聚合物乳液封堵剂及其制备方法与应用、钻井液与流程

本发明涉及钻井液，具体涉及一种聚合物乳液封堵剂及其制备方法与应用、钻井液。

背景技术：

1、随着页岩气、页岩油等非常规油气的勘探开发，油基钻井液受到越来越广泛的应用，但由于页岩气、页岩油的储层微-纳米级孔、缝发育，油基钻井液钻进过程中易发生漏失进入地层深部，一方面油基钻井液漏失造成钻井液成本增加，另一方面油的劈裂作用可能诱发井壁失稳。

2、在石油钻井过程中，为了防止钻井液漏失或井壁失稳，需要对井壁进行封堵。而封堵剂是增强钻井液封堵性的关键处理剂，它可以封堵地层的微孔隙、微裂缝，帮助在井壁上形成薄而致密的滤饼，减少滤液及固相侵入地层，提高地层的承压能力，减小井漏的发生几率，增强井壁稳定性。

3、当前油基钻井液用的封堵剂主要为沥青类封堵剂、高分子聚合物类封堵剂、无机颗粒类封堵剂。其中沥青类产品存在污染环境和降低钻速的缺点；而高分子聚合物类产品则存在成本高、难以降解和影响流变性能（增稠）的缺点；无机颗粒类封堵剂悬浮性差，刚性较强不易变形导致封堵性能较差，与基础油相溶性差，存在分散不均匀、降低破乳电压的缺点。

4、在钻井液封堵技术中，传统的封堵方法存在封堵效果差、封堵层易脱落等问题，而纳米成膜封堵技术通过在井壁上形成纳米级保护膜，有效提高封堵效果，但目前纳微米技术制备无机封堵剂存在多数为刚性封堵，封堵不牢固的问题，因此需要能够有效提高封堵效果的封堵剂。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的传统封堵剂的封堵效果差、封堵层易脱落，与其他钻井液组分配伍效果较差的问题，提供一种聚合物乳液封堵剂及其制备方法与应用、钻井液，该聚合物乳液封堵剂能够迅速渗透到地层的微孔隙中，在井壁上形成泥饼，致密性好、韧性好，可有效提高封堵效果，能够有效地阻止流体或气体的泄漏，满足层理和微裂缝发育的硬脆性和破碎性地层钻进需求，同时还兼备生产工艺简单易操作和价格低廉等优势。

2、为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种聚合物乳液封堵剂，其中，所述聚合物乳液封堵剂包含丙烯酸酯聚合物；

3、所述丙烯酸酯聚合物包含式（ⅰ）所示的结构单元，

4、式（ⅰ）；

5、式（ⅰ）中，r为碳原子数为2-20的烷基；

6、所述丙烯酸酯聚合物的重均分子量为35万-45万g/mol，所述丙烯酸酯聚合物的数均分子量为25万-35万g/mol；所述聚合物乳液封堵剂的粒径中值d50为80-520nm。

7、优选地，所述丙烯酸酯聚合物的分子量分布为1.2-1.4，优选为1.25-1.33；

8、优选地，所述丙烯酸酯聚合物的重均分子量为37万-43万g/mol。

9、优选地，所述丙烯酸酯聚合物的数均分子量为27万-33万g/mol。

10、优选地，所述聚合物乳液封堵剂的粒径中值d50为100-300nm，更优选为180-200nm。

11、优选地，式（ⅰ）中，r为碳原子数为3-18的烷基。

12、优选地，所述丙烯酸酯聚合物由丙烯酸酯类软单体经乳液聚合得到。

13、优选地，所述丙烯酸酯类软单体选自丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯和丙烯酸十八酯中的至少一种。

14、本发明第二方面提供一种聚合物乳液封堵剂的制备方法，其中，所述方法包括以下步骤：

15、在引发剂存在下，在保护气氛中，使含有丙烯酸酯类软单体和乳化剂的乳化体系进行乳液聚合反应；

16、其中，所述乳化剂包含离子型乳化剂与非离子型乳化剂；

17、所述丙烯酸酯类软单体具有式（ⅱ）所示的结构，

18、式（ⅱ）；

19、式（ⅱ）中，r为碳原子数为2-20的烷基；

20、所述乳化剂中，所述非离子型乳化剂与离子型乳化剂的质量比为3-5：1。

21、本发明第三方面提供由第二方面所述的制备方法制得的聚合物乳液封堵剂。

22、本发明第四方面提供第一方面或第三方面所述的聚合物乳液封堵剂在钻井液领域中的应用。

23、本发明第五方面提供一种钻井液，其中，所述钻井液包含第一方面或第三方面所述的聚合物乳液封堵剂。

24、通过上述技术方案，获得的有益效果如下：

25、（1）本发明提供的聚合物乳液封堵剂具有良好的封堵能力，封堵剂可进入地层微孔隙、微裂缝，提高封堵层致密性，帮助改善滤饼质量，形成薄而韧性高的滤饼，降低钻井液的高温高压滤失量；

