一种纤维素植物类添加剂制备的钻井液及制备方法与流程

本发明属于钻井液，尤其涉及一种纤维素植物类添加剂制备的钻井液及制备方法。

背景技术：

1、降滤失剂是一种能够降低钻井液滤失量的化学添加剂。通过稳定胶体颗粒、提高滤液黏度、堵孔等手段，它可以降低钻井液的滤失量，从而在井壁上形成一层“滤饼”，起到保护井壁、保持井下作业稳定的作用。随着油气资源勘探与开发的不断深入，特别是在深部地层和非常规油气藏的开发中，钻井液的性能要求也日益提高。降滤失剂在钻井液处理剂中用量大、种类繁多，主要分为天然材料或天然材料改性产物和合成聚合物两大类。近年来，天然材料受到人们的重视，成为钻井液技术的重要研究方向之一，因为其来源广泛、价格低廉、易于接枝改性且环保易降解。其中，纤维素及改性产品逐渐代替传统的钻井液处理剂，成为用途最广泛的处理剂之一。然而，纤维素分子主链是以醚键相连结，在钻井液中的抗温能力一般只能达到120℃左右，抗盐抗钙污染能力也有限。因此，提高其抗温、抗盐、抗钙污染能力具有重要的研究意义。

技术实现思路

1、针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种纤维素植物类添加剂制备的钻井液及制备方法，解决了市面上的水基钻井液不耐高温、抗盐抗钙污染能力差的问题。

2、为了实现上述目的，采用了如下技术方案：本发明提供了一种纤维素植物类添加剂制备的钻井液及制备方法，所述纤维素植物类添加剂制备的钻井液包括如下重量份的组分：水80-100份、降滤失剂3-8份、润滑剂2-6份、封堵剂2-8份、膨润土3-5份，其余为增重剂。

3、进一步地，所述降滤失剂包括如下重量份的组分：羟甲基纤维素30-50份、阴离子单体15-30份、阳离子单体15-30份、非离子单体20-40份、引发剂0.1-0.5份，其余为水。

4、进一步地，所述降滤失剂的制备包括如下步骤：

5、(1)将羧甲基纤维素加入反应装置中，加过量水进行溶解，升温至45-60℃并恒温30-60min，得到溶液a；

6、(2)称取阴离子单体、阳离子单体、非离子单体，分别加水至恰好完全溶解得到溶液b、溶液c、溶液d；

7、(3)用10mol/lnaoh溶液将所述溶液a的ph值调整为8-11，继续恒温搅拌10-30min；

8、(4)依次加入所述溶液b、溶液c、溶液d，通入氮气，恒温反应3-5h；

9、(5)反应结束，将溶液用乙醇洗涤，过滤，滤渣再用去离子水和50℃无水乙醇各洗涤三次，于60-100℃真空烘箱干燥8-12h，得到降滤失剂。

10、进一步地，所述阴离子单体包括如下重量份的组分：对苯二亚甲基二樟脑磺酸钠30-50份、亚苄基樟脑磺酸钠30-40份、樟脑磺酸钠20-40份。

11、进一步地，所述阳离子单体包括如下重量份的组分：甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵30-45份、2-乙酰氧基-n,n,n-三甲氧基氯化铵25-40份、丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵30-40份。

12、进一步地，所述非离子单体包括如下重量份的组分：n-(2,2-二甲氧基乙基)-2-丙烯酰胺40-60份、n-羟乙基丙烯酰胺25-40份、丙烯酰胺30-40份。

13、进一步地，所述引发剂为过硫酸铵和亚硫酸氢钠以质量比1：1的组合。

14、进一步地，所述润滑剂为聚氧化丙烯二醇、聚丙二醇、聚乙二醇中的一种或多种的组合。

15、进一步地，所述封堵剂为水溶性阴离子聚丙烯酰胺、聚乙二醇改性的纳米石墨烯中的一种。

16、进一步地，所述膨润土为钙基膨润土、钠基膨润土、球团膨润土中的一种。

17、进一步地，所述增重剂为重晶石粉、磁铁矿石粉、钛铁矿石粉中的一种或多种的组合。，所述增重的用量为使加入后的纤维素植物类添加剂制备的钻井液的密度为1.5-2.0g/cm3。

18、进一步地，所述纤维素植物类添加剂制备的钻井液的制备方法包括如下步骤：将膨润土溶解于水中，搅拌1-2h，静置12-24h，再加入降滤失剂、润滑剂、封堵剂，根据所需密度加入增重剂，搅拌3-5h，得到纤维素植物类添加剂制备的钻井液。

19、本发明的有益效果如下：

20、(1)本发明以羟甲基纤维素为原料，经过硫酸铵-亚硫酸氢钠体系引发，与阴离子单体、阳离子单体、非离子单体反应进行接枝改性，其中阴离子单体中的磺酸基团对钙离子、镁离子的敏感性差，使降滤失剂具有优秀的抗温抗盐抗钙能力，羟甲基纤维素在水中溶解度较小，磺酸基团能够与水分子中的氢原子形成强烈的氢键，增加羟基纤维素在水中的溶解度，尤其可以显著提高其在盐水中的溶解度，使其在钻井液中更好地发挥降滤失作用，羟甲基纤维素类降滤失剂通过形成三维网络结构来降低滤饼的渗透性，而磺酸基团的引入可以增强这种网络结构的稳定性；

