CN111057526B - 一种环保防塌钻井液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及石油钻井液领域的一种环保防塌钻井液及其制备方法。所述环保防塌钻井液，包括以重量份数计的以下组分：水100重量份；钠膨润土2～6重量份；防塌淀粉0.5～2重量份；抗高温改性淀粉0.3～0.8重量份；聚阴离子纤维素0.5～1重量份；腐植酸类降失水剂2～5重量份；褐煤树脂2～5重量份；亚硫酸钠0.2～0.5重量份；粒径为40～70微米的碳酸钙2～6重量份；粒径为10～30微米的碳酸钙5～10重量份。所述环保防塌钻井液是一种以环保型防塌改性淀粉为主剂的环保防塌钻井液体系，本发明制备得到的钻井液在150℃/16h下老化后流变性和抗失水性效果较好，可应用于高温环境，且有良好的防塌性能及环保性，能够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。

Description

一种环保防塌钻井液及其制备方法
技术领域
本发明涉及石油钻井中的钻井液领域，更进一步说，涉及一种环保防塌钻井液及其制备方法。
背景技术
随着中石化在环境敏感等复杂深井地区勘探力度的加大，环保、防塌且抗高温钻井液需求越来越广。近年来国外几大服务公司中，Scomi公司研究了一种名为Opt-flo钻井液，以有机盐类的抑制封堵防塌为主，应用温度在130℃；另外，Halliburton公司的Baroid开发了一种N-Drilling钻井液，以高分子的包被材料为主，体系中配有无机盐起到抑制防塌作用，应用温度在140℃；Schlumberger的MI开发了一种Glydrill钻井液，其主要利用醇类的封堵防塌性能保证体系的具有较好的稳定井壁作用。国内外现有防塌钻井液体系应用温度在140℃以内，无法满足部分深井钻井需求，另外钻井液毒性大，对环境污染严重，不能满足中石化在环境敏感深井勘探的需求。
公开号为101144009A(申请号为200610127246.0)的中国专利公开了一种环保防塌的水基生物改性硅酸盐钻井液体系。由淡水或海水浆，黄原胶，低粘聚阴离子纤维素，磺化酚醛树脂，甲基葡萄糖甙，无渗透处理剂，羟基成膜剂，低荧光沥青，极压润滑剂，硅酸钠，氯化钾，和淡水或海水组成。该专利的防塌机理侧重于封堵即尽可能的降低滤失量，通过减少黏土与水的接触来防止黏土膨胀，进而稳定井壁，防止井壁坍塌。其公开的钻井液体系是一种环保防塌的水基生物改性硅酸盐钻井液体系，其综合性能可与油基钻井液相比拟，而封堵能力大大优于油基钻井液，抗温能力为140℃。
公开号为103740343A(申请号为201410021057.X)的中国专利提供了一种Na2SiO3-KCl防塌钻井液及其制备方法，该Na2SiO3-KCl防塌钻井液便于现场维护，抑制能力强、滤失量低、与地层配伍性好、具有优良的热稳定性及流变性、可平衡高压层段地层压力，是一种低成本、高环保的理想防塌钻井液。120℃高温高压失水为14.8mL，无环保性结果。
公开号为103254879A(申请号为201310175348.X)的中国专利提供了一种防塌钻井液用组合物、一种防塌钻井液以及一种防塌的方法。所述防塌钻井液用组合物含有膨润土、降滤失剂和降粘剂，其中，所述防塌钻井液还含有润湿反转剂和润湿反转剂辅剂，所述润湿反转剂为丙烯酸系单体与苯乙烯的共聚物，所述润湿反转剂辅剂含有脂肪胺和沥青。本发明提供的防塌钻井液具有非常优异的防塌性能，但未提供抗温能力数据，也未提及环保性能。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种环保防塌钻井液。具体地说涉及一种环保防塌钻井液及其制备方法。所述环保防塌钻井液是一种以环保型防塌改性淀粉为主剂的环保防塌钻井液体系，具有较强的防塌能力，应用温度高达150℃，且无毒无害，能够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。
本发明目的之一是提供一种环保防塌钻井液，可包括以重量份数计的以下组分：
Figure BDA0001831281510000021
其中，
关于所述防塌淀粉，此处全文引入申请号为201811204630.5(一种钻井液用防塌型改性淀粉及其制备方法)的中国专利的内容。所述防塌淀粉，其结构通式可为Starch-O-C2NR或为(C6H10O5)n-O-C2NR；
