弱交聯共聚物及其制備方法和作為堵漏劑的應用以及水基鉆井液及其應用與流程

本發明涉及石油工業的鉆井領域，具體地，涉及一種弱交聯共聚物及其制備方法和作為堵漏劑的應用以及水基鉆井液及其應用。

背景技術：

鉆井過程中井漏普遍存在，且井漏問題是制約安全、順利、高效鉆井的重要因素。鉆井過程時常會因為發生裂縫性、孔洞性、誘導性等復雜漏失而造成巨大經濟損失。據國外統計，當前鉆井井下所遇復雜問題造成的經濟損失中，井漏問題導致的就占58.5％以上。常規的堵漏方法主要采用停鉆堵漏、堵完再鉆的方式，雖然這種方式能處理一些僅有數條大裂縫的地層，但面對裂縫很多、位置不確定、一旦鉆遇就發生漏失的地層是無效的。而且每次停鉆堵漏都要花費較多時間和人力物力，造成鉆井成本持續攀升，甚至造成無法鉆達目的層，使全井報廢的事故。

隨鉆防漏堵漏技術就是在鉆井液中引入一定濃度的由尺寸合適、強度較高的顆粒狀物質按合理級配形成的封堵劑，當裂縫擴大到致漏程度時，封堵顆粒隨著鉆井液漏失進入裂縫中，大的封堵顆粒在裂縫中某個位置卡死架橋，較小的封堵顆粒填充裂縫中剩余空間，最終堵死裂縫，實現即堵。

目前發展的隨鉆堵漏劑主要有瀝青、纖維狀材料、膨脹性材料及其它剛性材料等。這些材料的使用雖然可以解決部分漏失問題，但還是存在一系列問題，主要表現為：當這些隨鉆堵漏材料與地層裂縫或孔隙尺寸不匹配時，堵漏效果則很差。

技術實現要素：

本發明的目的在于針對現有的隨鉆堵漏材料難以與地層裂縫或孔隙尺寸良好匹配而堵漏效果差的缺陷，提供了一種能夠在隨鉆過程中自發地根據地層裂縫或孔隙尺寸改變自身形態有效實現封堵的弱交聯共聚物及其制備方法和作為堵漏劑的應用以及水基鉆井液及其應用。

為了實現上述目的，本發明提供一種弱交聯共聚物，該弱交聯共聚物含有式(1)所示的結構單元、式(2)所示的結構單元和式(3)所示的結構單元，且所述弱交聯共聚物中交聯子結構的含量為0.1-1重量％，其中：

式(1)式(2)

式(3)

其中，R¹、R^1'、R²、R^2'、R⁶和R^6'各自獨立地選自H和C1-C6的烷基；R³選自C0-C6的亞烷基；R⁴選自-COOM、-SO₃M或-CO-NH-R⁵-SO₃M，R⁵選自C0-C6的亞烷基，M選自H或堿金屬元素；R⁷選自H或C1-C20的烷基。

本發明還提供了一種弱交聯共聚物的制備方法，該方法包括：在含水溶劑中，在氧化-還原引發體系、交聯劑和乳化劑存在下，將式(1')所示的化合物、式(2')所示的化合物和式(3')所示的化合物進行乳液聚合，其中，所述交聯劑的用量使得所得的弱交聯共聚物中交聯子結構的含量為0.1-1重量％，

式(1')式(2')

式(3')

其中，R¹、R^1'、R²、R^2'、R⁶和R^6'各自獨立地選自H和C1-C6的烷基；R³選自C0-C6的亞烷基；R⁴選自-COOM、-SO₃M或-CO-NH-R⁵-SO₃M，R⁵選自C0-C6的亞烷基，M選自H或堿金屬元素；R⁷選自H或C1-C20的烷基。

本發明還提供了由上述方法制得的弱交聯共聚物。

本發明還提供上述弱交聯共聚物或由上述方法制得的弱交聯共聚物在鉆井液中作為堵漏劑的應用。

本發明還提供了一種含有上述弱交聯共聚物作為堵漏劑的水基鉆井液。

本發明還提供了上述水基鉆井液在油氣鉆井中的應用。

本發明提供的弱交聯共聚物能夠在水基鉆井液作為堵漏劑用，并形成微粒狀，從而在鉆井過程中通過吸水溶脹來調節自身微粒形態，來適于不同地層裂縫或孔隙尺寸的封堵，能夠有效地降低鉆井液濾失量。

本發明的其它特征和優點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。

具體實施方式

以下對本發明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。

在本文中所披露的范圍的端點和任何值都不限于該精確的范圍或值，這些范圍或值應當理解為包含接近這些范圍或值的值。對于數值范圍來說，各個范圍的端點值之間、各個范圍的端點值和單獨的點值之間，以及單獨的點值之間可以彼此組合而得到一個或多個新的數值范圍，這些數值范圍應被視為在本文中具體公開。

本發明提供一種弱交聯共聚物，該弱交聯共聚物含有式(1)所示的結構單元、式(2)所示的結構單元和式(3)所示的結構單元，且所述弱交聯共聚物中交聯子結構的含量為0.1-1重量％，其中：

