CN113150755B - 一种降滤失剂制备方法、钻井液、钻井液制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降滤失剂制备方法、钻井液、钻井液制备方法，降滤失剂制备方法包括以下步骤：步骤1，纳米二氧化硅活化：采用戊二醛活化纳米二氧化硅；步骤2，壳聚糖杂化纳米二氧化硅：将活化后的纳米二氧化硅置于酸性溶液中，加入壳聚糖和硼氢化钠进行杂化反应，制备获得壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂。本发明的壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂及其在钻井液中的应用，能在孔径较小的页岩表面(10nm‑30nm)形成致密的滤饼，起到有效地封堵的作用，减少滤液的入侵，有利于降低对油气层的损害和保证钻井作业的安全，提高井壁稳定性、节约钻井周期。

Description

一种降滤失剂制备方法、钻井液、钻井液制备方法

技术领域

本发明涉及油气钻探技术领域，具体涉及钻井液技术领域，进一步涉及一种降滤失剂制备方法、钻井液、钻井液制备方法，更具体涉及一种壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂及其在钻井液中的应用。

背景技术

随着世界油气资源需求的迅猛增加和钻探技术的进步，世界各国纷纷加大了对深部地层油气资源勘探开发的投入。

对于一些油气资源主要埋藏在深层，且地下条件异常复杂，因此深井和超深井油气钻探及配套的开发技术已成为制约油气资源开发的关键因素。钻井液作为钻井工程的重要组成部分，其性能直接关系到深井、超深井的钻井质量、钻井成本和钻井周期。

随着地层深度的增加，深井、超深井的地层温度也会越来越高，如在国际上近几年深部地层钻探相对集中的北海地区，所钻井深平均超过5000m，井底温度超过200℃。

总而言之，深井和超深井深部地层的高温环境给钻井液能否维持稳定的性能带来了极大的挑战。尽管油基钻井液具有耐温能力高和润滑性能好等优点，但它同时存在污染比较严重和成本比较高的问题，且安全风险大，因此抗高温水基钻井液的发展备受重视。抗高温水基钻井液的关键是抗高温的钻井液处理剂，尤其是高温条件下性能稳定的降滤失剂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：常规的降滤失剂高温高压降滤失性能有待进一步提高，且无法兼具良好的抑制性能，本发明提供了解决上述问题的壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂及其在钻井液中的应用，能在孔径较小的页岩表面(10nm-30nm)形成致密的滤饼，起到有效地封堵的作用，减少滤液的入侵，有利于降低对油气层的损害和保证钻井作业的安全，提高井壁稳定性、节约钻井周期。

本发明通过下述技术方案实现：

一种降滤失剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，纳米二氧化硅活化：采用戊二醛活化纳米二氧化硅；

步骤2，壳聚糖杂化纳米二氧化硅：将活化后的纳米二氧化硅置于酸性溶液中，加入壳聚糖和硼氢化钠进行杂化反应，制备获得壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂。

获得的壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂的平均粒径为80nm-100nm。

本发明采用戊二醛活化二氧化硅；由于壳聚糖具有良好的生物相容性、生物可降解性、pH敏感性高，其具有正电荷的氨基(NH₂)在酸性介质中与二氧化硅纳米颗粒表面间的电子密度对比高，这些电荷可以与硅醇基(Si-OH)发生一系列相互作用；最后加入硼氢化钠用来还原由壳聚糖胺基和戊二醛醛基之间的反应形成的亚胺。

纳米二氧化硅可购自北京德科岛金科技有限公司，型号为DK系列。纳米二氧化硅产品为白色粉末，具有颗粒尺寸小、微孔多、比表面积大、表面羟基含量高、化学稳定性好、耐高温等优点，同时经过特殊工艺，可使得其具有亲水或亲油的特性。

戊二醛水溶液可购自上海金泓化工有限公司，型号为JH-001。戊二醛是一种略带刺激性气味的无色或微黄色的透明油状液体，溶于热水、乙醇、氯仿、冰醋酸、乙醚等有机溶剂。

乙酸钠可购自昆山荣之誉精细化工有限公司。乙酸钠，又称醋酸钠，乙酸钠，又称醋酸钠，是一种有机物，分子式为CH₃COONa，分子量为82.03，性状为无色透明结晶或白色颗粒，在干燥空气中风化，在120℃时失去结晶水，温度再高时分解，相对密度1.45，熔点324℃，易溶于水。

