[发明专利]一种钻井液用接枝改性淀粉防塌剂及其制备方法

说明书

本发明涉及油田助剂领域的一种钻井液用接枝改性淀粉防塌剂及其制备方法。所述防塌剂是包含淀粉、疏水单体、烯基酰胺、烯基季铵盐在内的组分通过接枝反应得到的一种天然改性产物；本发明提供的改性淀粉是一种分子侧链带有疏水基团的抑制剂，可吸附在易水化粘土矿物表面而改善其疏水性，季铵盐的引入可以提高分子在粘土表面的吸附性，可有效抑制泥页岩的水化分散，维护井壁稳定，制备方法简单，易工业化推广。

技术领域

本发明涉及油田助剂领域，更进一步说，涉及一种钻井液用接枝改性淀粉防塌剂及其制备方法。

背景技术

长期以来，井壁稳定问题一直是钻井工程中所遇到的一个十分复杂的世界性难题。据统计，由于泥页岩水化引起的井壁失稳占到了90％以上，因此，泥页岩井段的井壁稳定成为了科研工作者的重点研究对象。

引起井壁失稳的因素包括两个方面，即力学因素和物理化学因素。力学因素是指钻井液密度过低，钻井液的液柱压力低于地层的坍塌压力，即钻井液的液柱难于支撑井壁，即发生坍塌掉块，这种情况在胶结能力不强的硬脆性泥页岩地层最为常见。物理化学因素主要是指粘土的水化作用，这也是造成井壁失稳的主要原因。因为泥页岩的主要成分是粘土矿物，粘土矿物具有两个主要的物理化学特性：带电性和亲水性，由此引起页岩体积膨胀，颗粒分散和强度下降，这种特性在钻井过程中，常常称为泥页岩的水敏性，由于泥页岩的水敏性，降低了页岩的强度，改变了井眼周围的应力分布，从而造成井塌。因此，很多学者认为，井塌在很多情况下都与粘土的水化作用有关。几十年来，研究的焦点多集中在研究页岩的水化作用及其抑制方法上。

包被抑制剂是钻井液中最常见的防塌类钻井液处理剂品种。聚合物分子链吸附于井壁表面，包被岩屑颗粒，抑制井壁和岩屑颗粒中粘土矿物的水化分散，促进了井壁泥页岩的稳定。然而，该种人工产品环保性能差的缺陷。淀粉，作为重要的天然产物，具有来源广、无毒、易改性和易生物降解等优点，是环保类钻井液处理剂的热点研究方向之一。近年来，Scomi公司研究了一种名为Opt-Star plus改性淀粉，其主要作为降滤失剂来使用并兼有一定的防塌功能；Halliburton的Baroid开发了一种N-Drilling HT Plus非离子改性淀粉，其主要作为降滤失剂来使用并兼有一定的防塌功能；Schlumberger下的MI开发了一种两性离子型Duo-Flo TM改性淀粉，其主要作为降滤失剂来使用并兼有一定的防塌功能。上述改性淀粉主要通过分子中的酰胺基团和(或)羟基、季铵基团吸附在黏土矿物颗粒表面，增加黏土颗粒表面水化膜的厚度，阻碍钻井液中颗粒之间相互碰撞而形成大颗粒，有利于保持钻井液中细颗粒的含量，从而有利于在井壁形成薄而韧的泥饼，降低钻井液的滤失量，达到稳定井壁的目的，但是阻碍水分子侵入黏土层间而引起的水化分散作用能力较弱，不能抑制井壁黏土矿物因水化作用而崩散的目的。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种钻井液用接枝改性淀粉防塌剂。具体地说涉及一种钻井液用接枝改性淀粉防塌剂及其制备方法。所述防塌剂的抑制作用机理是通过包被吸附作用抑制井壁粘土和岩屑的水化分散，另外，分子侧链引入的疏水基团可以阻碍水分子侵入易水化岩屑的层间，从而达到稳定井壁的目的。

本发明目的之一是提供一种钻井液用接枝改性淀粉防塌剂，是由包含淀粉、疏水单体、烯基酰胺、烯基季铵盐在内的组分通过接枝反应得到的一种天然改性淀粉产物；所述接枝改性淀粉防塌剂的通式可选自以下3种：

其中，R_g为或R₁、R₂各自独立地选自H、CH₃或以杂原子取代或未取代的有机基团；R_h为或R₁′、R₁″、R₁″′、R₂′、R₂″和R₂″′各自独立地选自H、CH₃或以杂原子取代或未取代的有机基团；