一种纤维素纳米纤维及含有该组分的无粘土相水基钻井液制造技术

本发明专利技术涉及一种纤维素纳米纤维及含有该组分的无粘土相水基钻井液。其技术方案是：包括纤维素纳米纤维、降滤失剂、页岩抑制剂、润滑剂、高温稳定剂、水和加重材料；以1L水的体积为基准，纤维素纳米纤维的含量为1~30g；降滤失剂的含量为20~40g；页岩抑制剂的含量为10~30g；所述高温稳定剂的含量为1~10g；所述润滑剂的含量为20~30g；所述加重材料在每升无粘土相水基钻井液中的含量为100~2000g。有益效果是：本发明专利技术在高温180℃老化前后条件下流变性能良好、稳定，动塑比达0.5以上，钻井液剪切稀释性与触变性强，具有“快速弱凝胶”特性，有利于提高大位移井、水平井钻井过程中的钻井液携岩效率。

A cellulose nanofiber and a clay free water based drilling fluid containing this component

The invention relates to a cellulose nanofiber and a clay free water based drilling fluid containing the component. Its technical scheme is: cellulose nanofibers, filtrate reducing agents, shale inhibitors, lubricants, high temperature stabilizers, water and aggravating materials; with the volume of 1L water as the base, the content of cellulose nanofibers is 1~30g; the content of the filtrate reducer is 20~40g; the content of the shale inhibitor is 10~30g; the high temperature stabilizer is used. The content is 1~10g; the content of the lubricant is 20~30g; the weighting material is 100~2000g in the litre clay free water base drilling fluid. The beneficial effect is that the rheological property of the invention is good, stable, the ratio of the dynamic and plastic ratio is over 0.5, the shear dilution and thixotropy of the drilling fluid are strong and the characteristics of \fast weak gel\, which is beneficial to the improvement of the drilling fluid carrying efficiency in the well drilling and horizontal well drilling in the process of large displacement and horizontal well drilling.

