一种抗高温抗盐钙水基钻井液用胺基聚合物降滤失剂及其制备方法和应用技术领域
本发明涉及钻井液技术领域，特别是指一种抗高温抗盐钙水基钻井液用胺基聚合
物降滤失剂及其制备方法和应用，该胺基聚合物降滤失剂适用于石油油气钻井过程钻遇深
部高温高压地层的钻井液中。
背景技术
由于我国石油与天然气资源需求的迅速增加和浅地层油气能源的日趋枯竭，深地
层油气能源的开发是我国石油工业未来发展的主要出路，其中必不可少的是深井、超深井
钻探技术。抗高温水基钻井流体技术是钻探高温深井的关键技术，一直是世界难题。
在深井钻探过程中，由于地温梯度作用，垂深越深，下部井筒内温度越高。加上钻
井液在井下停留及循环的时间也延长。因此要求钻井液处理在高温下保持良好的性能。另
外深井、超深井多遇复杂地层，如盐层、盐膏层或高压盐水层等。盐钙侵入会影响钻井液性
能。高温下盐钙入侵的影响会加剧。因此，要求钻井液降滤失剂可以抗高温、抗盐钙污染。
聚合物类降滤失剂的分子量往往偏高，在低密度钻井液中使用对钻井液的流变性
影响较小。但在高密度钻井液中使用，因钻井液的固相含量高，加上遇到泥页岩造浆地层，
导致胺基聚合物降滤失剂很难加入到钻井液中，即使加入少量降滤失剂，也会导致钻井液
的黏度切力大幅度上升，钻井液流变性能起伏大，最后不能使用这类降滤失剂。因此，研究
抗高温、抗盐钙钻井液用胺基降滤失剂具有迫切的现实意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钻井液用抗高温抗盐钙的胺基聚合物降滤失剂，该降
滤失剂有良好的抗温性能(抗温能力达到180℃)，抗盐钙能力强，对钻井液的粘度效应低。
本发明的另一个目的是提供该胺基聚合物降滤失剂的制备方法，该方法操作简
单，条件温和，收率较高。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种抗高温抗盐钙水基钻井液用胺基聚合物降滤失剂，该胺基聚合物降滤失剂的
结构通式如下：
其中，m＝40％～45％，n＝40％～45％，p＝1-m-n-q，q＝8％～10％，K为9～20，m，
n，p，q表示摩尔百分含量。
作为优选地，所述胺基聚合物降滤失剂主要由丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙
磺酸、烯丙基聚乙二醇、三羟乙基烯丙基溴化铵为原料制备而成，丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-
2-甲基丙磺酸、烯丙基聚乙二醇、三羟乙基烯丙基溴化铵的摩尔比为8.1～20.2：9～15.2：
2.1～4.3：8～10，且烯丙基聚乙二醇的分子量为400～1000之间。
上述抗高温抗盐钙水基钻井液用胺基聚合物降滤失剂的制备方法，包括如下步
骤：
(1)按丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、烯丙基聚乙二醇、三羟乙基烯丙基
溴化铵的摩尔比为8.1～20.2：9～15.2：2.1～4.3：8～10称取单体原料；
(2)将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶于去离子水中，调节溶液pH值至7～8，然后
依次将丙烯酰胺、烯丙基聚乙二醇、三羟乙基烯丙基溴化铵加入溶液中，搅拌溶解均匀，并
加入分子量调节剂，通氮气排氧；
(3)通氮气30分钟后升温至40℃～60℃，加入引发剂，至总单体浓度为12.5％～
25％，反应4～6小时得到凝胶溶液；
(4)将凝胶溶液溶用有机溶剂中提取，提纯后剪切造粒烘干粉碎，即得四元共聚产
物。
作为优选地，所述步骤(2)中，调节pH值通过加入氢氧化钾溶液实现。
作为优选地，所述步骤(2)中，分子量调节剂为C3～C12硫醇类化合物或异丙醇中的
至少一种，其添加量为聚合单体总量的0.1wt％～1.0wt％。
作为优选地，所述步骤(3)中，引发剂为氧化还原引发体系，且引发剂中的氧化剂
选自过硫酸钾、过硫酸铵、双氧水中的至少一种；引发剂中的还原剂选自亚硫酸氢钠、硫代
