[发明专利]纳米纤维-纳米碳酸钙复合物的钻井液用抗高温增粘剂

说明书

本发明提供了一种纳米纤维‑纳米碳酸钙复合物的钻井液用抗高温增粘剂及制备方法，包括按质量百分比计算如下组分含量：阳离子纳米纤维素28~30%、分散剂6~8%、纳米碳酸钙48~49%、硬脂酸盐15~16%。其方法通过采用甘蔗残渣的烘干、粉碎、提纯、强酸化、透析，在此基础上与纳米碳酸钙相结合，形成纤维和球状颗粒的复合增粘剂。二者具有一定的协同作用，纳米纤维的网络结构可以提高纳米颗粒在溶液中的稳定性，而纳米颗粒则能提高纳米纤维的抗温能力。在常温条件下，纳米纤维‑纳米碳酸钙复合物加入基浆后，其表观粘度大幅增加，老化后其表观粘度仅降低小，这充分说明该复合物的较好的抗温性。

技术领域

本发明涉及一种钻井液用的增粘剂，具体说在钻井过程中需要钻井液具有一定粘度，将钻屑悬浮和携带出地面。

背景技术

近年来，随着石油勘探开发开始转向深部地层及复杂地层，普遍遇到了高温问题，在高温条件下，钻井液中的黏土、处理剂都受到了严峻挑战，目前常用黏土在150℃条件下开始去水化，大多数处理剂在180℃温度下开始降解失效。增粘剂也存在这种问题，这是一种钻井液常用处理剂，不但具有增粘作用，还具有一定的调整钻井液切力、粘弹性和泥饼质量等作用。

目前，国内外的抗高温处理剂较多，国外如Dristemp、HE等系列，国内如黄原胶、PAC、80A51等，这些增粘剂的抗温能力较差，只能用在低于120℃以下环境。目前，主要的抗高温增粘剂，大多数是多元共聚合物，采用在聚合物分子中引入大体积侧基、磺酸基团、疏水单体、微交联等方法，提高钻井液的抗温性。王栋等（无固相钻井液抗高温增粘剂WTZN的研究与应用，特种油气藏，2005,12(2)）从两种乙烯单体出发，加入引发剂，合成出抗高温增粘剂WTZN，在甲酸盐中的表观粘度可增加至30mPa.s，抗温至150℃。张维龙（CN201010593450.8）采用淀粉、瓜尔胶、碱性氢氧化物、环氧化物、醇类，研制了一种抗高温增粘剂，4.0%海水溶液的表观粘度可达到52mPa.s，130℃/16h老化后，其粘度变化不大。闫丽丽等人（新型抗高温抗盐钻井液增黏剂 PADA的制备与性能，石油学报（石油加工），2013,29(3)）采用反相微乳方法制备了AMPS-DMAM-AN 三元共聚物(PADA)增粘剂，加量为0.5%时，表观粘度从3.0mPa.s增加至32.0mPa.s，经过150℃/16h老化后，其粘度变化不大。邱正松等人（抗高温钻井液增黏剂的研制及应用，石油学报，2015,36(1)）以N-乙烯基已内酰胺为温敏性单体，对苯乙烯磺酸钠为亲水性单体，N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，采用自由基胶束乳液聚合法研制出了抗高温增粘剂SDTP，220℃/16h老化后，加入了SDTP的盐水基浆的表观粘度保持率超过95%。2017年，张洋（抗高温反相乳液增黏剂DVZ-1 的研究与应用，钻井液与完井液，2017,34(3)）采用反相乳液聚合法，研制了AMPS-DMAM-NVP三元共聚物抗高温增粘剂DVZ-1，在盐水浆中，2.0%加量条件下，表观粘度从8.0mPa.s增加至32.0mPa.s，经过220℃/16h老化后，其粘度还能保持在20.0mPa.s。最近，张县民等人（无土相水基钻井液超分子增黏提切剂的研制，特种油气藏，2017,24(2)）采用AM/AMPS/DAC/S四种单体，采用K₂S₂O₈和NaHSO₃复合引发剂引发，再加入一定量的CTAB，合成出阳离子四元共聚物CZN，这种聚合物具有一定的剪切稀释性。康建荣（CN201711124308.7），以AM、AMPS、N-乙烯基己内酰胺和二乙烯苯为原料，通过水溶液聚合制备出抗高温增粘剂，加入钻井液中，表观粘度可从23.5mPa.s增加至38.5mPa.s，且随着老化温度提高至240℃，其粘度仅略有降至。综上，目前所有的抗高温增粘剂都是三元或者四元共聚物，但这些共聚物的共同特点是具有较好的增粘作用，抗温抗盐效果较好，所用单体或反应溶剂对环境都有一定的影响，降解作用差，钻井液废弃物难以处理。因此，急需寻找一种新型材料，开发出环保抗高温增粘剂。