式(1)式(2)

式(3)

其中，R¹、R^1'、R²、R^2'、R⁶和R^6'各自獨立地選自H和C1-C6的烷基；R³選自C0-C6的亞烷基；R⁴選自-COOM、-SO₃M或-CO-NH-R⁵-SO₃M，R⁵選自C0-C6的亞烷基，M選自H或堿金屬元素；R⁷選自H或C1-C20的烷基。

根據本發明，所述弱交聯共聚物是交聯子結構的含量為0.1-1重量％的交聯共聚物，在這樣的交聯情況下，該共聚物中的式(1)所示的結構單元、式(2)所示的結構單元和式(3)所示的結構單元能夠在鉆井過程中，進入井壁縫隙通過吸水，式(1)所示的結構單元和式(2)所示的結構單元通過水化膨脹調節弱交聯共聚物微粒的大小，式(3)所示的結構單元通過疏水締合作用使聚合物微粒之間形成動態的架橋結構，以此調節所述弱交聯共聚物在水基鉆井液中形成的微粒大小和微粒之間的結構，進而良好地匹配地層裂縫或孔隙尺寸，完成封堵，防止井漏發生。

根據本發明，其中，上述C1-C6的烷基例如可以為甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、異戊基、正己基等。

上述C0-C6的亞烷基例如可以為C0的亞烷基、上述C1-C6的烷基所形成的亞烷基。其中，C0的亞烷基可以認為僅是連接鍵或不存在，該基團兩端的基團將直接相連。

上述C1-C20的烷基例如可以為甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、異戊基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基、正十一烷基、正十二烷基、正十三烷基、正十四烷基、正十五烷基或正十六烷基、正十七烷基、正十八烷基、正十九烷基、正二十烷基等。

為了能夠更好地發揮所述共聚物作為堵漏劑的作用，優選情況下，R¹、R^1'、R²、R^2'、R⁶和R^6'各自獨立地選自H和C1-C4的烷基；R³選自C0-C4的亞烷基；R⁴選自-COOM、-SO₃M或-CO-NH-R⁵-SO₃M，R⁵選自C1-C6的亞烷基，M選自H、Na或K；R⁷選自C2-C16的烷基。

更優選地，R¹、R^1'、R²、R^2'、R⁶和R^6'各自獨立地選自H、甲基、乙基和正丙基；R³選自C0的亞烷基、-CH₂-、-CH₂-CH₂-、-CH₂-CH₂-CH₂-、-CH(CH₃)-CH₂-、-CH₂-CH(CH₃)-或-CH₂-(CH₂)₂-CH₂-；R⁴選自-COOH、-SO₃M或-CO-NH-R⁵-SO₃M，R⁵選自-CH₂-、-CH₂-CH₂-、-CH₂-CH₂-CH₂-、-CH(CH₃)-CH₂-、-CH₂-CH(CH₃)-、-CH₂-(CH₂)₂-CH₂-、-CH₂-CH(CH₃)-CH₂-、-C(CH₃)₂-CH₂-或-CH₂-C(CH₃)₂-，M選自H、Na或K；R⁷選自乙基、正丙基、正丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基、正十一烷基、正十二烷基、正十三烷基、正十四烷基、正十五烷基或正十六烷基。

根據本發明，優選情況下，所述弱交聯共聚物的重均分子量為3×10⁶-10×10⁶g/mol，優選為3.5×10⁶-7×10⁶g/mol，更優選為4×10⁶-5.5×10⁶g/mol。當該弱交聯共聚物的重均分子量在上述范圍內時，所得的弱交聯共聚物能夠更好地用作堵漏劑，而且具有更好的抗溫性，可以在更高溫度的地層環境中也能夠自發地匹配井壁縫隙完成封堵。所述弱交聯共聚物的分子量分布系數例如可以為2-4。

根據本發明，盡管所述弱交聯共聚物含有的式(1)所示的結構單元、式(2)所示的結構單元和式(3)所示的結構單元的量可以在較寬的范圍內變動，但是出于優化所得的弱交聯共聚物的增粘、抗鹽和抗溫性能考慮，優選情況下，式(1)所示的結構單元、式(2)所示的結構單元和式(3)所示的結構單元的摩爾比為10-50：3-20：1，優選為12-40：5-15：1，更進一步優選為12-30：5-10：1。

根據本發明，為了獲得與地層縫隙自發匹配能力更強的堵漏劑，優選地，所述弱交聯共聚物中交聯子結構的含量為0.3-0.6重量％，更優選為0.35-0.45重量％。應當理解的是，本發明的共聚物是一種交聯共聚物，除了上述的結構單元以外，還應當具有提供交聯鍵的交聯子，盡管本發明沒有特別的限定，但是本發明通過采用交聯劑來形成交聯鍵，從而在弱交聯共聚物中形成交聯子(可以理解為由交聯劑形成的組成結構)。優選地，所述弱交聯共聚物中的交聯子結構由下式(4)所示的交聯劑中的一種或多種提供：

