CN103525384A

CN103525384A - 水平穿越钻井用高造浆率触变性膨润土浆液及其制备方法

Info

Publication number: CN103525384A
Application number: CN201310492800.5A
Authority: CN
Inventors: 周风山; 张以河; 宛胤伯; 曹灿; 张志磊; 李德华; 胡攀; 周进生
Original assignee: China University of Geosciences Beijing
Current assignee: China University of Geosciences; China University of Geosciences Beijing
Priority date: 2013-10-18
Filing date: 2013-10-18
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2033-10-18
Also published as: CN103525384B

Abstract

本发明公开了一种水平穿越钻井用高造浆率触变性膨润土浆液及其制备方法，该膨润土浆液由水溶性烯丙基聚合物、天然含镁矿物粉体及腐植酸-水解聚丙烯腈钠接枝聚合物组成的改性剂改性，其由如下方法制备：制备钠基膨润土，制备膨润土基浆，制备改性剂，制备改性膨润土；根据本发明提供的方法制备的膨润土，造浆率、增粘效率、降滤失作用大幅提升，远远优于使用单独改性剂改性效果。

Description

水平穿越钻井用高造浆率触变性膨润土浆液及其制备方法

技术领域

本发明属于石油化工技术领域，涉及膨润土的加工和应用技术领域，具体涉及一种水平穿越钻井用膨润土浆液及其制备方法。

背景技术

水平穿越钻井（horizontal directional drilling，简称HDD）技术发端于西方，早期应用于穿越河流铺设管线，后来逐渐扩展为市政管线铺设工程、穿越公路、机场跑道、地下管线，甚至穿越地下建筑。该技术的优点在于可以在不阻断交通的情况下在繁忙的商业区与工业区进行作业，减少了以往因施工给人们生活带来的不便。近年来随着经济的发展所带来的建设需求，使得中国成为世界上HDD发展最快的市场。HDD技术对钻井液的性能有着很高的要求，要求其具备造浆率高、胶凝强度高、比重低、滤失量低，滤饼质量好、含砂量低、摩擦系数低、润滑性能好、剪切稀释性好等特性。在钻井液这些性能中，高造浆率和高触变性是其核心质量要求。

钻井液被称为钻井的血液，是钻井工程中极其重要的组成部分，钻井液按组成成分可分为清水、泥浆、无粘土相冲洗液、乳状液、泡沫和压缩空气等，其基本功能为携带和悬浮岩屑，稳定井壁和平衡压力，冷却润滑钻具。随着钻井的难度逐步增大，钻井液在优质、快速、安全钻井中的作用越来越明显。

钻井液的发展大致经过以下几个阶段：清水，分散型钻井液，抑制性水基钻井液、油基钻井液及气体型钻井流体等。目前，我国石油开采行业中，水基钻井液的应用最为广泛。水基钻井液是一种以水为分散介质，以膨润土、加重剂及各种化学处理剂为分散相的溶胶悬浮体混合体系。

膨润土(Bentonite)是广泛用于水基钻井液的基础固相材料，其是以蒙脱石为主的含水粘土矿物。蒙脱石矿物属单斜晶系，是由两个硅氧四面体夹一层铝氧八面体组成的2:1型晶体结构，主要化学成分是二氧化硅、三氧化二铝和水，还含有铁、镁、钙、钠、钾等元素蒙脱石晶胞形成的层状结构存在某些阳离子，其层间阳离子种类决定膨润土的类型，如：层间阳离子为Na⁺时称钠基膨润土；层间阳离子为Ca²⁺时称钙基膨润土，由于层间阳离子与蒙脱石晶胞的作用很不牢固，易被其它阳离子交换，故其具有较好的离子交换性。同时，膨润土还具有强吸湿性和膨胀性：可吸附8～15倍于自身体积的水量，体积膨胀可达数倍至其自身体积的30倍；此外，膨润土在水中能分散成胶凝状或悬浮状的悬浊液，此种悬浊液具有一定的黏滞性、触变性和润滑性。

在自然界中，钙基膨润土储量最大，然而经大量研究及生产实践发现，钠基膨润土的比表面积、阳离子交换能力、吸水率、膨胀容较之钙基膨润土更大，在水介质中分散性更好，胶质价提高，胶体悬浮液的触变性、黏度、润滑性、热稳定性均大大优于钙基膨润土。因此，目前实际生产中广泛使用的是经改性的钠基膨润土，而且膨润土钠化已有成熟生产工艺。