壳聚糖可购自西安百川生物科技有限公司。壳聚糖(chitosan)是甲壳素N-脱乙酰基的产物，甲壳素、壳聚糖、纤维素三者具有相近的化学结构，纤维素在C₂位上是羟基，甲壳素、壳聚糖在C₂位上分别被一个乙酰氨基和氨基所代替，甲壳素和壳聚糖具有生物降解性、细胞亲和性和生物效应等许多独特的性质，尤其是含有游离氨基的壳聚糖，是天然多糖中唯一的碱性多糖。

硼氢化钠可购自河南欣之源化工产品有限公司。硼氢化钠是一种无机物，化学式为NaBH₄，白色至灰白色细结晶粉末或块状，吸湿性强，其碱性溶液呈棕黄色，是最常用的还原剂之一。溶于水、液氨、胺类。易溶于甲醇，微溶于乙醇、四氢呋喃。不溶于乙醚、苯、烃。在干空气中稳定，在湿空气中分解，400℃加热下也分解。通常情况下，硼氢化钠无法还原酯，酰胺，羧酸及腈类化合物，但当酯的羰基α位有杂原子存在时例外，可以将酯还原。

进一步优选，所述步骤1中，将纳米二氧化硅颗粒悬浮于浓度为1mol/L-2mol/L、温度为30℃-40℃的戊二醛水溶液中进行活化。

活化步骤中，可通过低速搅拌(如设定搅拌速度为150r/min)一定时间(如4h-6h)以促进对纳米二氧化硅的活化效率。

进一步优选，所述步骤1中，在对纳米二氧化硅活化之后，还包括对洗涤步骤，包括：先用水洗涤若干次；再用浓度为50mmol/L-100mmol/L、pH为4-6的乙酸钠溶液洗涤。

例如，将活化后的纳米二氧化硅固体用蒸馏水洗涤3次(以去除过量的戊二醛)，用浓度为50mmol/L-100mmol/L、pH为4-6的乙酸钠洗涤缓冲溶液，以防止戊二醛的醇醛缩合反应，于30℃-40℃再次离心得到最终活化纳米二氧化硅。

此外，在对纳米二氧化硅活化之前，还可先洗涤纳米二氧化硅原料，例如将纳米二氧化硅在去离子水中洗涤多次(如两次)后，于30℃-40℃在冷冻离心机中离心15min-25mim进行回收备用。

进一步优选，所述步骤2中，将活化后的纳米二氧化硅分散于乙酸水溶液中，再加入壳聚糖和硼氢化钠在惰性气氛下进行杂化反应，反应温度为70℃-80℃。

反应过程中可通过持续通入惰性气体(如氮气)，反应5h-9h获得复合物；最后，将复合物在离心机下分离后，用无水乙醇反复洗涤后在烘箱中干燥，即得该复合物固体，作为壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂。

进一步优选，乙酸水溶液的体积浓度为1％。

优选，将加入乙酸水溶液中的纳米二氧化硅混合物在超声乳化分散器中分散0.8h-1.2h，设计超声频率为40KHz，获得乳化液。

进一步优选，所述壳聚糖是30℃-40℃下于培养基中溶解获得。

优选，将所购壳聚固体颗粒置于0.5％醋酸溶液、30℃-40℃下于培养基中溶解24h获得。

进一步优选，4-12重量份的纳米二氧化硅，0.5-2重量份的硼氢化钠，4-9重量份的壳聚糖。

一种钻井液，原料组成包括水、膨润土、碳酸钠、氢氧化钠、包被剂、降滤失剂、封堵剂、降粘剂、高效润滑剂和加重剂；所述壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂是上述的一种降滤失剂的制备方法制备获得。

本发明优选设计钻井液的密度为1.05g/cm³-1.40g/cm³。

膨润土可以购自灵寿县坤纳矿产品加工厂，型号为0100-KN；主要成分是二氧化硅、三氧化二铝和水，还含有铁、镁、钙、钠、钾等元素，具有强的吸湿性和膨胀性，可吸附8-15倍于自身体积的水量，体积膨胀可达数倍至30倍，在水介质中能分散成胶凝状和悬浮状。

