CN114891490B - 一种耐高温的生物降解水基钻井液 - Google Patents

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Abstract

本发明属于石油钻井工程油田化学技术领域，提供了一种耐高温的生物降解水基钻井液。本发明的水基钻井液以改性木质素淀粉和聚阴离子纤维混合物作为非磺化降滤失剂，改性木质素淀粉的使用降低普通淀粉对钻井液粘度的影响，具有一定的抗温性能(160℃)及降解性和降滤失性，同时，改性木质素淀粉为可降解大分子；以改性腐殖酸树脂、腐殖酸钾和纳米二氧化硅的混合物为非磺化封堵剂，提高了泥饼的封堵性能，降低了钻井过程中波动压力的传播；且非磺化封堵剂中的改性腐殖酸树脂和腐殖酸钾均为可降解有机物质。同时，本发明的水基钻井液中没有使用含硫和含磷的物质，安全环保。

Description

一种耐高温的生物降解水基钻井液
技术领域
本发明涉及石油钻井工程油田化学技术领域，尤其涉及一种耐高温的生物降解水基钻井液。
背景技术
随着我国能源消耗总量的大幅增长，深层、超深层油气藏开发已成为未来发展趋势，而钻井液体系的耐高温性能挑战越来越高，现有钻井液技术主要以磺化材料为主体，例如磺化褐煤、磺化褐煤树脂、磺化酚醛树脂、磺化单宁以及含有磺酸基团的合成共聚物。但磺化材料含硫量高，且本身有毒，生物降解性差，更是在废弃时难以处理。由于钻井液的降解性差，通用做法是采用不落地方法，即钻探完成后，将钻井液转运到处理站集中处理，处理难度大，且成本高昂，严重制约着能源开发与环境保护的双重发展。
公开号为CN104194746A的中国专利公开了一种生物降解钻井液，公开号为CN10869057A的中国专利公开了一种生态钻井液及其在盐碱地改良中的应用，公开号为CN111040745A的中国专利公开了一种自然降解环保钻井液，上述发明专利已经对生物降解钻井液进行了研究，但其中仍然存在较多不足，如含有硫、磷等元素，而硫磷元素的存在会对土壤造成影响；同时，存在耐温性差的温度。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种耐高温的生物降解水基钻井液，本发明提供的水基钻井液不含硫、磷元素，安全环保；且耐高温和可降解。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种耐高温的生物降解水基钻井液，包括基液、膨润土、pH调节剂、包被剂、提切剂、非磺化降滤失剂、非磺化封堵剂、润滑剂、稳定抑制剂和加重剂；
所述包被剂为聚天冬酰胺；
所述提切剂包括香豆胶、罗望子胶和黄原胶中的一种或多种；
所述非磺化降滤失剂为改性木质素淀粉和聚阴离子纤维素混合物；所述改性木质素淀粉由包括以下重量份数的原料制备得到：淀粉10～30份，水150～200份，木质素50～70份，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷5～15份，丙烯酸10～20份，N,N-亚甲基双丙烯酰胺3～5份，过氧化苯甲酰0.5～1份；
所述非磺化封堵剂为改性腐殖酸树脂、腐殖酸钾和纳米二氧化硅的混合物；所述改性腐殖酸树脂由包括以下重量份数的原料制备得到：水100～150份，腐殖酸60～80份，甲醛10～20份，木质素10～20份，丙烯酸20～40份、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷5～15份，过氧化苯甲酰0.5～1份，二元胺20～30份，甲醇钠1～2份；
所述润滑剂为植物油、聚甘油脂肪酸酯和聚氧乙烯羊毛醇混合物；所述植物油、聚甘油脂肪酸酯和聚氧乙烯羊毛醇混合物中植物油、聚甘油脂肪酸酯和聚氧乙烯羊毛醇的质量比为85～90：5～7：5～8；
所述稳定抑制剂为甲酸钾和/或聚天冬氨酸钠。
优选地，所述膨润土、pH调节剂、包被剂、提切剂、非磺化降滤失剂、非磺化封堵剂、润滑剂、稳定抑制剂和加重剂占基液的重量百分比分别为：
膨润土：1～3％；
pH调节剂：0.2～1％；
包被剂：0.3～0.8％；
提切剂：0.1～0.5％；
非磺化降滤失剂：1～3％；
非磺化封堵剂：3～6％；
润滑剂：2～4％；
稳定抑制剂：15～35％；
加重剂：0～200％。
优选地，所述膨润土为钠膨润土和/或锂膨润土。
优选地，所述pH调节剂为氧化镁和/或氢氧化镁。
优选地，所述改性木质素淀粉和聚阴离子纤维素混合物中改性木质素淀粉和聚阴离子纤维素的质量比为70～90：10～30。
