钻井液用纳米纤维-黄原胶复合物提粘提切剂及制备方法技术

钻井液用纳米纤维‑黄原胶复合物提粘提切剂，由阳离子纳米纤维素55～60％、分散剂13～15％、无机盐6.5～11％、黄原胶18～20％构成；本发明专利技术先将甘蔗残渣烘干、粉碎、提纯、强酸化、透析，制备出阳离子纳米纤维；在此基础上与黄原胶及无机盐相结合，形成纤维和球状天然聚合物的复合提粘提切剂，二者具有一定的协同作用，能同时提高钻井液的粘度和切力。

Viscosity-extracting agent and preparation method of nano-fibre-xanthan gum composite for drilling fluid

【技术实现步骤摘要】
钻井液用纳米纤维-黄原胶复合物提粘提切剂及制备方法
本专利技术属于石油钻井
，具体涉及一种钻井液用纳米纤维-黄原胶复合物提粘提切剂及制备方法。
技术介绍
钻井过程中，钻遇很多复杂地层，加入钻井液的目的主要是携带碾碎的岩屑，其次，可以有效润滑和冷却钻具，加快钻井速度。但是，如果钻井液的粘度不足，则会导致钻屑携带能力不足，导致机械钻速降低；在修井或者其他非作业时间内，如果钻井液的悬浮能力不足，则会导致钻井液中的固相，特别是重晶石和钻屑快速沉降到井眼底部，导致起下钻困难，有时甚至导致埋钻具事故的发生。因此，应该保持钻井液具有足够的粘度和切力，使其在钻井过程中有效携带钻屑，在静置时保持足够的悬浮力，保持钻井液的性能稳定。为了提高钻井液粘度和切力，一般在钻井液中加入黏土，黏土水化后，会形成一定的卡房式结构，从而提高钻井液的粘度和切力。但是，如果黏土含量过高，则会引起起下钻困难，泵压过高等问题。而且，在储层中钻进时，为了减少对储层的伤害，尽量减少黏土等亚微米固相颗粒的含量，因此，有可能采用低固相或者无固相钻井液来钻井，此时黏土含量受到了严格控制。此时，需要提高钻井液的粘度和切力，需要加入抗高温聚合物，聚合物在钻井液中伸展、膨胀，相互缠绕，从而提高钻井液的液相粘度，然而，由于其结构较弱，大多数的聚合物对钻井液切力贡献不大，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℃，但是其动切力只有6Pa，切力过小，对钻屑的携带和悬浮作用不够。田发国等人(钻井液增粘提切剂YF-01的研制，精细石油化工进展，2009,10(3))采用AM/AMPS/DMDAAC三单体，通过自由基聚合合成出增粘提切剂YF-01，该聚合物可将钻井液的表观粘度从56mPa.s提高至211mPA.s，初切力从4.078Pa提高至12.365Pa，终切力从4.699Pa提高至13.897Pa，取得了一定效果。张领宇等人(钻井液用超分子增黏提切剂-ZJA的研发与评价，现代化工，2016，36(1))采用超分子和高分子化学的原理，通过复合引发研发了AM/AMPS/DMDAAC三元共聚物，4％淡水基浆的表观黏度从9.0mPa.s提高到30.5mPa.s，动塑比从0.5mPa.s提高到1.77mPa.s，但其悬浮能力还是不足。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。综上，在目前所有的增粘提切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提粘作用，但提切作用有限，而且抗温能力有限，一般仅能抗温至150℃。黄原胶是一种汉生胶，黄单胞多糖，一般经由好氧野油菜黄单胞菌发酵而成，在钻井液中主要用作增稠剂，但是由于其自身的抗温性和抗盐性较差，使其应用受到限制。纳米纤维是一种新型的纤维材料，主要来源于木材、植物、海洋生物、海藻以及细菌等。纳米纤维一般采用熔喷、静电纺丝与双组份纺丝工艺来制备纳米纤维。纳米纤维的形状包括棒状、颗粒状、网络状等三种，棒状纳米纤维素最为细长，长径比最大；颗粒状纳米纤维素的长度最短，比表面积最大，化学反应活性最高。网络状纳米纤维素具有纤细纤维，且尺寸也达到了纳米级，与其他材料的亲和能力大大加强，其具有一定的剪切稀释性和触变性。纳米纤维在石油行业还没有进行正式应用，直至近两年，人们才开始尝试将其用于钻井液中，王建全等在专利技术专利CN201610274343.6中采用纳米纤维素晶须和其他纤维素组合，形成了一种钻井液降滤失剂，但这种降滤失剂还未涉及到自身的增粘作用，也没有涉及到与黄原胶形成复合物后的提粘提切作用；另外，从改性机理方面，未涉及到纳米纤维素晶须的酸解和透析，同时，也没有涉及到甘蔗方法制备纳米纤维的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种钻井液用纳米纤维-黄原胶复合物提粘提切剂及制备方法，以解决当前无固相/无黏土相钻完井液中增粘剂的提切效果不佳、抗温能力不强的问题。本专利技术采用技术方案如下：钻井液用纳米纤维-黄原胶复合物提粘提切剂，由以下质量百分比的组分构成：阳离子纳米纤维素55～60％、分散剂13～15％、无机盐6.5～11％、黄原胶18～20％。进一步的，所述分散剂为二辛基磺化琥珀酸钠、三辛基磺化琥珀酸钠、二辛基磺化丁二酸钠中的一种或任意两种组合。进一步的，所述的无机盐为KCl、NaCl、MgCl2、CaCl2的一种或任意两种组合。进一步的，所述黄原胶的分子由D-葡萄糖、D-甘露糖、D-葡萄糖醛酸、乙酰基和丙酮酸构成，相对分子质量在5×106～1×107之间。钻井液用纳米纤维-黄原胶复合物提粘提切剂的制备方法，包括以下步骤：(1)在高压均质器中加入去离子水1000mL，分批加入阳离子纳米纤维悬浮液300～500g，在20000rpm条件下均质化1～2h，加入20～40g分散剂，在500rpm条件下均质化20min；(2)在上述的均质器中缓慢加入10～30g无机盐，在500rpm条件下均质化50min；缓慢加入30～50g黄原胶，继续均质化2h；(3)将上述产物置于烘箱中，在80±5℃烘干，并用粉碎机将干燥好的产物粉碎，用标准检验筛筛分，粉碎至800～1000目，即可得到基于纳米纤维-黄原胶复合物的钻井液用提粘提切剂。进一步的，所述阳离子纳米纤维悬浮液由以下步骤制得：(1)甘蔗渣的预处理：将甘蔗渣用去离子水清洗干净，晾干，用压榨机连续压榨数次，将其中所有糖分榨出后，用去离子水清洗干净，放入到烘箱中，在80℃±5℃条件下干燥5h后取出；用粉碎机将干燥好的甘蔗渣粉碎，用标准检验筛检验，粉碎至800目～1000目，待用；其中，所用的甘蔗渣是属于糖蔗榨汁之后的残渣，糖蔗主要产于广西、广东等亚热带地区，主要成分为维生素、脂肪、蛋白质有机酸、钙、铁等物质。(2)将300～400g的98％硫酸倒入到1000mL烧杯中，缓慢滴加去离子水，边滴加，边用玻璃棒轻轻搅拌，直至将硫酸稀释至64wt％为止；(3)将120～160g步骤(1)中预处理好的甘蔗渣加入到2000mL的三口平底烧瓶中，缓慢加入步骤(2)中的64wt％硫酸，以100rpm低速搅拌40～60min，加完后，温度升高至40～50℃，将搅拌速度增加至2000rpm，搅拌1～3h；(4)加入120～150g高碘酸钠，避光条件下反应3-5h，随后加入6mL乙二醇，搅拌速度1000rpm，继续反应1-2h，除去未反应的高碘酸钠；将反应器温度提高至60℃，加入30-50g三甲基乙酰氯，将pH调节至5.0，继续反应4h；加入20～30g季铵盐阳离子表面活性剂，继续反应1～2h；(5)将步骤(4)得到的分散体系转入到2000mL塑料杯中，加入过量的去离子水，终止反应；(6)将步骤(5)的产物分批转至离心机中，在10000rpm下离心20min，沉淀，将上层清液倒出，加入去离子水，再次高速离心，直至上层清液澄清、且体系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.钻井液用纳米纤维‑黄原胶复合物提粘提切剂，其特征在于，由以下质量百分比的组分构成：阳离子纳米纤维素55～60％、分散剂13～15％、无机盐6.5～11％、黄原胶18～20％。

