一种钻井液用改性车前籽壳增粘剂及其制备方法与流程

本发明涉及一种钻井液用增粘剂，具体说在钻井过程中需要钻井液具有一定的粘度，便于携带和悬浮钻屑。

背景技术：

在钻井过程中，需要进行钻井液循环，其中的一个作用就是携带钻屑返出地面，在停钻的时候能够悬浮钻屑，如果钻井液的粘度不够，则可能造成钻屑发生沉降作用，导致上下部钻井液密度不均匀，严重时，可能引起埋钻等事故发生，从而引发井下作业安全事故发生。

目前常用的钻井液增粘剂包括xc生物聚合物、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、改性瓜胶、lg植物胶等，这些钻井液用增粘剂的缺点在于用量较大，而且抗温性相对较差。在敏感性地层以及在海上钻井过程中，经常采用无黏土相钻井液、无固相钻井液和无固相完井液等体系中，往往是不能加入膨润土，而且还不能过多加入其他固相，在这种情况下，为了提高钻井液的粘度、往往需要加入人工合成聚合物，但人工聚合物往往存在降解困难的问题，会对环境造成一定影响。为了提高环境适应性，需要引入提粘效果佳的天然聚合物，通过适当改性，形成新的环境友好型增粘剂，而车前籽壳就是其中一种适合的替代品。

车前籽壳一般用于食品行业，同时也是水基钻井液粘土矿物的一种理想替代品。车前子是车前属植物的种子，其主要产物为车前籽壳。车前子是一种常用的纤维补充剂，目前已经对车前子和车前籽壳对健康的影响开展了相应研究。车前籽壳在食品和健康行业的应用主要是该产品具有很强的凝胶特性，同样，它还被用于清除生活废水中固相颗粒。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决当前低（无）固相钻井液中，钻井液用增粘剂往往采用合成聚合物，对环境造成较大影响的问题，提出一种在钻井液中提粘效果显著、且高效、环保的钻井液用改性车前籽壳增粘剂及其制备方法。

本发明采用技术方案如下：

一种钻井液用改性车前籽壳增粘剂，包括下列质量百分组分：车前籽壳31~36%、naoh34~35%、异丙醇18~19%、环氧丙烷6~8%、亲水纳米二氧化硅6~8%、余量为去离子水。

进一步的，所述亲水性纳米二氧化硅的粒径为10~50nm。

前述的钻井液用改性车前籽壳增粘剂的制备方法，包括如下步骤：

1）车前籽壳的预处理：将车前籽壳清洗、烘干、粉碎至800目~1000目;

2）钻井液用改性车前籽壳增粘剂制备：（1）将60~80g预处理好的车前籽壳和6~10gnaoh加入反应器，然后缓慢加入蒸馏水300g，低速搅拌，待naoh全部溶解后，加温至60~80℃，继续搅拌反应40~60min；（2）向上述反应器中缓慢加入20~30gnaoh，缓慢搅拌，直至全部溶解，再缓慢加入50~80g水，温度保持在30~40℃，继续搅拌15~20min；（3）向上述反应器中以滴流的形式加入异丙醇30~50g，滴加完毕，温度保持在40~50℃，低速搅拌30~45min；（4）向上述反应器中加入环氧丙烷10~20g，温度保持在40~50℃，低速搅拌20~35min；（5）向上述反应器中加入10~20g亲水性纳米二氧化硅，继续搅拌20-35min；（6）用真空抽滤的方法除去上述反应产物的液相，并用乙醇洗涤，直至洗涤液清澈为止；（7）将上述产物烘干、粉碎至800~1000目，即可得到钻井液改性车前籽壳增粘剂。