其中Starch为
Figure BDA0001831281510000031
其中n为300～600，R为金属元素；
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。
所述防塌淀粉，可由包括以下步骤的方法制备而成：
(1)将淀粉溶于低碳醇中，配置成淀粉悬浮液，再将季铵盐类阳离子剂和碱性催化剂溶于淀粉悬浮液中，混合均匀，得到淀粉浆液；
(2)在淀粉浆液中加入交联剂、再加入淀粉酰化剂、分两次以上加入碱性催化剂，升温，搅拌下反应；
(3)反应结束后调节pH，并用低碳醇洗涤，抽滤，干燥即得。
所述步骤(1)的所述淀粉的重量与所述制备方法中使用的碱性催化剂总重量(步骤(1)与步骤(2)中所用的碱性催化剂重量之和)的比例可为(2～4):1。
所述淀粉与季铵盐类阳离子剂的重量比可为(1～4):1，优选(2～3):1。
所述步骤(1)中，所述淀粉浆液中的淀粉与所述步骤(1)中所用碱性催化剂的重量的比例为(10～16)：1。
所述步骤(2)中，所述淀粉浆液中的淀粉与所述交联剂的重量比为(1400～1700):1。所述步骤(2)中，所述淀粉浆液中的淀粉与所述淀粉酰化剂的重量比为(4～5):1。
所述淀粉酰化剂可以为各种能够使淀粉的羟基酰化或醚化的试剂，本发明优选为碳原子数为2～4的卤代羧酸，具体可选自氯乙酸、溴乙酸、二氯乙酸、二溴乙酸、三氯乙酸和三溴乙酸中的一种或多种；优选氯乙酸。
所述交联剂可选自环氧氯丙烷、环氧丙烷、甲基环氧氯丙烷、环氧基聚二甲基硅氧烷、三氯氧磷、三偏磷酸钠、己二酸、三聚磷酸钠、六偏磷酸盐、甲醛、二价或三价混合酸酐中的至少一种；优选环氧氯丙烷、环氧丙烷、甲基环氧氯丙烷、三氯氧磷、三偏磷酸钠、三聚磷酸钠、甲醛、二价或三价混合酸酐；更优选环氧氯丙烷。
所述季铵盐类阳离子剂是指主要是含氮的有机胺衍生物，其中氮原子上连有四个烷基，即铵离子
Figure BDA0001831281510000041
的四个氢原子全部被烷基所取代。所述季铵盐类阳离子剂具体可选自烷基二甲基苄基季铵盐、烷基三甲基季铵盐、二烷基二甲基季铵盐等中的至少一种；具体可选自2,3-环氧丙基三甲基氯化铵、苄基三乙基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵中的至少一种。
所述低碳醇可选自甲醇、乙醇、丙醇中的至少一种；
所述淀粉可选自玉米淀粉、木薯淀粉或马铃薯淀粉中的至少一种；
所述步骤(1)和步骤(2)中，所述碱性催化剂可选自氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种。
其中，
所述步骤(1)中，可将淀粉溶于低碳醇中配置成重量浓度为15～25％的淀粉悬浮液。
所述步骤(2)中，所述升温可为升温至40～70℃。
所述步骤(2)中，可将淀粉酰化剂和碱性催化剂分别配置为溶液后再进行使用，具体可将淀粉酰化剂溶于低碳醇配置成重量浓度为3～10％淀粉酰化剂溶液，可将碱性催化剂溶于低碳醇配置成重量浓度为4～11％的催化剂溶液；
所述步骤(2)中，具体可在淀粉浆液中加入交联剂、再加入淀粉酰化剂和部分催化剂，升温，搅拌下反应，然后投入剩余的催化剂进行反应(具体可为控制搅拌速度为500～1000rpm下反应3～6h，然后投入剩余的催化剂溶液反应2～4h)；其中所述部分催化剂的重量为所述步骤(2)中所用的催化剂总用量的1/8～3/8。其中，剩余的催化剂溶液是指1/8～3/8剩下的；本申请分两次加入催化剂，从而在整个反应中保持一定pH值，两次加入以便反应更加充分，效率更高。
所述步骤(3)中，反应结束后可用硫酸调节中和pH到7.5～9。同时硫酸可对初步产品进行有效提纯，去除杂质。
另一组分所述抗高温改性淀粉是申请人自主研发的产品，在此全文引入公开号为CN103665174A的中国专利的内容。所述抗高温改性淀粉含有双取代淀粉结构单元和三取代淀粉结构单元，所述三取代淀粉结构单元如下式(1)所示，所述双取代淀粉结构单元如下式(2)所示和/或下式(3)所示，且双取代淀粉结构单元和三取代淀粉结构单元的总量占所述抗高温改性淀粉量的20重量％以上，优选为20～30重量％，所述抗高温改性淀粉的重均分子量为5万～60万，优选为8万～58万；
