本发明公开了一种钻井泥浆降水剂的制备方法，属于石油化工领域。
背景技术：
在石油开采过程中，需要注入泥浆加固井壁，此时，要求降低泥浆的失水性，其目的在于：（1）防止油气层污染，以利于提高采收率；（2）保护水敏性地层；（3）防止泥浆在渗透型地层先期脱水；（4）增强保水作用，提高顶替效率。国外早在20世纪60年代初期就已经开始合成和应用多种高分子降水剂，而国内直到20世纪80年代以后才开始此项研究，目前品种已经达到20多种。
常用的钻井泥浆降水剂按化学成分来分主要有：（1）纤维素及其衍生物，如羧甲基纤维素、羟乙基纤维素和羧甲基羟乙基纤维素等；（2）含氮有机聚合物，如美国哈里伯顿、道威尔固井服务公司的TFL、CRF2、LA2、D73和D45L等；（3）酯类；（4）聚乙烯吡咯烷酮等。
迄今为止，国内市场上以羧甲基纤维素（CMC）为代表的纤维素类产品仍然是用量最大，用途最广的钻井泥浆降水剂，主要是因为其价格相对低廉，生产工艺简单，但CMC分子主链是以醚键相连，一般在钻进液中抗温只能达到130～140℃，加上其抗高价离子污染、抗盐、抗钙能力有限，因此其在更大范围内的推广受到限制。同时由于棉花的种植量连年减少，木材储量又迅速下降（棉花和木纤维是我国生产CMC的主要原料），因此无论是在我国还是国际市场上，CMC价格近年来都在不断上涨，有突破一万元/吨的趋势，因而开发新型的钻井泥浆降水剂并逐步替代传统产品势在必行。
羧甲基淀粉醚（CMS）作为重要的改性淀粉已广泛应用于纺织、造纸、食品、医药、日用化工及石油化工等领域，由于和CMC在结构和性质上的相似性，常替代CMC，尤其在石油钻井泥浆中用作降水剂已显示出广阔的应用前景。但研究工作多集中在取代度较低的CMS的制备和应用上，这种CMS的稳定性较差，易发生霉变，提高取代度是克服这些缺点的有效手段，而且能提高它的溶解性、耐热性、耐盐性和耐碱性，从而大大拓宽其应用范围。
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题：针对传统钻井泥浆降水剂在使用过程中出现的稳定性差，易发生霉变，而且溶解度不高，耐热性、耐碱性和耐盐性低，在大范围的推广使用受到限制的问题，提供了一种钻井泥浆降水剂的制备方法，本发明首先利用氢氧化钠和尿素预处理马铃薯淀粉，破坏淀粉分子间氢键和结晶结构，再利用沼气池上清液中丰富的微生物进一步活化淀粉，利用糯米粉发酵上清液为分散剂，利用马铃薯淀粉自然发霉生长的霉菌为催化剂，经蒸煮后，在碱性条件下，催化氯乙酸分子渗透到淀粉颗粒中，反应生成醚化淀粉，再干燥研磨成粉，即得钻井泥浆降水剂。本发明通过充分活化淀粉，及加入合适催化剂，使醚化淀粉的取代度大大提高，从而提高了其在使用过程中的稳定性，耐热性、耐碱性和耐盐性，长期使用过程中不发生霉变，可作为钻井泥浆降失水剂广泛使用。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）称取3～5kg糯米粉，与1～2L去离子水混匀成浆料后，将其转入蒸笼中，在90～95℃条件下蒸煮30～50min，取出，自然冷却至45～55℃；将冷却后的糯米粉转入盛有4～6L去离子水的发酵罐中，再加入15～30g酿酒酵母粉，用消毒后的木棍搅拌10～20min后，将发酵罐密封，并在发酵罐周围铺设1～3层稻草，密封发酵8～10天后，离心分离，收集上清液，备用；
（2）在盛有3～5L去离子水的反应釜中，加入2～3kg马铃薯淀粉，启动搅拌器，设定转速为600～800r/min，在搅拌状态下，依次加入50～60g尿素和200～300g氢氧化钠，继续搅拌反应2～4h后，通入沼气池上清液，调节反应釜内物料pH至6.5～7.0，继续搅拌反应20～40min，出料，将其转入敞口塑料容器中；
（3）将上述盛有反应釜内物料的敞口塑料容器置于避光通风环境中，在温度为35～40℃，空气相对湿度为60～65%下放置，直至物料表面发霉长出霉菌，再将其转入蒸锅中，蒸煮30～40min后，取出摊开放置，自然冷却至室温，得预处理淀粉；