碳酸钠可以购自上海市豹顺化工科技有限公司；碳酸钠俗名苏打、纯碱，常温下为白色无气味的粉末或颗粒。

氢氧化钠可以购自成都市科隆化学品有限公司，型号为1310；用于调节钻井液的pH。

包被剂优选采用包被剂PAC-141，可以购自山东圣煌化工产品有限责任公司，是一种多功能的高分子共聚物，外观为白色或微黄色流动粉末，无毒无腐蚀，易溶于水，水溶液为粘稠状液体。包被剂PAC-141分子链中有羧基、羧钠基、羧钙基、酰胺基等官能团，分子中的各类基团经优化后，具有较强的抗盐、抗钙镁和抗温能力，主要用于低固相不分散聚合物水基钻井液，有改善流变参数，提高剪切稀释能力、降低滤失量、包被钻屑和钻屑和掏分散等作用。

封堵剂为单项压力封堵剂DF-1(荣盛化工有限公司)和/或磺化沥青FT-1(任丘市北方化工有限公司)中的一种或几种。

封堵剂优选为磺化沥青FT-1，可以购自任丘市松泰化工有限公司，型号为FT-1；磺化沥青含有磺酸基，水化作用很强，当吸附在页岩界面上时，可阻止页岩颗粒的水化分散起到防塌作用。同时，不溶于水的部分又能填充孔喉和裂缝起到封堵作用，并可覆盖在页岩界面，改善泥饼质量。磺化沥青在钻井液中还起润滑和降低高温高压滤失量的作用。

降粘剂为两性离子聚合物降粘剂JN-1(民权东兴泥浆材料有限公司)和/或低聚物降粘剂XB-40中的一种或几种。

降粘剂优选为两性离子聚合物降粘剂JN-1，可以购自民权东兴泥浆材料有限公司，型号为JN-1；两性离子聚合物降粘剂JN-1抑制性强，不含铬，对油气、环境无污染，属于环保产品，具有较强的抗盐、抗钙能力。同时具有较强的配伍性，适用于膨润土浆、聚合物钻井液及高密度钻井液。

润滑剂为固体润滑剂RH-2、防塌润滑剂FT-342和/或聚合醇润滑剂JHC-1中的一种或几种。

润滑剂优选为聚合醇润滑剂JHC-1；可以购自民权东兴泥浆材料有限公司，型号为JHC-1；该产品为棕红色粘稠状液体，具有防塌润滑性能、高温高压稳定性，并有一定的降粘、抗盐、抗钙镁、抗固相污染能力，无毒、无荧光，可满足环保录井的要求。该产品抗高温达200℃，荧光级别小于3.0级，可降低钻具和井壁、套管之间的摩阻，钻井液具有良好的配伍性，可显著改善钻井液的高温稳定性。

加重剂为重晶石、磁铁矿粉和/或钛铁矿粉中的一种或几种。

加重剂优选为重晶石，可以购自石家庄鑫汇矿产品有限公司，型号为XH18；重晶石粉，又称硫酸钡粉，化学组成为BaSO4，其化学性质稳定，不溶于水和盐酸，无磁性和毒性。重晶石晶体属正交(斜方)晶系的硫酸盐矿物。常呈厚板状或柱状晶体，多为致密块状或板状、粒状集合体。质纯时无色透明，含杂质时被染成各种颜色，条痕白色，玻璃光泽，透明至半透明。摩氏硬度3-3.5，比重4.0-4.6。鉴定特征：板状晶体，硬度小，近直角相交的完全解理，密度大，遇盐酸不起泡，并以此与相似的方解石相区别，纯重晶石显白色、有光泽，由于杂质及混入物的影响也常呈灰色、浅红色、浅黄色等，结晶情况相当好的重晶石还可呈透明晶体出现。重晶石是一种混合物。

进一步优选，原料组成以下重量份数计包括：100重量份的水，4-14重量份的膨润土，0.2-1.2重量份的碳酸钠，0.001-0.2重量份的氢氧化钠，0.2-3重量份的包被剂，2-8重量份的降滤失剂，0.5-4重量份的封堵剂，0.5-6重量份的降粘剂，0.5-5重量份的高效润滑剂，8-45重量份的重晶石。

进一步优选，原料组成以下重量份数计包括：100重量份的水，6-12重量份的膨润土，0.4-1.0重量份的碳酸钠，0.002-0.1重量份的氢氧化钠，0.4-2重量份的包被剂，4-6重量份的降滤失剂，1-3重量份的封堵剂，2-4重量份的降粘剂，2-4重量份的高效润滑剂，12-40重量份的重晶石。

