[发明专利]一种阳离子聚合物类无固相冲洗液及其制备方法

说明书

本发明涉及一种阳离子聚合物类无固相冲洗液及其制备方法，包括聚胺甲基丙烯酰胺1.5～2.5份、植物胶4～15份、助聚剂1.0～1.6份、水980.9～993.5份；按上述配比，分别将聚胺甲基丙烯酰胺、植物胶、助聚剂在常温下均匀溶解于适量水中，分别形成聚胺甲基丙烯酰胺溶液、植物胶溶液、助聚剂溶液，待用；将聚胺甲基丙烯酰胺溶液倒入剩余的水中，搅拌均匀后，加入植物胶溶液，继续搅拌均匀后，加入助聚剂溶液，再继续搅拌均匀，即得到阳离子聚合物类无固相冲洗液。本发明的无固相冲洗液具有较好的胶结保护作用及较强的护孔固壁能力，性能优于其他同类冲洗液，且成本低、无环境污染、固壁能力强，具有推广应用价值。

技术领域

本发明涉及石油钻井工程、地质勘察工程及岩土工程技术领域，具体涉及一种阳离子聚合物类无固相冲洗液及其制备方法。

背景技术

近些年来，钻探工程在社会发展中发挥着越来越大的作用，已广泛应用于矿产资源勘探和石油开采、水文地质勘探、工程地质和环境地质勘察、地质灾害的防治与环境治理、工民建和道路桥梁的基础工程、垃圾填埋场防渗墙等工程技术领域。

在钻探工程施工中，经常会遇到第四纪杂填土、砂砾石层、泥页岩层及各类风化破碎岩层等复杂地层，该类岩土层孔壁极不稳定，容易发生坍塌、缩径、漏失、掉块等施工事故。如何确保复杂地层孔壁的稳定性是钻探工程施工需要解决的主要技术难题之一。实践证明，选用护壁性能好的冲洗液(亦称为泥浆、石油钻井液、钻井液、完井液)是确保复杂地层孔壁稳定性、提高各类钻孔工程施工质量、降低钻探工程生产成本的最有效途径之一。目前，现有钻探工程所用的泥浆主要是细分散泥浆、钙处理粗分散泥浆、不分散低固相泥浆、聚合物型无固相冲洗液等。其中，聚合物型无固相冲洗液的护壁性能较好，但其应用成本较高，应用受到一定限制。

因此，急需开发一种从根本上解决第四纪杂填土、砂砾石层、泥页岩层及各类风化破碎岩层等复杂地层钻探工程泥浆护壁效果差及成本高这一技术难题的冲洗液。

本发明是基于国家自然科学基金项目(项目编号：51678083)资助的研究成果。

发明内容

为了解决复杂地层钻探工程泥浆护壁效果差及成本高的技术问题，而提供一种阳离子聚合物类无固相冲洗液及其制备方法。本发明方法能从根本上解决第四纪杂填土、砂砾石层、泥页岩层及各类风化破碎岩层等复杂地层钻探工程泥浆护壁效果差及成本高的技术难题。本发明的冲洗液对复杂地层的孔壁岩土具有较好的胶结保护作用及较强的护孔固壁能力，且成本低。

为了达到以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种阳离子聚合物类无固相冲洗液，包括如下重量份组分：聚胺甲基丙烯酰胺1.5～2.5份、植物胶4～15份、助聚剂1.0～1.6份、水980.9～993.5份。

进一步地，所述聚胺甲基丙烯酰胺的分子量80万～150万。聚胺甲基丙烯酰胺，简写CPAM，为一种阳离子处理剂，对抑制泥页岩膨胀作用较好。

进一步地，所述植物胶为田菁胶、魔芋胶、蒟蒻胶、瓜尔胶中的一种或两种。以上四种为天然植物胶，与CPAM阳离子处理剂的相容性好，可减少CPAM高聚物的用量，以降低成本。

进一步地，所述助聚剂由硫酸铝钾与硼砂组成，所述硫酸铝钾加入的重量份为0.2～0.4份，所述硼砂加入的重量份为0.8～1.2份。硫酸铝钾主要与CPAM结合，形成网状结构，增加护孔固壁能力；硼砂主要与植物胶结合，增加对孔壁岩石的胶结能力。这是因为硫酸铝钾的Al³⁺、硼砂的B与聚胺甲基丙烯酰胺及植物胶两者中的羟基、酰胺基、醚基等官能团中的氧有吸附作用，类似于氢键作用；硫酸铝钾的k⁺能潜入到泥页岩及黏土层硅氧四面体的晶格中，抑制土的进一步分散，增加护壁能力。

本发明另一方面提供一种阳离子聚合物类无固相冲洗液的制备方法，包括如下步骤：