21、(2)阴离子单体上含有苯环基团和桥环结构，它们与磺酸基团一样都是大体积基团，都能增强分子链的刚性，使接枝改性后的羟基纤维素不像线性分子那样容易发生分子链的变形或扭曲，增加了分子的结构稳定性，使钻井液在高温、高压或强酸碱等恶劣环境下仍能保持热稳定性和化学稳定性；

22、(3)阳离子单体易溶于水，常温下稳定且不易水解，进一步增强羟甲基纤维素的在水中的溶解度，阳离子单体的引入可还以中和羟甲基纤维素分子中的负电荷，提高其在高浓度盐溶液中的溶解度和稳定性，阳离子单体还能增加降滤失剂的流变性，使其在钻井液中更好地溶解和分散。这有助于提高钻井液的流动性和携砂能力，同时保持降滤失剂在钻井液中的均匀分布。；

23、(4)非离子基团中的酰胺键可以通过氢键与黏土颗粒吸附，具有很强的水化能力，提高降滤失剂在盐水中的溶解度和稳定性，起到稳定钻井液体系的作用；

24、(5)将综合以上优点制备的降滤失剂加入到钻井液体系中后，使制备的钻井液具有优秀的降滤失和抗温抗盐抗钙性能。

技术特征：

1.一种纤维素植物类添加剂制备的钻井液，其特征在于：所述钻井液包括如下重量份的组分：水80-100份、降滤失剂3-8份、润滑剂2-6份、封堵剂2-8份、膨润土3-5份，其余为增重剂；所述降滤失剂包括如下重量份的组分：羟甲基纤维素30-50份、阴离子单体15-30份、阳离子单体15-30份、非离子单体20-40份、引发剂0.1-0.5份，其余为水。

2.根据权利要求1所述的一种纤维素植物类添加剂制备的钻井液，其特征在于：所述降滤失剂的制备包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种纤维素植物类添加剂制备的钻井液，其特征在于：所述阴离子单体包括如下重量份的组分：对苯二亚甲基二樟脑磺酸钠30-50份、亚苄基樟脑磺酸钠30-40份、樟脑磺酸钠20-40份。

4.根据权利要求3所述的一种纤维素植物类添加剂制备的钻井液，其特征在于：所述阳离子单体包括如下重量份的组分：甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵30-45份、2-乙酰氧基-n,n,n-三甲氧基氯化铵25-40份、丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵30-40份。

5.根据权利要求4所述的一种纤维素植物类添加剂制备的钻井液，其特征在于：所述非离子单体包括如下重量份的组分：n-(2,2-二甲氧基乙基)-2-丙烯酰胺40-60份、n-羟乙基丙烯酰胺25-40份、丙烯酰胺30-40份。

6.根据权利要求5所述的一种纤维素植物类添加剂制备的钻井液，其特征在于：所述引发剂为过硫酸铵和亚硫酸氢钠以质量比1：1的组合。

7.根据权利要求6所述的一种纤维素植物类添加剂制备的钻井液，其特征在于：所述润滑剂为聚氧化丙烯二醇、聚丙二醇、聚乙二醇中的一种或多种的组合；所述封堵剂为水溶性阴离子聚丙烯酰胺、聚乙二醇改性的纳米石墨烯中的一种。

8.根据权利要求7所述的一种纤维素植物类添加剂制备的钻井液，其特征在于：所述膨润土为钙基膨润土、钠基膨润土、球团膨润土中的一种。

9.根据权利要求8所述的一种纤维素植物类添加剂制备的钻井液，其特征在于：所述增重剂为重晶石粉、磁铁矿石粉、钛铁矿石粉中的一种或多种的组合，所述增重的用量为使加入后的纤维素植物类添加剂制备的钻井液的密度为1.5-2.0g/cm3。

10.一种根据权利要求1所述的纤维素植物类添加剂制备的钻井液的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：将膨润土溶解于水中，搅拌1-2h，静置12-24h，再加入降滤失剂、润滑剂、封堵剂，根据所需密度加入增重剂，搅拌3-5h，得到纤维素植物类添加剂制备的钻井液。

技术总结
本发明公开了钻井液技术领域的一种纤维素植物类添加剂制备的钻井液及制备方法，该钻井液包括如下重量份的组分：水80‑100份、降滤失剂3‑8份、润滑剂2‑6份、封堵剂2‑8份、膨润土3‑5份，其余为增重剂。本发明以羟甲基纤维素为原料，经引发剂引发，得到改性降滤失剂，其中阴离子单体中的磺酸基团能增加羟基纤维素在水中的溶解度，其上含有的苯环基团和桥环结构，与磺酸基团都能增强分子链的刚性，减少分子链的变形或扭曲，增加分子的结构稳定性，阳离子单体能增强降滤失剂对黏土颗粒的吸附能力，改善钻井液降滤失性能，非离子基团中的酰胺键具有很强的水化能力，起到稳定钻井液的作用。本发明制备的钻井液具有优秀的降滤失和抗温抗盐抗钙性能。

技术研发人员：郑浩,王莉,郑宇,崔稳迟
受保护的技术使用者：任丘市天润化工有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24