一种钻井液的制备方法，用于制备上述的一种钻井液，包括以下步骤：

步骤1：将膨润土、碳酸钠依次加入水中搅拌6h，静置24h，制备预水化基浆；

步骤2：在搅拌条件下依次将包被剂、降滤失剂、抑制剂、降粘剂、润滑剂、加重剂加入到步骤1制备的预水化基浆中；

步骤3：将壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂加入到步骤2中，搅拌混合；

步骤4：用氢氧化钠调节钻井液pH为10-11。

本发明具有如下的优点和有益效果：

本发明的有益效果在于形成的一种壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂，能够能在孔径较小的页岩表面形成致密的滤饼，起到有效地封堵的作用，减少滤液的入侵，降低页岩渗透性，从而提高井简稳定性。本发明各组分在提供优异降滤失性能和抑制性能时产生了良好的配伍作用。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

制备例1

本实施例提供了一种钻井液的制备方法，如下所示：

步骤1：将8重量份的膨润土、0.6重量份的碳酸钠依次加入100重量份的水中搅拌6h，静置24h，制备获得预水化基浆；

步骤2：在高速搅拌条件下依次将0.4重量份的包被剂PAC-141、2重量份的封堵剂、3重量份的降粘剂、3重量份的高效润滑剂、20重量份的加重剂加入到步骤1制备的预水化基浆中。

制备例2

本实施例提供了一种钻井液的制备方法，如下所示：

步骤1：把6重量份的膨润土、0.5重量份的碳酸钠依次加入100重量份的水中搅拌6h，静置24h，制备获得预水化基浆；

步骤2：在高速搅拌条件下依次将1重量份的包被剂PAC-141、4重量份的封堵剂、4重量份的降粘剂、4重量份的高效润滑剂、30重量份的加重剂加入到步骤1制备的预水化基浆中。

实施例1

本实施例用于说明一种壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂的制备方法及其在钻井液中地使用。制备方法具体如下所示：

步骤1：将8重量份的纳米二氧化硅在100重量份去离子水中洗涤两次后，于35℃在冷冻离心机中离心20mim进行回收。

步骤2：将步骤1回收的纳米二氧化硅颗粒悬浮于浓度为1.5mol/L、温度为35℃的戊二醛水溶液中，轻速搅拌5h。

步骤3：将步骤2所得悬浮液离心后，将所得固体用蒸馏水洗涤3次(以去除过量的戊二醛)，再用浓度为75mmol/L、pH为5的乙酸钠洗涤缓冲溶液，以防止戊二醛的醇醛缩合反应，于35℃再次离心得到活化纳米二氧化硅。

步骤4：将步骤3所制得活化纳米二氧化硅加入到1％(V/V)的乙酸溶液中，并将该混合物在超声乳化分散器中分散1h，制得乳化液。

步骤5：将7重量份在35℃下于培养基中溶解24h的壳聚糖、步骤4得到的乳化液转移至四口烧瓶中，升温至75℃，加入1重量份的硼氢化钠，并持续通氮气7h得到复合物。

步骤6：将步骤5得到的复合物在离心机下分离后，用无水乙醇反复洗涤后在烘箱中干燥，即得复合物固体作为壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂。

将制得的5重量份的降滤失剂加入到制备例1所得的钻井液中，并用氢氧化钠调节钻井液pH为10。

结果制得本发明的钻井液S1。

该钻井液高温高压滤失实验数据见表1；

该钻井液抑制页岩水化实验数据见表1。

实施例2

本实施例用于说明一种壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂的制备方法及其在钻井液中地使用。制备方法具体如下所示：

步骤1：将4重量份的纳米二氧化硅在100重量份去离子水中洗涤两次后，于30℃在冷冻离心机中离心15mim进行回收。

步骤2：将步骤1回收的纳米二氧化硅颗粒悬浮于浓度为1mol/L、温度为30℃的戊二醛水溶液中，轻速搅拌4h。

步骤3：将步骤2所得悬浮液离心后，将所得固体用蒸馏水洗涤3次(以去除过量的戊二醛)，再用浓度为50mmol/L、pH为4的乙酸钠洗涤缓冲溶液，以防止戊二醛的醇醛缩合反应，于30℃再次离心得到活化纳米二氧化硅。

步骤4：将步骤3所制得活化纳米二氧化硅加入到1％(V/V)的乙酸溶液中，并将该混合物在超声乳化分散器中分散0.8h，制得乳化液。

步骤5：将4重量份在30℃下于培养基中溶解24h的壳聚糖、步骤4得到的乳化液转移至四口烧瓶中，升温至70℃，加入0.5重量份的硼氢化钠，并持续通氮气5h得到复合物。

