[发明专利]一种雾化钻井用阳离子聚合物防塌剂

说明书

技术领域：

本发明涉及一种雾化钻井用阳离子聚合物防塌剂，属于高分子材料制备领域，特别是涉及一种雾化钻井用防塌剂。

背景技术：

雾化钻井是在气体钻井钻遇地层水采用的技术手段，能有效解决地层出水后的钻具泥包、卡钻等问题。但是雾化钻井技术存在井壁稳定时间短，安全作业时间仅为3～5d。雾化钻井属于欠平衡钻井，需从化学的角度提高雾化钻井流体的抑制防塌能力，抑制泥页岩的水化膨胀。国内外雾化钻井一般是选用水基钻井液所用的防塌剂。国外空气雾化钻井最初主要借助所加起泡剂自身的水化抑制性或再添加KCl来稳定井壁；80年代以后选用聚合物稳定剂，主要为聚丙烯酰胺、聚阴离子纤维素、聚丙烯酸酯及阳离子聚胺等。国内空气雾化钻井使用的雾化防塌剂种类单一，主要包括KCl、大分子包被剂、含阳离子单体的聚合物防塌剂等。专利CN101747878A介绍了一种雾化泡沫液，防塌剂为抗高温硅氟防塌剂；专利CN101906294A介绍了气体钻井地层出水条件下井壁保护剂，主要为甲基硅醇钾、水解聚丙烯钠盐和硅酸钠的复合物。此类防塌剂须平衡钻井液抑制性与钻井液胶体稳定性之间的矛盾，因而其抑制能力有限。

发明内容：

本发明内容的目的在于解决现有雾化钻井技术中存在的井壁稳定时间短、抑制防塌能力不足的缺陷，提供了一种抑制防塌性能好，制备工艺简单，成本低的雾化钻井用阳离子聚合物防塌剂。

本发明是通过下述技术方案加以实现：

本发明由有机酰胺类单体A、N-取代酰胺类单体B、阳离子单体C按（60～80）：（10～20）：（10～20）的质量百分比，在引发剂和pH值调节剂的作用下共聚而成。

上述有机酰胺类单体A为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺中的一种或两种。

上述N-取代丙烯酰胺类单体B为N,N-二甲基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺中的一种或两种。

上述阳离子单体C为二甲基二烯丙基氯化铵、烯丙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵中的一种或两种。

所述的引发剂是氧化还原引发剂，氧化剂是过硫酸钾或过硫酸铵的一种，还原剂是亚硫酸氢钠。

所述聚合物防塌剂是由以下步骤制备的：将有机酰胺类单体A、N-取代酰胺类单体B、阳离子单体C按照（60～80）：（10～20）：（10～20）的质量配比溶于适量水中，通过40%的氢氧化钠溶液调节pH值在9.0～11.0，不断搅拌下慢慢加入引发剂，引发温度在20～60℃，反应时间0.5～2h，产物经剪切造粒，于60℃下烘干、粉碎，即得。

本发明的有益效果是制备工艺简单，操作方便，所得产品0.5%水溶液72h二次页岩回收率大于90%、饱和吸附量大于100.0mg/g，产品具有强抑制、强吸附的能力，作为雾化钻井流体的防塌剂，能够有效抑制泥页岩的水化膨胀，提高雾化钻井井壁稳定性，延长雾化安全作业时间，充分发挥气体钻井技术优势。

具体实施方式：

实施例1：150g水中加入70g丙烯酰胺、20g N,N-二甲基丙烯酰胺，10g二烯丙基二甲基氯化铵，充分溶解后用40%的氢氧化钠溶液调节pH值至9，分别加入0.5g过硫酸铵和0.5g亚硫酸氢钠，在30℃下反应时间0.5h，得到凝胶聚合物，经剪切、造粒，于60℃下烘干、粉碎，得雾化钻井用阳离子聚合物防塌剂。

实施例2：100g水中加入60g丙烯酰胺、15g N,N-二甲基丙烯酰胺，5g N异丙基丙烯酰胺，10g二烯丙基二甲基氯化铵，10g甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，充分溶解后用40%的氢氧化钠溶液调节pH值至10，分别加入0.5g过硫酸铵和0.5g亚硫酸氢钠，在20℃下反应时间1h，得到凝胶聚合物，经剪切、造粒，于60℃下烘干、粉碎，得雾化钻井用阳离子聚合物防塌剂。

实施例3：120g水中加入70g丙烯酰胺，15gN-异丙基丙烯酰胺，15g二烯丙基二甲基氯化铵，充分溶解后用40%的氢氧化钠溶液调节pH值至11，分别加入0.5g过硫酸铵和0.5g亚硫酸氢钠，在60℃下反应时间2h，得到凝胶聚合物，经剪切、造粒，于60℃下烘干、粉碎，得雾化钻井用阳离子聚合物防塌剂。

其他具体实施例按照表1给出组分进行配制。

表1具体实施例组分列表（单位：g）

表2实施例的性能指标

由表2可知，本发明0.5%水溶液72h二次页岩回收率大于90%，饱和吸附量高于100mg/g，常温下溶解性好，抑制防塌能力强。