（4）取100～200g上述所得预处理淀粉，加入盛有200～400mL步骤（1）备用上清液的三颈烧瓶中，在将三颈烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，升温至45～50℃，设定搅拌转速为500～700r/min，在搅拌状态下，滴加质量浓度为10～15%NaOH溶液，调节pH至8.5～9.0，再加入60～80g氯乙酸，继续恒温搅拌反应3～5h；
（5）待反应结束，抽滤除去滤液，用去离子水洗涤滤饼3～5次，再将其转入70～85℃真空干燥箱中，干燥处理6～8h后，用研钵研磨成粉，即得钻井泥浆降水剂。
本发明的具体应用方法：在钻井泥浆中添加质量的2～5%本发明所得降水剂，按0.5～0.7的水灰比配浆，充分搅拌混匀后，静置，用泥浆失水仪测定其在0.7MPa，室温下，30～50min的失水量，为8～12mL，较常规降水剂提高了30～40%，使用本发明所得降水剂8～10个月后，仍未出现霉变。
本发明的有益效果：
（1）本发明所得钻井泥浆降水剂生产成本低，合成工艺简单，用通用的化工设备即可生产，工业化容易；
（2）本发明以马铃薯淀粉为原料，所得产品易降解，不污染环境，是优良的环保产品；
（3）本发明所得钻井泥浆降水剂不但会降低石油开采的成本，而且还为廉价淀粉开辟了一个广泛的应用领域，有利于增加农民收入。
具体实施方式
称取3～5kg糯米粉，与1～2L去离子水混匀成浆料后，将其转入蒸笼中，在90～95℃条件下蒸煮30～50min，取出，自然冷却至45～55℃；将冷却后的糯米粉转入盛有4～6L去离子水的发酵罐中，再加入15～30g酿酒酵母粉，用消毒后的木棍搅拌10～20min后，将发酵罐密封，并在发酵罐周围铺设1～3层稻草，密封发酵8～10天后，离心分离，收集上清液，备用；在盛有3～5L去离子水的反应釜中，加入2～3kg马铃薯淀粉，启动搅拌器，设定转速为600～800r/min，在搅拌状态下，依次加入50～60g尿素和200～300g氢氧化钠，继续搅拌反应2～4h后，通入沼气池上清液，调节反应釜内物料pH至6.5～7.0，继续搅拌反应20～40min，出料，将其转入敞口塑料容器中；将上述盛有反应釜内物料的敞口塑料容器置于避光通风环境中，在温度为35～40℃，空气相对湿度为60～65%下放置，直至物料表面发霉长出霉菌，再将其转入蒸锅中，蒸煮30～40min后，取出摊开放置，自然冷却至室温，得预处理淀粉；取100～200g上述所得预处理淀粉，加入盛有200～400mL上述备用上清液的三颈烧瓶中，在将三颈烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，升温至45～50℃，设定搅拌转速为500～700r/min，在搅拌状态下，滴加质量浓度为10～15%NaOH溶液，调节pH至8.5～9.0，再加入60～80g氯乙酸，继续恒温搅拌反应3～5h；待反应结束，抽滤除去滤液，用去离子水洗涤滤饼3～5次，再将其转入70～85℃真空干燥箱中，干燥处理6～8h后，用研钵研磨成粉，即得钻井泥浆降水剂。
实例1
称取3kg糯米粉，与1L去离子水混匀成浆料后，将其转入蒸笼中，在90℃条件下蒸煮30min，取出，自然冷却至45℃；将冷却后的糯米粉转入盛有4L去离子水的发酵罐中，再加入15g酿酒酵母粉，用消毒后的木棍搅拌10min后，将发酵罐密封，并在发酵罐周围铺设1层稻草，密封发酵8天后，离心分离，收集上清液，备用；在盛有3L去离子水的反应釜中，加入2kg马铃薯淀粉，启动搅拌器，设定转速为600r/min，在搅拌状态下，依次加入50g尿素和200g氢氧化钠，继续搅拌反应2h后，通入沼气池上清液，调节反应釜内物料pH至6.5，继续搅拌反应20min，出料，将其转入敞口塑料容器中；将上述盛有反应釜内物料的敞口塑料容器置于避光通风环境中，在温度为35℃，空气相对湿度为60%下放置，直至物料表面发霉长出霉菌，再将其转入蒸锅中，蒸煮30min后，取出摊开放置，自然冷却至室温，得预处理淀粉；取100g上述所得预处理淀粉，加入盛有200mL上述备用上清液的三颈烧瓶中，在将三颈烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，升温至45℃，设定搅拌转速为500r/min，在搅拌状态下，滴加质量浓度为10%NaOH溶液，调节pH至8.5，再加入60g氯乙酸，继续恒温搅拌反应3h；待反应结束，抽滤除去滤液，用去离子水洗涤滤饼3次，再将其转入70℃真空干燥箱中，干燥处理6h后，用研钵研磨成粉，即得钻井泥浆降水剂。