步骤6：将步骤5中得到的复合物在离心机下分离后，用无水乙醇反复洗涤后在烘箱中干燥，即得复合物固体作为壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂。

将制得的5重量份的降滤失剂加入到制备例1所得的钻井液中，并用氢氧化钠调节钻井液pH为10。

结果制得本发明的钻井液S2。

该钻井液高温高压滤失实验数据见表1；

该钻井液抑制页岩水化实验数据见表1。

实施例3

本实施例用于说明一种壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂的制备方法及其在钻井液中地使用。制备方法具体如下所示：

步骤1：将12重量份的纳米二氧化硅在100重量份去离子水中洗涤两次后，于40℃在冷冻离心机中离心25mim进行回收。

步骤2：将步骤1回收的纳米二氧化硅颗粒悬浮于浓度为2mol/L、温度为40℃的戊二醛水溶液中，轻速搅拌6h。

步骤3：将步骤2所得悬浮液离心后，将所得固体用蒸馏水洗涤3次(以去除过量的戊二醛)，再用浓度为100mmol/L、pH为6的乙酸钠洗涤缓冲溶液，以防止戊二醛的醇醛缩合反应，于40℃再次离心得到活化纳米二氧化硅。

步骤4：将步骤3所制得活化纳米二氧化硅加入到1％(V/V)的乙酸溶液中，并将该混合物在超声乳化分散器中分散1.2h，制得乳化液。

步骤5：将9重量份在40℃下于培养基中溶解24h的壳聚糖、步骤4得到的乳化液转移至四口烧瓶中，升温至80℃，加入2重量份的硼氢化钠，并持续通氮气9h得到复合物。

步骤6：将步骤5中得到的复合物在离心机下分离后，用无水乙醇反复洗涤后在烘箱中干燥，即得复合物固体作为壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂。

将制得的5重量份的降滤失剂加入到制备例1所得的钻井液中，并用氢氧化钠调节钻井液pH为10。

结果制得本发明的钻井液S3。

该钻井液高温高压滤失实验数据见表1；

该钻井液抑制页岩水化实验数据见表1。

实施例4

按照与实施例1相同的方法制备壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂，与实施例1所不同在于：将制得的5重量份的壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂加入到制备例2所得的钻井液中。用氢氧化钠调节钻井液pH为10。

结果制得本发明的钻井液S4。

该钻井液高温高压滤失实验数据见表1；

该钻井液抑制页岩水化实验数据见表1。

实施例5

按照与实施例2相同的方法制备壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂，与实施例2所不同在于：将制得的5重量份的壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂加入到制备例2所得的钻井液中。用氢氧化钠调节钻井液pH为10。

结果制得本发明的钻井液S5。

该钻井液高温高压滤失实验数据见表1；

该钻井液抑制页岩水化实验数据见表1。

实施例6

按照与实施例3相同的方法制备壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂，与实施例3所不同在于：将制得的5重量份的壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂加入到制备例2所得的钻井液中。用氢氧化钠调节钻井液pH为10。

结果制得本发明的钻井液S6。

该钻井液高温高压滤失实验数据见表1；

该钻井液抑制页岩水化实验数据见表1。

实施例7

按照与实施例1相同的方法制备壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂并加入钻井液中，与实施例1所不同在于：将制得的2重量份的降滤失剂加入到制备例1所得的钻井液中，并用氢氧化钠调节钻井液pH为10。

结果制得本发明的钻井液S7。

该钻井液高温高压滤失实验数据见表1；

该钻井液抑制页岩水化实验数据见表1。

实施例8

按照与实施例1相同的方法制备壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂并加入钻井液中，与实施例1所不同在于：将制得的8重量份的降滤失剂加入到制备例1所得的钻井液中，并用氢氧化钠调节钻井液pH为10。

结果制得本发明的钻井液S8。

该钻井液高温高压滤失实验数据见表1；

该钻井液抑制页岩水化实验数据见表1。

实施例9

按照与实施例1相同的方法制备壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂并加入钻井液中，与实施例1所不同在于：将制得的2重量份的降滤失剂加入到制备例2所得的钻井液中，并用氢氧化钠调节钻井液pH为10。

