本发明涉及水基钻井液领域，特别涉及一种水基钻井液添加剂及其钻井液和制备方法。
背景技术：
随着石油工业的不断发展和对环境保护意识的加强，人们对于石油钻井工艺及石油钻井液要求亦越来越高，一些新的石油钻井工艺，如定向井、水平井在钻井工程中已逐步形成和完善。众所周知，在钻井作业期间，钻孔的稳定性是决定钻井作业成败的最重要因素。钻孔的不稳定性事实上可能涉及构成岩层的黏土的侵蚀与扩散，并且这可能导致空腔、卡管和放弃钻孔等情况的发生，而且分散在泥浆中的黏土会降低钻井速度。由黏土矿物的结构可以知道，各类黏土矿物都有一定阳离子交换能力。而阳离子交换是结垢的一大主要原因，这主要是溶液中的na+与黏土中矿质元素的交换作用，进而引发了黏土水化膨胀。
目前，钻井液中最广泛使用的增粘剂是羧甲基纤维素钠，然而，钻井过程中cmc-na的降解，导致na+浓度增大，而na+有利于黏土水化，导致钻井液抑制性下降。因此需要向钻井液中不断补充钾盐，来保持钻井液的抑制性。随着钾盐的不断消耗，和钠盐的不断累积，最终会导致钻井液抑制性逐步下降，不能有效满足石油工业发展的需求。
因此，如何快速、高效降低黏土水化膨胀，以降低钻井出现空腔、卡管等意外情况的发生概率，是本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种水基钻井液添加剂，这种添加剂能够极快、极大的降低黏土的水化作用，避免岩层黏土侵蚀与扩散，包括有这种添加剂的水基钻井液能有效提高造浆抑制率、降低滤失量，防止钻孔出现空腔、卡管现象。
本发明的技术方案是：一种水基钻井液添加剂，包含聚阴离子纤维素钾，聚阴离子纤维素钾的分子式为[c6h7o2(oh)2och2cook]n，n为100-4000。
优选的，水基钻井液添加剂还包含xc生物聚合物、石膏和/或石灰、重晶石的任意一种或几种组合。
优选的，水基钻井液添加剂包括50-150重量份聚阴离子纤维素钾、8-15重量份的xc生物聚合物、17-23重量份的石膏和/或石灰、14-20重量份的重晶石。
一种水基钻井液，包括任一上述水基钻井液添加剂，余量为水，聚阴离子纤维素钾的含量为0.2-1.5wt％。
优选的，聚阴离子纤维素钾的含量为0.2-1.0wt％。
制备上述水基钻井液的方法，具有以下步骤：
量取水，向水中加入添加剂，混合均匀，使每立方米水中聚阴离子纤维素钾的含量为2-15kg。
采用上述技术方案具有以下有益效果：
1、本发明提供的水基钻井液添加剂中包含的聚阴离子纤维素钾，通过阳离子交换作用，在常温下快速、大量交换到黏土粒子表面，有效地抑制黏土表面渗透水化作用，避免岩层黏土侵蚀与扩散，保持钻孔壁稳定性，防止钻孔出现空腔、卡管现象，还提高了钻屑的回收率，使钻井液的流变性更好，保持钻井速度。
2、本发明水基钻井液中每立方米水中聚阴离子纤维素钾的含量为2-15kg，若低于5kg/m3，不能实现本发明钻井液高效抑制黏土水化的技术效果，若是高于15kg/m3，则会导致钻井液体系粘度过高，严重降低钻井速度。
下面结合具体实施例作进一步的说明。
具体实施方式
本发明中，聚阴离子纤维素钾购自重庆力宏精细化工有限公司。本发明通过添加holeplug膨润土块(干燥)模拟钻井过程中产生的钻屑。未提及的设备以及测定方法均为化工行业惯用的设备或方法。
获取流变性参数、测定滤失量(fl)用的第一基浆制备方法如下：
1)取蒸馏水，加入膨润土，至浓度为4wt％，常温过夜养护；
2)继续加入氯化钾、氢氧化钾，至浓度分别为0.2wt％、0.1wt％；
获取钻屑回收率用的第二基浆采用蒸馏水。
空白例一