Figure BDA0001831281510000061
其中，R1、R2和R3各自独立地为碳原子数为1～5的亚烷基，M1、M2和M3各自独立地为H、碱金属元素或碱土金属元素。
所述聚阴离子纤维素选自低黏聚阴离子纤维素和超低黏聚阴离子纤维素中的至少一种。优选超低黏聚阴离子纤维素，超低粘度聚阴离子纤维素对钻井液体系流变性能影响小。
所述腐植酸类降失水剂选自褐煤碱液、磺化褐煤、腐植酸钾中的至少一种。从常用的磺化褐煤和腐植酸钾中优选腐植酸钾，腐植酸钾具有降失水能力和一定的页岩抑制能力，且相对于磺化褐煤更环保。
所述防塌淀粉为环保型防塌淀粉。
所述碳酸钙为超细碳酸钙。
钠膨润土加入水中配制成基浆的作用是增加钻井液黏度和切力，在一定程度上降低滤失量，稳定井壁；防塌淀粉作用为抑制地层黏土水化膨胀，防止井壁坍塌；抗高温改性淀粉作用为在高温条件下降低滤失量同时增加黏度和切力；聚阴离子纤维素为聚合物类降滤失剂，主要作用为降低滤失量；腐植酸类降失水剂和褐煤树脂的主要作用都是在高温条件下降低滤失量；亚硫酸钠是除氧剂，除氧的同时在配方中还有磺化的作用，提高各处理剂使用的长效性；碳酸钙在泥饼形成过程中起架桥和封堵作用。
本发明目的之二是提供一种环保防塌钻井液的制备方法，包括以下步骤：
将所述钠膨润土按所述用量加入水中，高速搅拌均匀后，常温养护24h，配制成基浆，将包含所述防塌淀粉、抗高温改性淀粉、聚阴离子纤维素、腐植酸类降失水剂、褐煤树脂、亚硫酸钠、碳酸钙在内的组分分别按所述用量加入基浆中，高速搅拌，混合均匀，即得。
本发明的效果
本发明是以本申请人发明的环保型防塌改性淀粉为主剂，优选多种处理剂配制得来，该防塌淀粉在钻井液体系中起到防止黏土膨胀的作用，并能够降低钻井液的滤失量，从而从抑制黏土本身和减少黏土与水接触两个方面降低井壁坍塌的可能性，其他处理剂在保证配方性能的前提下进一步提升钻井液的性能，抗高温改性淀粉和超低黏聚阴离子纤维素作为聚合物降失水剂稳定钻井液黏度和切力，其长链结构保证在井壁上形成的泥饼韧性，从而降低滤失量，腐植酸类降失水剂和褐煤树脂在高温条件下有较强的降滤失效果，并能提高防塌淀粉的抗高温能力，保证防塌淀粉的长效性，亚硫酸钠作为除氧剂，能够防止防塌淀粉等处理剂在高温条件下过快氧化失效，复配粒径的碳酸钙可以封堵细小裂缝及孔隙，并在形成泥饼时为聚合物类降失水剂提供支撑。包括防塌淀粉在内的钻井液各处理剂均为无毒、无重金属的产品，对环境友好，可用于海上或者陆地对环保要求高的易坍塌井。
本发明所述的一种环保防塌钻井液，按照GB/T 16783.1-2014《石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液》中方法测定室温条件下表观黏度、塑性粘度、动切力及中压失水，然后封入老化罐中150℃滚动16小时，冷却到室温后测定老化后钻井液表观黏度、塑性粘度、动切力、中压失水及150℃高温高压失水。结果表明所述环保型防塌钻井液在150℃条件下具有良好的流变性和较低的滤失量，说明本钻井液体系能够在150℃高温条件下使用。
按照上述配方配制钻井液进行页岩膨胀实验，6000psi压制人造岩心，用环保防塌钻井液浸泡24小时，测得膨胀率为23.3％。
按照所述配方配制钻井液，按照GB/T18420.2-2009《海洋石油勘探开发污染物生物毒性检验方法》检测生物毒性，半数致死浓度LC50值达到879000mg/L，远大于标准要求水基钻井液在一级海区的生物毒性容许值30000mg/L，符合生物毒性要求。
本发明的环保防塌钻井液体系，可用于环境敏感地区和海洋钻井，特别适合在温度150℃以上高温易坍塌地层和环境敏感地区等复杂地质条件钻井，能保持较好的流变性和较低的滤失量，且具有较好的防塌性能和环保性，能够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。
具体实施方式
下面结合实施例，进一步说明本发明。但本发明不受这些实施例的限制。
原料来源
1、防塌淀粉，按申请号为201811204630.5的中国专利中实施例3的制备方法进行制备而得，具体由包括以下步骤的方法制备而成：
(1)将110g的玉米淀粉溶于纯乙醇中，配置成重量浓度为22％玉米淀粉悬浮液，再将55g季铵盐类阳离子剂2,3-环氧丙基三甲基氯化铵和9g碱性催化剂氢氧化钠一起溶于玉米淀粉悬浮液中，混合均匀，得到玉米淀粉浆液；
