[发明专利]一种钻井液用防塌型改性淀粉及其制备方法

说明书

本发明涉及石油钻井工程中钻井液用助剂领域的一种钻井液用防塌型改性淀粉及其制备方法；所述钻井液用防塌型改性淀粉，主要包含以下组分原料：淀粉、低碳醇、淀粉酰化剂、交联剂、季铵盐类阳离子剂、催化剂；本发明是经过对原淀粉使用适度交联并控制比例的阴阳离子化的方法改性后，制备出的一种钻井液用单剂可抗150℃且具有显著防塌功能的防塌型改性淀粉。该产品原料来源丰富，具有很好的降失水和抑制效果，且对环境无污染，是一种性能稳定的防塌改性淀粉。

技术领域

本发明涉及石油钻井工程中钻井液用助剂领域，更进一步说，涉及一种钻井液用防塌型改性淀粉及其制备方法。

背景技术

随着环保理念的进步和新环境保护法的实施对钻井液提出了更高的要求，如何最大限度地减少环境污染，满足钻井工程安全、优质、快速、高效要求并保护环境，确保钻井液处理剂对环境无毒无害，造福子孙后代。然而，为解决深部和复杂地层钻进中的垮塌、缩径和造浆严重等问题，往往需要加入沥青类防塌剂、盐类抑制剂等，其中利用一些有毒的单体为原料合成的有机处理剂，成品难降解且可能含有末反应完全的有毒单体，使得钻井液的生物毒性指标难以满足环境保护要求。目前开发的油气田多为环境敏感区域，严重缺水，植被稀少，荒漠化日益加重，环保问题面临的形势十分严峻。

国内外通过大量的科研攻关研究，在环保钻井液处理剂方面取得了一定的成绩，主要集中在环保降滤失剂方面，而在环保防塌剂方面研究较少。淀粉来源天然、丰富、价格低廉，是一种可再生资源，在石油钻井工程中常用改性淀粉作为降滤失剂，主要是由于其本身在盐水中具有较好的降滤失效果，同时它还具有保护储层、可生物降解并且无生物毒性。本发明研究的改性淀粉作为环保防塌剂国内外研究较少，环保防塌型改性淀粉可以替代毒性大、对环境有害的钻井液防塌处理剂。淀粉化学改性用做钻井液用防塌剂鲜有报道，多数是作为降滤失剂兼具防塌性能，方法大致有糊化、阳离子化和接枝共聚三类方法。其中，糊化法主要优点加工工艺简单并且成本低，缺点是热稳定性差，一般只能用于80～100℃井温；阳离子化法合成产品单剂使用温度可以达到100～120℃，产品特点是分子量较小、分子中含有大量的阳离子，该类方法合成出的阳离子淀粉(CS)产品带有大量正电荷，溶解过程中极易起泡，且断键温度低，导致抗温能力差，如果使用温度超过120℃则需要在钻井液中加入大量的降氧剂和杀菌剂来提高该类产品抗高温抗盐能力；接枝共聚法合成产品使用温度在130～180℃,该类产品优点是可以提高淀粉的热稳定性，接枝共聚后产品的分子量较大，缺点是生产工艺复杂、淀粉主链可能被破坏、合成出产品降解难度大并且成本较高。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述阳离子化方法合成出的改性淀粉单剂使用温度100～120℃、防塌性能不明显等问题，本发明提出一种钻井液用防塌型改性淀粉，具体地说涉及一种钻井液用防塌型改性淀粉及其制备方法。本发明经过对原淀粉使用适度交联并控制比例的阴阳离子化的方法改性后，制备出一种钻井液用单剂可抗150℃且具有显著防塌功能的防塌型改性淀粉。

本发明目的之一是提供一种钻井液用防塌型改性淀粉，其结构通式为Starch-O-C₂NR或(C₆H₁₀O₅)_n-O-C₂NR，其中Starch为

n为300～600，R为带正电荷的金属元素；优选所述R为一价金属元素；更优选所述R选自K、Na、Ca或Mg中的至少一种；

所述改性淀粉的分子量可为5万～10万之间。

阴离子和阳离子的取代度有一定的范围，阴离子取代度在0.34～0.38期间，阳离子取代度在0.39～0.41期间。阴离子取代度采用络合滴定法；具体可用本领域常用的测试方法进行测试，具体可参照《中华人民共和国国家标准GB1904—2005食品添加剂羧甲基纤维素钠》中取代度的测试方法进行测试。阳离子取代度测定方法是依据氨含量测定计算而来，测试方法可参照化学试剂氮测定通用方法国标GB608—88和半微量法和淀粉及衍生物氮含量测定方法GB12091—89。