量取第一基浆350ml，高速搅拌至混合均匀，室温静置养护16h，在第一基浆中测试泥浆流变性，获取流变性参数，同时测量滤失量(fl)；
量取第二基浆350ml，添加28g(8wt％)holeplug膨润土块，70℃热滚老化16h，冷却至室温后，在第二基浆中用40目筛网筛除模拟钻屑，用500ml蒸馏水清洗后，在105℃下烘干4h，得到钻屑重量为0，钻屑得率为0，如表1所示。
对照例一
量取第一基浆350ml，添加0.7g(0.20wt％)的羧甲基纤维素钠(cmc-na)，高速搅拌至混合均匀，室温静置养护16h，在第一基浆中测试泥浆流变性，获取流变性参数，同时测量滤失量(fl)；
量取第二基浆350ml，添加0.7g(0.20wt％)的羧甲基纤维素钠(cmc-na)，搅拌至溶液完全溶解，添加28g(8wt％)holeplug膨润土块，70℃热滚老化16h，冷却至室温后，在第二基浆中用40目筛网筛除模拟钻屑，用500ml蒸馏水清洗后，在105℃下烘干4h，得到钻屑重量为4.2g，钻屑得率为15％，如表1所示。
对照例二
量取第一基浆350ml，添加2.1g(0.60wt％)的羧甲基纤维素钠(cmc-na)，高速搅拌至混合均匀，室温静置养护16h，在第一基浆中测试泥浆流变性，获取流变性参数，同时测量滤失量(fl)；
量取第二基浆350ml，添加2.1g(0.60wt％)的羧甲基纤维素钠(cmc-na)，搅拌至溶液完全溶解，添加28g(8wt％)holeplug膨润土块，70℃热滚老化16h，冷却至室温后，在第二基浆中用40目筛网筛除模拟钻屑，用500ml蒸馏水清洗后，在105℃下烘干4h，得到钻屑重量为8.4g，钻屑得率为30％，如表1所示。
对照例三
量取第一基浆350ml，添加3.5g(1.0wt％)的羧甲基纤维素钠(cmc-na)，高速搅拌至混合均匀，室温静置养护16h，在第一基浆中测试泥浆流变性，获取流变性参数，同时测量滤失量(fl)；
量取第二基浆350ml，添加3.5g(1.0wt％)的羧甲基纤维素钠(cmc-na)，搅拌至溶液完全溶解，添加28g(8wt％)holeplug膨润土块，70℃热滚老化16h，冷却至室温后，在第二基浆中用40目筛网筛除模拟钻屑，用500ml蒸馏水清洗后，在105℃下烘干4h，得到钻屑重量为10.1g，钻屑得率为36％，如表1所示。
对照例四
量取第一基浆350ml，添加0.7g(0.20wt％)的羧甲基纤维素钠(cmc-na)+氯化钾(kcl)(常规混合方式)，高速搅拌至混合均匀，室温静置养护16h，在第一基浆中测试泥浆流变性，获取流变性参数，同时测量滤失量(fl)；
量取第二基浆350ml，添加0.7g(0.20wt％)的羧甲基纤维素钠(cmc-na)+氯化钾(kcl)(常规混合方式)，搅拌至溶液完全溶解，添加28g(8wt％)holeplug膨润土块，70℃热滚老化16h，冷却至室温后，在第二基浆中用40目筛网筛除模拟钻屑，用500ml蒸馏水清洗后，在105℃下烘干4h，得到钻屑重量为7g，钻屑得率为25％，如表1所示。
对照例五
量取第一基浆350ml，添加2.1g(0.60wt％)的羧甲基纤维素钠(cmc-na)+氯化钾(kcl)(常规混合方式)，高速搅拌至混合均匀，室温静置养护16h，在第一基浆中测试泥浆流变性，获取流变性参数，同时测量滤失量(fl)；
量取第二基浆350ml，添加2.1g(0.60wt％)的羧甲基纤维素钠(cmc-na)+氯化钾(kcl)(常规混合方式)，搅拌至溶液完全溶解，添加28g(8wt％)holeplug膨润土块，70℃热滚老化16h，冷却至室温后，在第二基浆中用40目筛网筛除模拟钻屑，用500ml蒸馏水清洗后，在105℃下烘干4h，得到钻屑重量为12.6g，钻屑得率为45％，如表1所示。