(2)将26g重量浓度为97％以上氯乙酸溶于乙醇配置成重量浓度为6％的氯乙酸溶液；将24g氢氧化钠溶于乙醇配置成重量浓度为6％的催化剂溶液；取步骤(1)制备的玉米淀粉浆液倒入三口瓶中，滴加0.07g环氧氯丙烷，再依次加入本步骤中制备的全部的氯乙酸溶液和3/8重量的本步骤中制备的催化剂溶液，在恒温水浴中升温到50℃，控制搅拌速度为500rpm下反应5h，然后投入剩余的本步骤中制备的催化剂溶液反应3h。
(3)反应结束后用硫酸中和pH到7.5～9，并用低碳醇洗涤，抽滤，在50℃左右下鼓风干燥得产品，即为所述防塌淀粉。
2、抗高温改性淀粉，按公开号为CN103665174A(申请号为201310432320.X)的中国专利中实施例1的制备方法进行制备而得，具体包括以下步骤：将100g的玉米原淀粉(密度为1.52g/cm3，重均分子量为5万-10万)溶于甲醇中，配制成浓度为20wt％玉米淀粉悬浮液；将氯乙酸配制成浓度为5.5wt％氯乙酸甲醇溶液；将催化剂氢氧化钾配制成浓度为7wt％的水溶液。取175g上述玉米淀粉悬浮液倒入三口瓶中，依次加入70g上述氯乙酸溶液和共130g中1/4质量的上述催化剂氢氧化钾溶液，在恒温水浴中控温为65℃，并控制搅拌速度为750rpm下反应3h，然后同温同搅拌速度下投入剩余的3/4氢氧化钾溶液反应3h。反应结束后用盐酸中和溶液pH值到7.5-9，并用甲醇洗涤，抽滤，在50℃下鼓风干燥得产品抗高温改性淀粉SMART，备用。
3、腐植酸类降失水剂，腐植酸钾，萍乡汇鑫化工；
4、聚阴离子纤维素，超低黏聚阴离子纤维素PAC-LV，淄博联技；
5、褐煤树脂，SPNH，四川川锋。
实施例1
制备环保防塌钻井液：
配方：以500g水中加量计算，加入20g钠膨润土，搅拌均匀后室温养护24h。加入5g防塌淀粉、2.5g抗高温改性淀粉SMART、3.5gPAC-LV，充分搅拌使聚合物溶解，再按顺序加入15g腐植酸类降失水剂、15g褐煤树脂、1.5gNa2SO3、15g碳酸钙(40～70微米)、30g碳酸钙(10～30微米)搅拌均匀，即得。
性能测试：
按照GB/T 16783.1-2014《石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液》中方法测定所述环保防塌钻井液在室温条件下表观黏度、塑性粘度、动切力及中压失水，然后封入老化罐中150℃滚动16小时，冷却到室温后测定老化后钻井液表观黏度、塑性粘度、动切力、中压失水及150℃高温高压失水。测试结果见下表1：
表1环保防塌钻井液体系流变性及滤失量实验结果
Figure BDA0001831281510000101
由表1可以看出，150℃滚动16h后，表观黏度、塑性粘度、动切力稍有降低，常温中压滤失量明显降低，高温高压滤失量为13.2mL，由此可见环保防塌钻井液体系经过高温加热性能稳定，能够在150℃条件下正常使用。
实施例2
制备环保防塌钻井液：
配方：以500g水中加量计算，取3份各500g水，分别加入15g、20g、25g钠膨润土，搅拌均匀后室温养护24h。加入5g防塌淀粉、2.5gSMART、3.5gPAC-LV充分搅拌使聚合物溶解，再按顺序加入15g腐植酸类降失水剂、15g褐煤树脂、1.5gNa2SO3、15g碳酸钙(40～70微米)、30g碳酸钙(10～30微米)搅拌均匀，制成三份环保防塌钻井液。
性能测试：
按照GB/T 16783.1-2014《石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液》中方法分别测定三份环保防塌钻井液在室温条件下表观黏度、塑性粘度、动切力及中压失水，然后封入老化罐中150℃滚动16小时，冷却到室温后测定老化后钻井液表观黏度、塑性粘度、动切力、中压失水及150℃高温高压失水。测试结果见下表：
表2环保防塌钻井液体系不同膨润土加量流变性及滤失量实验结果
Figure BDA0001831281510000111
备注：配方2钠膨润土加量为15g，其他加量与配方1相同；配方3钠膨润土加量为25g，其他加量与配方1相同。
由表2可见，随着钠膨润土加量增大，表观黏度增大，高温高压滤失量略有减小。
