[发明专利]水基钻井液用纳米淀粉微球降滤失剂及其制备方法和水基钻井液

说明书

本发明涉及石油工程油田化学领域，公开了一种水基钻井液用纳米淀粉微球降滤失剂及其制备方法和水基钻井液。其中，在交联剂和引发剂存在的条件下，将含有淀粉的碱性溶液滴加至含有连续相油与乳化剂的连续相中进行反应并且离心分离而得到的；其中，平均粒径为50‑1000nm，溶胀度为200‑600％，总孔隙体积为0.5‑4mL/g，抗温能力≥150℃。本发明采用纳米淀粉微球作为降滤失剂更能有效控制钻井液的滤失，同时，抗温性能显著提高，对钻井液的粘度影响较小，以及对地层微孔隙和裂缝能发挥良好的封堵作用，另外，纳米淀粉微球具有生物可降解、环境友好、来源广泛以及制备工艺简单的优点。

技术领域

本发明涉及石油工程油田化学领域，具体涉及一种水基钻井液用纳米淀粉微球降滤失剂及其制备方法和水基钻井液。

背景技术

钻井过程中，在钻井液液柱压力与地层压力差作用下，钻井液中的自由水向井壁岩石的裂隙或孔隙中渗透，称为钻井液的滤失作用。在滤失过程中，随着钻井液中的自由水进入地层，钻井液中的固相颗粒便附着在井壁上形成泥饼，这就是钻井液的滤失造壁性。钻井液的滤失造壁性与钻井施工安全密切相关，大量的滤失将引起泥页岩地层的水化膨胀，从而诱发井壁失稳；同时大量的滤失使得泥饼增厚，容易导致卡钻。此外，滤失过程中过多的液相和固相侵入油气层，将会对油气层造成损害。因此，有效控制钻井液的滤失在钻井过程中非常重要。

多年来人们相继开发了不同种类的降滤失剂类型，主要分为天然/天然改性高分子化合物及合成类聚合物。其中天然/天然改性高分子化合物主要包括腐殖酸类、纤维素类、褐煤类以及淀粉类等，合成类聚合物主要包括磺化酚醛树脂类和乙烯基聚合物降滤失剂。其中，合成类聚合物具有良好的高温稳定性及耐盐性能，但是其分子往往难以降解，无法实现环境友好。天然高分子化合物由于其“绿色”、环保等特点，得到了研究人员的广泛关注，但是其抗温能力有限，淀粉类和纤维素类处理剂在温度超过120℃以后其性能为大幅度下降。因此，对天然高分子化合物进行改性，提高其抗温性，同时兼顾环保性能成为一个重要的研究方向。

淀粉结构中含有可反应的羟基，因此可以通过改性赋予其一些新的性能，是被研究最多的天然高分子材料。目前淀粉类处理剂作为降滤失剂主要有预胶化淀粉、醚化淀粉、接枝共聚淀粉等。淀粉类处理剂的降滤失作用机理主要有：(1)增黏机理，即淀粉类降滤失剂为水溶性改性天然高分子化合物，溶于水基钻井液中提高钻井液滤液粘度，降低滤失量。(2)吸附——水化机理，淀粉高分子链上的吸附基团吸附在膨润土颗粒表面，一方面淀粉处理剂本身的网络结构圈闭一部分自由水，减少了向滤饼渗透的自由水量，另一方面，水分子的极化使得离子基团在淀粉链上的定向排列更加紧密，形成水化膜，水化膜有一定的强度和柔韧性，通过变形封闭细微孔隙，使钻井液中的自由水不能顺利通过泥饼，最终导致泥饼渗透系数降低。(3)捕集机理，淀粉类降滤失剂为改性的天然高分子化合物，其分子量分布和分散度较大，具有不同分子量分布的变性淀粉降滤失剂在钻井液中会蜷曲成大小不同的无规线团。当这些无规线团的尺寸符合一定的条件时，就会被滞留在滤饼的孔隙中，增加自由水流动的空间位阻。(4)物理堵塞机理。当高分子无规线团或固体颗粒的直径大于孔隙的直径时，它们虽然不能进入滤饼的孔隙，但可通过封堵滤饼孔隙的入口而起到减少钻井液滤失量的作用，这种降滤失机理称为物理堵塞机理。目前传统用的淀粉类降滤失剂均是高分子聚合物，溶于水后通过吸附、增黏等发挥降滤失性能。当加量超过一定浓度后，淀粉类降滤失剂加入到钻井液中会产生显著的增黏作用，从而对钻井液的流变性造成不利的影响。同时，目前的淀粉类降滤失剂抗温能力有限，普遍在120-140℃，难以适应高温深层钻井的要求。

淀粉微球是近30年来发展起来的一种新型可生物降解的人工合成淀粉材料。淀粉微球不仅具有可生物降解、无毒、贮存稳定、原料来源广泛、价格低廉等优势，而且具有微孔结构，比表面积大，具有大量羟基活性基团。淀粉微球含有大量的-NH-、-OH等活性基团，外形规则，粒度均匀，具有适度的膨胀性，相当的孔容积、比表面积及良好的机械强度，其吸附性能一直备受世人关注。目前，将淀粉微球作为药物载体、吸附剂、包埋剂等在医药、环境、食品、工业和农业等领域的研究备受关注，而将其用于改善钻井液滤失性的研究未见报道。