[发明专利]改性淀粉及其制备方法、微泡钻井液及应用

说明书

本发明涉及石油开采领域，公开了一种改性淀粉及其制备方法、微泡钻井液及应用。制备方法包括：(1)将淀粉与水制成糊化淀粉溶液，并将第一单体、第二单体和第三单体与水制成单体溶液，之后将所述糊化淀粉溶液、单体溶液与亲水型乳化剂混合，制得水相溶液；(2)将亲油型乳化剂与液体石蜡混合，并进行乳化，制得油相溶液；将所述水相溶液加入所述油相溶液制得油包水型反相乳液体系；(3)在引发剂存在下，将所述油包水型反相乳液体系进行接枝共聚反应，得到反应产物体系；(4)将所述反应产物体系进行破乳、清洗和后续处理，得到改性淀粉。该改性淀粉具有优异的高温稳泡性能，可抗温180℃，并具有较好的抗盐抗钙性能。

技术领域

本发明涉及石油开采领域，具体涉及一种改性淀粉及其制备方法、微泡钻井液及应用。

背景技术

钻井液是在油气、煤层、地热等钻井工程中起到携带岩屑、稳定井壁、平衡地层压力、冷却润滑钻具等作用的循环流体，在钻遇低压力枯竭油气储层、孔隙/裂隙发育地层、破碎或未固结砂岩储层等复杂地质条件的地层时，井漏是急需解决的重大钻井难题。近年来，一种使用可循环微泡钻井液的近平衡钻井技术可实现低压地层中的负压钻井，有效解决严重井漏、压差卡钻问题。该技术的优势包括：(1)与常规水基/油基钻井液相比，机械钻速提高，缩短钻井周期，降低成本；(2)微泡钻井液具有极高的低剪切粘度，有利于从井底携带岩屑，清洁井孔；(3)微泡钻井液通过钻头喷嘴处高速喷出产生微泡沫，与其他气体型欠平衡钻井液相比，无需昂贵的气体注入设备；(4)微泡是具有多层膜结构的高稳定性泡沫，可实现对地层孔隙/裂隙的封堵，降低流体侵入，有利于储层保护。

对于微泡钻井液，现有的研究和存在的问题主要有：(1)缺少微泡钻井液体系抗高温性研究：随着常规储层储量的降低和钻井技术的发展，钻井逐渐转向更深的储层，井底温度也随之升高。目前国外关于微泡钻井液耐温性的研究在100℃以内，国内的研究温度在150℃以内，并未达到高温井的井底温度，为了推动微泡钻井液技术在高温储层开发中的应用，研制抗高温≥150℃的微泡钻井液体系仍是一项挑战；(2)现有的稳泡剂抗高温性能差：微泡钻井液是由发泡剂和稳泡剂通过高速搅拌制备的含粒径10-200μm稳泡的微气泡的一种气体钻井液，其中，黄原胶已被证明是目前市售的稳泡效果最好的稳泡剂，但是此类天然生物聚合物的主要缺点是抗温能力差，使用温度通常在120℃以内。已有研究证明了膨润土基微泡钻井液体系在120℃以上出现滤失量骤增的主要原因是由于体系中稳泡剂的高温失效造成的流体降粘和微泡失稳；(3)在钻遇含大量金属阳离子的盐膏层时，钻井液会受到以NaCl、CaCl₂为代表的阳离子污染，对微泡稳定性和钻井液的携岩能力产生不利影响，目前多数天然生物基聚合物(例如黄原胶、纤维素等)的抗盐无法达到饱和盐溶液(36％)，高温抗钙离子浓度更是低于10％。因此，提高稳泡剂的耐高温性和抗盐抗钙性能是研制抗高温微泡钻井液的重要方向。

相较于黄原胶，淀粉是一种来源丰富、产量巨大、绿色无毒、易生物降解的生物聚合物，价格更为低廉，在钻进现场中大量使用能有效降低成本。但淀粉也存在抗温性差的问题，需要通过改性提高淀粉性能。目前关于淀粉的接枝改性研究大多采用水溶液聚合法，存在合成过程中的凝胶化、产物转化率和分子量低等问题，降低了产物的性能与使用效果，且受限于应用领域，没有关于抗高温稳泡剂的改性淀粉产品的研制。

现有的天然生物聚合物类稳泡剂普遍存在抗高温性差的问题，对常规的稳泡剂优选和复配无法满足日渐增长的钻井温度的需求，导致以稳泡剂为基础的微泡钻井液耐温性的研究仍局限于150℃以内，随着钻井向深部储层发展，耐温150℃以上的微泡钻井液体系的研制亟待突破。

综上，开发一种改性淀粉抗高温稳泡剂，以满足微泡钻井液在高温储层开发中的应用，具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的微泡钻井液用稳泡剂存在抗温性能不足、抗盐抗钙效果不理想、使用成本较高的问题，提供了一种改性淀粉及其制备方法、微泡钻井液及应用。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种改性淀粉的制备方法，该方法包括：