本发明涉及油田钻井制备领域，具体而言，涉及一种钻井液用抗高温承压护壁剂及其制备方法、应用。
背景技术：
：随着石油勘探开发向深部和海上发展，深井、超深井以及特殊工艺井钻探越来越多，特别是超高温、超高压地层的钻探，对钻井液也相应的提出了更高要求。而钻井液体系的进步依赖于新型钻井液的处理剂的出现，只有不断开发完善新型的处理剂，才能确保钻井液技术不断进步。一般钻井液所用的护壁剂主要目的是为了降低钻井液的滤失量，改善泥饼质量，快速封堵地层裂缝防止坍塌等作用，但是现在随着油井开发的不断深入，其温度也越来越高，压力也相对比较大，现有技术中的普通护壁剂只能基本满足护壁的作用，但是本身抗高温、承压能力差，使得对于某些高强度工况的钻井作业，普通的护壁剂并不适用，从而限制了护壁剂的进一步发展应用。另外，现在的护壁剂的组成大部分集中在合成材料、聚合物方面，虽然研究的技术相对比较成熟，但是这些物质本身合成工艺比较复杂，成本比较高，综合性能较差，因此研发出新型种类的护壁剂是现有技术中亟待解决的技术问题。有鉴于此，特提出本发明。技术实现要素：本发明的第一目的在于提供一种钻井液用抗高温承压护壁剂，该护壁剂通过原料之间互相配伍，制备得到的护壁剂耐温性能和热稳定性能好，并且在此基础之上降滤失能力与防塌能力较现有技术中的护壁剂更佳，有效减少了钻井液的滤失，可广泛应用于油田钻井领域，具有广阔的应用前景。另外本发明的护壁剂中采用了诸多天然物质，利用了这些天然物质具有降粘、降失水的特殊优势，与天然胶、纤维等物质混合后，进一步提高了护壁剂本身的性能，并且相应的提高了这些天然物质的附加值，实现了资源再利用。本发明的第二目的在于提供上述钻井液用抗高温承压护壁剂的制备方法，制备方法相对简单、操作方便，操作条件也比较温和，前后步骤衔接紧密，无三废产生，安全环保，属于较优的一种制备方法。本发明的第三目的在于提供上述钻井液用抗高温承压护壁剂的应用，可广泛应用于油田钻井领域，添加到钻井基液中使用，使用方便，适于广泛推广应用。为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：本发明提供了一种钻井液用抗高温承压护壁剂，主要由以下原料制得：以质量份数计，天然植物胶70-80份，纤维类物质20-30份，苹果皮2-4份，青核桃皮4-6份，茶叶1-3份，秸秆5-10份，大豆1-5份，膨润土8-15份，腐殖土10-15份，碳酸盐1-5份。现有技术中，一般钻井液所用的护壁剂主要目的是为了降低钻井液的滤失量，改善泥饼质量，快速封堵地层裂缝防止坍塌等作用，但是现在随着油井开发的不断深入，其温度也越来越高，压力也相对比较大，现有技术中的普通护壁剂只能基本满足护壁的作用，但是本身抗高温、承压能力差，使得对于某些高强度工况的钻井作业，普通的护壁剂并不适用，从而限制了护壁剂的进一步发展应用。另外，现在的护壁剂的组成大部分集中在合成材料、聚合物方面，虽然研究的技术相对比较成熟，但是这些物质本身合成工艺比较复杂，成本比较高，综合性能较差，因此研发出新型种类的护壁剂是现有技术中亟待解决的技术问题。本发明为了解决以上技术问题，提供了一种抗高温承压性能好的护壁剂，该护壁剂的原料中除了包含现有技术中常见的合成材料、聚合物等材料，还包含了诸多天然物质，利用了这些天然物质的某些方面的优势与其他组分进行配伍后，制备得到的护壁剂综合性能较优，现有技术中关于本发明的特定组分原料制备的护壁剂是没有任何记载的，本发明的方案对于扩大护壁剂的市场推广具有比较重要的意义。