式(4)n選自1-6的整數。

上述式(4)所示的交聯劑的具體實例為：

式(4-1)中，n為1(也稱作N,N-亞甲基雙丙烯酰胺)；

式(4-2)中，n為2(也稱作N,N-亞乙基雙丙烯酰胺)；

式(4-3)中，n為3(也稱作N,N-亞丙基雙丙烯酰胺)。

在該種情況下，可以認為所述弱交聯共聚物的交聯子結構的含量即為上述交聯劑提供的結構的重量占整個弱交聯共聚物的重量百分比。其中，在滿足上述交聯子結構的含量的情況下，所述弱交聯共聚物中，采用激光粒度分析儀測量的弱交聯共聚物的膨脹倍數優選為30-50，更優選為35-45。

本發明還提供了一種弱交聯共聚物的制備方法，該方法包括：在含水溶劑中，在氧化-還原引發體系、交聯劑和乳化劑存在下，將式(1')所示的化合物、式(2')所示的化合物和式(3')所示的化合物進行乳液聚合，其中，所述交聯劑的用量使得所得的弱交聯共聚物的中交聯子結構的含量為0.1-1重量％，

式(1')式(2')

式(3')

其中，R¹、R^1'、R²、R^2'、R⁶和R^6'各自獨立地選自H和C1-C6的烷基；R³選自C0-C6的亞烷基；R⁴選自-COOM、-SO₃M或-CO-NH-R⁵-SO₃M，R⁵選自C0-C6的亞烷基，M選自H或堿金屬元素；R⁷選自H或C1-C20的烷基。

其中，上述方法中的單體涉及的各個取代基如上文中所描述的，在此不再贅述。式(1')所示的化合物、式(2')所示的化合物和式(3')所示的化合物也可以根據上文中所描述的共聚物的具體的結構單元種類進行適當地選擇。

其中，式(1')所示的化合物的具體實例例如可以為以下式所示的化合物中的一種或多種：

式(1'-1)中：R¹和R^1'為H(也稱作丙烯酰胺)；

式(1'-2)中：R¹為甲基，R^1'為H(也稱作甲基丙烯酰胺)；

式(1'-3)中：R¹為乙基，R^1'為H(也稱作乙基丙烯酰胺)；

式(1'-4)中：R¹為H，R^1'為甲基(也稱作2-丁烯酰胺)。

其中，式(2')所示的化合物的具體實例例如可以為以下式所示的化合物中的一種或多種：

式(2'-1)中：R²和R^2'為H，R³為C0的亞烷基，R⁴選自-COOH(也稱作丙烯酸)；

式(2'-2)中：R²為甲基，R^2'為H，R³為C0的亞烷基，R⁴選自-COOH(也稱作甲基丙烯酸)；

式(2'-3)中：R²和R^2'為H，R³為-CH₂-，R⁴選自-SO₃H(也稱作丙磺酸)；

式(2'-4)中：R²為甲基，R^2'為H，R³為-CH₂-，R⁴選自-SO₃H(也稱作甲基丙磺酸)；

式(2'-5)中：R²和R^2'為H，R³為C0的亞烷基，R⁴選自-CO-NH-C(CH₃)₂-CH₂-SO₃M(也稱作2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸)。