进一步的，步骤（7）的烘干温度为70±5℃。

与现有技术相比，本发明效果更为突出：

（1）本发明钻井液用改性车前籽壳增粘剂，主要采用溶液合成法合成，形成羟乙基车前籽壳，并在此基础上和亲水性纳米二氧化硅结合，形成了羟乙基车前籽壳-纳米二氧化硅复合物；（2）本发明以车前籽壳为主要增粘剂，并与纳米二氧化硅相结合，增加体系的增粘作用和抗温性；（3）与当前的合成聚合物相比，本发明更环保，更适合在无黏土相钻井液、无固相钻井液和无固相完井液中使用；（4）本发明方法简单、易行，容易推广，所制得的增粘剂在钻井液中提粘效果显著，加量为0.5wt%车前籽壳增粘剂的水溶液表观粘度为22mpa.s，抗温能力强，在150℃条件下，浓度为1.0wt%的改性车前籽壳粘度降低率小于30%，且该处理剂对环境无影响，急性毒性ec50＞50000，且可完全降解，是一种高效的钻井液增粘剂。

附图说明

图1常温常压条件下样品的表观粘度

图2150℃老化后的粘度降低率。

具体实施方式

下面结合实施例进一步阐述本发明。

一种钻井液用改性车前籽壳增粘剂，按质量百分比计算如下组分含量：车前籽壳31~36%、naoh34~35%、异丙醇18~19%、环氧丙烷6~8%、亲水纳米二氧化硅6~8%、余量为去离子水。

本发明技术方案中所述的车前籽壳是车前子的种子干燥之后的壳，主要含有多糖类化合物、环烯醚萜类、黄酮类、苯乙醇苷类等药用成分。

本发明技术方案所述的亲水性纳米二氧化硅的粒径优选为10~50nm，进一步优选的亲水性纳米二氧化硅为sj-801、sj-1500、sj-2500、sj-3500中的一种或任意两种组合，该产品为潍坊三佳化工有限公司生产。

本发明具体的制备方法，包括下面的步骤：

1、车前籽壳的预处理

（1）将车前籽壳用水清新干净，放入到烘箱中，在100℃±5℃条件下干燥5h；

（2）用粉碎机将干燥好的车前籽壳粉碎，用标准检验筛检验，粉碎至800目~1000目，待用。

2、改性车前籽壳制备

（1）将60~80g预处理好的车前籽壳加入到500ml的三口平底烧瓶中，加入6~10gnaoh，然后缓慢加入蒸馏水300g，低速搅拌，待naoh全部溶解后，加温至60~80℃，继续搅拌反应40~60min；

（2）向上述反应器中缓慢加入20~30gnaoh（片碱），缓慢搅拌，直至全部溶解，再缓慢加入50~80g水，温度保持在30~40℃，继续搅拌15~20min；

（3）向上述反应器中以滴流的形式加入异丙醇30~50g，滴加完毕，温度保持在40~50℃，低速搅拌30~45min；

（4）向上述反应器中加入环氧丙烷10~20g，温度保持在40~50℃，低速搅拌20~35min；

（5）向上述反应器中加入10~20g亲水性纳米二氧化硅，继续搅拌30min；

（6）用真空抽滤的方法除去上述反应产物的液相，并用乙醇洗涤，直至洗涤液清澈为止；

（7）将上述产物置于烘箱中，在70±5℃烘干，并用粉碎机将干燥好的产物粉碎，用标准检验筛检验，粉碎至800~1000目，即可得到钻井液改性车前籽壳增粘剂。

实施例1：

将60g预处理好的车前籽壳加入到500ml的三口平底烧瓶中，加入6gnaoh，然后缓慢加入蒸馏水300g，低速搅拌，待naoh全部溶解后，加温至60℃，继续搅拌反应40min；缓慢加入20gnaoh（片碱），缓慢搅拌，直至全部溶解，再缓慢加入50g水，温度保持在30℃，继续搅拌15min；以滴流的形式加入异丙醇30g，滴加完毕，温度保持在40℃，低速搅拌30min；加入环氧丙烷10g，温度保持在40℃，低速搅拌20min；加入10g亲水性纳米二氧化硅sj-801，继续搅拌30min；用真空抽滤的方法除去上述反应产物的液相，并用乙醇洗涤，直至洗涤液清澈为止；将上述产物置于烘箱中，在70±5℃烘干，并用粉碎机将干燥好的产物粉碎，用标准检验筛检验，粉碎至800~1000目，即可得到钻井液改性车前籽壳增粘剂。