在本发明中，天然植物胶属于钻井液处理剂中比较常用的一种原料，其一般取自植物的树叶、根茎或树皮等，因为天然胶具有比较优异的抑制能力、降滤失能力，因此可作为护壁剂的主料，同样纤维类物质里面也含有聚糖，因此也常作为钻井液护壁剂的原料来用，通过两者的配合提高了在钻井过程中的防塌抑制性。碳酸盐的添加也相应的起到了补强提高稳定性的作用，一般碳酸盐可以选择为包括碳酸钙、碳酸钠中的一种或几种，更优的为轻质碳酸钙。优选地，天然植物胶包括田菁胶、瓜尔胶、胡麻胶、香豆胶中的一种或几种的结合，只要是属于天然植物胶的物质均在本发明的保护范围之内。优选地，纤维类物质包括合成纤维、天然纤维以及纤维素中的一种或几种，更优的为纳米纤维素，最优的为羧甲基纳米纤维素，这里需要说明的是本发明采用的纤维类物质最好为纳米纤维素，之所以采用纳米纤维素，是因为由天然纤维素制备的纳米微晶纤维素不但具有纤维素的基本结构与性能，还具有巨大的比表面积、高结晶度(>70％)、高亲水性、高杨氏模量、高强度(7500mpa)、超精细结构和高透明性，良好的生物可降解性与生物相容性以及稳定的化学性能，另外纤维素表面裸露出大量羟基、还原性及非还原性末端基，使得纳米微晶纤维素具有巨大的化学改性潜力，因此本发明创造性的优选为纳米纤维素，可以使得承压护壁剂本身的护壁防滤失的效果更好，最优的为羧甲基纳米纤维素，发明人通过摸索发现采用这种类型的纤维物质最优。但是，由于天然植物胶、纤维类物质这两种物质本身抗温性能比较差，对于现在钻井工矿比较复杂的情况下，仅仅依靠合成材料、天然胶类的物质来制备护壁剂显然性能上还远不能满足实际需求。因此，本发明为了提升护壁剂的抗温承压性能，在原料中还添加了膨润土与腐殖土，这些材料本身具有比较好的抗温性能并且由于比重比较大，添加后无形之中加重了相比，降低了钻井液中的固相比进而降低了阻塞储层空隙的风险，也更有利于储层的保护，可谓一举两得。除此之外，本发明在原料中还创造性的添加了苹果皮，青核桃皮，茶叶，秸秆，大豆，一般在油田钻井领域所用做钻井液处理剂的原料中都挑选还有植物酚和聚糖类材料的物质，而本发明选用的这些物质中正好都含有丰富的单宁、多酚以及聚糖等成分，并且与天然植物胶以及纤维等物质可以形成良好的配伍关系来提高护壁剂的性能，比较适宜用来制作护壁剂，因为并不是所有含有丰富的多糖类的物质都可以适宜来做护壁剂的，因此将这些物质作为原料添加来制备护壁剂，能够产生非常好的经济效益和环境效益。还有，比如像青核桃皮、秸秆、苹果皮这些物质，本身属于废弃物，如果不加以利用可能直接当作生活垃圾处理掉，发明人将其转化为有用之物并加以利用后，实现了一定的经济价值，省去了垃圾处理需要寻找场地堆放的问题，也无需进行进一步后处理，更加绿色环保，还能进一步提高护壁剂的性能，扩大护壁剂的进一步应用，因此可见发明人在进行原料选择时也是付出了大量的创造性劳动，进行了科学的挑选配伍。为了进一步提高护壁剂本身原料之间配伍后增效的效果，各原料用量上优选地为，以质量份数计，天然植物胶72-78份，纤维类物质22-28份，苹果皮2-3份，青核桃皮4-5份，茶叶1-2份，秸秆7-9份，大豆2-4份，膨润土10-12份，腐殖土12-14份，碳酸盐2-4份。更优地，天然植物胶75份，纤维类物质25份，苹果皮2份，青核桃皮5份，茶叶2份，秸秆8份，大豆3份，膨润土11份，腐殖土13份，碳酸盐3份。