优选地，所述改性腐殖酸树脂、腐殖酸钾和纳米二氧化硅的混合物中改性腐殖酸树脂、腐殖酸钾和纳米二氧化硅的质量比为40～60：20～40：10～20。
优选地，所述植物油为大豆油、棉籽油和蓖麻油的混合物；所述大豆油、棉籽油和蓖麻油的混合物中大豆油、棉籽油和蓖麻油的质量比为20～40：30～40：30～50。
优选地，所述改性木质素淀粉的制备方法包括以下步骤：
将淀粉和水混合，进行糊化，得到糊化淀粉；
将所述糊化淀粉、木质素、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、丙烯酸和N,N-亚甲基双丙烯酰胺，在过氧化苯甲酰的作用下，进行接枝聚合反应，得到所述改性木质素淀粉；所述接枝聚合反应的温度为70～80℃，时间为4～6h。
优选地，所述改性腐殖酸树脂的制备方法包括以下步骤：
将水、腐殖酸、甲醛和木质素加混合，进行缩聚反应，得到缩聚反应体系；所述缩聚反应的pH值为7～8，温度为50～70℃，时间为3～4h；
将所述缩聚反应体系、丙烯酸和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，在过氧化苯甲酰的作用下，进行接枝聚合反应，得到接枝聚合反应体系；所述接枝聚合反应的pH值为8～9，温度为70～90℃，时间为4～6h；
将所述接枝聚合反应体系、二元胺和甲醇钠混合，进行酰胺化反应，得到所述改性腐殖酸树脂；所述酰胺化反应的温度为150～180℃，时间为6～8h。
优选地，所述润滑剂的制备方法包括以下步骤：
将植物油、聚甘油脂肪酸酯和聚氧乙烯羊毛醇混合，得到所述润滑剂；所述混合的温度为50～80℃，时间为2～3h。
本发明提供了一种耐高温的生物降解水基钻井液，包括基液、膨润土、pH调节剂、包被剂、提切剂、非磺化降滤失剂、非磺化封堵剂、润滑剂、稳定抑制剂和加重剂；所述包被剂为聚天冬酰胺；所述提切剂包括香豆胶、罗望子胶和黄原胶中的一种或多种；所述非磺化降滤失剂为改性木质素淀粉和聚阴离子纤维素混合物；所述改性木质素淀粉由包括以下重量份数的原料制备得到：淀粉10～30份，水150～200份，木质素50～70份，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷5～15份，丙烯酸10～20份，N,N-亚甲基双丙烯酰胺3～5份，过氧化苯甲酰0.5～1份；所述非磺化封堵剂为改性腐殖酸树脂、腐殖酸钾和纳米二氧化硅的混合物；所述改性腐殖酸树脂由包括以下重量份数的原料制备得到：水100～150份，腐殖酸60～80份，甲醛10～20份，木质素10～20份，丙烯酸20～40份、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷5～15份，过氧化苯甲酰0.5～1份，二元胺20～30份，甲醇钠1～2份；所述润滑剂为植物油、聚甘油脂肪酸酯和聚氧乙烯羊毛醇混合物；所述植物油、聚甘油脂肪酸酯和聚氧乙烯羊毛醇混合物中植物油、聚甘油脂肪酸酯和聚氧乙烯羊毛醇的质量比为85～90：5～7：5～8；所述稳定抑制剂为甲酸钾和/或聚天冬氨酸钠。本发明的水基钻井液以改性木质素淀粉和聚阴离子纤维混合物作为非磺化降滤失剂，改性木质素淀粉相比普通的淀粉，降低了对钻井液粘度的影响；同时，具有一定的抗温性能(160℃)及降解性和降滤失性。同时，改性木质素淀粉为可降解大分子。以改性腐殖酸树脂、腐殖酸钾和纳米二氧化硅的混合物为非磺化封堵剂，提高了泥饼的封堵性能，降低了钻井过程中井下激动压力对井壁稳定性的影响；且非磺化封堵剂中的改性腐殖酸树脂和腐殖酸钾均为可降解有机物质。同时，本发明的水基钻井液中没有使用含硫和含磷的物质，安全环保。
具体实施方式
本发明提供了一种耐高温的生物降解水基钻井液，包括基液、膨润土、pH调节剂、包被剂、提切剂、非磺化降滤失剂、非磺化封堵剂、润滑剂、稳定抑制剂和加重剂；
所述包被剂为聚天冬酰胺；
所述提切剂包括香豆胶、罗望子胶和黄原胶中的一种或多种；
所述非磺化降滤失剂为改性木质素淀粉和聚阴离子纤维素混合物；所述改性木质素淀粉由包括以下重量份数的原料制备得到：淀粉10～30份，水150～200份，木质素50～70份，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷5～15份，丙烯酸10～20份，N,N-亚甲基双丙烯酰胺3～5份，过氧化苯甲酰0.5～1份；