实施例3
制备环保防塌钻井液：
配方：以500g水中加量计算，取2份各500g水，加入20g钠膨润土，搅拌均匀后室温养护24h。分别加入5g、7.5g防塌淀粉，再加入2.5gSMART、3.5gPAC-LV充分搅拌使聚合物溶解，再按顺序加入15g腐植酸类降失水剂、15g褐煤树脂、1.5gNa2SO3、15g碳酸钙(40～70微米)、30g碳酸钙(10～30微米)搅拌均匀，制成两份环保防塌钻井液。
性能测试：
按照GB/T 16783.1-2014《石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液》中方法分别测定两份环保防塌钻井液在室温条件下表观黏度、塑性粘度、动切力及中压失水，然后封入老化罐中150℃滚动16小时，冷却到室温后测定老化后钻井液表观黏度、塑性粘度、动切力、中压失水及150℃高温高压失水。测试结果见下表：
表3环保防塌钻井液体系不同防塌淀粉加量流变性及滤失量实验结果
Figure BDA0001831281510000121
备注：配方4防塌淀粉加量为7.5g，其他加量与配方1相同。
由表3可知防塌淀粉加量增大，表观黏度稍有增大，高温高压滤失量略有减小。
实施例4
制备环保防塌钻井液：
配方：以500g水中加量计算，取2份各500g水，加入20g钠膨润土，搅拌均匀后室温养护24h。加入5g防塌淀粉搅拌均匀后，分别加入2.5g、3.5gSMART，然后按顺序加入3.5gPAC-LV、15g腐植酸类降失水剂、15g褐煤树脂、1.5gNa2SO3、15g碳酸钙(40～70微米)、30g碳酸钙(10～30微米)，搅拌均匀，制成两份环保防塌钻井液。
性能测试：
按照GB/T 16783.1-2014《石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液》中方法分别测定两份环保防塌钻井液在室温条件下表观黏度、塑性粘度、动切力及中压失水，然后封入老化罐中150℃滚动16小时，冷却到室温后测定老化后钻井液表观黏度、塑性粘度、动切力、中压失水及150℃高温高压失水。测试结果见下表：
表4环保防塌钻井液体系不同抗高温改性淀粉加量流变性及滤失量实验结果
Figure BDA0001831281510000131
备注：配方5抗高温改性淀粉加量为3.5g，其他加量与配方1相同。
由表4可知抗高温改性淀粉加量增大，表观黏度增大，高温高压滤失量降低20％。
实施例5
制备环保防塌钻井液：
配方：以500g水中加量计算，取2份各500g水，加入20g钠膨润土，搅拌均匀后室温养护24h。加入5g防塌淀粉、2.5gSMART搅拌均匀后，分别加入3.5g、4gPAC-LV充分搅拌使聚合物溶解，然后按顺序加入15g腐植酸类降失水剂、15g褐煤树脂、1.5gNa2SO3、15g碳酸钙(40～70微米)、30g碳酸钙(10～30微米)，搅拌均匀，制成两份环保防塌钻井液。
性能测试：
按照GB/T 16783.1-2014《石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液》中方法分别测定两份环保防塌钻井液在室温条件下表观黏度、塑性粘度、动切力及中压失水，然后封入老化罐中150℃滚动16小时，冷却到室温后测定老化后钻井液表观黏度、塑性粘度、动切力、中压失水及150℃高温高压失水。测试结果见下表：
表5环保防塌钻井液体系不同聚阴离子纤维素加量流变性及滤失量实验结果
Figure BDA0001831281510000141
备注：配方6聚阴离子纤维素(低黏)加量为4g，其他加量与配方1相同。
由表5可知聚阴离子纤维素(低黏)加量增大，表观黏度增大，高温高压滤失量明显减小。
实施例6
制备环保防塌钻井液：
配方：以500g水中加量计算，取2份各500g水，加入20g钠膨润土，搅拌均匀后室温养护24h。加入5g防塌淀粉、2.5gSMART、3.5gPAC-LV充分搅拌使聚合物溶解，分别加入15g、20g腐植酸类降失水剂，然后按顺序加入15g褐煤树脂、1.5gNa2SO3、15g碳酸钙(40～70微米)、30g碳酸钙(10～30微米)，搅拌均匀，制成两份环保防塌钻井液。
性能测试：