结果制得本发明的钻井液S9。

该钻井液高温高压滤失实验数据见表1；

该钻井液抑制页岩水化实验数据见表1。

实施例10

按照与实施例1相同的方法制备纳米壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂并加入钻井液中，与实施例1所不同在于：将制得的8重量份的降滤失剂加入到制备例2所得的钻井液中，并用氢氧化钠调节钻井液pH为10。

结果制得本发明的钻井液S10。

该钻井液高温高压滤失实验数据见表1；

该钻井液抑制页岩水化实验数据见表1。

对比例1

本对比例提供一种壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂的制备方法及其在钻井液中地使用，制备方法具体如下所示：

步骤1：将2重量份的纳米二氧化硅在100重量份去离子水中洗涤两次后，于25℃在冷冻离心机中离心20mim进行回收。

步骤2：将步骤1回收的纳米二氧化硅颗粒悬浮于浓度为0.5mol/L、温度为25℃的戊二醛水溶液中，轻速搅拌5h。

步骤3：将步骤2所得悬浮液离心后，将所得固体用蒸馏水洗涤3次(以去除过量的戊二醛)，再用浓度为30mmol/L、pH为3的乙酸钠洗涤缓冲溶液，以防止戊二醛的醇醛缩合反应，于25℃再次离心得到活化纳米二氧化硅。

步骤4：将步骤3所制得活化纳米二氧化硅加入到1％(V/V)的乙酸溶液中，并将该混合物在超声乳化分散器中分散1.0h，制得乳化液。

步骤5：将2重量份在25℃下于培养基中溶解24h的壳聚糖、步骤4得到的乳化液转移至四口烧瓶中，升温至60℃，加入0.3重量份的硼氢化钠，并持续通氮气7h得到复合物。

步骤6：将步骤5中得到的复合物在离心机下分离后，用无水乙醇反复洗涤后在烘箱中干燥，即得复合物固体作为壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂。

将制得的5重量份的壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂加入到制备例1所得的钻井液中，并用氢氧化钠调节钻井液pH为10。

结果制得本发明的钻井液D1。

该钻井液高温高压滤失实验数据见表1；

该钻井液抑制页岩水化实验数据见表1。

对比例2

本对比例提供一种壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂的制备方法及其在钻井液中地使用，制备方法具体如下所示：

步骤1：将14重量份的纳米二氧化硅在100重量份去离子水中洗涤两次后，于45℃在冷冻离心机中离心20mim进行回收。

步骤2：将步骤1回收的纳米二氧化硅颗粒悬浮于浓度为3mol/L、温度为45℃的戊二醛水溶液中，轻速搅拌5h。

步骤3：将步骤2所得悬浮液离心后，将所得固体用蒸馏水洗涤3次(以去除过量的戊二醛)，再用浓度为120mmol/L、pH为8的乙酸钠洗涤缓冲溶液，以防止戊二醛的醇醛缩合反应，于45℃再次离心得到活化纳米二氧化硅。

步骤4：将步骤3所制得活化纳米二氧化硅加入到1％(V/V)的乙酸溶液中，并将该混合物在超声乳化分散器中分散1.0h，制得乳化液。

步骤5：将11重量份在45℃下于培养基中溶解24h的壳聚糖、步骤4得到的乳化液转移至四口烧瓶中，升温至90℃，加入2.5重量份的硼氢化钠，并持续通氮气7h得到复合物；

步骤6：将步骤5中得到的复合物在离心机下分离后，用无水乙醇反复洗涤后在烘箱中干燥，即得复合物固体作为壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂。

将制得的5重量份的壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂加入到制备例1所得的钻井液中，并用氢氧化钠调节钻井液pH为10。

结果制得本发明的钻井液D2。

该钻井液高温高压滤失实验数据见表1；

该钻井液抑制页岩水化实验数据见表1。

对比例3

按照与对比例1相同的方法制备壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂，与对比例1所不同在于：将制得的5重量份的壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂加入到制备例2所得的钻井液中，并用氢氧化钠调节钻井液pH为10。

结果制得本发明的钻井液D3。

该钻井液高温高压滤失实验数据见表1；

该钻井液抑制页岩水化实验数据见表1。

对比例4

按照与对比例2相同的方法制备壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂，与对比例2所不同在于：将制得的5重量份的壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂加入到制备例2所得的钻井液中，并用氢氧化钠调节钻井液pH为10。

结果制得本发明的钻井液D4。

该钻井液高温高压滤失实验数据见表1；

该钻井液抑制页岩水化实验数据见表1。

对比例5

按照与实施例1相同的方法制备壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂，与实施例1所不同在于：将制得的0.3重量份的壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂加入到制备例1所得的钻井液中，并用氢氧化钠调节钻井液pH为10。