其中，式(3')所示的化合物的具體實例例如可以為以下式所示的化合物中的一種或多種：

式(3'-1)中：R⁶為甲基，R^6'為H，R⁷選自正丁基(也稱作甲基丙烯酸十烷基酯)；

式(3'-2)中：R⁶和R^6'為H，R⁷選自正丁基(也稱作丙烯酸十烷基酯)；

式(3'-3)中：R⁶為甲基，R^6'為H，R⁷選自正戊基(也稱作甲基丙烯酸十一烷基酯)；

式(3'-4)中：R⁶和R^6'為H，R⁷選自正戊基(也稱作丙烯酸十一烷基酯)；

式(3'-5)中：R⁶為甲基，R^6'為H，R⁷選自正己基(也稱作甲基丙烯酸十二烷基酯)；

式(3'-6)中：R⁶和R^6'為H，R⁷選自正己基(也稱作丙烯酸十二烷基酯)；

式(3'-7)中：R⁶為甲基，R^6'為H，R⁷選自正庚基(也稱作甲基丙烯酸十三烷基酯)；

式(3'-8)中：R⁶和R^6'為H，R⁷選自正庚基(也稱作丙烯酸十三烷基酯)；

式(3'-9)中：R⁶為甲基，R^6'為H，R⁷選自正辛基(也稱作甲基丙烯酸十四烷基酯)；

式(3'-10)中：R⁶和R^6'為H，R⁷選自正辛基(也稱作丙烯酸十四烷基酯)；

式(3'-11)中：R⁶為甲基，R^6'為H，R⁷選自正壬基(也稱作甲基丙烯酸十五烷基酯)；

式(3'-12)中：R⁶和R^6'為H，R⁷選自正壬基(也稱作丙烯酸十五烷基酯)；

式(3'-13)中：R⁶為甲基，R^6'為H，R⁷選自正癸基(也稱作甲基丙烯酸十六烷基酯)；

式(3'-14)中：R⁶和R^6'為H，R⁷選自正癸基(也稱作丙烯酸十六烷基酯)；

式(3'-15)中：R⁶為甲基，R^6'為H，R⁷選自正十一烷基(也稱作甲基丙烯酸十七烷基酯)；

式(3'-16)中：R⁶和R^6'為H，R⁷選自正十一烷基(也稱作丙烯酸十七烷基酯)；

式(3'-17)中：R⁶為甲基，R^6'為H，R⁷選自正十二烷基(也稱作甲基丙烯酸十八烷基酯)；

式(3'-18)中：R⁶和R^6'為H，R⁷選自正十二烷基(也稱作丙烯酸十八烷基酯)。

根據本發明，上述單體的用量可以根據所需的共聚物的結構單元的占比和分子量進行選擇，優選情況下，式(1')所示的化合物、式(2')所示的化合物和式(3')所示的化合物的摩爾比為10-50：3-20：1，優選為12-40：5-15：1，更進一步優選為12-30：5-10：1。為了適于所述乳液聚合的進行，以及合理地控制所得的共聚物分子量，優選情況下，相對于100g的所述含水溶劑，式(1')所示的化合物、式(2')所示的化合物和式(3')所示的化合物的摩爾總量為0.1-5mol，優選為0.2-2mol，更優選為0.5-1mol。其中，所述含水溶劑可以是單獨的水，也可以是混溶有一些不影響本發明的反應的溶劑(例如為甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、異丙醇等中的一種或多種)的水的混合物，當然優選為水。

根據本發明，所述交聯劑的引入可以使得式(1')所示的化合物、式(2')所示的化合物和式(3')所示的化合物在乳液聚合過程中進行一定程度的交聯，所述交聯劑的用量使得所得的弱交聯共聚物中交聯子結構的含量為0.1-1重量％，從而形成本發明所需的弱交聯的結構，優選地，所述交聯劑的用量使得所得的弱交聯共聚物中交聯子結構的含量為0.3-0.6重量％，更優選為0.35-0.45重量％。在滿足該情況下，優選地，以式(1')所示的化合物、式(2')所示的化合物、式(3')所示的化合物和交聯劑的總重量為基準，所述交聯劑的用量例如為0.1-1重量％，優選為0.3-0.6重量％，更優選為0.35-0.45重量％。所述交聯劑的選擇如上文中所描述的，在此不再贅述。

根據本發明，所述氧化-還原引發體系可以為本領域常規的各種氧化-還原引發體系，只要能夠引發聚合得到本發明的弱交聯共聚物即可，優選地，所述氧化-還原引發體系中的氧化劑選自過硫酸鈉、過硫酸鉀、過硫酸銨和過氧化氫中的一種或多種。優選地，所述氧化-還原引發體系中的還原劑選自硫酸亞鐵、氯化亞鐵、亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、亞硫酸鉀和硫代硫酸鈉中的一種或多種。為了能夠更好地發揮該氧化-還原引發體系中氧化劑和還原劑之間的配合作用，優選地，所述氧化劑和還原劑的摩爾比1：0.2-1，優選為1：0.3-0.8，更優選為1：0.4-0.6。盡管所述氧化劑和還原劑可以以固體形式引入到反應體系中，也可以以水溶液的形式引入，例如采用濃度為0.12-0.22mol/L的所述氧化劑的水溶液，例如采用濃度為0.05-0.2mol/L的所述還原劑的水溶液。

根據本發明，所述氧化-還原引發體系可以根據所需的弱交聯共聚物進行適當地調整，優選地，相對于1mol的式(1')所示的化合物、式(2')所示的化合物和式(3')所示的化合物的摩爾總量，所述氧化-還原引發體系的用量為1-10mmol，優選為2-5mmol，更優選為2-3mmol。

根據本發明，所述乳化劑可以采用本領域常規采用各種乳化劑，只要能夠通過所述乳液聚合得到本發明的弱交聯共聚物即可，優選情況下，所述乳化劑為失水山梨糖醇脂肪酸酯(例如SPAN-60、SPAN-80、SPAN-85等)、烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯(例如TWEEN40、TWEEN60、TWEEN80等)和聚甘油脂肪酸酯中的一種或多種。所述乳化劑的用量也可以根據所需的弱交聯共聚物進行相應地調整，優選情況下，所述含水溶劑與所述乳化劑的用量的重量比為100：10-20，優選為100：12-14。

根據本發明，為了形成乳液聚合的體系，該方法優選包括在油類試劑存在下進行，例如，所述油類試劑為液化石蠟。優選地，所述乳化劑和油類試劑的用量的重量比為100：500-2000，優選為100：800-1500。

根據本發明，優選情況下，所述乳液聚合的條件包括：溫度為30-60℃(優選為35-50℃)，時間為5-10h(優選為7-9h)。

根據本發明，為了能夠保持引發劑等的活性，該方法還可以包括：使得所述乳液聚合在惰性氣氛中進行，例如可以向體系中通入氮氣、氦氣、氖氣、氬氣等一種或多種并置換其中的氣氛(該過程例如可以進行5-300min，主要是除氧)。