按照GB/T 16783.1-2014《石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液》中方法分别测定两份环保防塌钻井液在室温条件下表观黏度、塑性粘度、动切力及中压失水，然后封入老化罐中150℃滚动16小时，冷却到室温后测定老化后钻井液表观黏度、塑性粘度、动切力、中压失水及150℃高温高压失水。测试结果见下表：
表6环保防塌钻井液体系不同腐植酸类降失水剂加量流变性及滤失量实验结果
Figure BDA0001831281510000151
备注：配方7中的腐植酸类降失水剂加量为20g，其他加量与配方1相同。
由表6可知腐植酸类降失水剂加量增大，表观黏度没有明显变化，高温高压滤失量减小。
实施例7
制备环保防塌钻井液：
配方：以500g水中加量计算，取2份各500g水，加入20g钠膨润土，搅拌均匀后室温养护24h。加入5g防塌淀粉、2.5gSMART、3.5gPAC-LV充分搅拌使聚合物溶解，加入15g腐植酸类降失水剂，分别加入15g、20g褐煤树脂，然后按顺序加入1.5gNa2SO3、15g碳酸钙(40～70微米)、30g碳酸钙(10～30微米)，搅拌均匀，制成两份环保防塌钻井液。
性能测试：
按照GB/T 16783.1-2014《石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液》中方法分别测定两份环保防塌钻井液在室温条件下表观黏度、塑性粘度、动切力及中压失水，然后封入老化罐中150℃滚动16小时，冷却到室温后测定老化后钻井液表观黏度、塑性粘度、动切力、中压失水及150℃高温高压失水。测试结果见下表：
表7环保防塌钻井液体系不同褐煤树脂加量流变性及滤失量实验结果
Figure BDA0001831281510000161
备注：配方8褐煤树脂加量为20g，其他加量与配方1相同。
由表7可知褐煤树脂加量增大，表观黏度没有明显变化，高温高压滤失量减小。
实施例8
制备环保防塌钻井液：
配方：以500g水中加量计算，取2份各500g水，加入20g钠膨润土，搅拌均匀后室温养护24h。加入5g防塌淀粉、2.5gSMART、3.5gPAC-LV充分搅拌使聚合物溶解，加入15g腐植酸类降失水剂、15g褐煤树脂，分别加入1.5g、2gNa2SO3，然后按顺序加入15g碳酸钙(40～70微米)、30g碳酸钙(10～30微米)，搅拌均匀，制成两份环保防塌钻井液。
性能测试：
按照GB/T 16783.1-2014《石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液》中方法分别测定两份环保防塌钻井液在室温条件下表观黏度、塑性粘度、动切力及中压失水，然后封入老化罐中150℃滚动16小时，冷却到室温后测定老化后钻井液表观黏度、塑性粘度、动切力、中压失水及150℃高温高压失水。测试结果见下表：
表8环保防塌钻井液体系不同Na2SO3加量流变性及滤失量实验结果
Figure BDA0001831281510000171
备注：配方9中的Na2SO3加量为2g，其他加量与配方1相同。
由表8可知Na2SO3加量增大，各项实验结果没有明显变化。
实施例9
制备环保防塌钻井液：
配方：以500g水中加量计算，取2份各500g水，加入20g钠膨润土，搅拌均匀后室温养护24h。加入5g防塌淀粉、2.5gSMART、3.5gPAC-LV充分搅拌使聚合物溶解，按顺序加入15g腐植酸类降失水剂、15g褐煤树脂、1.5gNa2SO3，然后分别加入15g、20g碳酸钙(40～70微米)，再加入30g碳酸钙(10～30微米)，搅拌均匀，制成两份环保防塌钻井液。
性能测试：
按照GB/T 16783.1-2014《石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液》中方法分别测定两份环保防塌钻井液在室温条件下表观黏度、塑性粘度、动切力及中压失水，然后封入老化罐中150℃滚动16小时，冷却到室温后测定老化后钻井液表观黏度、塑性粘度、动切力、中压失水及150℃高温高压失水。测试结果见下表：
表9环保防塌钻井液体系不同碳酸钙加量流变性及滤失量实验结果
Figure BDA0001831281510000181
备注：配方10碳酸钙(40～70微米)加量为20g，其他加量与配方1相同。