本发明的具体应用方法：在钻井泥浆中添加质量的2%本发明所得降水剂，按0.5的水灰比配浆，充分搅拌混匀后，静置，用泥浆失水仪测定其在0.7MPa，室温下，30min的失水量，为8mL，较常规降水剂提高了30%，使用本发明所得降水剂8个月后，仍未出现霉变。
实例2
称取4kg糯米粉，与1.5L去离子水混匀成浆料后，将其转入蒸笼中，在92℃条件下蒸煮40min，取出，自然冷却至50℃；将冷却后的糯米粉转入盛有5L去离子水的发酵罐中，再加入20g酿酒酵母粉，用消毒后的木棍搅拌15min后，将发酵罐密封，并在发酵罐周围铺设2层稻草，密封发酵9天后，离心分离，收集上清液，备用；在盛有4L去离子水的反应釜中，加入2.5kg马铃薯淀粉，启动搅拌器，设定转速为700r/min，在搅拌状态下，依次加入55g尿素和250g氢氧化钠，继续搅拌反应3h后，通入沼气池上清液，调节反应釜内物料pH至6.8，继续搅拌反应30min，出料，将其转入敞口塑料容器中；将上述盛有反应釜内物料的敞口塑料容器置于避光通风环境中，在温度为38℃，空气相对湿度为62%下放置，直至物料表面发霉长出霉菌，再将其转入蒸锅中，蒸煮35min后，取出摊开放置，自然冷却至室温，得预处理淀粉；取150g上述所得预处理淀粉，加入盛有300mL上述备用上清液的三颈烧瓶中，在将三颈烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，升温至48℃，设定搅拌转速为600r/min，在搅拌状态下，滴加质量浓度为12%NaOH溶液，调节pH至8.8，再加入70g氯乙酸，继续恒温搅拌反应4h；待反应结束，抽滤除去滤液，用去离子水洗涤滤饼4次，再将其转入75℃真空干燥箱中，干燥处理7h后，用研钵研磨成粉，即得钻井泥浆降水剂。
本发明的具体应用方法：在钻井泥浆中添加质量的3%本发明所得降水剂，按0.6的水灰比配浆，充分搅拌混匀后，静置，用泥浆失水仪测定其在0.7MPa，室温下，40min的失水量，为10mL，较常规降水剂提高了35%，使用本发明所得降水剂9个月后，仍未出现霉变。
实例3
称取5kg糯米粉，与2L去离子水混匀成浆料后，将其转入蒸笼中，在95℃条件下蒸煮50min，取出，自然冷却至55℃；将冷却后的糯米粉转入盛有6L去离子水的发酵罐中，再加入30g酿酒酵母粉，用消毒后的木棍搅拌20min后，将发酵罐密封，并在发酵罐周围铺设3层稻草，密封发酵10天后，离心分离，收集上清液，备用；在盛有5L去离子水的反应釜中，加入3kg马铃薯淀粉，启动搅拌器，设定转速为800r/min，在搅拌状态下，依次加入60g尿素和300g氢氧化钠，继续搅拌反应4h后，通入沼气池上清液，调节反应釜内物料pH至7.0，继续搅拌反应40min，出料，将其转入敞口塑料容器中；将上述盛有反应釜内物料的敞口塑料容器置于避光通风环境中，在温度为40℃，空气相对湿度为65%下放置，直至物料表面发霉长出霉菌，再将其转入蒸锅中，蒸煮40min后，取出摊开放置，自然冷却至室温，得预处理淀粉；取200g上述所得预处理淀粉，加入盛有400mL上述备用上清液的三颈烧瓶中，在将三颈烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，升温至50℃，设定搅拌转速为700r/min，在搅拌状态下，滴加质量浓度为15%NaOH溶液，调节pH至9.0，再加入80g氯乙酸，继续恒温搅拌反应5h；待反应结束，抽滤除去滤液，用去离子水洗涤滤饼5次，再将其转入85℃真空干燥箱中，干燥处理8h后，用研钵研磨成粉，即得钻井泥浆降水剂。
本发明的具体应用方法：在钻井泥浆中添加质量的5%本发明所得降水剂，按0.7的水灰比配浆，充分搅拌混匀后，静置，用泥浆失水仪测定其在0.7MPa，室温下，50min的失水量，约为12mL，较常规降水剂提高了40%，使用本发明所得降水剂10个月后，仍未出现霉变。