一种地热井钻井液用抗高温抗高盐皮克林稳泡剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种地热井钻井液用抗高温抗高盐皮克林稳泡剂及其制备方法。该稳泡剂的制备方法，包括步骤：以纳米纤维素纤丝或纳米纤维素晶体为核，以有机树脂材料为壳，制备核壳结构的纤维素材料；将催化剂A加入氢氧化钠溶液中，搅拌均匀后加入核壳结构的纤维素材料水分散液，得到混合液I；将催化剂B与硅烷偶联剂加入水中，得到混合液II；将混合液II加入混合液I中，再加入接枝单体，进行反应，得到。相比于常规的稳泡剂，本发明专利技术中的稳泡剂具有更高的稳泡能力，可以在复杂的地质条件下有较长的半衰期，抗温抗盐性能优异。抗温抗盐性能优异。

【技术实现步骤摘要】
一种地热井钻井液用抗高温抗高盐皮克林稳泡剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种地热井钻井液用抗高温抗高盐皮克林稳泡剂及其制备方法，属于钻井工业


技术介绍

[0002]地热能是储存在地壳中的热能。地热源于地球中心，是地球形成过程中被困在岩浆中的天然放射性同位素(铀、钍、钾)的衰变和形成过程中释放的能量。该能量通常通过加热岩石和岩石裂缝、孔隙内的流体进行传递。近年来，全球能源需求量快速增长，新能源产业快速发展，地热能的开发利用逐渐进入人们的视野，许多国家开始将地热能用于发电和供暖。地热能是一种无污染的清洁能源，且储量丰富，在一些地热资源丰富的国家，地热能已经成为煤炭、石油等常规能源的重要替代能源，其绿色、可再生资源的属性符合可持续发展的要求。根据热储介质的不同，地热能的类型主要为岩溶裂隙型、裂隙型和孔隙型地热资源；从地热资源的温度范围角度可分为低温地热资源(温度<90℃)、中温地热资源(温度90～150℃)和高温地热资源(温度150～650℃)。近年来，随着我国常规能源储量的下降和人们环保意识的提高，我国进入了开发地热资源的快车道。我国的地热资源十分丰富，其中，中低温地热资源储量很大，几乎遍布全国，有着很大的发展空间。
[0003]地热开发的关键技术是地热钻井，高温地热钻井成本高，风险大，存在着大量的不确定性。相比于传统的石油、天然气井，地热井有以下几个特点：
[0004]1)井底地质条件复杂，储层温度高(从150℃到200℃，局部达300℃以上)；
[0005]2)高温地热资源多形成于火成岩、变质岩中，热储岩石硬度大于常规石油钻井，且研磨性强(石英含量大于50％)；
[0006]3)裂缝高度发育(裂缝宽度超过1厘米)，常存在异常低压地层；
[0007]4)地层流体矿化度高，对钻井液体系抗污染能力提出较高的要求。
[0008]这些复杂的地质条件使得钻井异常困难，首先是地热储层裂缝发育，地层压力低下，采用水基钻井液和油基钻井液容易造成钻井液漏失，井下漏失还会导致严重的携岩困难，引起卡钻、埋钻等一系列复杂井下事故的发生，导致钻井周期延长，地热开发成本费用上升，后果严重甚至会造成井眼报废。其次，井壁高温岩体遇水易产生热破裂，造成井壁坍塌、卡钻等事故。
[0009]针对地热钻井中所存在的问题，国内外研究学者将泡沫钻井液技术引入到地热钻井中，相比于水基/油基钻井液，泡沫钻井液具有几个优点：泡沫流体密度低，具有较低的静液柱压力，并且由于Jamin效应，泡沫流体在流过孔吼时表现出较强的阻塞能力，而且泡沫钻井液具有很低的失水量，因此能够有效的减少钻井液液体漏失；泡沫钻井液是一种气液组成的混合体系，由一系列紧密细小的气泡组成，相比于水基/油基钻井液，泡沫流体具有较高的动切力且黏度较大，具有良好的携岩能力，由于本身密度较低，在钻进过程中有较好的上浮能力，在相同的流量下，泡沫所携带的固体颗粒能力是液体介质的十几倍，提高了携
