[发明专利]一种水基钻井液用阳离子防塌剂及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种水基钻井液用阳离子防塌剂及其制备方法与应用。所述阳离子防塌剂包括以下质量份数的原料：丙烯酰胺6‑10份、阳离子单体1.5‑2.5份、疏水单体1‑2份、改性二氧化硅0.3‑0.5份、引发剂0.1‑0.3份、乙醇30‑50份。本发明还提供了上述阳离子防塌剂的制备方法。本发明所得水基钻井液用阳离子防塌剂具有抑制性强，泥页岩滚动回收率高，能将页岩表面润湿性由液润湿性反转为强疏水性，有效阻抑制页岩黏土矿物水化膨胀的优点。

技术领域

本发明涉及一种水基钻井液用阳离子防塌剂及其制备方法与应用，属于石油工业的油田化学领域。

背景技术

页岩气是我国油气增储上产的重要增长点。页岩地层非均质性强，各向异性突出，黏土矿物含量高，页岩气钻井过程中，在页岩自身作用力和钻井液的影响下，页岩井壁的黏土、矿物质和水体之间形成不良反应，导致黏土矿物水化膨胀，井壁附近岩石强度降低，进而导致井壁失稳、卡钻等井下复杂情况。目前页岩气长水平段钻井一般采用具有良好抑制性的油基钻井液，但其成本高、环保性差及后期处理困难等缺点制约了其大规模应用。高性能页岩气水基钻井液有望实现对油基钻井液的替代。

阳离子防塌剂是高性能水基钻井液的重要组成部分，是防止钻井过程中井壁坍塌的主要材料。阳离子防塌剂主要通过电荷中和作用降低页岩表面的负电荷，进而抑制页岩水化，达到稳定井壁的作用，部分阳离子防塌剂还可通过静电作用在页岩表面吸附，使页岩表面润湿反转，进一步降低页岩的水化作用，增强防塌效果。目前，阳离子防塌剂普遍存在与钻井液配伍性差的问题，导致钻井液滤失量增加、流变性变差；部分阳离子防塌剂的润湿反转效果不足，抑制页岩表面水化作用不足。

中国专利文件CN112877041A(申请号202110064041.7)提供了一种纳米有机硅成膜疏水页岩表面水化抑制剂及其制备方法与应用，该抑制剂由长链有机硅和表面活性剂对纳米颗粒进行疏水改性制得，该抑制剂可在岩心表面形成一层致密的疏水膜，从而抑制页岩表面水化分散，但该抑制剂与钻井液的配伍性不理想，添加该抑制剂后，钻井液的常温常压滤失量由22mL增至30mL，滤失量的增加不利于井壁稳定。中国专利文件 CN112920783A(申请号201911231259.6)提供了一种钻井液用润湿反转抑制剂及其制备方法，抑制剂的合成原料包括：烷基化异氰酸酯和氨基硅烷偶联剂，其可与黏土矿物发生化学吸附，改变水敏性黏土矿物表面的润湿性，从而抑制页岩表面水化。但是该抑制剂存在以下的缺点：1、无法有效抑制泥页岩的水化膨胀，0.5％该抑制剂处理后，线性膨胀率仍达40％以上，页岩滚动回收率由12％提高到约82％；2、润湿反转性能不足，添加0.5％该抑制剂处理后，水相接触角由20°增至76°。

因此，亟需制备一种具有强抑制性能且与钻井液具有良好配伍性的新型水基钻井液用阳离子防塌剂。

发明内容

针对现有技术的不足，尤其是针对现有水基钻井液用阳离子防塌剂普遍存在与钻井液配伍性差，润湿反转效果和抑制页岩表面水化作用较差的不足，本发明提供了一种水基钻井液用阳离子防塌剂及其制备方法与应用。本发明的阳离子防塌剂可有效降低黏土负电荷，显著改变岩石表面润湿性，有效抑制页岩水化膨胀，防止钻井过程中井壁坍塌，且与钻井液具有良好的配伍性。

本发明的技术方案如下：

一种水基钻井液用阳离子防塌剂，包括以下质量份数的原料：丙烯酰胺6-10份、阳离子单体1.5-2.5份、疏水单体1-2份、改性二氧化硅0.3-0.5份、引发剂0.1-0.3份、乙醇30-50份。

根据本发明优选的，所述的阳离子单体为二甲基二烯丙基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵中的一种或两种以上的组合。

根据本发明优选的，所述的疏水单体为丙烯酸丁酯、丙烯酸十二酯或马来酸二辛酯。

根据本发明优选的，所述的引发剂为过硫酸铵。