对照例六
量取第一基浆350ml，添加3.5g(1.0wt％)的羧甲基纤维素钠(cmc-na)+氯化钾(kcl)(常规混合方式)，高速搅拌至混合均匀，室温静置养护16h，在第一基浆中测试泥浆流变性，获取流变性参数，同时测量滤失量(fl)；
量取第二基浆350ml，添加3.5g(1.0wt％)的羧甲基纤维素钠(cmc-na)+氯化钾(kcl)(常规混合方式)，搅拌至溶液完全溶解，添加28g(8wt％)holeplug膨润土块，70℃热滚老化16h，冷却至室温后，在第二基浆中用40目筛网筛除模拟钻屑，用500ml蒸馏水清洗后，在105℃下烘干4h，得到钻屑重量为16.8g，钻屑得率为60％，如表1所示。
试验例一
量取第一基浆350ml，添加0.7g(0.20wt％)的聚阴离子纤维素钾(pac-k)，高速搅拌至混合均匀，室温静置养护16h，在第一基浆中测试泥浆流变性，获取流变性参数，同时测量滤失量(fl)；
量取第二基浆各350ml，添加0.7g(0.20wt％)的聚阴离子纤维素钾(pac-k)，搅拌至溶液完全溶解，添加28g(8wt％)holeplug膨润土块，70℃热滚老化16h，冷却至室温后，在第二基浆中用40目筛网筛除模拟钻屑，用500ml蒸馏水清洗后，在105℃下烘干4h，得到钻屑重量为14g，钻屑得率为50％，如表1所示。
试验例二
量取第一基浆350ml，添加2.1g(0.60wt％)的聚阴离子纤维素钾(pac-k)，高速搅拌至混合均匀，室温静置养护16h，在第一基浆中测试泥浆流变性，获取流变性参数，同时测量滤失量(fl)；
量取第二基浆350ml，添加2.1g(0.60wt％)的聚阴离子纤维素钾(pac-k)，搅拌至溶液完全溶解，添加28g(8wt％)holeplug膨润土块，70℃热滚老化16h，冷却至室温后，在第二基浆中用40目筛网筛除模拟钻屑，用500ml蒸馏水清洗后，在105℃下烘干4h，得到钻屑重量为20.2g，钻屑得率为72％，如表1所示。
试验例三
量取第一基浆350ml，添加3.5g(1.0wt％)的聚阴离子纤维素钾(pac-k)，高速搅拌至混合均匀，室温静置养护16h，在第一基浆中测试泥浆流变性，获取流变性参数，同时测量滤失量(fl)；
量取第二基浆350ml，添加3.5g(1.0wt％)的聚阴离子纤维素钾(pac-k)，搅拌至溶液完全溶解，添加28g(8wt％)holeplug膨润土块，70℃热滚老化16h，冷却至室温后，在第二基浆中用40目筛网筛除模拟钻屑，用500ml蒸馏水清洗后，在105℃下烘干4h，得到钻屑重量为21.9g，钻屑得率为78％，如表1所示。
表1
钻屑回收率越低，表明添加的holeplug膨润土块水化现象越严重，在实际钻井作业中，表现出岩层黏土侵蚀与扩散现象越严重，钻屑化浆越高。
从表1可以看出，本发明添加了聚阴离子纤维素钾的水基钻井液，相对于不添加任何添加剂的空白例，以及添加相同比例的羧甲基纤维素钠(常规添加剂)或羧甲基纤维素钠+氯化钾(常规添加剂)，滤失量显著下降，实际应用过程中能有效提高钻井壁的稳定性；本发明添加了聚阴离子纤维素钾的水基钻井液，相对于不添加任何添加剂的空白例，以及添加相同比例的羧甲基纤维素钠或羧甲基纤维素钠+氯化钾，钻屑的回收率明显提高，实际应用过程中能有效地抑制岩层黏土(钻屑)表面渗透水化作用，钻屑化浆率低，使钻井液的流变性更好，保持钻井速度，岩层黏土侵蚀与扩散现象轻微，还可有效防止钻孔出现空腔、卡管现象。