实施例2：

将70g预处理好的车前籽壳加入到500ml的三口平底烧瓶中，加入6gnaoh，然后缓慢加入蒸馏水300g，低速搅拌，待naoh全部溶解后，加温至70℃，继续搅拌反应50min；缓慢加入25gnaoh（片碱），缓慢搅拌，直至全部溶解，再缓慢加入70g水，温度保持在35℃，继续搅拌18min；以滴流的形式加入异丙醇40g，滴加完毕，温度保持在45℃，低速搅拌40min；加入环氧丙烷15g，温度保持在45℃，低速搅拌20min；加入15g亲水性纳米二氧化硅sj-2500，继续搅拌30min；用真空抽滤的方法除去上述反应产物的液相，并用乙醇洗涤，直至洗涤液清澈为止；将上述产物置于烘箱中，在70±5℃烘干，并用粉碎机将干燥好的产物粉碎，用标准检验筛检验，粉碎至800~1000目，即可得到钻井液改性车前籽壳增粘剂。

实施例3：

将80g预处理好的车前籽壳加入到500ml的三口平底烧瓶中，加入6gnaoh，然后缓慢加入蒸馏水300g，低速搅拌，待naoh全部溶解后，加温至80℃，继续搅拌反应60min；缓慢加入30gnaoh（片碱），缓慢搅拌，直至全部溶解，再缓慢加入80g水，温度保持在40℃，继续搅拌20min；以滴流的形式加入异丙醇50g，滴加完毕，温度保持在50℃，低速搅拌45min；加入环氧丙烷20g，温度保持在50℃，低速搅拌30min；加入20g亲水性纳米二氧化硅sj-3500，继续搅拌30min；用真空抽滤的方法除去上述反应产物的液相，并用乙醇洗涤，直至洗涤液清澈为止；将上述产物置于烘箱中，在70±5℃烘干，并用粉碎机将干燥好的产物粉碎，用标准检验筛检验，粉碎至800~1000目，即可得到钻井液改性车前籽壳增粘剂。

性能测试

（1）表观粘度测试：采用钻井液常用六速粘度计测定钻井液的表观粘度，配置好钻井液之后，将钻井液老化24h后，检测其六转读数，根据600转读数计算体系的表观粘度：

（1）

上式中：av为表观粘度，mpa.s；φ600为600转读数。

（2）抗温能力测试：将浓度为1.0%的改性车前籽壳加入到体系中，按照（1）的方法检测其常温条件下的表观粘度，记为av1，之后倒入密闭容器中，置于滚子炉中，150℃条件下滚动老化24h；取出，待冷却后检测其表观粘度av2，其粘度降低率为：

（2）

上式中：av1为滚动前表观粘度，mpa.s；av2为滚动后表观粘度，mpa.s；r为粘度降低率。

（3）急性毒性检测：根据《gb/t15441-1995水质急性毒性的测定发光细菌法》检测体系毒性，记为ec50。

上述测试样品为上述实施例改性车前子壳增粘剂，并与5%膨润土进行对比。测试结果如下：

从图1结果看出，在常温常压下0.5%改性车前籽壳增粘剂的表观粘度均超过22mpa.s，而5%膨润土的表观粘度仅为18mpa.s，所以，该体系的增粘效果明显。

随后考察了体系抗温能力，结果如图2所示。在150℃老化后，体系的粘度降低率均低于30%，这充分证明了改性车前籽壳增粘剂的粘度保持效果，抗温能力较强。

最后考察了三个实例的急性毒性，从结果的可知，三个实例的ec50值分别为60000ppm、65000ppm和63000ppm，均为无毒。