硫酸钠、四甲基乙二胺中的至少一种，引发剂的添加量为丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基
丙磺酸、烯丙基聚乙二醇、三羟乙基烯丙基溴化铵总质量的0.2wt％～0.6wt％。
作为优选地，所述步骤(4)中的有机溶剂为无水乙醇。
本发明还提出了上述胺基聚合物降滤失剂在钻井液中的应用。
本发明制得的降滤失剂的分子结构上具有酰胺基、醚键、羟基、季铵基等吸附基团
可以有效吸附在黏土颗粒上，同时，水化基团磺酸基、羟基能给黏土颗粒带来吸附水化层，
增强了分散体系的空间稳定性，有效抑制了微细颗粒的聚结，形成致密的泥饼，从而达到降
滤失的效果。
阳离子季铵基团与表面带负电荷的粘土颗粒间不仅存在范得华力，还具有更强的
静电引力，因此可以牢固的吸附在黏土颗粒表面上，即使在高温下也不容易解吸附。另外，
季铵离子基团在水中可以完全电离，可以增加聚合物分子链在水溶液中的伸展程度。聚氧
乙烯基的长侧链产生的空间位阻，可增强主链的刚性，不易蜷缩和缠绕，也会降低酰胺基水
解速度，从而提高聚合物的抗温性能。磺酸基具有良好的稳定性，对高温作用及外界阳离子
进攻不敏感，有利于增强共聚物的抗高温、抗盐钙性能。胺基聚合物降滤失剂是以碳碳主链
为骨架，大分子侧链作为支链，减缓了降滤失剂在高温下的降解，有利于高温下发挥其降滤
失的作用。
胺基聚合物降滤失剂的分子量适中，加入后未对钻井液的粘度造成较大影响。即
时加入重晶石等加重剂提高钻井液的密度时，钻井液的粘度增幅不大。
附图说明
图1为本发明的降滤失剂的红外光谱分析图。
具体实施方式
为让本领域的技术人员更加清晰直观的了解本发明，下面将结合附图，对本发明
作进一步的说明。
实施例1
一种抗高温抗盐钙水基钻井液用胺基聚合物降滤失剂，由丙烯酰胺、2-丙烯酰胺
基-2-甲基丙磺酸、烯丙基聚乙二醇、三羟乙基烯丙基溴化铵为原料制备而成，丙烯酰胺、2-
丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、烯丙基聚乙二醇、三羟乙基烯丙基溴化铵的摩尔比为8.1～
20.2：9～15.2：2.1～4.3：8～10，其反应式为：
其中，m＝40％～45％，n＝40％～45％，p＝1-m-n-q，q＝8％～10％，且烯丙基聚乙
二醇的分子量为400～1000之间，K为9～20，m，n，p，q表示摩尔百分含量。
该胺基聚合物降滤失剂的制备方法包括如下步骤：按丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-
甲基丙磺酸、烯丙基聚乙二醇、三羟乙基烯丙基溴化铵的摩尔比为8.1～20.2：9～15.2：2.1
～4.3：8～10称取单体原料；将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶于去离子水中，用氢氧化钾
溶液的pH值至7～8，倒入反应容器后依次投入丙烯酰胺、烯丙基聚乙二醇、三羟乙基烯丙基
溴化铵，搅拌溶解均匀；加入C3～C12硫醇类化合物或异丙醇的分子量调节剂，其添加量为聚
合单体总量的0.1wt％～1.0wt％，然后通氮气排氧；通氮气30分钟后升温至40℃～60℃，加
入氧化还原引发体系的引发剂，其添加量为原料总质量的0.2wt％～0.6wt％，使总单体浓
度为12.5％～25％，反应4～6小时得到凝胶溶液；将凝胶溶液用无水乙醇洗涤提纯，剪切造
粒烘干粉碎，即得四元共聚产物。
实施例2所得的胺基聚合物降滤失剂的结构表征
由图1可知，1044.28cm-1为-SO3-的特征吸收峰，说明聚合产物的分子结构中含有
磺酸基团；2920.67cm-1为CH2基团的弯曲振动吸收峰；1660.47cm-1为酰胺基的C＝O伸缩振动
吸收峰；1544.04cm-1为仲酰胺-CONH-基团中的N-H键弯曲振动和C-N键的伸缩振动吸收峰；
1397.41cm-1处为-CH3的特征吸收峰；1277.38cm-1处为C-N伸缩振动吸收峰；982.24cm-1处为