目前，我国在HDD施工中使用的造浆膨润土分为两类。一类是以国产为主的造浆率低于10m³/t的低价膨润土，另一类是进口或外资企业在我国生产的造浆率高于30m³/t的高价膨润土。我国的膨润土资源储量大，膨润土产品的产量亦大，但品位、质量普遍不高，像HDD施工中要求的高造浆膨润土这类高附加值产品研究较少。

现有专利中记载的与本发明相关的膨润土改性技术包括各种钠化改性钙基膨润土的工艺及其添加剂等，其中代表性方法例如：

最早在中国提出将钙基膨润土人工钠化为钻井液用钠基膨润土的中国专利CN85105253.3A中提出的人工钠土制备工艺流程设计了从进料到出产品实现连续作业的工艺流程，包括：能远传、遥控并自动调节固体重量和液体流量比例的电子系统和螺旋挤压机进行有效的钠交换反应；能调节和控制进出口温度和烘干时间的转筒干燥机进行短时间干燥；最后送到风选式粉碎设备进行粉碎、分级和包装。

中国专利CN97103231.9A提出的用钙基膨润土生产钠基膨润土的方法是通过人工“干法”改型为钠基膨润土，其核心是只用一台雷蒙磨一次性实现离子交换反应和除去杂质矿物两个目的，快速方便地生成钠基膨润土。

中国专利CN200510049619.2A提出的复合改性膨润土材料的方法是通过在膨润土中添加占膨润土质量4～8％的第一改性剂碳酸钠或柠檬酸钠盐和占膨润土质量2～4％的第二改性剂三氯化铁或醋酸铁制备而成。

中国专利CN1594491A公开了以膨润土、氢氧化钠、钠盐、纤维素、淀粉类、聚丙烯酰胺类、正电胶、复合胶构成的钻井液用增效膨润土及其制备方法。

中国专利CN201210449921.7A公开的泥浆用膨润土的制备方法包括晾晒破碎、钠化改性、烘干碎散、增效磨粉工序。其先将钙基膨润土原矿料经晾晒破碎后，输送至碾压机中，加入钠化剂和水混合搅拌碾压得钠化物料，将钠化物料输送至干燥粉碎机中进行烘干碎散得半成品，再将由氢氧化钠和高分子聚合物混合的增效剂添加到半成品中，经磨粉、包装得高粘度、低滤失量的泥浆用膨润土成品。

中国专利CN201210142010.XA公开的钻井泥浆用膨润土的制备方法包括采矿、钠离子交换量分析、调节钠离子、堆积钠化、干燥和粉碎等步骤。

中国专利CN201110146872.5A公开的钻井用膨润土加工流程为：钙基土原矿→粉碎→对辊→给料→加水搅拌→加入碱粉、羧甲基纤维素、聚丙酰胺搅拌→反应后堆放一星期至半月→烘干→磨细→过筛。其中原料配比为钙基土92—96%、碱粉2—5%、羧甲基纤维素0.5—1.5%、聚丙酰胺1—1.5%。

系统分析可以发现，上述举例的专利技术以及相同类别的其他专利技术只能制备达到美国石油学会（API）标准或者我国一级钻井用膨润土标准的普通钻井液用膨润土，其造浆率和粘度远低于水平穿越钻井液的需要。

美国专利US Pat.5532212A提出了一种在钠基膨润土中添加如铝酸钠、氧化镁等含镁铝等盐的混合物以提高钻井用膨润土粘度的方法。这种改性膨润土具有很强的携带岩屑的能力，有希望用于水平穿越钻井液中，但是这种改性膨润土配制的钻井液的低剪切速率下的触变性太强，流动性很差，特别是经过高温热滚后，流动性变得更差。

美国专利US Pat.4561985A提出了一种在钠基膨润土中添加羟乙基纤维素（HEC）、聚乙二醇（PEG）和生物聚合物黄原胶（XC）以制备抗盐钻井液用膨润土的方法。这三种改性剂的市场价格都很昂贵，难以在成本控制很严的民用非开挖钻井工程中推广使用。