26、（2）本发明中，优选地，该聚合物乳液封堵剂与柴油基钻井液及生物质合成基钻井液均具有良好的配伍性，所述聚合物乳液封堵剂配合核壳结构材料和钻井液乳化剂配制钻井液，通过各处理剂之间的协同作用，使得钻井液在200℃条件下，高温流变性、高温高压滤失量、地层保护性、可生物降解性等方面均具有良好的特性，原料来源广泛且价格低廉，降低了钻井液的生产成本。

1.一种聚合物乳液封堵剂，其特征在于，所述聚合物乳液封堵剂中的聚合物包含丙烯酸酯聚合物；

2.根据权利要求1所述的聚合物乳液封堵剂，其中，所述丙烯酸酯聚合物的分子量分布为1.2-1.4；

3.根据权利要求1或2所述的聚合物乳液封堵剂，其中，式（ⅰ）中，r为碳原子数为3-18的烷基；

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的聚合物乳液封堵剂，其中，所述聚合物乳液封堵剂中还含有乳化剂；

5.一种聚合物乳液封堵剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括在引发剂存在下，在保护气氛中，使含有丙烯酸酯类软单体和乳化剂的乳化体系进行乳液聚合反应；

6.根据权利要求5所述的制备方法，其中，所述丙烯酸酯类软单体与乳化剂的质量比为（170-180）：（11-13），优选为（170-180）：（11.5-12.8）；

7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其中，所述乳化剂中，所述非离子型乳化剂与离子型乳化剂的质量比为3.2-4：1；

8.根据权利要求5-7中任意一项所述的制备方法，其中，所述引发剂以引发剂溶液的形式加入；

9.根据权利要求5-8中任意一项所述的制备方法，其中，所述乳化体系的ph值为8-9；

10.由权利要求5-9中任意一项所述的制备方法制得的聚合物乳液封堵剂。

11.权利要求1-4和10中任意一项所述的聚合物乳液封堵剂在钻井液领域中的应用。

12.一种钻井液，其特征在于，所述钻井液包含权利要求1-4和10中任意一项所述的聚合物乳液封堵剂和基液；

13.根据权利要求12所述的钻井液，其中，所述钻井液中，以所述基液的体积为100ml计，所述降滤失剂的含量为3-5g，优选为3.5-4.5g；

14.根据权利要求13所述的钻井液，其中，所述壳层的包覆率为60-100%，优选为80-100%；

15.根据权利要求13或14所述的钻井液，其中，所述氧空位型掺杂过渡金属氧化物包含过渡金属氧化物和掺杂金属氧化物；

16.根据权利要求13-15中的任意一项所述的钻井液，其中，所述核壳结构材料的平均粒径为50-2000nm，优选为50-500nm；

17.根据权利要求13-16中任意一项所述的钻井液，其中，所述核壳结构材料的制备方法包括以下步骤：

18.根据权利要求13-17中任意一项所述的钻井液，其中，所述氧空位型掺杂过渡金属氧化物的制备方法包括：使过渡金属源和掺杂金属源与过量多元羧酸溶液接触进行沉淀反应，对反应产物进行固液分离，得到的固体产物进行煅烧得到氧空位型掺杂过渡金属氧化物；

19.根据权利要求12-18中任意一项所述的钻井液，其中，以所述基液的体积为100ml计，所述钻井液乳化剂的含量2-7g；

20.根据权利要求19所述的钻井液，其中，所述多羟基低聚物的数均分子量为1800-5000 g/mol；

21.根据权利要求19或20所述的钻井液，其中，所述多羟基低聚物包含来自烷基酚的结构单元a和来自醇胺的结构单元b，两个相邻结构单元a之间通过碳原子数为1-6的亚烷基相连，且结构单元b通过碳原子数为1-6的亚烷基连接在结构单元a的苯环上；

22.根据权利要求19-21中任意一项所述的钻井液，其中，所述多胺基低聚物的数均分子量为4000-10000 g/mol；

23.根据权利要求19-22中任意一项所述的钻井液，其中，所述多羟基低聚物的制备方法包括：

24.根据权利要求19-23中任意一项所述的钻井液，其中，步骤（a）中，所述烷基酚和第一醛的摩尔比为1:0.5-0.8；

25.根据权利要求19-24中任意一项所述的钻井液，其中，步骤（b）中，所述醇胺与第二醛的摩尔比为1:0.9-1.05；

26.根据权利要求19-25中任意一项所述的钻井液，其中，所述多胺基低聚物的制备方法包括：

27.根据权利要求19-26中任意一项所述的钻井液，其中，步骤（a）中，所述烷基酚与第三醛的摩尔比为1:1-1.2；