根據本發明，為了能夠更好地控制上述乳液聚合的進行，優選地，該方法包括：在pH為6-8下(pH為7左右)，先將式(1')所示的化合物、式(2')所示的化合物、式(3')所示的化合物、所述含水溶劑、所述氧化-還原引發體系中的氧化劑和所述交聯劑進行混合(該混合條件例如可以包括：在200-250rpm的攪拌速度下、10-40℃下混合30-60min)(更優選地，先將式(1')所示的化合物、式(2')所示的化合物、式(3')所示的化合物、所述含水溶劑混合，并調節pH為6-8，而后再引入、所述氧化-還原引發體系中的氧化劑和所述交聯劑進行混合)，而后引入所述乳化劑和油類試劑并進行乳化(該乳化例如可以在乳化儀上進行乳化1-5min)，再在惰性氣氛下，引入所述氧化-還原引發體系中的還原劑并進行所述乳液聚合。

通過上述乳液聚合制得的乳液中便含有本發明上文所述的弱交聯共聚物，這樣的弱交聯共聚物可以提取出來，當然方便起見，這樣的乳液就可以直接作為堵漏劑使用。

本發明還提供了由上述方法制得的弱交聯共聚物。盡管本發明沒有特別的限定，但是該弱交聯共聚物可以認為是上文中所介紹的弱交聯共聚物中的一種，或者多種弱交聯共聚物的混合物。當然，應當理解的是，上述方法所制備的弱交聯共聚物通常是指上述方法未經過提純的直接產物，盡管這樣的產物可能是多種弱交聯共聚物的混合物，但是本發明也將這樣的情況包括在本發明的范圍內。

本發明還提供上述弱交聯共聚物或由上述方法制得的弱交聯共聚物在鉆井液中作為堵漏劑的應用。

本發明還提供了一種含有上述弱交聯共聚物作為堵漏劑的水基鉆井液。

本發明提供的弱交聯共聚物，能夠用于水基鉆井液中作為堵漏劑，從而在鉆井過程中，分布于地層裂縫或孔隙中，并通過吸水溶脹，自發地調節自身形態以良好地匹配地層裂縫或孔隙尺寸，完成封堵，防止井漏發生。本發明對該弱交聯共聚物的含量并無特別的限定，可以根據地層情況進行適當地調整，優選地，相對于100重量份的水基鉆井液中的水，所述弱交聯共聚物的含量為1-3重量份。

根據本發明，除了水和上述的共聚物以外，所述水基鉆井液還可以含有作為水基鉆井液的其他添加劑，例如，本發明的鉆井液含有膨潤土、抗鹽降濾失劑、抗溫降濾失劑、防塌劑、抑制劑、加重劑、pH調節劑等中的一種或多種。

其中，所述膨潤土是指以蒙脫石為主要礦物成分的粘土，其具有賦予鉆井液粘切力和濾失造壁性的作用，例如可以為鈉基膨潤土和/或鈣基膨潤土，優選為鈉基膨潤土。更優選地，相對于100重量份的水基鉆井液中的水，所述膨潤土的含量為2-2.5重量份。

其中，所述抗鹽降濾失劑具有提高鉆井液抗鹽能力和降低鉆井液濾失量的作用，例如可以為纖維素醚類衍生物(PAC)、改性淀粉和羧甲基纖維素等中的一種或多種。相對于100重量份的所述鉆井液中的水，更優選地，所述抗鹽降濾失劑的含量為1-1.5重量份。

其中，所述抗溫降濾失劑具有提高鉆井液高溫穩定性和降低濾失量的作用，例如可以為改性后腐植酸鈉縮聚物(KJAN)、磺化褐煤樹脂和酚醛樹脂等中的一種或多種。相對于100重量份的所述鉆井液中的水，更優選地，所述抗溫降濾失劑的含量為3-4重量份。

其中，所述防塌劑具有抑制泥頁巖水化膨脹和分散，穩定井壁的作用，例如可以為改性高級脂肪醇樹脂(DWFT-1)、乳化瀝青(YK-H)和磺化瀝青(FT-1)等中的一種或多種。相對于100重量份的所述鉆井液中的水，更優選地，所述防塌劑的含量為4-8重量份，更優選為5-7重量份。

其中，所述抑制劑具有抑制頁巖滲透水化、降低鉆井液濾液活度的作用，例如可以為無機鹽類物質(如KCl)、多元胺類和季銨鹽類等中的一種或多種。相對于100重量份的所述鉆井液中的水，更優選地，所述抑制劑的含量為5-7重量份。

其中，所述加重劑可以調節鉆井液的密度達到所需密度，例如可以為重晶石、有機鹽(weigh-1、weigh-2(活性成分為甲酸鉀)、weigh-3、有機鈉鹽GD-WT)等中的一種或多種。相對于100重量份的所述鉆井液中的水，更優選地，所述加重劑的含量為50-55重量份。