中国专利CN201310136581.7A公开的一种造浆率不小于30m³/t的适合水敏性地层非开挖钻井液用膨润土的制备方法是由钠基膨润土、魔芋胶聚合物、页岩抑制剂（聚乙二醇 PEG-10000或聚合醇JLX）三者的干粉混合而成，钠基膨润土、聚合物和页岩抑制剂之间的质量比为15～17∶1.75～2.25∶2.75～3.25。不难推算出，这种非开挖专用高造浆膨润土中的化学添加剂的比例高达20%以上，而且所用添加剂都是价格十分昂贵的聚合物材料，因而所制备的成本非常惊人。

由此可见，现有对膨润土改性的技术存在着许多技术缺陷，特别是将这些技术用于制备适合水平穿越钻井用高造浆膨润土时，技术指标和制造成本等方面存在的问题更多。

本发明人对现有的膨润土改性技术进行研究和改进，以期研制出改性方法简单、性能优良、成本相对低廉的水平穿越钻井用高造浆率触变性膨润土浆液。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供了一种水平穿越钻井用高造浆率触变性膨润土浆液及其制备方法。

本发明人经锐意研究，得到一种水平穿越钻井用高造浆率触变性膨润土浆液，该浆液包括钠基膨润土，水溶性烯丙基聚合物，天然含镁矿物粉体和腐植酸-水解聚丙烯腈钠接枝聚合物，其中，钠基膨润土是由钙基膨润土钠化得到，进一步在水中制备为膨润土基浆；水溶性烯丙基聚合物、天然含镁矿物粉体和腐植酸-水解聚丙烯腈钠接枝聚合物按特定比例配制为改性剂，将以上二者充分搅拌混合，静置10-20h后即可制备出具有高造浆率高触变性的膨润土浆液，从而完成本发明。

本发明目的在于提供以下几方面：

（1）水平穿越钻井用高造浆率触变性膨润土浆液，该浆液包括以下质量配比的材料组成：

其中，

水溶性烯丙基聚合物，优选为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、或者以丙烯酰胺或丙烯酸等含烯基为主的单体合成的水溶性多元共聚物，或者为聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺和以丙烯酰胺或丙烯酸等含烯基为主单体合成的水溶性多元共聚物的任意比例混合物；

天然含镁矿物粉体，优选为水镁石或氧化镁，或者为二者任意比例的混合物；

腐植酸-水解聚丙烯腈钠接枝聚合物，优选为具有降粘降滤失作用的钻井液用接枝改性褐煤类抗高温降滤失剂，包括水解聚丙烯腈钠盐接枝褐煤树脂降滤失剂（HmPS）；水解聚丙烯腈铵盐接枝磺化褐煤树脂降滤失剂（KFT-2）；磺化酚醛接枝褐煤树脂降滤失剂（SPNH）；或由至少上述两种物质任意比例组成的组合物。

（2）根据如上（1）所述的水平穿越钻井用高造浆率触变性膨润土浆液，其特征在于，其由包括以下质量配比的材料组成：

（3）根据如上（1）所述的一种水平穿越钻井用高造浆率触变性膨润土浆液，其特征在于，其由包括以下质量配比的材料组成：

（4）水平穿越钻井用高造浆率触变性膨润土浆液制备方法，其特征在于：该制备方法包括以下步骤：

A.制备钠基膨润土粉：采用公知方法对钙基膨润土进行钠化，制得钠基膨润土粉；

B.制备膨润土基浆：将步骤A制得的钠基膨润土粉加入水中，搅拌均匀后静置，水化，配制成膨润土基浆；

C.制备改性剂：将水溶性烯丙基聚合物、天然含镁矿物粉体以及腐植酸-水解聚丙烯腈钠接枝聚合物按比例进行混合，制成改性剂；

D.制备改性膨润土：将步骤C制得的改性剂加入步骤B制得的膨润土基浆中，充分搅拌，静置10～20h。

（5）根据如上（4）所述的一种水平穿越钻井用高造浆率触变性膨润土浆液制备方法，其特征在于，步骤A包括：制备钠基膨润土粉，可以通过公知的两种方法，即干法或湿法对钙基膨润土进行钠化，制得钠基膨润土粉。