由表9可知碳酸钙(40～70微米)加量增大，各项实验结果没有明显变化。
实施例10
制备环保防塌钻井液：
配方：以500g水中加量计算，取2份各500g水，加入20g钠膨润土，搅拌均匀后室温养护24h。加入5g防塌淀粉、2.5gSMART、3.5gPAC-LV充分搅拌使聚合物溶解，按顺序加入15g腐植酸类降失水剂、15g褐煤树脂、1.5gNa2SO3、15g碳酸钙(40～70微米)，再分别加入30g、40g碳酸钙(10～30微米)，搅拌均匀，制成两份环保防塌钻井液。
性能测试：
按照GB/T 16783.1-2014《石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液》中方法分别测定两份环保防塌钻井液在室温条件下表观黏度、塑性粘度、动切力及中压失水，然后封入老化罐中150℃滚动16小时，冷却到室温后测定老化后钻井液表观黏度、塑性粘度、动切力、中压失水及150℃高温高压失水。测试结果见下表：
表10环保防塌钻井液体系不同碳酸钙加量流变性及滤失量实验结果
Figure BDA0001831281510000191
备注：配方11中的碳酸钙(10～30微米)加量为40g，其他加量与配方1相同。
由表10可知碳酸钙(10～30微米)加量增大，钻井液的表观黏度、塑性粘度、动切力增大，高温高压滤失量减小。
实施例11
按实施例1的方法配制环保防塌钻井液进行页岩膨胀实验。实验使用仪器为美国OFITF公司生产的页岩膨胀仪，页岩膨胀实验方法为仪器设备说明书建议使用的方法。将10g左右钠膨润土在6000psi压力下压制成人造岩心，分别用蒸馏水和实施例1制备的环保防塌钻井液浸泡24小时，测得结果见表11。
表11页岩膨胀实验结果
Figure BDA0001831281510000192
由表11可知，环保防塌钻井液岩心膨胀率比蒸馏水的岩心膨胀率降低了50％。
实施例12
按实施例1的方法配制环保防塌钻井液，按照GB/T18420.2-2009《海洋石油勘探开发污染物生物毒性检验方法》检测生物毒性，半数致死浓度LC50值达到879000mg/L，远大于标准要求水基钻井液在一级海区的生物毒性容许值30000mg/L，符合生物毒性要求。
综上所述可知，本发明的环保防塌钻井液在150℃高温条件下具有较好的流变性和较低的滤失量，并且能够将页岩膨胀率降低50％以上，说明本发明有很好的抗高温和防塌能力，此外通过生物毒性检测，符合一级海区生物毒性容许值要求，说明本发明是一种对环境友好的新型环保型防塌钻井液体系。
对比测试例1
按照公开号为101144009A(申请号为200610127246.0)的中国专利一种环保防塌的水基生物改性硅酸盐钻井液体系中的实施例1所述配方比例配制钻井液体系得到对比配方。按照GB/T 16783.1-2014《石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液》中方法测定封入老化罐中150℃滚动16小时，冷却到室温后的钻井液表观黏度、塑性粘度、动切力、中压失水及150℃高温高压失水。与本发明实施例1的测试测试结果对比见下表：
表12对比测试例流变性及滤失量实验结果
Figure BDA0001831281510000201
由表12可知150℃15h滚动后，本发明实施例1(配方1)的黏度和切力均大于对比配方，且滤失量较小，说明本发明所述配方抗温能够达到150℃以上。对比测试例2
按实施例1和对比测试例1的方法配制钻井液进行页岩膨胀实验。实验使用仪器为美国OFITF公司生产的页岩膨胀仪，页岩膨胀实验方法为仪器设备说明书建议使用的方法。将10g左右钠膨润土在6000psi压力下压制成人造岩心，分别用配方1和对比配方钻井液浸泡24小时，测得结果见表13。
表13页岩膨胀实验对比测试结果
Figure BDA0001831281510000211
由表13可知，本发明环保防塌钻井液的岩心膨胀率比对比配方的岩心膨胀率低23％。说明本发明所述配方在现有技术中有较好的抑制性。

Claims (12)

1.一种环保防塌钻井液，包含以重量份数计的以下组分：
Figure FDA0003479506710000011
所述防塌淀粉，由具有以下结构通式的淀粉制备而成：
Figure FDA0003479506710000012
