本發(fā)明屬于石油鉆井
技術領域：
，具體涉及一種適用于霧化鉆井的陽離子防塌霧化液及其制備方法。
背景技術：
：氣體鉆井是以氣體作為循環(huán)介質代替鉆井液的鉆井技術，與鉆井液鉆井相比可極大的保護儲層、大幅度提高機械鉆速、有效減少井漏等井下復雜，但也存在地層出水后的井壁失穩(wěn)、泥包卡鉆及巖屑攜帶等問題，從而成為推廣氣體鉆井的瓶頸。霧化鉆井技術的出現(xiàn)解決了上述問題、保持了氣體鉆井的優(yōu)勢，但存在適用出水量較低(＜30m3/h)，井壁穩(wěn)定時間短(3～5d)等難題。霧化鉆井屬欠平衡鉆井，故力學防塌技術措施受到限制，需要從化學的角度提高霧化鉆井流體的抑制防塌能力，使霧化液保持良好的抑制性來減少水化作用，補償循環(huán)流體密度低的影響。目前解決這一問題的方法是在霧化鉆井流體中加入與之相匹配的抑制劑來抑制泥頁巖的水化膨脹。但一方面現(xiàn)有可使用的霧化防塌劑劑種單一，另外霧化鉆井施工中使用的抑制防塌劑必須考慮平衡提高鉆井液抑制性與保持鉆井液膠體穩(wěn)定性之間的矛盾，故現(xiàn)有采用水基鉆井液所用的處理劑，包括KCl、大分子包被劑、含陽離子單體的聚合物防塌劑等的方式抑制能力非常有限。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種陽離子防塌霧化液，可解決現(xiàn)有霧化鉆井施工中 使用的抑制防塌劑不能有效抑制泥頁巖的水化膨脹的問題，可延長霧化鉆井安全作業(yè)時間，提高霧化鉆井適應地層出水量，發(fā)揮氣體鉆井的技術優(yōu)勢。為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案如下：一種陽離子防塌霧化液，所述陽離子防塌霧化液的質量百分組成如下：發(fā)泡劑0.1～0.5％、陽離子包被絮凝劑0.03～0.10％、陽離子井壁穩(wěn)定劑0.3～0.7％，余量為水；所述防塌霧化液的pH值為8～10。所述的發(fā)泡劑選自非離子表面活性劑和/或陽離子表面活性劑中的一種或兩種以上的混合物。優(yōu)選的，所述的發(fā)泡劑選自烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)、十二烷基三甲基溴化銨或十六烷基三甲基溴化銨中的一種或兩種以上的混合物。霧化液中的發(fā)泡劑能促使基液產生泡沫。發(fā)泡劑的使用量應控制在0.1～0.5％，當少于0.1％時，發(fā)泡能力變差，不能滿足霧化鉆井需求；當大于0.5％時，發(fā)泡能力強，泡沫半衰期長，不能霧化鉆井。發(fā)泡劑添加量優(yōu)選控制在0.2％。所述陽離子包被絮凝劑選自有機酰胺類單體、N-烷基取代酰胺類單體與下列之一的單體共聚所得的產物，共聚產物的相對分子質量大于1000萬：甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、丙烯酸二甲胺基乙酯或甲基丙烯酸二甲胺基乙酯；共聚條件為在pH值調節(jié)劑和引發(fā)劑作用下于20～25℃恒溫10～16h。所述陽離子包被絮凝劑起到穩(wěn)定泡沫、抑制防塌、絮凝霧化污水，提高霧化基液循環(huán)利用率的目的，其相對分子質量大于1000萬。其加量大于0.1％時，發(fā)泡能力降低、泡沫半衰期延長，不利于霧化鉆井，也不利于井口消泡，增加 了鉆井成本。所述陽離子井壁穩(wěn)定劑為有機酰胺類單體、N-烷基取代酰胺類單體與二甲基二烯丙基氯化銨或烯丙基三甲基氯化銨在引發(fā)劑和pH值調節(jié)劑作用下常溫共聚所得的產物，共聚產物的相對分子質量在200～300萬。所述陽離子井壁穩(wěn)定劑起到抑制防塌，強化霧化鉆井流體的抑制、吸附和包被性能，提高霧化鉆井適用地層出水量，延長霧化鉆井安全作業(yè)時間的作用。其相對分子質量為200～300萬，能被吸附于黏土表面阻止水分子進入并水化黏土，加量為0.3％～0.7％。隨著加量的增加，其抑制防塌能力提高。鉆遇砂泥巖互層或出水量大的地層應相應提高陽離子井壁穩(wěn)定劑的加量。所述的pH值調節(jié)劑為氫氧化鈉或氫氧化鉀、引發(fā)劑是氧化或還原引發(fā)劑，所述的氧化劑為過硫酸鉀或過硫酸銨，還原劑是亞硫酸氫鈉。