（6）根据如上（4）所述的水平穿越钻井用膨润土浆液制备方法，其特征在于，步骤B包括：通过搅拌，使钠基膨润土粉在水中充分分散溶解，实现膨润土基浆的制备；

其中，优选的制备条件为：矿浆比为1:10；搅拌时间为2h；静置时间为12h。

（7）根据如上（4）所述的水平穿越钻井用高造浆率触变性膨润土浆液制备方法，其特征在于，步骤C包括：通过将特定的有机改性剂和无机改性剂进行混合制成改性剂，其中，有机改性剂包括水溶性烯丙基聚合物，腐植酸-水解聚丙烯腈钠接枝聚合物；无机改性剂包括天然含镁矿物粉体。

（8）根据如上（4）所述的水平穿越钻井用高造浆率触变性膨润土浆液制备方法，其特征在于，步骤D包括：将步骤C制得的改性剂加入步骤B制得的膨润土基浆中，充分搅拌，静置10～12h。

通过以上各环节，完成本发明。

具体而言，

根据发明提供了一种水平穿越钻井用膨润土浆液及其制备方法，具有如下有益效果：

（1）按比例制备改性剂，改性剂中同时引入特定的有机改性剂和无机改性剂，即，水溶性烯丙基聚合物，天然含镁矿物粉体，腐殖酸-水解聚丙烯腈钠接枝聚合物，两者配合使用，协同作用，使膨润土造浆率，增粘效率，降滤失作用大幅提升，远远优于单独使用有机处理剂，产品性能达到了美国捷高公司高性能HDD造浆土的技术指标，且远好于美国石油学会（API）标准一级造浆土系列产品。

（2）本发明提供的复合型膨润土改性剂的高增粘效率使其添加量很小，又因其中含有无机改性剂，故成本较低廉；不同种改性剂分别起到了增粘、降滤失、调节流变性的作用，且相互之间协同作用使得该改性剂作用效果远远优于单一改性剂作用效果。

（3）本发明提供的制备方法，操作简单，反应条件温和，即，在室温条件下机械搅拌即可完成改性，对生产设备要求低，可操作性强，适于工业化大规模推广。

（4）本发明提供的改性剂配制方案，可用于其它类似产品的改性。

具体实施方式

下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

本发明提供了一种水平穿越钻井用膨润土浆液，该浆液由包括以下质量配比的材料组成：

其中，

天然含镁矿物粉体，优选为水镁石或氧化镁，或者为二者任意比例混合物；

优选的，其由包括以下质量配比的材料组成：

优选的，其由包括以下质量配比的材料组成：

本发明还提供了一种制备高造浆率触变性膨润土浆液的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

A.制备钠基膨润土：采用公知方法对钙基膨润土进行钠化，制备钠基膨润土粉；

D.制备改性膨润土：将步骤C制备的改性剂加入步骤B制得的膨润土基浆中，充分搅拌，静置10～20h后即完成本发明。

步骤A

在本发明的制备方法中，步骤A的作用是将钙基膨润土钠化，采用公知的两种方法，即干法与湿法。这些方法参见美国Gulf Professional Publishing出版社1980年出版的由George R.Gray等人撰写的经典著作《Composition and Properties of Oil Well Drilling Fluids》第四版。

步骤B

在本发明的制备方法中，步骤B的作用是制备适于改性的膨润土基浆，便于在后续步骤中对膨润土进行改性。

在本发明制备方法的一个优选的实施方案中，步骤B中包括通过搅拌，使膨润土在水中充分分散溶解，实现膨润基浆的制备。

步骤C

在本发明的制备方法中，步骤C的作用是制备膨润土改性剂，通过将特定的有机改性剂和无机改性剂进行混合制成改性剂，其中有机改性剂为水溶性烯丙基聚合物，腐植酸-水解聚丙烯腈钠接枝聚合物，无机改性剂为天然含镁矿物粉体。

在本发明制备方法的一个优选的实施方案中，步骤C中所用的水溶性烯丙基聚合物可以是聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、或者以丙烯酰胺或丙烯酸等含烯基为主的单体合成的水溶性多元共聚物，也可以是聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺和以丙烯酰胺或丙烯酸等含烯基为主单体合成的水溶性多元共聚物的任意比例混合物。

