[0001] 本发明属于钻井液助剂技术领域，具体涉及一种钻井液防塌剂。

[0002] 钻井液是石油钻井过程中使用的一种循环流体，被形象地称为钻井的血液。钻井液防塌剂的作用是使钻开地层后形成的井眼保持稳定，最常用的防塌剂是磺化沥青。磺化沥青采用炼厂沥青为原料，用浓硫酸或三氧化二硫进行磺化、碱中和制成，生产工艺过程控制复杂，并且产品贮存稳定性较差。

[0003] 申请号CN201410377944.0公开了一种乳液防塌剂及其制备方法，所述乳液防塌剂是将N-乙烯基吡咯烷酮、（3-甲基丙烯酰胺基）丙基三甲基氯化铵与引发剂在反相预乳液中接触得到的。虽然这种乳液防塌剂有效克服了上述难题，制备过程简便可行，反应条件温和，所得产品的固含量为35～40%，且贮存期限可达1年以上，具有较好的稳定性，但是这种乳液防塌剂也存在一定缺陷，主要是其封堵防塌效果不理想，不能有效抑制泥页岩水化和硬脆性地层的坍塌，对降低钻井液滤失量效果不佳，导致其使用受限。

[0004] 因此，亟待开发一种具有较好封堵防塌效果、能有效减少滤失量的钻井液防塌剂。

[0005] 本发明主要解决的技术问题：针对现有钻井液防塌剂存在封堵防塌效果不理想，不能有效抑制泥页岩水化和硬脆性地层的坍塌，对降低钻井液滤失量效果不佳的缺陷，提供了一种钻井液防塌剂。

[0006] 为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种钻井液防塌剂，包括以下重量份数的原料：
40～50份乳液、10～15份木质素、3～5份醋酸乙烯酯均聚胶粉和1～3份表面活性剂；
所述的乳液是由以下步骤制备得到的：
（1）将30～40g衣康酸、200～300mL氯化亚砜在85～95℃下搅拌反应60～90min后，再加入100～200mL丙酮，搅拌混合后，通入20～30mL氨气，待氨气通入完毕后，搅拌反应2～3h，反应结束后，将产物浓缩，得到浓缩液；
（2）将浓缩液、20～30g2-丙烯醇、10～15g烯丙基磺酸钠和200～300mL无水乙醇混合后，加入pH调节剂调节pH为9.5～9.8，并加入0.3～0.5g引发剂和1～3g乳化剂，在65～75℃下搅拌反应2～3h后，自然冷却至室温，得到乳液。

[0007] 所述的木质素为改性木质素，改性木质素的制备步骤为：将20～30g木质素、3～5g高碘酸钠和200～300mL水在75～85℃下搅拌反应60～90min后，过滤，得到滤饼，即氧化木质素，将氧化木质素、1～3g高锰酸钾和200～300mL质量分数为15%亚硫酸钠溶液在60～70℃搅拌反应1～2h后，再加入100～200mL丙酮混合，静置过滤，得到滤渣，即改性木质素。

[0008] 所述的表面活性剂为十二烷基磺丙基甜菜碱、十二烷基磺酸钠、十二烷基三甲基溴化铵中的一种或几种。

[0009] 所述的氨气的通入速率为3～5mL/min。

[0010] 所述的pH调节剂为质量分数为20%氢氧化钠溶液。

[0011] 所述的引发剂为偶氮二异丁腈、过硫酸钾、过氧化月桂酰中的一种或几种。

[0012] 所述的乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠、乳化剂OP-10中的一种或几种。

[0013] 本发明的有益效果是：（1）本发明以衣康酸为原料，经酰氯化后再与氨气反应得到衣康酰胺，再以衣康酰胺、
2-丙烯醇和烯丙基磺酸钠为单体进行乳液聚合得到聚合物，聚合物分子链上含有吸附基团：羟基、羧基和酰胺基，这些基团可以与黏土颗粒表面上的氧形成氢键，同时与黏土颗粒边缘上的三价铝离子形成配位键，使聚合物吸附在黏土上或进入粘土层，阻止水分子进入黏土层，从而达到防塌的目的，并且聚合物上的磺酸基、羧基等活性基团能够同时吸附多个黏土颗粒，形成混合网状结构，从而提高黏土颗粒的聚结稳定性，使钻井液中具有一定含量的细颗粒，形成致密的滤饼，降低滤失量，从而提高防塌性，有效抑制了泥页岩的水化和硬脆性地层的坍塌；
（2）本发明以木质素为原料，经高碘酸钠氧化，可使木质素分子链断裂，聚合度降低，同时活性基团暴露出来，再将氧化木质素磺酸化，得到改性木质素，改性木质素能够吸收钻井液中的部分水而张开，形成网状结构，进而在流动压力的作用下，迅速在孔喉处形成封堵作用，增加泥饼的致密性，进一步提高防塌性能。