除此之外，天然植物胶可为71份、73份、74份、75份、76份、77份以及79份等，纤维类物质可以为21份、22份、23份、24份、25份、26份、27份、29份等，这些用量均可以和其他原料进行自由搭配组合来制备护壁剂。本发明在制备护壁剂时，将天然胶、合成材料以及天然物质进行了有机的结合，膨润土、腐殖土在抗温方面性能比较优良，青核桃皮、秸秆、苹果皮等这些物质在进一步提高护壁剂的护壁防滤失性能上有积极的作用，每种原料的添加均利用了其自身优势，这样互配之后综合性能上也得到了相应的提升，因为膨润土、腐殖土除了抗高温性能优良以外，通过与其他物质互配之后本身还能提高防滤失效果，并且还可以保护储层，这些效果的发挥是需要依赖与其他物质的互相伍配关系后所产生的，不能仅仅依靠其中某个原料就可以达到比较优异的性能，总之本发明方案中涉及到的每一种原料均不能缺少，因为发明人通过大量的创造性试验发现只有将这几种原料互相伍配后制得的护壁剂性能上才能达到最优。另外，在原料用量方面，天然植物胶与纤维类物质作为主料可能加量比较大，其他物质能够起到协同增效的效果，所以加量不宜过大，并且如果加量太大也不容易混合均匀，不利于后续应用，性能上通过反复摸索已经达到最优，多加也无益或者可能会起到适得其反的效果。其实这些物质本身均属于市面上常见产品，但是对于本发明的方案关键在于保护原料之间的这种互相组配关系，并不能因为这些物质比较常见就不能作为原料来互配组成本发明的方案，况且这些原料中某些物质之前还没有任何记载是可以被应用到油田钻井领域的，只有在参照本发明的情况下才能得到这样的启迪。本发明除了提供了一种钻井液用抗高温承压护壁剂的配方，还提供了该护壁剂的制备方法，具体包括如下步骤：(a)将青核桃皮、秸秆、茶叶、大豆、苹果皮分别粉碎成1-2cm的颗粒后，备用；(b)将腐殖土、膨润土筛分，与水混合配制成浓度为5-10wt％的土浆液，备用；(c)将天然植物胶、纤维类物质以及碳酸盐混合均匀后，加入青核桃皮、秸秆、茶叶、大豆、苹果皮，最后添加土浆液20-30℃搅拌混合均匀，即可。本发明实施例的制备方法相对简单、操作方便，操作条件也比较温和，前后步骤衔接紧密，无三废产生，安全环保，属于较优的一种制备方法，但是并不代表没有其他的制备方法，只要能够以本发明的原料配方制备出护壁剂的方法均在本发明的保护范围之内。优选地，步骤(a)中，先将青核桃皮、秸秆、茶叶、大豆、苹果皮这些物质分别粉碎成1-2cm的颗粒后，混合并采用乙醇浸泡，然后打浆处理，采用乙醇浸泡的原因也是为了能将这些物质中的有效成分浸泡出来，乙醇适量即可，为了控制纯度最好选择工业级纯度以上的乙醇。优选地，采用乙醇浸泡的时间控制在2h以上，更优地为3-4h。优选地，打浆的速率控制在100-500rpm之间，更优地打浆的时间控制在30-40min，通过控制合理的打浆时间可以使得各原料之间形成更为均一的物质。优选地，步骤(b)中，腐殖土、膨润土筛分的目粒度控制在60目以上，更优控制在80-100目之间，另外腐殖土、膨润土在使用之前最好进行一定的预处理以去除杂质，实际操作时是采用碱液洗涤70-80min后，再静置24h以上，干燥进行配制土浆液。优选地，步骤(c)中，将天然植物胶、纤维类物质以及碳酸盐混合搅拌10-20min，再添加其他物质，通过控制加料顺序，可以促进原料之间更好的互相融合，根据每种原料的特性与比较容易混合的物质放在一起进行混合搭配，更利于融合。