一种钻井液用防塌剂及其制备方法与流程

本发明涉及防塌剂，具体为一种钻井液用防塌剂及其制备方法。

背景技术：

1、钻井液用防塌剂是用于提高钻井过程中井壁稳定性和防止地层坍塌的重要化学物质，在钻井作业中起着至关重要的作用。目前常用的沥青防塌剂主要是通过沥青颗粒在一定的井下温度和压力条件下软化变形，被挤入地层的孔隙和裂缝中，从而阻止水进入泥页岩，但这种物理封堵的防塌剂无法和岩石表面紧密吸附，防塌封堵效果差，且受限于沥青软化点温度的限制，无法满足高温条件下的深井钻井需求。因此如何避免这一现象，是解决问题的关键。如专利cn103980868b公布了一种钻井液用两性离子乳化沥青防塌剂，具有较好的存储稳定性和抗冻性，但其防塌效果和耐高温性还有待提升。

技术实现思路

1、（一）解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种钻井液用防塌剂及其制备方法。具有较好的防塌效果和耐高温性。

3、（二）技术方案

4、为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种钻井液用防塌剂，包括以下重量组分：14-18重量份的含硼季铵盐改性酚醛树脂、20-25重量份的含酯基环氧树脂改性聚丙烯酰胺、5-7重量份的天然沥青、8-10重量份的氯化钙；

5、优选的，所述含硼季铵盐改性酚醛树脂的制备方法，其中，包括以下步骤：

6、（1）向四氢呋喃溶剂中加入3-(二甲基氨基)苯硼酸、3-溴丙烯，搅拌混合，在78-90℃下回流加热2.5-3.5h，反应结束后，过滤、洗涤并干燥，得到中间体1；

7、（2）向反应器中加入苯酚、甲醛溶液，混合均匀后加入柠檬酸调节ph为2.5-3，在68-75℃下反应0.5-1h，向其加入中间体1，升温至90-100℃继续反应2.5-3h，反应结束后，加入氢氧化钠溶液调节ph为7，蒸馏水洗涤后，静置3-5h，吸出上层水层，下层真空干燥，得到中间体2；

8、（3）向n,n–二甲基甲酰胺溶剂中加入中间体2、2-巯基乙醇、二苯甲醚引发剂，在28-42℃下用365nm的紫外光照射，结束后离心分离，洗涤并干燥，得到中间体3；

9、（4）向丙酮溶剂中加入中间体3、通入氮气保护，加入三聚氯氰、氢化钠催化剂，搅拌混合，在15-25℃下反应2-4h，反应结束后，过滤，减压蒸馏，得到含硼季铵盐改性酚醛树脂。

10、优选的，所述步骤（1）中3-(二甲基氨基)苯硼酸、3-溴丙烯的质量比为1:0.7-0.9。

11、优选的，所述步骤（2）中甲醛溶液的质量分数为35-40%。

12、优选的，所述步骤（3）中紫外光照射时间为2-2.5h。

13、优选的，所述步骤（4）中中间体3、三聚氯氰、氢化钠的质量比为1:0.8-1.2:0.02-0.024。

14、优选的，所述含酯基环氧树脂改性聚丙烯酰胺的制备方法，其中，包括以下步骤：

15、s1.向二氯甲烷溶剂中加入顺丁烯二酸、3-氯-1,2-丙二醇、对甲苯磺酸催化剂，在75-95℃下加热回流1.5-3h，反应结束后，过滤，洗涤并干燥，得到中间体4；

16、s2.向n,n–二甲基甲酰胺溶剂中加入中间体4，双酚a型环氧树脂、氢氧化钾催化剂，搅拌混合，在30-50℃下反应1.5-2.5h，反应结束后，过滤，洗涤并干燥，得到含酯基环氧树脂；

17、s3.向去离子水中加入丙烯酰胺、丙烯酸，搅拌均匀，加入氢氧化钠调节溶液ph为7，缓慢滴加过硫酸铵引发剂，再加入含酯基环氧树脂，使其完全分散于水中，通入氮气保护，在45-55℃下反应8-12h，反应结束后，洗涤，真空干燥，得到含酯基环氧树脂改性聚丙烯酰胺。

18、优选的，所述s1中顺丁烯二酸、3-氯-1,2-丙二醇、对甲苯磺酸的质量比为1:1.2-1.3:0.04-0.06。

19、优选的，所述s2中中间体4，双酚a型环氧树脂、氢氧化钾的质量比为1:0.7-0.9:0.02-0.025。

20、优选的，所述s3中丙烯酰胺、丙烯酸、氢氧化钠、过硫酸铵、含酯基环氧树脂的质量比为1:0.4-0.48:0.03-0.05:0.2-0.4:0.8-0.84。

21、优选的，所述钻井液用防塌剂的制备方法为：将含硼季铵盐改性酚醛树脂、含酯基环氧树脂改性聚丙烯酰胺、天然沥青、氯化钙加入到反应器中，在转速1300-1500rmp下搅拌8-15min，得到钻井液用防塌剂。

