井液由如下重量的组分组成：
100.膨润土(钠膨润土)：2.0g；
101.增粘剂(黄原胶)：1.0g；
102.碱度调节剂(氢氧化钠)：0.3g；
103.页岩抑制稳定剂：20.0g；
104.抗高温环保降滤失剂：3.0g；
105.页岩封堵剂(包括白沥青(粒径为300～420μm)、纳米石墨烯(粒径为30～40nm)和纳米二氧化硅(粒径为30～70nm)，白沥青、纳米石墨烯和纳米二氧化硅的质量比为65:15:20)：3.0g；
106.抗高温环保型润滑剂：2.0g；
107.无机盐(氯化钾):7.0g；
108.加重材料(重晶石)：加重至1.8g/cm3；
109.高温高密度水基钻井液的制备方法为：量取300ml水于1000ml的高搅杯中，在8000r/min的转速下加入6.0g钠膨润土，搅拌20min；然后加入0.9g氢氧化钠，搅拌20min；加入3.0g黄原胶，在10000r/min的转速下高速搅拌20min；加入60.0g页岩抑制稳定剂，搅拌20min；加入9.0g抗高温环保降滤失剂，搅拌20min；加入9.0g白沥青，搅拌20min；加入6.0g抗高温环保型润滑剂，搅拌20min；加入21.0g氯化钾最后加入重晶石加重钻井液密度至1.8g/cm3，高速搅拌30min。
110.老化条件为180℃老化16h，60℃测试流变性能。
111.实施例2
112.抗高温环保降滤失剂，具体制备步骤为：将圆底烧瓶中加入100重量份水，加入35重量份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸搅拌至溶解，用naoh水溶液调节ph值至8，加入15重量份n,n-二甲基丙烯酰胺、15重量份n-乙烯基吡咯烷酮、30重量份天然多酚类植物提取物，混合均匀后通入氮气，加热至70℃，加入2重量份偶氮二异作引发剂，反应8h后70℃烘干20h，粉碎后的粉末即得所述抗高温环保降滤失剂。
113.页岩抑制稳定剂具体制备步骤为：将35重量份聚乙二醇，35重量份乙二胺四甲叉膦酸钠，30重量份氨基三甲叉膦酸钠混合均匀，即得所述页岩抑制稳定剂。
114.抗高温环保型润滑剂具体制备步骤为：在反应釜中加入100重量份水，分别加入30重量份松油脂肪酸和20重量份二乙烯三胺，90℃恒温下反应3h，发生酰胺化反应；升温至180℃加入20重量份油酸三乙醇胺，搅拌1.5h，加入15重量份纳米石墨和乙醇混合1h，得到所述抗高温环保型润滑剂。
115.以水的总体积为100ml为计算基准，本实施例的高温高密度水基钻井液由如下重量的组分组成：
116.膨润土(钠膨润土)：1.5g；
117.增粘剂(黄原胶)：0.6g；
118.碱度调节剂(氢氧化钠)：0.6g；
119.页岩抑制稳定剂：30.0g；
120.抗高温环保降滤失剂：4.0g；
121.页岩封堵剂(纳米石墨烯)：4.0g；
122.抗高温环保型润滑剂：3.0g；
123.无机盐(氯化钾、甲酸钾):15.0g；
124.加重材料(重晶石)：加重至2.0g/cm3；
125.高温高密度水基钻井液的制备方法为：量取300ml水于1000ml的高搅杯中，在8000r/min的转速下加入4.5g钠膨润土，高速搅拌20min；然后加入1.8g氢氧化钠，高速搅拌20min；加入1.8g黄原胶，在10000r/min的转速下高速搅拌20min；加入90.0g页岩抑制稳定剂，高速搅拌20min；加入12.0g抗高温环保降滤失剂，高速搅拌20min；加入12.0g纳米石墨，高速搅拌20min；加入9.0g抗高温环保型润滑剂，高速搅拌20min；加入21.0g氯化钾、24g甲酸钾；最后加入重晶石加重钻井液密度至2.0g/cm3，高速搅拌30min。
126.老化条件为180℃老化16h，60℃测试流变性能。
127.实施例3