并且植物胶本身就是粘稠的物质如果后添加与底部的土浆液还有其他天然物质很难混合均匀，其需要的混合温度就相对比较高，按照本发明的这种加料顺序基本常温操作就可以达到目的。优选地，天然植物胶、纤维类物质以及碳酸盐混合搅拌的速率控制在200-400rpm；优选地，加入青核桃皮、秸秆、茶叶、大豆、苹果皮，最后添加土浆液搅拌混合均匀的速率控制在300-700rpm之间，搅拌时间控制在20-40min，通过控制适宜的搅拌速率、搅拌时间更利于混合均一，制出具有优异效果的产品。本发明实施例还提供了护壁剂的应用方法，将护壁剂添加到钻井基液中，护壁剂为钻井基液质量的2-8wt％，优选地为3-7wt％，更优的为4-6wt％，最好严格控制加量，因为钻井液中可能除了护壁剂还需要添加其他助剂来改善钻井液本身的性能比如润滑剂等，所以每一种添加剂都有比较优异的加量范围，如果不严格控制可能还会影响到其他助剂的效果发挥，所以最好控制在本发明要求的范围之内。与现有技术相比，本发明的有益效果为：(1)本发明实施例的护壁剂耐温性能和热稳定性能好，并且在此基础之上降滤失能力与防塌能力较现有技术中的护壁剂更佳，有效减少了钻井液的滤失，可广泛应用于油田钻井领域，通过测试发现采用本发明的护壁剂可以将滤失量控制在15wt％以下，抗温能力能高达160℃以上；(2)本发明实施例的护壁剂采用了诸多天然物质，利用了这些天然物质具有降粘、降失水的特殊优势，与天然胶、纤维等物质混合后，进一步提高了护壁剂本身的性能，并且相应的提高了这些天然物质的附加值，实现了资源再利用；(3)本发明钻井液用抗高温承压护壁剂的制备方法，制备方法相对简单、操作方便，操作条件也比较温和，前后步骤衔接紧密，无三废产生，安全环保。具体实施方式下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。实施例1护壁剂的原料按照如下质量进行配比：瓜尔胶70kg，聚酯纤维20kg，苹果皮2kg，青核桃皮6kg，茶叶1kg，秸秆5kg，大豆5kg，膨润土15kg，腐殖土10kg，碳酸钙5kg；制备方法如下：1)先将青核桃皮、秸秆、茶叶、大豆、苹果皮分别采用粉碎机进行粉碎，粉碎成1-2cm的颗粒；2)将腐殖土、膨润土过60目的筛子进行筛分后，在溶解罐中用水打浆溶解，配制成土浆液，浓度控制在5wt％；3)将瓜尔胶、聚酯纤维以及碳酸钙加入搅拌罐中，一边搅拌一边加入青核桃皮、秸秆、茶叶、大豆、苹果皮，继续搅拌并添加土浆液，温度调控在20-30℃之间，充分搅拌混合均匀后，得到护壁剂，将其包装成10kg/袋的成品，于常温干燥处保存。实施例2护壁剂的原料按照如下质量进行配比：瓜尔胶、胡麻胶80kg，纤维素30kg，苹果皮4kg，青核桃皮4kg，茶叶3kg，秸秆10kg，大豆1kg，膨润土8kg，腐殖土15kg，碳酸钠1kg；制备方法如下：1)先将青核桃皮、秸秆、茶叶、大豆、苹果皮分别采用粉碎机进行粉碎，粉碎成1-2cm的颗粒，在容器中混合后用乙醇浸泡2h，500rpm转速下打浆处理；2)将腐殖土、膨润土过60目的筛子进行筛分后，用碱液洗涤70min，静置24h后干燥，在溶解罐中用水打浆溶解，配制成土浆液，浓度控制在10wt％；3)将瓜尔胶、胡麻胶、纤维素以及碳酸钠加入搅拌罐中，400rpm转速下一边搅拌一边加入青核桃皮、秸秆、茶叶、大豆、苹果皮继续搅拌10min后，最后添加土浆液，转速调整到300rpm继续搅拌40min，温度调控在20-30℃之间，充分搅拌混合均匀后，得到护壁剂，将其包装成10kg/袋的成品，于常温干燥处保存。