所述陽離子防塌霧化液的制備方法如下：在常溫常壓下，先將陽離子包被絮凝劑、陽離子井壁穩(wěn)定劑溶于適量水中，于4000r/min～6000r/min下攪拌10～20min，室溫靜置16h～24h，使其充分溶解后加入發(fā)泡劑，混合攪拌均勻，即得本發(fā)明的陽離子防塌霧化液。本發(fā)明提供的陽離子防塌霧化液的關鍵在于選擇陽離子型聚合物為其主要成分，具有強抑制、強吸附、強包被成膜性能。其強化了霧化鉆井流體的強抑制防塌能力，霧化液線性膨脹降低率達69.2％，48h陽離子防塌霧化液二次頁巖回收率大于95％，霧化基液被清水稀釋10倍后，頁巖回收率達95.0％，不會因鉆井液被地層水稀釋或氣液轉換時抑制劑嘗試降低或發(fā)生改變而加劇泥頁巖水化；霧化鉆井井壁穩(wěn)定時間由3～5d延長至8～11d；適應地層出水量由30m3/h提高至55m3/h；霧化液循環(huán)利用率達92.0％，保持了空氣鉆井鉆遇 出水地層的提速優(yōu)勢。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點：本發(fā)明陽離子防塌霧化液具有強抑制、強吸附、強包被成膜性能，有效抑制泥頁巖的水化膨脹，延長霧化鉆井安全作業(yè)時間，提高霧化鉆井適應地層出水量，有利于發(fā)揮氣體鉆井的技術優(yōu)勢。具體實施方式實施例1一種陽離子防塌霧化液，所述陽離子防塌霧化液的質量百分組成如下：發(fā)泡劑0.3％、陽離子包被絮凝劑0.05％、陽離子井壁穩(wěn)定劑0.5％，余量為水；所述陽離子防塌霧化液的pH值為8。所述發(fā)泡劑為烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)；陽離子包被絮凝劑為丙烯酰胺、N,N－二甲基丙烯酰胺和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨共聚產物；陽離子井壁穩(wěn)定劑為丙烯酰胺、N,N－二甲基丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化銨共聚產物。陽離子防塌霧化液的制備方法如下：在常溫常壓下，先將陽離子包被絮凝劑、陽離子井壁穩(wěn)定劑溶于500ml水中，于4000r/min條件下攪拌20min，室溫靜置16h，使其充分溶解后加入發(fā)泡劑，混合攪拌均勻，即得本發(fā)明的陽離子防塌霧化液。實施例2一種陽離子防塌霧化液，所述陽離子防塌霧化液的質量百分組成如下：發(fā)泡劑0.4％、陽離子包被絮凝劑0.03％、陽離子井壁穩(wěn)定劑0.5％，余量為水；所述防塌霧化液的pH值為9。發(fā)泡劑為烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)和十二烷基三甲基溴化銨，兩者質量比例為1：1；陽離子包被絮凝劑為丙烯酰胺、N,N－二乙基丙烯酰胺和丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨共聚產物；陽離子井壁穩(wěn)定劑為丙烯酰胺、N,N－二乙基丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化銨共聚產物。陽離子防塌霧化液的制備方法如下：在常溫常壓下，先將陽離子包被絮凝劑、陽離子井壁穩(wěn)定劑溶于500ml水中，于6000r/min轉下攪拌10min，室溫靜置24h，使其充分溶解后加入發(fā)泡劑，混合攪拌均勻，即得本發(fā)明的陽離子防塌霧化液。實施例3一種陽離子防塌霧化液，所述陽離子防塌霧化液的質量百分組成如下：發(fā)泡劑0.5％、陽離子包被絮凝劑0.05％、陽離子井壁穩(wěn)定劑0.5％，余量為水；所述防塌霧化液的pH值為10。發(fā)泡劑為十六烷基三甲基溴化銨；陽離子包被絮凝劑為丙烯酰胺、N,N－二甲基丙烯酰胺和丙烯酸二甲胺基乙酯共聚產物；陽離子井壁穩(wěn)定劑為丙烯酰胺、N,N－二乙基丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化銨共聚產物。陽離子防塌霧化液的制備方法如下：在常溫常壓下，先將陽離子包被絮凝劑、陽離子井壁穩(wěn)定劑溶于400ml水中，于5000r/min轉下攪拌20min，室溫靜置20h，使其充分溶解后加入發(fā)泡劑，混合攪拌均勻，即得本發(fā)明的陽離子防塌霧化液。