岩效率；泡沫钻井液体系成分简单，一般只有发泡剂和稳泡剂，钻井过程中，泡沫吸附于钻具和井壁上，起到了良好的润滑作用，减少了摩擦阻力，降低了循环压降，对储层损害低。因此，泡沫钻井液已成为当前钻探地热井的首选钻井液。
[0010]目前针对泡沫钻井液钻井已有许多研究，但主要是针对泡沫钻井液在常规油气钻井中应用的研究，对于泡沫钻井液应用于地热钻井的研究资料很少。泡沫在热力学和动力学上均属于不稳定体系，在地热井的高温环境中受温度影响泡沫钻井液中发泡剂和稳泡剂易热降解失效等问题，针对此类问题，中国专利技术专利CN113403044A开发了一种钻井液用微泡沫发泡体系，主要包括高分子主发泡剂、辅发泡剂，主发泡剂是含有刚性苯环结构的一种阴非离子型高分子表面活性剂，辅发泡剂是一种氨基酸类的两性离子表面活性剂，能够在地层中保持较好的泡沫性能。中国专利技术专利CN113122193A通过改善泡沫液膜表面黏度，以非离子纤维素醚骨架结构、疏水结构和磺酸盐基团制备了一种易溶解的低分子量抗高温稳泡剂，可应用于低压油气资源。中国专利技术专利CN107523278A涉及了一种起泡稳泡剂的制备方法，利用BF3‑
乙醚的催化作用，异十二醇与环氧醚发生反应生成醇醚，然后反应物再与氯磺酸和氢氧化钠反应生成起泡剂，少量起泡稳泡剂即可产生大量泡沫，为研制高性能泡沫钻井液提供了新的方法。
[0011]此外，国内外针对泡沫稳定问题还开发出了多种能够使泡沫稳定的物质。如聚丙烯酰胺、羟乙基纤维素、羟甲基纤维素以及非离子表面活性剂等，但地热井中存在大量的高价阳离子，如Ca
2+
等，会破坏稳泡剂的结构和表面活性，当达到一定温度时，上述稳泡剂完全热降解。因此，针对高温高压地层下泡沫的不稳定性问题，迫切需要研发适用于地热井的抗高温抗高盐稳泡剂。

技术实现思路

[0012]针对现有技术的不足，尤其是针对稳泡剂在高温高盐地热地层中易降解失效等问题，本专利技术提供了一种地热井钻井液用抗高温抗高盐皮克林稳泡剂及其制备方法。本专利技术首先从植物中提取了具有高比表面积和高机械强度的生物质基纳米纤维素材料；其次，将有机树脂材料包覆在生物质基纳米纤维素材料上，增加了生物质基纳米纤维素材料的耐温性能；最后，将含有全氟碳链和硫醇基团的化合物接枝到纳米纤维素基皮克林颗粒上，这些碳链可以有效地抵御高温和强酸、强碱等腐蚀性环境，硫醇基团在高温、高盐度环境下具有良好的表面活性和抗腐蚀性能。相比于常规的稳泡剂，本专利技术中的稳泡剂具有更高的稳泡能力，可以在复杂的地质条件下有较长的半衰期，抗温抗盐性能优异。
[0013]术语解释：
[0014]室温：具有本领域公知含义，指25
±
5℃。
[0015]本专利技术的技术方案如下：
[0016]一种地热井钻井液用抗高温抗高盐皮克林稳泡剂的制备方法，包括步骤如下：
[0017](1)以纳米纤维素纤丝(CNF)或纳米纤维素晶体(CNC)为核，以有机树脂材料为壳，制备核壳结构的纤维素材料；
[0018](2)将催化剂A加入氢氧化钠溶液中，搅拌均匀后加入核壳结构的纤维素材料水分散液，得到混合液I；将催化剂B与硅烷偶联剂加入水中，得到混合液II；将混合液II加入混合液I中，再加入接枝单体，进行反应，得到地热井钻井液用抗高温抗高盐皮克林稳泡剂。
[0019]根据本专利技术优选的，步骤(1)中有机树脂材料为氯甲基改性酚醛树脂或聚苯基甲基硅氧烷；所述聚苯基甲基硅氧烷25℃下的粘度为50