[0014] 称取30～40g衣康酸、200～300mL氯化亚砜加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将三口烧瓶置于水浴锅中，控制水浴温度为85～95℃，搅拌反应60～90min后，再向三口烧瓶中加入100～200mL丙酮，搅拌混合3～5min后，向三口烧瓶中通入20～30mL氨气，控制氨气通入速率为3～5mL/min，待氨气通入完毕后，搅拌反应2～3h，反应结束后，将产物置于旋转蒸发仪中，旋蒸浓缩30～40min，得到浓缩液，将浓缩液、20～30g2-丙烯醇、10～15g烯丙基磺酸钠和200～300mL无水乙醇加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将烧瓶置于水浴锅中，控制水浴温度为65～75℃，搅拌混合3～5min后，再向三口烧瓶中加入pH调节剂调节pH值为9.5～9.8，随后边搅拌边向三口烧瓶中加入0.3～0.5g引发剂和1～3g乳化剂，保温搅拌反应2～3h，再自然冷却至室温，得到乳液，同时称取20～30g木质素、3～
5g高碘酸钠和200～300mL水加入到烧杯中，将烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为75～85℃，转速为300～400r/min条件下搅拌反应60～90min后过滤，得到滤饼，即氧化木质素，将氧化木质素、1～3g高锰酸钾和200～300mL质量分数为15%亚硫酸钠溶液加入到烧杯中，将烧杯置于水浴锅中，控制水浴温度为60～70℃，搅拌反应1～2h后，自然冷却至室温，再向烧杯中加入100～200mL丙酮，搅拌混合5～10min后静置3～4h后，过滤，得到滤渣，即改性木质素，最后按重量份数计，取40～50份乳液、10～15份改性木质素、3～5份醋酸乙烯酯均聚胶粉和1～3份表面活性剂加入到搅拌机中搅拌混合5～10min，装料，得到钻井液防塌剂。所述的pH调节剂为质量分数为20%氢氧化钠溶液。所述的引发剂为偶氮二异丁腈、过硫酸钾、过氧化月桂酰中的一种或几种。所述的乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠、乳化剂OP-10中的一种或几种。所述的表面活性剂为十二烷基磺丙基甜菜碱、十二烷基磺酸钠、十二烷基三甲基溴化铵中的一种或几种。

[0015] 实例1称取30g衣康酸、200mL氯化亚砜加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将三口烧瓶置于水浴锅中，控制水浴温度为85℃，搅拌反应60min后，再向三口烧瓶中加入100mL丙酮，搅拌混合3min后，向三口烧瓶中通入20mL氨气，控制氨气通入速率为3mL/min，待氨气通入完毕后，搅拌反应2h，反应结束后，将产物置于旋转蒸发仪中，旋蒸浓缩30min，得到浓缩液，将浓缩液、20g2-丙烯醇、10g烯丙基磺酸钠和200mL无水乙醇加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将烧瓶置于水浴锅中，控制水浴温度为65℃，搅拌混合3min后，再向三口烧瓶中加入质量分数为20%氢氧化钠溶液调节pH值为9.5，随后边搅拌边向三口烧瓶中加入0.3g偶氮二异丁腈和1g烷基酚聚氧乙烯醚，保温搅拌反应2h，再自然冷却至室温，得到乳液，同时称取20g木质素、3g高碘酸钠和200mL水加入到烧杯中，将烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为75℃，转速为300r/min条件下搅拌反应60min后过滤，得到滤饼，即氧化木质素，将氧化木质素、1g高锰酸钾和200mL质量分数为15%亚硫酸钠溶液加入到烧杯中，将烧杯置于水浴锅中，控制水浴温度为60℃，搅拌反应1h后，自然冷却至室温，再向烧杯中加入100mL丙酮，搅拌混合5min后静置3h后，过滤，得到滤渣，即改性木质素，最后按重量份数计，取40份乳液、10份改性木质素、3份醋酸乙烯酯均聚胶粉和1份十二烷基磺丙基甜菜碱加入到搅拌机中搅拌混合5min，装料，得到钻井液防塌剂。