其中，pH調節劑可以調節鉆井液的pH至較為合適的范圍，例如可以為碳酸鈉、氫氧化鈉等中的一種或多種。相對于100重量份的所述鉆井液中的水，更優選地，所述pH調節劑的含量為0.15-0.2重量份。

上述添加劑為的各種物質可以是市售品，也可以根據本領域常規的方法制得，這里不再贅述。

本發明還提供了上述水基鉆井液在油氣鉆井中的應用。

本發明提供的弱交聯共聚物能夠在水基鉆井液作為堵漏劑用，并形成微粒狀，從而在鉆井過程中通過吸水溶脹來調節自身微粒形態，來適于不同地層裂縫或孔隙尺寸的封堵，能夠有效地降低鉆井液濾失量，特別是還具有較高的抗溫性能，能夠適用于本領域較高溫地層的封堵。

以下將通過實施例對本發明進行詳細描述。

以下實施例和對比例中，重均分子量和分子量分布指數是采用GPC凝膠色譜(實驗儀器為美國waters公司的凝膠色譜儀，型號為E2695)進行測量。

膨脹倍數是指弱交聯共聚物膨脹后與膨脹前松散體積之比值，其通過激光粒度分析儀測試膨脹前后粒徑中值之比值而得。

交聯子結構含量是指交聯劑提供的交聯子結構的量占總的弱交聯共聚物的百分重量。

實施例1

本實施例用于說明本發明的弱交聯共聚物及其制備方法和堵漏劑。

將0.615mol總量(約74g)的甲基丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和甲基丙烯酸十六烷基酯(摩爾比為30：10：1)加入到100g的水中，調節pH為7；加入1.75mmol的過硫酸鉀和0.3g的交聯劑N,N-亞甲基雙丙烯酰胺，并在200rpm、25℃下攪拌混合40min；而后加入120g的液體石蠟(購自安耐吉公司的PARAFFIN)、8g的失水山梨糖醇脂肪酸酯(購自安耐吉公司的SPAN-80)和5g的聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯(購自安耐吉公司的TWEEN60)，并將所得混合物在乳化儀上乳化1min；隨后通入氮氣15min以除氧；然后滴加入0.7mmol的亞硫酸氫鈉(以濃度為0.07mol/L的水溶液形式)(約10min滴畢)，并于50℃下反應8h；所得乳液即為堵漏劑A1，其中弱交聯共聚物的含量為23.3重量％，該弱交聯共聚物的重均分子量為5×10⁶g/mol，分子量分布系數為3，經紅外、核磁共振氫譜和碳譜分析檢測，式(1)所示的結構單元(R¹為甲基，R^1'為H)、式(2)所示的結構單元(R²和R^2'為H，R³為C0的亞烷基，R⁴選自-CO-NH-C(CH₃)₂-CH₂-SO₃M)和式(3)所示的結構單元(R⁶為甲基，R^6'為H，R⁷選自正癸基)的摩爾比為29.4：9.2：1，交聯子結構含量為0.4重量％，膨脹倍數為40。

實施例2

本實施例用于說明本發明的弱交聯共聚物及其制備方法和堵漏劑。

將0.572mol總量(約76.5g)的丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和甲基丙烯酸十八烷基酯(摩爾比為15：10：1)加入到100g的水中，調節pH為7；加入1.9mmol的過硫酸銨和0.34g的交聯劑N,N-亞乙基雙丙烯酰胺，并在220rpm、25℃下攪拌混合50min；而后加入120g的液體石蠟(購自安耐吉公司的PARAFFIN)、7g的失水山梨糖醇脂肪酸酯(購自安耐吉公司的SPAN-60)和7g的聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯(購自安耐吉公司的TWEEN80)，并將所得混合物在乳化儀上乳化2min；隨后通入氮氣15min以除氧；然后滴加入0.95mmol的硫代硫酸鈉(以濃度為0.095mol/L的水溶液形式)(約12min滴畢)，并于35℃下反應9h；所得乳液即為堵漏劑A2，其中弱交聯共聚物的含量為23.9重量％，該弱交聯共聚物的重均分子量為4×10⁶g/mol，分子量分布系數為2，經紅外、核磁共振氫譜和碳譜分析檢測，式(1)所示的結構單元(R¹和R^1'為H)、式(2)所示的結構單元(R²和R^2'為H，R³為C0的亞烷基，R⁴選自-CO-NH-C(CH₃)₂-CH₂-SO₃M)和式(3)所示的結構單元(R⁶為甲基，R^6'為H，R⁷選自正十二烷基)的摩爾比為14.2：9.1：1，交聯子結構含量為0.44重量％，膨脹倍數為35。