其中n为300～600；
具体由包括以下步骤的方法制备而成：
(1)将淀粉溶于低碳醇中，配置成淀粉悬浮液，再将季铵盐类阳离子剂和碱性催化剂溶于淀粉悬浮液中，混合均匀，得到淀粉浆液；
(2)在淀粉浆液中加入交联剂、再加入淀粉酰化剂、分两次以上加入碱性催化剂，升温，搅拌下反应；
(3)反应结束后调节pH，并用低碳醇洗涤，抽滤，干燥即得；
所述抗高温改性淀粉含有双取代淀粉结构单元和三取代淀粉结构单元，所述三取代淀粉结构单元如下式(1)所示，所述双取代淀粉结构单元如下式(2)所示和/或下式(3)所示，
Figure FDA0003479506710000021
其中，R1、R2和R3各自独立地为碳原子数为1～5的亚烷基，M1、M2和M3各自独立地为H、碱金属元素或碱土金属元素。
2.根据权利要求1所述的环保防塌钻井液，其特征在于包含以重量份数计的以下组分：
Figure FDA0003479506710000022
Figure FDA0003479506710000031
3.根据权利要求1所述的环保防塌钻井液，其特征在于：
所述淀粉的重量与所述步骤(1)和步骤(2)中的碱性催化剂总重量的比例为(2～4):1；
所述步骤(1)中，所述淀粉浆液中的淀粉与所述步骤(1)中所用碱性催化剂的重量比例为(10～16)：1；
所述淀粉与季铵盐类阳离子剂的重量比为(1～4):1；
所述步骤(2)中，所述淀粉浆液中的淀粉与所述淀粉酰化剂的重量比为(4～5):1；
所述步骤(2)中，所述淀粉浆液中的淀粉与所述交联剂的重量比为(1400～1700):1。
4.根据权利要求1所述的环保防塌钻井液，其特征在于：
所述淀粉酰化剂选自碳原子数为2～4的卤代羧酸；
所述交联剂选自环氧氯丙烷、环氧丙烷、甲基环氧氯丙烷、环氧基聚二甲基硅氧烷、三氯氧磷、三偏磷酸钠、己二酸、三聚磷酸钠、六偏磷酸盐、甲醛、二价或三价混合酸酐中的至少一种；
所述季铵盐类阳离子剂选自烷基二甲基苄基季铵盐、烷基三甲基季铵盐、二烷基二甲基季铵盐中的至少一种；
所述低碳醇选自甲醇、乙醇、丙醇中的至少一种；
所述淀粉选自玉米淀粉、木薯淀粉或马铃薯淀粉中的至少一种；
所述步骤(1)和步骤(2)中，所述碱性催化剂选自氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的环保防塌钻井液，其特征在于：
所述淀粉酰化剂选自氯乙酸、溴乙酸、二氯乙酸、二溴乙酸、三氯乙酸和三溴乙酸中的至少一种。
6.根据权利要求4所述的环保防塌钻井液，其特征在于：
所述交联剂选自环氧氯丙烷、环氧丙烷、甲基环氧氯丙烷、三氯氧磷、三偏磷酸钠、三聚磷酸钠、甲醛、二价或三价混合酸酐中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的环保防塌钻井液，其特征在于：
所述步骤(2)中，所述升温为升温至40～70℃；
所述步骤(3)中，反应结束后用硫酸调节中和pH到7.5～9。
8.根据权利要求1或2所述的环保防塌钻井液，其特征在于：
所述双取代淀粉结构单元和三取代淀粉结构单元的总量占所述抗高温改性淀粉量的20重量％以上，所述抗高温改性淀粉的重均分子量为5万～60万。
9.根据权利要求8所述的环保防塌钻井液，其特征在于：
所述双取代淀粉结构单元和三取代淀粉结构单元的总量占所述抗高温改性淀粉量的20～30重量％。
10.根据权利要求8所述的环保防塌钻井液，其特征在于：
所述抗高温改性淀粉的重均分子量为8万～58万。
11.根据权利要求1或2所述的环保防塌钻井液，其特征在于：
所述聚阴离子纤维素选自低黏聚阴离子纤维素和超低黏聚阴离子纤维素中的至少一种；
所述腐植酸类降失水剂选自褐煤碱液、磺化褐煤、腐植酸钾中的至少一种。
12.根据权利要求1～11之任一项所述的环保防塌钻井液的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
将所述钠膨润土按所述用量加入水中，高速搅拌均匀后，常温养护，配制成基浆，将包含所述防塌淀粉、抗高温改性淀粉、聚阴离子纤维素、腐植酸类降失水剂、褐煤树脂、亚硫酸钠、碳酸钙在内的组分按所述用量加入基浆中，高速搅拌，混合均匀，即得。
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