实施例3护壁剂的原料按照如下质量进行配比：香豆胶、胡麻胶72kg，纳米纤维素22kg，苹果皮2kg，青核桃皮5kg，茶叶1kg，秸秆7kg，大豆4kg，膨润土10kg，腐殖土12kg，碳酸钠2kg；制备方法如下：1)先将青核桃皮、秸秆、茶叶、大豆、苹果皮分别采用粉碎机进行粉碎，粉碎成1-2cm的颗粒，在容器中混合后用工业级纯度以上的乙醇浸泡3-4h，100rpm转速下打浆处理30-40min；2)将腐殖土、膨润土过80目的筛子进行筛分后，用碱液洗涤80min，静置30h后干燥，在溶解罐中用水打浆溶解，配制成土浆液，浓度控制在8wt％；3)将香豆胶、胡麻胶、纳米纤维素以及碳酸钠加入搅拌罐中，200rpm转速下一边搅拌一边加入青核桃皮、秸秆、茶叶、大豆、苹果皮继续搅拌20min后，最后添加土浆液，转速调整到700rpm继续搅拌20min，温度调控在20-30℃之间，充分搅拌混合均匀后，得到护壁剂，将其包装成10kg/袋的成品，于常温干燥处保存。实施例4护壁剂的原料按照如下质量进行配比：瓜尔胶78kg，羧甲基纳米纤维素28kg，苹果皮3kg，青核桃皮4kg，茶叶2kg，秸秆9kg，大豆2kg，膨润土12kg，腐殖土14kg，轻质碳酸钙4kg；具体制备方法与实施例3一致。实施例5护壁剂的原料按照如下质量进行配比：瓜尔胶75kg，羧甲基纳米纤维素25kg，苹果皮2kg，青核桃皮5kg，茶叶2kg，秸秆8kg，大豆3kg，膨润土11kg，腐殖土13kg，轻质碳酸钙3kg；具体制备方法与实施例3一致。比较例1具体配方与实施例5一致，只是不添加苹果皮。比较例2具体配方与实施例5一致，只是不添加青核桃皮。比较例3具体配方与实施例5一致，只是不添加茶叶、秸秆。比较例4具体配方与实施例5一致，只是苹果皮10kg，青核桃皮1kg，茶叶0.1kg，秸秆0.1kg，大豆7kg。比较例5具体配方与实施例5一致，只是不添加腐殖土。比较例6具体配方与实施例5一致，只是不添加膨润土。比较例7具体配方与实施例5一致，只是膨润土30kg，腐殖土2kg。比较例8专利申请号为201620851880.2中具体实施方式实施例1制备得到的护壁剂。应用例1将本发明实施例1-5以及比较例1-8的护壁剂均按照3wt％的质量添加到基浆(基浆采用通用的标准基浆)中，进行封闭滤失量测定结果如下：表1封闭滤失量的测定结果组别表观粘度(mpa.s)滤失量百分比(％)抗温能力(℃)实施例113.214165实施例214.711160实施例314.512170实施例415.111165实施例515.59175比较例111.717160比较例21218161比较例311.916161比较例412.520163比较例512.315150比较例612.316150比较例712.815155比较例811.235130从上述表1可以看出，本发明实施例的护壁剂较现有技术中的护壁剂其综合性能较优，但是原料上需要有特定的组合为最佳，如果有些原料用量变化的情况下可能会对性能有所影响。通过进一步实验，将护壁剂按照4wt％、6wt％、7wt％的质量添加到基浆中也有相同的实验结果。尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。当前第1页12