實施例3

本實施例用于說明本發明的弱交聯共聚物及其制備方法和堵漏劑。

將0.8mol總量(約64.4g)的丙烯酰胺、丙烯酸和甲基丙烯酸十二烷基酯(摩爾比為13：6：1)加入到100g的水中，調節pH為7；加入1.5mmol的過硫酸鉀和0.23g的交聯劑N,N-亞甲基雙丙烯酰胺，并在210rpm、20℃下攪拌混合60min；而后加入120g的液體石蠟(購自安耐吉公司的PARAFFIN)、7g的失水山梨糖醇脂肪酸酯(購自安耐吉公司的SPAN-80)和5g的聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯(購自安耐吉公司的TWEEN60)，并將所得混合物在乳化儀上乳化1min；隨后通入氮氣20min以除氧；然后滴加入0.9mmol的亞硫酸氫鈉(以濃度為0.09mol/L的水溶液形式)(約10min滴畢)，并于45℃下反應7h；所得乳液即為堵漏劑A3，其中弱交聯共聚物的含量為21重量％，該弱交聯共聚物的重均分子量為5.5×10⁶g/mol，分子量分布系數為4，經紅外、核磁共振氫譜和碳譜分析檢測，式(1)所示的結構單元(R¹和R^1'為H)、式(2)所示的結構單元(R²和R^2'為H，R³為C0的亞烷基，R⁴選自-COOH)和式(3)所示的結構單元(R⁶為甲基，R^6'為H，R⁷選自正己基)的摩爾比為12.1：5.4：1，交聯子結構含量為0.36重量％，膨脹倍數為45。

實施例4

根據實施例1所述的方法，不同的是，過硫酸鉀的用量為2.4mmol，亞硫酸氫鈉的用量為0.96mmol，從而最終所得乳液即為堵漏劑A4，其中弱交聯共聚物的含量為23.3重量％，該弱交聯共聚物的重均分子量為3.6×10⁶g/mol，分子量分布系數為2.8，經紅外、核磁共振氫譜和碳譜分析檢測，式(1)所示的結構單元(R¹為甲基，R^1'為H)、式(2)所示的結構單元(R²和R^2'為H，R³為C0的亞烷基，R⁴選自-CO-NH-C(CH₃)₂-CH₂-SO₃M)和式(3)所示的結構單元(R⁶為甲基，R^6'為H，R⁷選自正癸基)的摩爾比為29.1：9.3：1，交聯子結構含量為0.4重量％，膨脹倍數為38。

實施例5

根據實施例1所述的方法，不同的是，過硫酸鉀的用量為1mmol，亞硫酸氫鈉的用量為0.34mmol，從而最終所得乳液即為堵漏劑A5，其中弱交聯共聚物的含量為23.3重量％，該弱交聯共聚物的重均分子量為6.5×10⁶g/mol，分子量分布系數為3.1，經紅外、核磁共振氫譜和碳譜分析檢測，式(1)所示的結構單元(R¹為甲基，R^1'為H)、式(2)所示的結構單元(R²和R^2'為H，R³為C0的亞烷基，R⁴選自-CO-NH-C(CH₃)₂-CH₂-SO₃M)和式(3)所示的結構單元(R⁶為甲基，R^6'為H，R⁷選自正癸基)的摩爾比為29：9.4：1，交聯子結構含量為0.4重量％，膨脹倍數為41。

對比例1

根據實施例1所述的方法，不同的是，甲基丙烯酸正丁酯代替甲基丙烯酸十八烷基酯，從而最終所得乳液即為堵漏劑DA1，其中弱交聯共聚物的含量為22.8重量％，該弱交聯共聚物的重均分子量為4.7×10⁶g/mol，分子量分布系數為3.2，經紅外、核磁共振氫譜和碳譜分析檢測，式(1)所示的結構單元(R¹為甲基，R^1'為H)、式(2)所示的結構單元(R²和R^2'為H，R³為C0的亞烷基，R⁴選自-CO-NH-C(CH₃)₂-CH₂-SO₃M)和甲基丙烯酸十八烷基酯提供的結構單元的摩爾比為29.1：9：1，交聯子結構含量為0.4重量％，膨脹倍數為39。

對比例2

根據實施例1所述的方法，不同的是，不采用2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，而是采用摩爾比為30：1的甲基丙烯酰胺和甲基丙烯酸十六烷基酯作為單體，從而最終所得乳液即為堵漏劑DA2，其中弱交聯共聚物的含量為19重量％，該弱交聯共聚物的重均分子量為4.4×10⁶g/mol，分子量分布系數為2.7，經紅外、核磁共振氫譜和碳譜分析檢測，式(1)所示的結構單元(R¹為甲基，R^1'為H)和甲基丙烯酸十八烷基酯提供的結構單元的摩爾比為28.6：1，交聯子結構含量為0.4重量％，膨脹倍數為44。

對比例3

根據實施例1所述的方法，不同的是，交聯劑N,N-亞甲基雙丙烯酰胺的用量為0.05g，從而最終所得乳液即為堵漏劑DA3，其中弱交聯共聚物的含量為23.3重量％，該弱交聯共聚物的重均分子量為5.05×10⁶g/mol，分子量分布系數為2.86，經紅外、核磁共振氫譜和碳譜分析檢測，式(1)所示的結構單元(R¹為甲基，R^1'為H)、式(2)所示的結構單元(R²和R^2'為H，R³為C0的亞烷基，R⁴選自-CO-NH-C(CH₃)₂-CH₂-SO₃M)和式(3)所示的結構單元(R⁶為甲基，R^6'為H，R⁷選自正癸基)的摩爾比為29：9：1，交聯子結構含量為0.068重量％，膨脹倍數為28。