RCH＝CH2中＝C-H的弯曲振动峰；3400.21cm-1为非缔合N-H收缩振动吸收峰；1174.31cm-1处
有特征吸收峰，说明产物分子中含有醚氧基。3262.82cm-1为羟基的伸缩振动峰，954.26cm-1
为季铵盐离子N+伸缩振动吸收峰。1444.04cm-1为-CH2的伸缩振动峰。说明产物分子中含有
TAAC。此外，在1680～1620cm-1无碳碳双键的特征吸收峰，说明聚合反应完全。分析聚合物的
红外光谱图，聚合物分子链中含有设计的官能团，据此可知，目标产物结构与分子结构设计
相符。
实施例3所得的胺基聚合物降滤失剂的水溶液性能研究
表1：胺基聚合物降滤失剂的流变性
降滤失剂添加量(wt％)
0.5
1.0
1.5
2
表观粘度(mPa·s)
2.5
4.5
7.0
8.5
塑性粘度(mPa·s)
2.0
4.0
6.5
8.5
由表1中可以看出，随着降滤失剂添加量的增多，聚合物溶液的黏度逐渐增加。当
溶液浓度为2％时，其表观黏度和塑性黏度仅为8.5mPa·s，说明降滤失剂的提粘作用有限。
实施案例4胺基聚合物降滤失剂的钻井液性能研究
基浆：在1000ml温水中加入4％的钙膨润土(符合石油天然气行业标准SY/T 5060-
93的规定)，搅拌后加入2.4g纯碱，高速搅拌2h，于室温下养护24h，即得基浆。
依次称取不同量的降滤失剂，溶于400ml淡水膨润土浆中，高速搅拌20min后，密闭
养护24h，在180℃条件下热滚16小时后取出，冷却至室温后，测试其流变性、API滤失量和高
温高压(HTHP)滤失量。结果如表2所示。
表2：胺基聚合物降滤失剂加量对钻井液流变性及滤失性能的影响
由实验数据可知，胺基聚合物降滤失剂的加入可以有效的降低淡水基浆的失水
量，随着温度的增加，API滤失量和高温高压(HTHP)滤失量逐渐减少。
通过对比表观黏度和塑性黏度可知，随着共聚物浓度的增加，钻井液的表观黏度
和塑性黏度逐渐增加，但增加幅度不大，说明共聚物对钻井液体系的黏度影响较小。
实施案例5胺基聚合物降滤失剂的钻井液性能研究
在基浆中加入1.5wt％的降滤失剂，充分搅拌均匀后，加入一定质量的重晶石加重
剂，使用密度计测定其密度，并测定加重钻井液的各项性能参数。结果如表3所示。
表3：降滤失剂浓度为1.5wt％钻井液的流变性与滤失性能
表3可知，降滤失剂的加入并没有大幅度增加钻井液的表观黏度和塑性黏度。即使
在加重钻井液中，降滤失剂的加入也没有引起钻井液粘度的激增。
实施案例6胺基聚合物降滤失剂的抗盐性能研究
在基浆中加入1.5wt％的降滤失剂，充分搅拌均匀后，加入不同浓度的NaCl，研究
胺基聚合物降滤失剂的抗盐性能。结果如表4所示。
表4：胺基聚合物降滤失剂的抗盐性能
由表中可以看出，钻井液老化前后的黏度随着NaCl的增加而减少。电解质的加入
压缩双电层，粘土颗粒容易发生聚结，钻井液的分散度降低，因此宏观表现为钻井液粘度降
低。钻井液的API滤失量随NaCl的增加而增加，但未出现恶性滤失，因此可以说明胺基聚合
物降滤失剂具有较强的抗盐能力。因为磺酸基团的负离子很稳定，受外界金属离子的影响
较小，因而抗盐性较强。同时，磺酸基团和聚氧乙烯基侧链具有很强的亲水性即便在电解质
环境中仍可以给粘土带来足够的水化膜，保证钻井液体系具有较好的抗盐性能。
实施案例7胺基聚合物降滤失剂的抗钙性能研究
在基浆中加入1.5wt％的降滤失剂，充分搅拌均匀后，加入不同浓度的CaCl2，研究
胺基聚合物降滤失剂的抗钙性能。结果如表5所示。
表5：胺基聚合物降滤失剂的抗钙性能
从表中可以看出钻井液的粘度随CaCl2浓度的增加而减少，API滤失量增加。说明
CaCl2的加入加剧了黏土颗粒的聚结，钻井液的分散度降低。但未出现恶性滤失，说明聚合
物钻井液具有良好的抗钙性能。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在
本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因
此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。