[0016] 实例2称取35g衣康酸、250mL氯化亚砜加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将三口烧瓶置于水浴锅中，控制水浴温度为90℃，搅拌反应75min后，再向三口烧瓶中加入150mL丙酮，搅拌混合4min后，向三口烧瓶中通入25mL氨气，控制氨气通入速率为4mL/min，待氨气通入完毕后，搅拌反应2h，反应结束后，将产物置于旋转蒸发仪中，旋蒸浓缩35min，得到浓缩液，将浓缩液、25g2-丙烯醇、13g烯丙基磺酸钠和250mL无水乙醇加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将烧瓶置于水浴锅中，控制水浴温度为70℃，搅拌混合4min后，再向三口烧瓶中加入质量分数为20%氢氧化钠溶液，调节pH值为9.7，随后边搅拌边向三口烧瓶中加入0.4g过硫酸钾和2g十二烷基苯磺酸钠，保温搅拌反应2h，再自然冷却至室温，得到乳液，同时称取25g木质素、4g高碘酸钠和250mL水加入到烧杯中，将烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为80℃，转速为350r/min条件下搅拌反应75min后过滤，得到滤饼，即氧化木质素，将氧化木质素、2g高锰酸钾和250mL质量分数为15%亚硫酸钠溶液加入到烧杯中，将烧杯置于水浴锅中，控制水浴温度为65℃，搅拌反应1h后，自然冷却至室温，再向烧杯中加入150mL丙酮，搅拌混合8min后静置3h后，过滤，得到滤渣，即改性木质素，最后按重量份数计，取45份乳液、13份改性木质素、4份醋酸乙烯酯均聚胶粉和2份十二烷基磺酸钠加入到搅拌机中搅拌混合8min，装料，得到钻井液防塌剂。

[0017] 实例3称取40g衣康酸、300mL氯化亚砜加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将三口烧瓶置于水浴锅中，控制水浴温度为95℃，搅拌反应90min后，再向三口烧瓶中加入200mL丙酮，搅拌混合5min后，向三口烧瓶中通入30mL氨气，控制氨气通入速率为5mL/min，待氨气通入完毕后，搅拌反应3h，反应结束后，将产物置于旋转蒸发仪中，旋蒸浓缩40min，得到浓缩液，将浓缩液、30g2-丙烯醇、15g烯丙基磺酸钠和300mL无水乙醇加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将烧瓶置于水浴锅中，控制水浴温度为75℃，搅拌混合5min后，再向三口烧瓶中加入质量分数为20%氢氧化钠溶液调节pH值为9.8，随后边搅拌边向三口烧瓶中加入0.5g过氧化月桂酰和3g乳化剂OP-10，保温搅拌反应3h，再自然冷却至室温，得到乳液，同时称取30g木质素、5g高碘酸钠和300mL水加入到烧杯中，将烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为85℃，转速为400r/min条件下搅拌反应90min后过滤，得到滤饼，即氧化木质素，将氧化木质素、3g高锰酸钾和300mL质量分数为15%亚硫酸钠溶液加入到烧杯中，将烧杯置于水浴锅中，控制水浴温度为70℃，搅拌反应2h后，自然冷却至室温，再向烧杯中加入
200mL丙酮，搅拌混合10min后静置4h后，过滤，得到滤渣，即改性木质素，最后按重量份数计，取50份乳液、15份改性木质素、5份醋酸乙烯酯均聚胶粉和3份十二烷基三甲基溴化铵加入到搅拌机中搅拌混合10min，装料，得到钻井液防塌剂。

[0018] 对比例：天津市某化工有限公司生产的钻井液用防塌剂。

[0019] 对实例1～3制得的钻井液用防塌剂和对比例的钻井液用防塌剂进行性能检测，其检测结果如表1所示：表1
检测项目 实例1 实例2 实例3 对比例
固含量（%） 39 40 40 38
粘度（mPa·s） 10.5 10.6 10.8 10.5
贮存稳定性（月） 14 15 17 12
分别将实例1～3制得的钻井液防塌剂和对比例的钻井液用防塌剂添加到钻井液中混合均匀，控制防塌剂的添加量为1～3%，得钻井混合液，随后将所得钻井混合液加入钻井液罐中，利用泵送方式将钻井混合液传送入钻井设备中，待泵送完成后进行井下钻井即可。

[0020] 分别对添加实例1～3的钻井液用防塌剂和对比例的钻井液用防塌剂制成的钻井混合液使用性能进行测试，其结果如表2所示：表2
检测项目 实例1 实例2 实例3 对比例
流变性（mPa·s） 52.8 53.6 54.3 52.5
滤失量（mL/30min） 9.3 8.7 8.2 14.6
动切力（Pa） 8.2 8.5 9.0 7.5
综上所述，本发明制得的钻井液防塌剂具有较好的防塌效果，能有效抑制泥页岩的水化和硬脆性地层的坍塌，同时防塌剂稳定性较好，有效延长了防塌剂贮存期限，且添加本发明防塌剂后，可有效减少钻井液滤失量，是一种理想的钻井液助剂。