结果制得本发明的钻井液D5。

该钻井液高温高压滤失实验数据见表1；

该钻井液抑制页岩水化实验数据见表1。

对比例6

按照与实施例1相同的方法制备壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂，与实施例1所不同在于：将制得的10重量份的壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂加入到制备例1所得的钻井液中，并用氢氧化钠调节钻井液pH为10。

结果制得本发明的钻井液D6。

该钻井液高温高压滤失实验数据见表1；

该钻井液抑制页岩水化实验数据见表1。

对比例7

制备例1提供的钻井液中不加入降滤失剂，用氢氧化钠调节钻井液pH为10。

结果制得本发明的钻井液D7。

该钻井液高温高压滤失实验数据见表1；

该钻井液抑制页岩水化实验数据见表1。

对比例8

按照与实施例1相同的方法制备壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂，与实施例1所不同在于：用民权东兴泥浆材料有限公司生产的，5重量份的高效抗温降滤失剂KJ-1来代替实施例1中的壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂，加入到制备例1所得的钻井液中，并用氢氧化钠调节钻井液pH为10。

结果制得本发明的钻井液D8。

该钻井液高温高压滤失实验数据见表1；

该钻井液抑制页岩水化实验数据见表1。

滤失性能测试：

一、测试方法：

1、钻井液高温高压滤失量和泥饼厚度测量条件为：在滚子加热炉中于160℃高温下老化16h，自然静置冷却至室温，于160℃、3.5MPa压差下使用GGS42-2A型高温高压滤失仪测量钻井液高温高压滤失量，使用0-150mm电子数显游标卡尺泥饼厚度。

不同壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂水基钻井液配方的性能测试实验结果见表1。

2、页岩回收率：将一定质量的岩屑加入实施例、对比例制得钻井液中，120℃下老化16h，降温回收岩屑，干燥后称重；将回收岩屑加入去离子水中，120℃下老化2h，降温回收岩屑，干燥后称重；分别计算一次页岩回收率(％)、二次页岩回收率(％)和相对页岩回收率(％)。

3、16h线性膨胀率：将一定质量的岩屑研磨成100目的颗粒，每次实验使用8g。用中亚滤失仪压制得实施例、对比例钻井液的滤液200ml。将NP-O197.9型线性膨胀仪的内筒取出，量取内筒的深度L1。放上滤网、加滤纸。然后称8g100目的岩屑加入内筒在压力机下压制(压力机压力4Mpa、压制时间10min)量取加入岩屑后的内筒深度L2。再把内筒安装在线性膨胀仪器外筒中，安装百分表。从杯盖的小孔中加入滤液直至淹没压制的岩心。根据需要的时间来测定膨胀量。膨胀率＝膨胀量/(L1-L2)。

二、性能测试结果

抑制性能测试实验结果见表1。

表1实验数据

三、性能测试结果分析

由表1的数据可知：

实施例1-3中，壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂制备过程中各组分材料取量、制备条件均是最优，而且选择加入制备例1钻井液，该钻井液中各处理剂的加量也是最优。因此，有该壳聚糖杂化降滤失剂加入的钻井液在高温高压滤失实验中，相比较而言失水最低，泥饼最薄，降滤失效果最好，同时兼具较好的抑制性能。

实施例4-6中，壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂制备过程中各组分材料取量、制备条件均是最优，将该壳聚糖杂化降滤失剂加入制备例2钻井液中，在高温高压滤失实验中，相比较而言失水低，泥饼薄，降滤失效果好，同时兼具较好的抑制性能。

将实施例1和4、2和5、3和6相比较，均是壳聚糖杂化降滤失剂制备材料、取量、方法相同。不同的在于将实施例1-3中制备的降滤失剂加到制备例1钻井液，将实施例4-6中制备的壳聚糖杂化降滤失剂加到制备例2钻井液，而制备例1钻井液中各处理剂的加量是最优。性能评价后钻井液S1较S4、钻井液S2较S5、钻井液S3较S6滤失量较低，泥饼较薄，降滤失效果较好，同时兼具较好的抑制性能。