128.抗高温环保降滤失剂，具体制备步骤为：将圆底烧瓶中加入100重量份水，加入40重量份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸搅拌至溶解，用naoh水溶液调节ph值至8，加入20重量份n,n-二甲基丙烯酰胺、20重量份n-乙烯基吡咯烷酮、40重量份天然多酚类植物提取物，混合均匀后通入氮气，加热至70℃，加入2重量份偶氮二异作引发剂，反应9h后60℃烘干16h，粉碎后的粉末即得所述抗高温环保降滤失剂。
129.页岩抑制稳定剂具体制备步骤为：将30重量份聚乙二醇，35重量份乙二胺四甲叉膦酸钠，35重量份氨基三甲叉膦酸钠混合均匀，即得所述页岩抑制稳定剂。
130.抗高温环保型润滑剂具体制备步骤为：在反应釜中加入100重量份水，分别加入27重量份松油脂肪酸和25重量份二乙烯三胺，85℃恒温下反应3h，发生酰胺化反应；升温至170℃加入27重量份油酸三乙醇胺，搅拌2h，加入25重量份纳米石墨和乙醇混合2h，得到所述抗高温环保型润滑剂。
131.以水的总体积为100ml为计算基准，本实施例的高温高密度水基钻井液由如下重量的组分组成：
132.膨润土(钠膨润土)：1.0g；
133.增粘剂(黄原胶)：0.2g；
134.碱度调节剂(碳酸钠、氢氧化钠)：0.6g；
135.页岩抑制稳定剂：40.0g；
136.抗高温环保降滤失剂：4.0g；
137.页岩封堵剂(纳米二氧化硅)：3.0g；
138.抗高温环保型润滑剂：4.0g；
139.无机盐(氯化钠):15.0g；
140.加重材料(重晶石)：加重至2.2g/cm3；
141.页岩气绿高温高密度水基钻井液的制备方法为：量取300ml水于1000ml的高搅杯中，在8000r/min的转速下加入3.0g钠膨润土，高速搅拌20min；然后加入0.9g碳酸钠、0.9g氢氧化钠，高速搅拌20min；加入0.6g黄原胶，在10000r/min的转速下高速搅拌20min；加入120.0g页岩抑制稳定剂，高速搅拌20min；加入12.0g抗高温环保降滤失剂，高速搅拌20min；加入9.0g纳米二氧化硅，高速搅拌20min；加入12.0g抗高温环保型润滑剂，高速搅拌20min；加入45.0g氯化钠最后加入重晶石加重钻井液密度至2.2g/cm3，高速搅拌30min。
142.老化条件为180℃老化16h，60℃测试流变性能。
143.实施例4
144.与实施例3相同，区别仅在于将老化温度改为200℃。
145.表1为实施例1～3抗高温环保润滑剂在搬土浆中的润滑性能，由表1的实施例1～3数据可知，本发明的抗高温环保润滑剂均具有良好的润滑性能。
146.表2为实施例1～3页岩抑制稳定剂的抑制性能，由表2的实施例1～3数据可知，本发明的页岩抑制稳定剂滚动回收率均在99％以上，线性膨胀率在35％以上、造浆降低率大于97％，表现出良好的页岩抑制性能。
147.表3为实施例1～3抗高温环保降滤失剂在淡水钻井液中的性能评价，由表3的实施例1～3数据可知，本发明的抗高温环保降滤失剂在淡水钻井液中的高温高压滤失量均小于25ml，表现出良好的降滤失性能。
148.表4为实施例1～4页岩绿高温高密度水基钻井液的基本性能，由表4的实施例1、2、3、4数据可知，本发明的高温高密度水基钻井液在高温高密度密度条件下，依然维持良好的流变性能、强抑制性能、润滑性能和低滤失量的特点，适用密度、温度范围广，毒性低、可降解性能好、对环境友好。
149.表1实施例1～3抗高温环保润滑剂在搬土浆中的润滑性能
[0150][0151][0152]
表2实施例1～3页岩抑制稳定剂的抑制性能
[0153]
测试试样滚动回收率/％线性膨胀率/％造浆降低率/％实施例199.2236.7797.45实施例299.6635.8198.88实施例399.3936.5597.96
[0154]
表3实施例1～3抗高温环保降滤失剂在淡水钻井液中的性能评价
[0155]
测试试样avfl
hthp
实施例12320.2实施例22219.4实施例32219.6
[0156]
注：实验条件150℃老化16h。
[0157]
av：钻井液表观粘度，mpa
·
s；
[0158]
fl
hthp
：钻井液高温高压失水(3.5mpa，150℃，30min)，ml。
[0159]