【技术实现步骤摘要】
一种纤维素纳米纤维及含有该组分的无粘土相水基钻井液
本专利技术涉及一种石油和天然气行业中钻井液领域，特别涉及一种纤维素纳米纤维及含有该组分的无粘土相水基钻井液。
技术介绍
众所周知，油基钻井液具有强抑制性、优良润滑性、高温稳定性以及保护储层等优点，但是日益严格的环保要求和高成本等原因，限制了油基钻井液的推广应用。高性能水基钻井液是近年来发展起来的一种新型水基钻井液体系类型，其综合性能与油基钻井液相当，能更全面地满足复杂井钻井液的防塌、防泥包、防阻卡、有助于提高钻速，并兼顾环保、油保以及降低成本等技术要求。目前，高性能水基钻井液通常以粘土作为调控钻井液性能的基础材料，钻井液中存在的大量的亚微米粘土颗粒，将会侵入储层内部发生固相堵塞，造成不可逆的储层损害。而无粘土相高性能水基钻井液，不但可以避免粘土颗粒造成的储层损害问题，还有利于提高钻井钻速。其中，增粘提切剂是无粘土相高性能水基钻井液流变性能调控的关键处理剂。目前常用的钻井液增粘提切剂为生物聚合物和合成聚合物，其中生物聚合物具有良好的增粘提切性能，但抗温性较差，当温度超过120℃后便会氧化降解失效，而合成聚合物的剪切稀释性能较差，动塑比较低，且成本高，不满足环保要求。纤维素纳米纤维是一种可再生、无毒、低成本的天然高分子材料，与传统的纤维素材料相比，具有强度高、模量高、热膨胀系数小、高温稳定性好等优良特性，且原材料来源广泛，制备工艺简单。纤维素纳米纤维能够较好地分散在水溶液中，有效地提高水溶液的粘度与切力，其在无粘土相高性能水基钻井液处理剂方面具有广阔的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种纤维素纳米纤维及含有该组分的无粘土相水基钻井液，该纤维素纳米纤维的添加可提高无粘土相水基钻井液的粘度和动切力，增强钻井液体系的剪切稀释性与触变性。本专利技术提到的一种纤维素纳米纤维及含有该组分的无粘土相水基钻井液，其技术方案是：包括纤维素纳米纤维、降滤失剂、页岩抑制剂、润滑剂、高温稳定剂、水和加重材料；以1L水的体积为基准，所述纤维素纳米纤维的含量为1~30g；所述降滤失剂的含量为20~40g；所述页岩抑制剂的含量为10~30g；所述高温稳定剂的含量为1~10g；所述润滑剂的含量为20~30g；所述加重材料在每升无粘土相水基钻井液中的含量为100~2000g。优选的，上述纤维素纳米纤维的微观形态为纤丝状，其平均直径为2~50nm，长径比为100~1000。优选的，上述纤维素纳米纤维为羧甲基纤维素纳米纤维、阳离子纤维素纳米纤维、羟乙基纤维素纳米纤维、羟丙基纤维素纳米纤维或聚阴离子纤维素纤维。优选的，上述纤维素纳米纤维的制备方法包括以下：将纤维素纳米纤维的原料配制成体积百分比浓度为1~100g/L的改性纤维素水分散液，利用动态超高压微射流机在均质压力为60~180MPa下，对纤维素或改性纤维素水分散液进行重复处理1~20次，将所得产物进行固液分离、烘干干燥，得到所述纤维素纳米纤维。优选的，上述降滤失剂为羧甲基淀粉、抗高温淀粉、聚丙烯腈铵盐、磺甲基褐煤或磺甲基酚醛树脂。优选的，上述页岩抑制剂为聚醚胺、烷基胺、胺基硅醇、腐殖酸钾或氯化钾。优选的，上述润滑剂为聚合醇、白油或石墨。优选的，上述高温稳定剂为硫脲、柠檬酸、聚乙二醇、VC钠盐或亚硫酸钠。优选的，上述加重材料为以任意比混合的碳酸钙粉和重晶石粉。本专利技术的有益效果是：本专利技术将纤维素纳米纤维作为钻井液用增粘提切剂加入到水基钻井液体系中，纤维素链之间相互缠绕形成三维网状的空间网架结构，达到“增粘提切”目的，同时这种空间网架结构在外力的作用下极易被破坏，当外力撤除后便会重新恢复，具有“快速弱凝胶”特性，有助于增强钻井液体系的剪切稀释性与触变性，从而有效地调控钻井液体系的流变性能；本专利技术提供的无粘土相水基钻井液，在高温180℃老化前后条件下流变性能良好、稳定，动塑比达0.5以上，钻井液剪切稀释性与触变性强，具有“快速弱凝胶”特性，有利于提高大位移井、水平井钻井过程中的钻井液携岩效率；本专利技术不仅具有良好的钻井液“增粘提切”性能，还具有可再生、无毒可降解、低成本等优点。具体实施方式结合实施例，对本专利技术作进一步的描述：实施例1，本专利技术提到的一种纤维素纳米纤维及含有该组分的无粘土相水基钻井液，其技术方案是：将羧甲基纤维素配制1%wt的羧甲基纤维素水分散液，在均质压力140MPa作用下，利用动态超高压微射流机对羧甲基纤维素水分散液进行重复处理8次，将所得产物在12000r/min下离心20min，80℃条件下烘干6h，即得羧甲基纤维素纳米纤维CNF-1，测得其平均直径为21nm，长径比为335。以400ml水的体积为基准，所述羧甲基纤维素纳米纤维CNF-1的含量为2g；所述降滤失剂的含量为12g；所述页岩抑制剂的含量为6g；所述高温稳定剂的含量为8g；所述润滑剂的含量为0.5g；所述加重材料在每升无粘土相水基钻井液中的含量为100g；上述降滤失剂为抗温淀粉，页岩抑制剂为胺基硅醇，润滑剂为聚合醇，高温稳定剂为VC钠盐，加重材料为体积比1.2：1的碳酸钙粉和重晶石粉配制而成。实施例2将阳离子纤维素配制3%wt的水分散液，在均质压力120MPa作用下，利用动态超高压微射流机对阳离子纤维素水分散液进行重复处理10次，将所得产物在11000r/min下离心30min，100℃条件下烘干4h，即得阳离子纤维素纳米纤维CNF-2，测得其平均直径为13nm，长径比为458；以400ml水的体积为基准，所述羧甲基纤维素纳米纤维CNF-1的含量为2g；所述降滤失剂的含量为12g；所述页岩抑制剂的含量为6g；所述高温稳定剂的含量为8g；所述润滑剂的含量为0.5g；所述加重材料在每升无粘土相水基钻井液中的含量为100g；上述降滤失剂为抗温淀粉，页岩抑制剂为胺基硅醇，润滑剂为聚合醇，高温稳定剂为VC钠盐，加重材料为体积比1.2：1的碳酸钙粉和重晶石粉配制而成。实施例3将羟乙基纤维素配制2%wt的水分散液，在均质压力160MPa作用下，利用动态超高压微射流机对羟乙基纤维素水分散液进行重复处理6次，将所得产物在12000r/min下离心20min，100℃条件下烘干5h，即得羟乙基纤维素纳米纤维CNF-3，测得其平均直径为28nm，长径比为275。以400ml水的体积为基准，所述羧甲基纤维素纳米纤维CNF-1的含量为2g；所述降滤失剂的含量为12g；所述页岩抑制剂的含量为6g；所述高温稳定剂的含量为8g；所述润滑剂的含量为0.5g；所述加重材料在每升无粘土相水基钻井液中的含量为100g；上述降滤失剂为抗温淀粉，页岩抑制剂为胺基硅醇，润滑剂为聚合醇，高温稳定剂为VC钠盐，加重材料为体积比1.2：1的碳酸钙粉和重晶石粉配制而成。实施例4将羟丙基纤维素配制2%wt的水分散液，在均质压力60MPa作用下，利用动态超高压微射流机对羟乙基纤维素水分散液进行重复处理20次，将所得产物在12000r/min下离心20min，100℃条件下烘干5h，即得羟丙基纤维素纳米纤维CNF-4，测得其平均直径为20nm，长径比为575。以1L水的体积为基准，所述羟乙基纤维素纳米纤维CNF-4的含量为1g；所述降滤失剂的含量为20g；所述页岩抑制剂的含量为10g本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纤维素纳米纤维及含有该组分的无粘土相水基钻井液，其特征是：包括纤维素纳米纤维、降滤失剂、页岩抑制剂、润滑剂、高温稳定剂、水和加重材料；以1L水的体积为基准，所述纤维素纳米纤维的含量为1~30g；所述降滤失剂的含量为20~40g；所述页岩抑制剂的含量为10~30g；所述高温稳定剂的含量为1~10g；所述润滑剂的含量为20~30g；所述加重材料在每升无粘土相水基钻井液中的含量为100~2000g。