實施例4一種陽離子防塌霧化液，所述陽離子防塌霧化液的質量百分組成如下：發(fā)泡劑0.5％、陽離子包被絮凝劑0.04％、陽離子井壁穩(wěn)定劑0.5％，余量為水； 所述陽離子防塌霧化液的pH值為8。發(fā)泡劑為烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)和十六烷基三甲基溴化銨，兩者質量比例為1：1；陽離子包被絮凝劑為丙烯酰胺、N,N－二甲基丙烯酰胺和甲基丙烯酸二甲胺基乙酯共聚產物；陽離子井壁穩(wěn)定劑為丙烯酰胺、N,N－二乙基丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化銨共聚產物。陽離子防塌霧化液的制備方法如下：在常溫常壓下，先將陽離子包被絮凝劑、陽離子井壁穩(wěn)定劑溶于500ml水中，于4000r/min轉下攪拌20min，室溫靜置18h，使其充分溶解后加入發(fā)泡劑，混合攪拌均勻，即得本發(fā)明的陽離子防塌霧化液。對比例：對比例霧化液的組成：發(fā)泡劑0.3％、陰離子包被絮凝劑0.03％，余量為水；所述防塌霧化液的pH值為8。本發(fā)明對所得陽離子防塌霧化液和對比例進行了室內實驗：1、陽離子防塌霧化液發(fā)泡能力常溫條件下，在攪拌杯中加入100mL陽離子防塌霧化液，高速(10000r/min以上)攪拌60s后，立即倒入量筒中讀取泡沫體積，表示發(fā)泡劑的起泡能力，記錄泡沫中析出50mL液體所需時間，即泡沫的半衰期。實施例1-4以及對比例獲得的陽離子防塌霧化液對應的數(shù)據詳見表1。表1陽離子防塌霧化液發(fā)泡能力由表1可知，陽離子防塌霧化液泡沫體積為400～600mL，半衰期為5min～8min，滿足霧化鉆井需求。2、陽離子防塌霧化液抑制防塌能力a)頁巖回收率取2.0～3.8mm頁巖于(105±3)℃下烘至恒重，降至室溫。稱取50g頁巖(G0)放入實施例1-4以及對比例分別制得的陽離子防塌霧化液中于90℃下滾動16h，降溫后取出，用孔徑0.42mm篩回收巖芯，于(105±3)℃下烘至恒重，降至室溫稱回收巖芯質量(G1)；將回收所得巖芯置于清水中，在90℃下滾動48h，降溫取出，用0.42mm篩回收巖芯，于(105±3)℃下烘至恒重，并降至室溫稱二次回收巖心質量(G2)，計算回收率:一次回收率(R1)＝G1/G0×100％，二次回收率(R2)＝G2/G0×100％，相對回收率(R′)＝R2/R1×100％；具體見表2所示。表2陽離子防塌霧化液抑制防塌能力由表2可知，陽離子防塌霧化液具有很強的抑制防塌能力，對天然泥巖巖心的48h二次頁巖回收率大于95.0％，對比例48h二次頁巖回收率僅為62.5％。b)水侵后的頁巖回收率霧化鉆井屬欠平衡鉆井，霧化/泡沫基液中抑制防塌處理劑的含量因地層水的稀釋而降低，加之其穩(wěn)定井壁的技術途徑少，井壁失穩(wěn)的程度增加。因此， 在霧化/泡沫基液中加入不同量的清水稀釋不同的倍數(shù)，用天然泥巖巖心進行頁巖滾動回收(R1：一次頁巖回收率為16h，R2：二次頁巖回收率為2h)，記錄天然泥巖頁巖滾動回收率；具體見表3所示。表3陽離子防塌霧化液抑制防塌能力陽離子防塌霧化液被清水稀釋10倍后仍然可有效控制鉆屑的水化分散，頁巖回收率大于95.0％，在地層出水量為55m3/h、環(huán)空氣/液流體中防塌劑含量大幅度降低的情況下仍能保持井壁穩(wěn)定。對比例稀釋10倍后的霧化基液二次頁巖回收率為48.6％，適應于地層出水量為30m3/h時的空氣霧化鉆井。3、陽離子防塌霧化液絮凝能力在100mL具塞量筒中加入80mL去離子水或陽離子防塌霧化液，加入2g鈣膨潤土，補加去離子水或陽離子防塌霧化液至100mL，以30次/min(一倒一正為一次)的頻率搖動5min，靜止計時，記下1min、3min、5min析出清液的高度。取實驗中經處理后析出的上部清液，用721分光光度計測定其透光率；具體見表4所示。表4陽離子防塌霧化液絮凝能力性能清液體積，％透光率，％實施例195.098.2實施例294.798.0實施例392.097.5實施例494.598.5對比例15.065.8由表4可知，陽離子防塌霧化液對現(xiàn)場鉆屑粉具有良好的絮凝作用，清液析出量大于92％，透光率大于95％，對比例析出量為15％，透光率為65.8％。本發(fā)明陽離子防塌霧化液循環(huán)利用率可達92.0％。當前第1頁1 2 3