表4实施例1～4各页岩绿高温高密度水基钻井液的基本性能
[0160][0161][0162]
注：t：老化温度，℃；
[0163]
ρ：钻井液密度，g/cm3；
[0164]
pv：钻井液塑性粘度，mpa
·
s；
[0165]
yp：钻井液动切力，pa；
[0166]
fl
api
：钻井液中压失水(0.7mpa，t，30min)，ml；
[0167]
fl
hthp
：钻井液高温高压失水(3.5mpa，t，30min)，ml；
[0168]
ec
50
：发光细菌法生物毒性，mg/l；
[0169]
bod5/cod
cr
：钻井液生物降解性，％。
[0170]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种高温高密度水基钻井液，其特征在于，包括水、膨润土、增粘剂、碱度调节剂、页岩抑制稳定剂、抗高温环保降滤失剂、页岩封堵剂、抗高温环保型润滑剂、无机盐和加重材料，以所述水的体积为100ml计，所述高温高密度水基钻井液中膨润土的重量为1.0～2.0g，增粘剂的重量为0.2～1.0g，碱度调节剂的重量为0.3～0.6g，页岩抑制稳定剂的重量为20.0～40.0g，抗高温环保降滤失剂的重量为3.0～4.0g，页岩封堵剂的重量为3.0～5.0g，抗高温环保型润滑剂的重量为2.0～4.0g，无机盐的重量为7.0～15.0g，所述加重材料的重量使所述高温高密度水基钻井液的密度为1.8～2.2g/cm3；所述抗高温环保降滤失剂由包括以下步骤的方法制得：将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、n,n-二甲基丙烯酰胺、n-乙烯基吡咯烷酮、天然多酚类植物提取物、引发剂、无机碱性物质和水混合进行共聚反应，得到所述抗高温环保降滤失剂；所述抗高温环保型润滑剂由包括以下步骤的方法制得：将松油脂肪酸、二乙烯三胺和水混合进行酰胺化反应，得到酰胺化产物；将所述酰胺化产物与油酸三乙醇胺混合进行聚合醚化反应，得到聚合醚化产物；将所述聚合醚化产物、纳米石墨和醇类物质混合，得到所述抗高温环保型润滑剂。2.根据权利要求1所述的高温高密度水基钻井液，其特征在于，所述2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、n,n-二甲基丙烯酰胺、n-乙烯基吡咯烷酮和天然多酚类植物提取物的质量比为30～40：15～20：15～20：30～40。3.根据权利要求1或2所述的高温高密度水基钻井液，其特征在于，所述共聚反应的温度为60～70℃，时间为6～9h。4.根据权利要求1所述的高温高密度水基钻井液，其特征在于，所述松油脂肪酸和二乙烯三胺的质量比为25～30：15～25。5.根据权利要求1或4所述的高温高密度水基钻井液，其特征在于，所述酰胺化反应的温度为80～90℃，时间为3～4h。6.根据权利要求1或4所述的高温高密度水基钻井液，其特征在于，所述松油脂肪酸和油酸三乙醇胺的质量比为25～30：20～30。7.根据权利要求1所述的高温高密度水基钻井液，其特征在于，所述聚合醚化反应的温度为160～180℃，时间为1～2h。8.根据权利要求1所述的高温高密度水基钻井液，其特征在于，所述页岩抑制稳定剂包括聚乙二醇、乙二胺四甲叉膦酸钠和氨基三甲叉膦酸钠。9.根据权利要求1所述的高温高密度水基钻井液，其特征在于，所述页岩封堵剂包括白沥青、纳米石墨烯和纳米二氧化硅中的一种或多种。10.权利要求1～9任一项所述的高温高密度水基钻井液在页岩井段石油天然气钻井领域中的应用。

技术总结

本发明提供了一种高温高密度水基钻井液及其应用，属于石油天然气钻井领域。本发明的高温高密度水基钻井液包括以下组分：水、膨润土、增粘剂、碱度调节剂、页岩抑制稳定剂、抗高温环保降降滤失剂、页岩封堵剂、抗高温环保型润滑剂、无机盐和加重材料。本发明的高温高密度水基钻井液具有较好的流变性、较强的抑制性，良好的降滤失性能、封堵性能及润滑性能，能够长期保持页岩地层井壁稳定，降低钻井摩阻，同时可生物降解性能好，符合环保要求。符合环保要求。