【技术特征摘要】
1.一种纤维素纳米纤维及含有该组分的无粘土相水基钻井液，其特征是：包括纤维素纳米纤维、降滤失剂、页岩抑制剂、润滑剂、高温稳定剂、水和加重材料；以1L水的体积为基准，所述纤维素纳米纤维的含量为1~30g；所述降滤失剂的含量为20~40g；所述页岩抑制剂的含量为10~30g；所述高温稳定剂的含量为1~10g；所述润滑剂的含量为20~30g；所述加重材料在每升无粘土相水基钻井液中的含量为100~2000g。2.根据权利要求1所述的纤维素纳米纤维及含有该组分的无粘土相水基钻井液，其特征是：所述纤维素纳米纤维的微观形态为纤丝状，其平均直径为2~50nm，长径比为100~1000。3.根据权利要求2所述的纤维素纳米纤维及含有该组分的无粘土相水基钻井液，其特征是：所述纤维素纳米纤维为羧甲基纤维素纳米纤维、阳离子纤维素纳米纤维、羟乙基纤维素纳米纤维、羟丙基纤维素纳米纤维或聚阴离子纤维素纤维。4.根据权利要求3所述的纤维素纳米纤维及含有该组分的无粘土相水基钻井液，其特征是：所述纤维素纳米纤维的制备方法包括以下：将纤维素纳米纤维...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘均一，郭保雨，邱维清，柴金鹏，王宝田，蒋莉，陈二丁，张海青，王旭东，赵红香，倪晓凤，
申请(专利权)人：中石化石油工程技术服务有限公司，中石化胜利石油工程有限公司，中石化胜利石油工程有限公司钻井工程技术公司，
类型：发明
国别省市：北京,11