【技术特征摘要】
1.钻井液用纳米纤维-黄原胶复合物提粘提切剂，其特征在于，由以下质量百分比的组分构成：阳离子纳米纤维素55～60％、分散剂13～15％、无机盐6.5～11％、黄原胶18～20％。2.如权利要求1所述的钻井液用纳米纤维-黄原胶复合物提粘提切剂，其特征在于，所述分散剂为二辛基磺化琥珀酸钠、三辛基磺化琥珀酸钠、二辛基磺化丁二酸钠中的一种或任意两种组合。3.如权利要求1所述的钻井液用纳米纤维-黄原胶复合物提粘提切剂，其特征在于，所述的无机盐为KCl、NaCl、MgCl2、CaCl2的一种或任意两种组合。4.如权利要求1所述的钻井液用纳米纤维-黄原胶复合物提粘提切剂，其特征在于，所述黄原胶的分子由D-葡萄糖、D-甘露糖、D-葡萄糖醛酸、乙酰基和丙酮酸构成，相对分子质量在5×106～1×107之间。5.钻井液用纳米纤维-黄原胶复合物提粘提切剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在高压均质器中加入去离子水1000mL，分批加入阳离子纳米纤维悬浮液300～500g，在20000rpm条件下均质化1～2h，加入20～40g分散剂，在500rpm条件下均质化20min；(2)在上述的均质器中缓慢加入10～30g无机盐，在500rpm条件下均质化50min；缓慢加入30～50g黄原胶，继续均质化2h；(3)将上述产物置于烘箱中，在80±5℃烘干，并用粉碎机将干燥好的产物粉碎，用标准检验筛筛分，粉碎至800～1000目，即可得到基于纳米纤维-黄原胶复合物的钻井液用提粘提切剂。6.如权利要求5所述的钻井液用纳米纤维-黄原胶复合物提粘提切剂的制备方法，其特征在于，所述阳离子纳米纤维悬浮液由以下步骤制得：(1)甘蔗渣的预处理：将甘蔗渣用去离子水清洗干净，晾干，用压榨机连续压榨数次，将其中所有糖分榨出后，用去...

【专利技术属性】
技术研发人员：张妍，
申请(专利权)人：滨州学院，
类型：发明
国别省市：山东,37