在本发明制备方法的一个优选的实施方案中，步骤C中所用的天然含镁矿物粉体选自水镁石和氧化镁其中一种，或者二者任意比例的混合物。在本发明制备方法的一个优选的实施方案中，步骤C中所用的腐植酸-水解聚丙烯腈钠接枝聚合物选自具有降粘降滤失作用的钻井液用接枝改性褐煤类抗高温降滤失剂，包括水解聚丙烯腈钠盐接枝褐煤树脂降滤失剂（HmPS）；水解聚丙烯腈铵盐接枝磺化褐煤树脂降滤失剂（KFT-2）；磺化酚醛接枝褐煤树脂降滤失剂（SPNH）；或由至少上述两种物质任意比例组成的组合物。

本发明人经研究发现，水溶性烯丙基聚合物中的亲水基团的溶剂化作用产生的斥力使得分子链得以伸展进而交联体系中的粘土颗粒，体现为在一定程度上黏度的增加。

水溶性烯丙基聚合物和天然含镁矿物粉体共同作用于膨润土基浆时，能够大幅度提升基浆的黏度，再配合使用天然含镁矿物组分后，二者协同作用大幅提高了对基浆的增粘效率。

腐植酸类降滤失剂大分子中，有两种基团，一种是能与黏土发生吸附的基团，如羧基、羟基等；另一种是能强烈水化的极性基团，如羧基、磺基等。该基团在黏土表面吸附的结果是给黏土带来吸附水化层，使得黏土颗粒不易相互接触而黏结。黏土颗粒吸附到天然高分子腐植酸类降滤失剂的分子链上，阻碍了粒子的直线运动，使它们不易相互接触而黏结。当降滤失剂的浓度达到一定值后，每个黏附有黏土细颗粒的大分子链还通过细黏土颗粒之间的桥接，形成布满整个体系的“水-泥-颗粒-线性高分子或有机物-水分子吸附层”网状结构，另外腐植酸类降滤失剂中的羧基等基团电离后是负电荷基团，它们吸附在黏土粒子上，增加了表面负电性，提高了黏土胶粒电动电位，黏土颗粒之间静电斥力增大，不易发生相互聚结。上述几种原因都使得钻井液中细颗粒能保持聚结稳定性，因而钻井液中的黏土颗粒在循环中能保持适当的多级分散性，形成致密而薄的泥饼。另外，通过水化作用形成的可以变形水化膜，能封闭细微孔隙，使钻井液中的自由水不能顺利通过泥饼，从而降低泥饼的渗透率。

由腐植酸与水解聚丙烯腈接枝共聚生成的腐植酸-水解聚丙烯腈钠接枝聚合物在水中溶解性好，降滤失性优良同时具有显著的流变性调节作用。

将上述改性剂按特定配比混合，加入到基浆中，能够大幅提高造浆率、降低滤失量，同时使得浆液具有优良的剪切稀释特性，即获得高造浆率触变性膨润土浆液。

以上三者协同作用，使得增粘效率大幅提升，远远优于单独使用有机改性剂的效果。

步骤D

在本发明的制备方法中，步骤D的作用是制备改性膨润土，通过将步骤C制备的改性剂加入步骤B制得的膨润土基浆中，充分搅拌，静置10～12h后即可完成本发明。

在本发明制备方法的一个优选的实施方案中，步骤D中搅拌的时间优选为2h。

本发明中，所用术语“造浆率”是指，1吨膨润土经过充分水化后能够制备出表观粘度（AV）达到15mPa·s的浆体的体积数。

本发明中，所用术语“矿浆比”是指，所用钠基膨润土粉与所用水的质量比。

本发明中，所用术语“触变性”，也称为“剪切稀释特性”，是指，膨润土浆液在不同剪切速率下所具有的流动性转变特性，即，当钻井过程中剪切速率高的时候，膨润土浆体具有较低的结构粘度；当钻井过程中剪切速率低时（如泥浆泵排量低或者停钻时），膨润土浆体具有较高的结构粘度，其大小用动切力与塑性粘度之比—动塑比（YP/PV）来表示。

本发明提供的水平穿越钻井用高造浆率触变性膨润土浆液及其制备方法具有以下优点：

第一，按比例制备混合改性剂，改性剂中同时引入特定的有机改性剂和无机改性剂，即，水溶性烯丙基聚合物，天然含镁矿物粉体，腐殖酸-水解聚丙烯腈钠接枝聚合物，三者配合使用的协同作用，使膨润土造浆率、增粘效率、降滤失作用大幅提升，远远优于单独使用有机改性剂，产品性能达到了美国捷高公司高性能HDD造浆土的技术指标，且远好于美国石油学会（API）标准一级造浆土系列产品。