‑
500mPa
·
s；氯甲基改性酚醛树脂的制备方法参考中国专利文献CN108102290A制备得到或市购获得。
[0020]根据本专利技术优选的，步骤(1)中所述纳米纤维素纤丝(CNF)或纳米纤维素晶体(CNC)与有机树脂材料的质量比为1:5
‑
15。
[0021]根据本专利技术优选的，步骤(1)中所述纳米纤维素纤丝(CNF)按照下述方法制备得到：称取Na2CO3和NaHCO3溶于去离子水中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地热井钻井液用抗高温抗高盐皮克林稳泡剂的制备方法，包括步骤如下：(1)以纳米纤维素纤丝或纳米纤维素晶体为核，以有机树脂材料为壳，制备核壳结构的纤维素材料；(2)将催化剂A加入氢氧化钠溶液中，搅拌均匀后加入核壳结构的纤维素材料水分散液，得到混合液I；将催化剂B与硅烷偶联剂加入水中，得到混合液II；将混合液II加入混合液I中，再加入接枝单体，进行反应，得到地热井钻井液用抗高温抗高盐皮克林稳泡剂。2.根据权利要求1所述地热井钻井液用抗高温抗高盐皮克林稳泡剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中有机树脂材料为氯甲基改性酚醛树脂或聚苯基甲基硅氧烷；所述聚苯基甲基硅氧烷25℃下的粘度为50
‑
500mPa
·
s；所述纳米纤维素纤丝或纳米纤维素晶体与有机树脂材料的质量比为1:5
‑
15。3.根据权利要求1所述地热井钻井液用抗高温抗高盐皮克林稳泡剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述纳米纤维素纤丝按照下述方法制备得到：称取Na2CO3和NaHCO3溶于去离子水中，得到Na2CO3‑
NaHCO3缓冲溶液；将钠盐和氧化剂溶解到缓冲溶液中，再将纤维素分散到上述溶液中，之后在搅拌条件下加入NaClO，室温下搅拌反应，反应过程中调节体系pH值维持在10
‑
10.5之间；反应结束后加入无水乙醇终止反应；除去上清液，所得固体用去离子水离心洗涤至上清液为中性，除去上清液，向所得固体中加入水进行超声处理，之后离心取上清液，所得上清液经冷冻干燥，得到纳米纤维素纤丝；优选的，纳米纤维素纤丝的制备中所述Na2CO3和NaHCO3的质量比为5
‑
10:3；所述Na2CO3‑
NaHCO3缓冲溶液中Na2CO3的浓度为0.1
‑
0.2mol/L；所述钠盐为溴化钠、硝酸钠或氟化钠，所述钠盐与纤维素的质量比为0.2
‑
0.5:1；所述氧化剂为2,2,6,6
‑
四甲基哌啶氧化物或4
‑
异丙氧基
‑
哌啶，所述氧化剂与纤维素的质量比为0.01
‑
0.05:1；所述纤维素的质量与Na2CO3‑
NaHCO3缓冲溶液的体积之比为0.01
‑
0.1g:1mL；所述NaClO的质量为纤维素质量的30
‑
70％；使用稀盐酸溶液和NaOH溶液调节体系的pH维持在10
‑
10.5，所述稀盐酸溶液的浓度为0.1
‑
0.5mol/L，NaOH溶液的浓度为0.1
‑
1mol/L；优选的，纳米纤维素纤丝的制备中所述反应的时间为2
‑
8h；所述无水乙醇的加入体积与纤维素的质量之比为10
‑
30mL:1g；超声处理时，加入水的体积与纤维素的质量之比为10
‑
50mL:1g；超声处理的时间为30
‑
60min；所述冷冻干燥的温度为
‑
26～
‑
16℃，冷冻干燥的时间为10
‑