实施例7-10中，壳聚糖杂化降滤失剂在钻井液中加量或减量进行调整，加量或减量后的添加量虽然在本发明限定范围内但未在最优范围内，因此降滤失效果、抑制效果稍差。

对比例1-4中，实验条件未在本发明指定范围内，最后可能未制得或制得了很少的壳聚糖杂化降滤失剂。将该壳聚糖杂化降滤失剂分部加到两种制备例的钻井液中都未能起到很好的降滤失效果、抑制效果。

对比例5中，将壳聚糖杂化降滤失剂加到钻井液制备例1中，但由于其加量过少，很难起到降滤失的效果，失水达40.0ml，线性膨胀率达15％，降滤失效果、抑制效果很差。

对比例6中，将壳聚糖杂化降滤失剂加到钻井液制备例1中，但由于其加量过多，很容易发生团聚现象而影响其降滤失效果，而且对钻井液的流变性有很大的影响。

对比例7中，钻井液未加入降滤失剂，钻井液发生了很大的漏失，基本没有降滤失效果。

对比例8中，钻井液加入了市面上买到的降滤失剂，虽然有一定的降滤失效果，但相较于本发明的壳聚糖杂化降滤失剂，降滤失效果有明显差距。

因此，本发明提供的壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂在钻井液中使用时，能够形成致密的滤饼，起到有效地封堵的作用，减少滤液的入侵，从而提高井筒稳定性。且优选在该降滤失剂制备过程中各组分及制备条件均在本发明指定范围内，得到的钻井液有优异的性能，有很大的实际应用价值。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种降滤失剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，纳米二氧化硅活化：采用戊二醛活化纳米二氧化硅；

步骤2，壳聚糖杂化纳米二氧化硅：将活化后的纳米二氧化硅置于酸性溶液中，加入壳聚糖和硼氢化钠进行杂化反应，制备获得壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂；

4-12重量份的纳米二氧化硅，0.5-2重量份的硼氢化钠，4-9重量份的壳聚糖。

2.根据权利要求1所述的一种降滤失剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，将纳米二氧化硅颗粒悬浮于浓度为1mol/L-2mol/L、温度为30℃-40℃的戊二醛水溶液中进行活化。

3.根据权利要求1所述的一种降滤失剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，在对纳米二氧化硅活化之后，还包括对洗涤步骤，包括：

先用水洗涤若干次；再用浓度为50mmol/L-100mmol/L、pH为4-6的乙酸钠缓冲溶液洗涤。

4.根据权利要求1所述的一种降滤失剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，将活化后的纳米二氧化硅分散于乙酸水溶液中，再加入壳聚糖和硼氢化钠在惰性气氛下进行杂化反应，反应温度为70℃-80℃；所述壳聚糖是30℃-40℃下于培养基中溶解获得。

5.根据权利要求4所述的一种降滤失剂的制备方法，其特征在于，乙酸水溶液的体积浓度为1％。

6.一种钻井液，其特征在于，原料组成包括水、膨润土、碳酸钠、氢氧化钠、包被剂、降滤失剂、封堵剂、降粘剂、高效润滑剂和加重剂；所述壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂是基于权利要求1至5任一项所述的一种降滤失剂的制备方法制备获得。

7.根据权利要求6所述的一种钻井液，其特征在于，原料组成以下重量份数计包括：100重量份的水，4-14重量份的膨润土，0.2-1.2重量份的碳酸钠，0.001-0.2重量份的氢氧化钠，0.2-3重量份的包被剂，2-8重量份的降滤失剂，0.5-4重量份的封堵剂，0.5-6重量份的降粘剂，0.5-5重量份的高效润滑剂，8-45重量份的重晶石。

8.根据权利要求7所述的一种钻井液，其特征在于，原料组成以下重量份数计包括：100重量份的水，6-12重量份的膨润土，0.4-1.0重量份的碳酸钠，0.002-0.1重量份的氢氧化钠，0.4-2重量份的包被剂，4-6重量份的降滤失剂，1-3重量份的封堵剂，2-4重量份的降粘剂，2-4重量份的高效润滑剂，12-40重量份的重晶石。

9.一种钻井液的制备方法，用于制备权利要求6至8任一项所述的一种钻井液，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将膨润土、碳酸钠依次加入水中搅拌6h，静置24h，制备预水化基浆；

步骤2：在搅拌条件下依次将包被剂、降滤失剂、抑制剂、降粘剂、润滑剂、加重剂加入到步骤1制备的预水化基浆中；

步骤3：将壳聚糖杂化纳米二氧化硅降滤失剂加入到步骤2中，搅拌混合；

步骤4：用氢氧化钠调节钻井液pH为10-11。