第二，本发明提供的复合型膨润土改性剂的高增粘效率使其添加量很小，又因其中含有无机改性剂，故成本较低廉；不同种改性剂分别起到了增粘、降滤失、调节流变性的作用，且相互之间协同作用使得该复合型改性剂作用效果远远优于单一改性剂作用效果。

第三，本发明提供的制备方法，操作简单，反应条件温和，即，在室温条件下机械搅拌即可完成改性，对生产设备要求低，可操作性强，适于工业化大规模推广。

第四，本发明提供的改性剂配制方案，可用于其它类似产品的改性。

实施例

下述所有实施例中所用的实验仪器装备和化学添加剂等商品信息列表如下：

1.单螺杆剪切挤压钠化机--北京博源鸿达食品设备厂；

2.六速旋转黏度计--青岛海通达专用仪器厂；

3.钙基膨润土--内蒙古宁城天宇化工有限公司；

4.聚丙烯酰胺--江西昌九生物化工股份有限公司；

5.水镁石粉--丹东亿龙高科技材料有限公司；

6.水解聚丙烯腈铵盐接枝磺化褐煤树脂降滤失剂（KFT-2）--黑龙江省七台河东方化工公司；

7.磺化酚醛接枝褐煤树脂降滤失剂（SPNH）--北京长城广昊腐植酸厂；

8.水解聚丙烯腈钠盐接枝褐煤树脂降滤失剂（HmPS）--自制；

9.碳酸钠、氧化镁等其他通用化学品--市场商业化采购。

实施例1

取200g钙基膨润土进行粉碎，配制20%的碳酸钠溶液50g，使用上述原料在单螺杆钠化挤压机中完成钙基膨润土的挤压钠化，将产物烘干后粉碎得到钠基膨润土粉。取25.6g上述钠基膨润土粉加入到400mL水中搅匀，静置16h制得膨润土基浆。取0.256g聚丙烯酰胺，0.128g水镁石粉，1.8g水解聚丙烯腈钠盐接枝褐煤树脂降滤失剂（HmPS），进行充分混合制成改性剂。将改性剂加入膨润土基浆中，高速搅拌2h后静置15h即可。

实施例2

将25.6g钙基膨润土和1.3g碳酸钠加入到400mL水中搅匀，静置16h得到膨润土基浆中。取0.0256g聚丙烯酰胺，1.28g氧化镁，2.56g水解聚丙烯腈铵盐接枝磺化褐煤树脂降滤失剂（KFT-2），进行充分混合制成改性剂。将改性剂加入膨润土基浆中，高速搅拌2h后静置15h即可。

实施例3

将25.6g钠基膨润土加入到400mL水中搅匀，静置16h得到膨润土基浆中。取0.0512g聚丙烯酸钠，1.28g水镁石粉，1.28g磺化酚醛接枝褐煤树脂降滤失剂（SPNH），进行充分混合制成改性剂。将改性剂加入膨润土基浆中，高速搅拌2h后静置20h即可。

实施例4

将25.6g钙基膨润土和1.3g碳酸钠加入到400mL水中搅匀，静置16h得到膨润土基浆中。取0.384g由聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠按1:1质量比组成的混合物，0.128g氧化镁，0.256g接枝改性腐植酸类降粘降滤失剂（50%水解聚丙烯腈钠盐接枝褐煤树脂降滤失剂HmPS+50%水解聚丙烯腈铵盐接枝磺化褐煤树脂降滤失剂KFT-2组成的组合物）进行充分混合制成改性剂。将改性剂加入膨润土基浆中，高速搅拌2h后静置20h即可。