24h。4.根据权利要求1所述地热井钻井液用抗高温抗高盐皮克林稳泡剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述纳米纤维素晶体按照下述方法制备得到：将纤维素加入硫酸溶液中进行反应；之后将反应所得悬浮液离心，所得固体用水离心洗涤至上清液的pH值为中性；之后向所得固体中加入水进行超声处理，经离心、所得上清液冷冻干燥，得到纳米纤维素晶体；优选的，所述硫酸溶液的质量分数为50
‑
64％；所述纤维素和硫酸溶液的质量比为1:10
‑
20；所述反应的温度为40
‑
80℃，反应的时间为1
‑
3h；超声处理时，加入水的体积与纤维素的质量之比为10
‑
50mL:1g；超声处理的时间为2
‑
4h；所述冷冻干燥的温度为
‑
26～
‑
16℃，冷冻干燥的时间为10
‑
24h。5.根据权利要求3或4所述地热井钻井液用抗高温抗高盐皮克林稳泡剂的制备方法，其
特征在于，所用纤维素为从植物中提取的纤维素，所述植物为玉米秸秆或木材；所述纤维素按照下述方法提取得到：首先将玉米秸秆或木材粉碎成20
‑
100目的植物粉末，用水洗净，之后在30
‑
80℃下干燥36
‑
72h；将干燥后的植物粉末加入碱溶液中进行处理，然后过滤，所得固体使用水洗涤至滤液为中性，在30
‑
80℃下干燥36
‑
72h，得到碱处理的原料；将碱处理的原料分散于水中，得到浓度为0.05
‑
0.3g/mL的分散液，加热至60
‑
100℃，之后每隔1
‑
2h加入酸溶液和漂白剂进行提取，过滤，所得固体用去离子水洗涤至滤液为中性，再用丙酮洗涤后在40
‑
80℃下干燥至恒重，得到纤维素；优选的，所述碱溶液为质量分数为5
‑
20％的氢氧化钠溶液；所述碱溶液的体积与植物粉末的质量之比为10
‑
50mL:1g；使用碱溶液进行处理的温度为60
‑
100℃，使用碱溶液进行处理的时间为1
‑
3h；所述酸溶液为冰醋酸、质量分数为37％的盐酸溶液、质量分数为68％的硝酸溶液中的一种，每次加入的酸溶液与碱处理的原料的质量比为0.1
‑
1:1；所述漂白剂为二氧化硫、亚氯酸钠、硫磺中的一种；每次加入的漂白剂与碱处理的原料的质量比为0.1
‑
1:1；所述提取的时间为3
‑
6h。6.根据权利要求1所述地热井钻井液用抗高温抗高盐皮克林稳泡剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中以纳米纤维素纤丝为核的核壳结构的纤维素材料为单核结构，其按照下述方法制备得到：将纳米纤维素纤丝水分散液的pH值调节至5
‑
8后加入有机树脂材料的二甲苯分散液，再加入引发剂I，搅拌进行反应；反应完成后，经过滤、洗涤、超声分散、冷冻干燥，得到以纳米纤维素纤丝为核的核壳结构的纤维素材料；优选的，所述纳米纤维素纤丝水分散液的浓度为0.05
‑
0.5g/mL；使用0.05mol/L的氢氧化钠溶液调节纳米纤维素纤丝水分散液的pH；所述有机树脂材料的二甲苯分散液的浓度为0.05
‑
0.25g/mL；所述引发剂I为过氧化苯甲酰或过氧化二异丙苯；所述引发剂I的质量为纳米纤维素纤丝质量的0.5
‑
3％；所述搅拌的转速为2000
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：李美春，戴立瑶，孙金声，吕开河，刘敬平，白英睿，黄贤斌，王金堂，金家锋，黎剑，史胜龙，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：