對比例4

根據實施例1所述的方法，不同的是，交聯劑N,N-亞甲基雙丙烯酰胺的用量為1g，從而最終所得乳液即為堵漏劑DA4，其中弱交聯共聚物的含量為23.3重量％，該弱交聯共聚物的重均分子量為4.72×10⁶g/mol，分子量分布系數為3.2，經紅外、核磁共振氫譜和碳譜分析檢測，式(1)所示的結構單元(R¹為甲基，R^1'為H)、式(2)所示的結構單元(R²和R^2'為H，R³為C0的亞烷基，R⁴選自-CO-NH-C(CH₃)₂-CH₂-SO₃M)和式(3)所示的結構單元(R⁶為甲基，R^6'為H，R⁷選自正癸基)的摩爾比為29.3：9：1，交聯子結構含量為1.4重量％，膨脹倍數為53。

鉆井液實施例1

本實施例用于說明本發明的水基鉆井液。

鉆井液配方：100重量份的水，1重量份的堵漏劑A1(該重量份以堵漏劑中的共聚物干重計)，2.5重量份的鈉基膨潤土(購自濰坊華維膨潤土技術研究中心)，0.15重量份的Na₂CO₃，1重量份的抗鹽降濾失劑(購自河南海洋化工有限公司PAC牌號)，3重量份的抗溫降濾失劑(購自石家莊華萊鼎盛科技有限公司KJAN牌號)，3重量份的防塌劑(購自河南海洋化工有限公司DWFT-I牌號)，1.5重量份的防塌劑乳化瀝青粉(購自任丘市仁源化工廠YK-H牌號)，2重量份的磺化瀝青粉(購自河南海洋化工有限公司FT-1牌號)，5重量份的KCl，10重量份的加重劑(購自石家莊華萊鼎盛科技有限公司Weigh2牌號)，45重量份的重晶石(購自石家莊華萊鼎盛科技有限公司)；從而得到鉆井液Y1。

鉆井液實施例2-5

本實施例用于說明本發明的水基鉆井液。

根據鉆井液實施例1，不同的是，分別采用堵漏劑A2-A5代替上述A1，從而分別得到鉆井液Y2-Y5。

鉆井液對比例1-4

根據鉆井液實施例1，不同的是，分別采用堵漏劑DA1-DA4代替上述A1，從而分別得到鉆井液DY1-DY4。

鉆井液對比例5

本實施例用于說明本發明的水基鉆井液。

根據鉆井液實施例1，不同的是，不采用堵漏劑A1，從而得到鉆井液DY5。

測試例1

分別對上述鉆井液的流變性和濾失性能進行測量，具體將所得的鉆井液在老化前以及在120℃下老化6h將至室溫后測量表觀粘度(AV)、塑性粘度(PV)、動切力(YP)、初終切(G10”/10’)和中壓濾失量(API)

表觀粘度(AV)是采用范式六速粘度計根據國家標準GB/T29170-2012中規定的方法進行測量的，單位為mPa·s，

塑性粘度(PV)是采用范式六速粘度計根據國家標準GB/T29170-2012中規定的方法進行測量的，單位為mPa·s，PV＝θ₆₀₀-θ₃₀₀。

動切力(YP)是采用范式六速粘度計根據國家標準GB/T29170-2012中規定的方法進行測量的，YP＝0.511×(2×φ300-φ600)，單位為Pa。

初終切(G10”/10’)是根據范式六速粘度計根據國家標準GB/T29170-2012中規定的方法進行測量的，單位為Pa/Pa。

API是指中壓濾失量，是采用中壓濾失儀根據SY/T 5621-93標準中的方法進行測量的，單位為mL。

表1

通過表1的數據可以看出，在鉆井液體系中加入堵漏劑后，體系的流變性變化較小，說明與鉆井液配伍性好；濾失量明顯降低，說明堵漏劑具有良好的封堵性能。

測試例2

分別對上述鉆井液的封堵性能進行測量，即取400mL上述體系鉆井液，在120℃下分別老化16h，使用高溫高壓砂床漏失儀測定堵漏效果，測量結果見表2所示。

高溫高壓砂床漏失儀測定方法：取相應目數的石英砂200g(具體的目數見表2所示)填充在漏失儀下層，向其中裝入鉆井液至刻度線；將增壓器裝入連通閥桿上端，將回壓器裝入下連通閥桿下端，兩端要插入定位銷定位，連接氣源；調整增、回壓器手柄使其指示0.7MPa壓力值；打開頂閥保持0.7MPa壓力，溫度達120℃，再迅速將增壓器調整至4.2MPa，打開底閥并記時；計時漏失30分鐘，記錄漏失鉆井液體積。

表2

通過表2的數據可以看出，與實例Y1-Y5、對比例DY 1-DY4及未加入堵漏劑的DY5相比，實例1-3具有極好的封堵效果，對不同尺寸的漏失情況都具有較好封堵。

以上詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明并不限于上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思范圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發明的保護范圍。

另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重復，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。

此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。