性能评价

（1）使用六速旋转黏度计对膨润土浆液的黏度和触变性进行测评。

六速旋转黏度计的稳定读数由高速到低速分别读取φ600、φ300、φ200、φ100、φ6和φ3的读数，由以下式求得流变性参数：

AV=0.5φ600 （1）

PV=φ600－φ300 （2）

YP=0.511（2φ300－φ600）（3）

YP/PV=0.511（2φ300－φ600）/（φ600－φ300）（4）

其中，AV为表观黏度（mPa·s）；PV为塑性黏度（mPa·s）；YP为动切力（Pa）；YP/PV为动塑比（Pa·(mPa·s)^-1）。

其中，

塑性粘度为在层流条件下，剪切应力与剪切速率成线性关系时的斜率值，反映了在层流情况下，钻井液中网架结构的破坏与恢复处于动平衡时，悬浮的固相颗粒之间、固相颗粒与液相之间以及连续液相内部的内摩擦作用的强弱；

动切力反应钻井液流体在流动时内部凝胶网状结构的强度，其大小关系到流体携带岩屑的能力。

钻井液应该具有良好的剪切稀释特性，动塑比太高或者太低都不符合钻井液工艺需求，一般要求动塑比的合理范围为0.5～1.5Pa·(mPa·s)^-1。

（2）使用API中压滤失仪对浆液进行滤失量测评。滤失量通常用室温下渗滤压差为0.69MPa的30min静滤失量予以表征。

（3）造浆率的评价方式如下：

预搅拌泥浆10min，用旋转黏度计测600rpm的读数，当读数为30时，即表观黏度达到15mPa·s时，根据以下公式计算膨润土的造浆率：

Y = \frac{V_{w}}{W_{s}} + \frac{1}{M_{s}}

其中，Y为造浆率（m³/t）；V_w为清水的体积（m³）；W_s膨润土的质量（t）；M_s为膨润土的真密度（g/cm³）。

其中，真密度是指材料在绝对密实状态下的单位体积内固体物质的实际质量（内部不含空隙）。如无特别检测，膨润土的真密度一般可取2.50g/cm³。

造浆率越高，就表示膨润土越容易水化分散，其所制备浆体的粘度越大，在造浆时膨润土的使用量就越少。

（4）将按标准配浆程序配制的含钠基膨润土质量比6.4%的HDD优化实施例浆液在进行高速搅拌后分别予以性能评价，结果示于下表1中。

表1实施例1-4的测试结果

由表1可知，本发明的产品造浆率达到30m³/t这一等级，YP/PV小于1.5Pa·(mPa·s)^-1，30min的API滤失量小于15mL，综合性能优良。

（5）本发明与其他同类产品的性能对比示于表2中。

表2本发明与其他同类产品的性能对比

由表2可知本发明产品的性能已经达到了美国捷高公司高性能HDD造浆土的技术指标，且远好于美国石油学会（API）标准一级造浆土系列产品。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求。

Claims

1.水平穿越钻井用高造浆率触变性膨润土浆液，其特征在于，其由包括以下质量配比的材料组成：

其中，

2.根据权利要求1所述的水平穿越钻井用高造浆率触变性膨润土浆液，其特征在于，其由包括以下质量配比的材料组成：

。

3.根据权利要求1所述的水平穿越钻井用高造浆率触变性膨润土浆液，其特征在于，其由包括以下质量配比的材料组成：

。

4.水平穿越钻井用高造浆率触变性膨润土浆液制备方法，其特征在于：该制备方法包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的水平穿越钻井用高造浆率触变性膨润土浆液制备方法，其特征在于，步骤A包括：制备钠基膨润土粉，可以通过公知的两种方法，即干法或湿法对钙基膨润土进行钠化，制得钠基膨润土粉。

6.根据权利要求4所述的水平穿越钻井用高造浆率触变性膨润土浆液制备方法，其特征在于，步骤B包括：通过搅拌，使钠基膨润土粉在水中充分分散溶解，实现膨润土基浆的制备；

其中，优选的制备条件为：

矿浆比为1:10，搅拌时间为2h，静置时间为12h。

7.根据权利要求4所述的水平穿越钻井用高造浆率触变性膨润土浆液制备方法，其特征在于，步骤C包括：通过将特定的有机改性剂和无机改性剂进行混合制成改性剂，其中，

有机改性剂包括水溶性烯丙基聚合物，腐植酸-水解聚丙烯腈钠接枝聚合物；

无机改性剂包括天然含镁矿物粉体。

8.根据权利要求4所述的水平穿越钻井用高造浆率触变性膨润土浆液制备方法，其特征在于，步骤D包括：将步骤C制得的改性剂加入步骤B制得的膨润土基浆中，充分搅拌，静置10～12h。