22、（三）有益的技术效果

23、本发明通过将含硼季铵盐改性酚醛树脂、含酯基环氧树脂改性聚丙烯酰胺、天然沥青、氯化钙加入到反应器中搅拌，得到钻井液用防塌剂。

24、3-(二甲基氨基)苯硼酸中的叔胺和3-溴丙烯发生季铵化反应生成季铵盐，引入硼酸基和碳碳双键，得到中间体1，苯酚和甲醛发生缩聚反应得到酚醛树脂，中间体1中的硼酸基和酚醛树脂中的羟基反应，得到中间体2，中间体2中的碳碳双键和2-巯基乙醇中的巯基发生点击反应，引入了羟基，得到中间体3，中间体3中的羟基和三聚氯氰反应，形成醚键，得到含硼季铵盐改性酚醛树脂。顺丁烯二酸中的羧基和3-氯-1,2-丙二醇中的羟基反应，引入酯基和碳卤键，得到中间体4，中间体4中的碳卤键和双酚a型环氧树脂中的羟基反应，得到含酯基环氧树脂，含酯基环氧树脂作为疏水单体和丙烯酰胺、丙烯酸共聚，得到含酯基环氧树脂改性聚丙烯酰胺。

25、季铵盐带有的正电荷可以通过静电作用吸附到带负电的岩石表面，形成一层保护膜，从而提高岩石的稳定性和强度，防止地层因外力作用而崩塌，提高了防塌剂的防塌效果；硼氧键形成的三维网络结构通过共价键相互连接，形成稳定的框架，这种框架在高温下不易被破坏，提高了防塌剂的耐高温性；三聚氯氰能与防塌剂中的其他成分形成网络结构，且在高温下仍然保持稳定，能够提升防塌剂的粘结力和耐高温性，减少地层坍塌的风险，使其能够在高温钻井环境中保持防塌剂的性能；酯基水解后生成的羟基和羧基，可以使聚合物之间发生交联，提高防塌剂的稳定性和机械强度，从而提高防塌效果；环氧树脂能显著提高防塌剂的粘度，有助于形成更为致密的泥饼，进一步封闭地层孔隙和裂缝，提高了防塌剂的封堵效果，还有助于稳定井壁，防止地层碎片的脱落和塌陷，进而提高了防塌效果。

技术特征：

1.一种钻井液用防塌剂，其特征在于，包括以下重量组分：14-18重量份的含硼季铵盐改性酚醛树脂、20-25重量份的含酯基环氧树脂改性聚丙烯酰胺、5-7重量份的天然沥青、8-10重量份的氯化钙；

2.根据权利要求1所述的钻井液用防塌剂，其特征在于，所述步骤（1）中3-(二甲基氨基)苯硼酸、3-溴丙烯的质量比为1:0.7-0.9。

3.根据权利要求1所述的钻井液用防塌剂，其特征在于，所述步骤（2）中甲醛溶液的质量分数为35-40%。

4.根据权利要求1所述的钻井液用防塌剂，其特征在于，所述步骤（3）中紫外光照射时间为2-2.5h。

5.根据权利要求1所述的钻井液用防塌剂，其特征在于，所述步骤（4）中中间体3、三聚氯氰、氢化钠的质量比为1:0.8-1.2:0.02-0.024。

6.根据权利要求1所述的钻井液用防塌剂，其特征在于，所述含酯基环氧树脂改性聚丙烯酰胺的制备方法，其中，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的钻井液用防塌剂，其特征在于，所述s1中顺丁烯二酸、3-氯-1,2-丙二醇、对甲苯磺酸的质量比为1:1.2-1.3:0.04-0.06。

8.根据权利要求6所述的钻井液用防塌剂，其特征在于，所述s2中中间体4，双酚a型环氧树脂、氢氧化钾的质量比为1:0.7-0.9:0.02-0.025。

9.根据权利要求6所述的钻井液用防塌剂，其特征在于，所述s3中丙烯酰胺、丙烯酸、氢氧化钠、过硫酸铵、含酯基环氧树脂的质量比为1:0.4-0.48:0.03-0.05:0.2-0.4:0.8-0.84。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的钻井液用防塌剂的制备方法，其特征在于，所述钻井液用防塌剂的制备方法为：将含硼季铵盐改性酚醛树脂、含酯基环氧树脂改性聚丙烯酰胺、天然沥青、氯化钙加入到反应器中，在转速1300-1500rmp下搅拌8-15min，得到钻井液用防塌剂。

技术总结
本发明涉及防塌剂技术领域，且公开了一种钻井液用防塌剂及其制备方法。本发明通过将含硼季铵盐改性酚醛树脂、含酯基环氧树脂改性聚丙烯酰胺、天然沥青、氯化钙加入到反应器中搅拌，得到钻井液用防塌剂。季铵盐在岩石表面形成一层保护膜，防止地层因外力作用而崩塌，提高了防塌效果；硼氧键形成的三维网络结构在高温下不易被破坏，提高了耐高温性；三聚氯氰形成的网络结构，在高温下仍然稳定，提高了防塌剂的粘结力和耐高温性；酯基水解后生成的羟基和羧基，可以使聚合物之间发生交联，从而提高防塌效果；环氧树脂能提高防塌剂的粘度，有助于形成更为致密的泥饼，提高了防塌剂的封堵效果，还有助于稳定井壁，提高了防塌效果。

技术研发人员：王树永,缪江玉,臧运刚,王新强
受保护的技术使用者：山东得顺源石油科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/10/24