所述非磺化封堵剂为改性腐殖酸树脂、腐殖酸钾和纳米二氧化硅的混合物；所述改性腐殖酸树脂由包括以下重量份数的原料制备得到：水100～150份，腐殖酸60～80份，甲醛10～20份，木质素10～20份，丙烯酸20～40份、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷5～15份，过氧化苯甲酰0.5～1份，二元胺20～30份，甲醇钠1～2份；
所述润滑剂为植物油、聚甘油脂肪酸酯和聚氧乙烯羊毛醇混合物；所述植物油、聚甘油脂肪酸酯和聚氧乙烯羊毛醇混合物中植物油、聚甘油脂肪酸酯和聚氧乙烯羊毛醇的质量比为85～90：5～7：5～8；
所述稳定抑制剂为甲酸钾和/或聚天冬氨酸钠。
在本发明中，如无特殊说明，本发明所用原料均优选为市售产品。
本发明提供的耐高温的生物降解水基钻井液包括基液；所述基液优选包括淡水。
本发明提供的耐高温的生物降解水基钻井液包括膨润土。在本发明中，所述膨润土占所述基液的重量百分比优选为1～3％，进一步优选为1.5～2.5％，更优选为2％。在本发明中，所述膨润土优选为钠膨润土和/或锂膨润土。在本发明中，所述膨润土的粒径优选为10～75μm。
本发明提供的耐高温的生物降解水基钻井液包括pH调节剂。在本发明中，所述pH调节剂占所述基液的重量百分比优选为0.2～1％，进一步优选为0.4～0.8％，更优选为0.5～0.6％。在本发明中，所述pH调节剂优选为氧化镁和/或氢氧化镁，进一步优选为氧化镁和氢氧化镁的混合物，所述氧化镁和氢氧化镁的混合物中氧化镁和氢氧化镁的质量比优选为50～70：30～50。在本发明中，氧化镁与氢氧化镁具有较强的缓冲能力，在提供基本碱性环境的同时，能够在高温下防止聚合物断链分解，提高钻井液材料的稳定性，并且排放到土壤中可改善酸性土壤的品质。
本发明提供的耐高温的生物降解水基钻井液包括包被剂。在本发明中，所述包被剂占所述基液的重量百分比优选为0.3～0.8％，进一步优选为0.4～0.7％，更优选为0.5～0.6％。在本发明中，所述包被剂为聚天冬酰胺。
本发明提供的耐高温的生物降解水基钻井液包括提切剂。在本发明中，所述提切剂占所述基液的重量百分比优选为0.1～0.5％，进一步优选为0.2～0.3％，更优选为0.4％。在本发明中，所述提切剂包括香豆胶、罗望子胶和黄原胶中的一种或多种，优选为香豆胶、罗望子胶和黄原胶的混合物，所述香豆胶、罗望子胶和黄原胶的混合物中香豆胶、罗望子胶和黄原胶的质量比优选为20～40：20～40：20～60。本发明中，香豆胶与罗望子胶均为天然种子胶，生物降解性好，黄原胶为淀粉发酵而来，生物降解性也较好，三者复配使用时，可发挥协同作用，提高钻井液切力。
本发明提供的耐高温的生物降解水基钻井液包括非磺化降滤失剂。在本发明中，所述非磺化降滤失剂占所述基液的重量百分比优选为1～3％，进一步优选为1.5～2.5％，更优选为2％。在本发明中，所述非磺化降滤失剂为改性木质素淀粉和聚阴离子纤维素混合物；在本发明中，所述改性木质素淀粉和聚阴离子纤维素混合物中改性木质素淀粉和聚阴离子纤维素的质量比优选为70～90：10～30。在本发明中，所述改性木质素淀粉由包括以下重量份数的原料制备得到：淀粉10～30份，水150～200份，木质素50～70份，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷5～15份，丙烯酸10～20份，N,N-亚甲基双丙烯酰胺3～5份，过氧化苯甲酰0.5～1份。在本发明中，制备所述改性木质素淀粉的原料包括重量份数为10～30份的淀粉，进一步优选为15～25份，更优选为20份。在本发明中，制备所述改性木质素淀粉的原料包括重量份数为150～200份的水，进一步优选为160～190份，更优选为170～180份；所述水优选包括去离子水。在本发明中，制备所述改性木质素淀粉的原料包括重量份数为50～70份的木质素，进一步优选为55～65份，更优选为60份。在本发明中，制备所述改性木质素淀粉的原料包括重量份数为5～15份的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，进一步优选为7～13份。在本发明中，制备所述改性木质素淀粉的原料优选包括重量份数为10～20份的丙烯酸，进一步优选为12～18份，更优选为14～16份。在本发明中，制备所述改性木质素淀粉的原料优选包括重量份数为3～5份的N,N-亚甲基双丙烯酰胺，进一步优选为4份。在本发明中，制备所述改性木质素淀粉的原料优选包括重量份数为0.5～1份的过氧化苯甲酰，进一步优选为0.6～0.9份，更优选为0.7～0.8份。
在本发明中，所述改性木质素淀粉的制备方法优选包括以下步骤：
将淀粉和水混合，进行糊化，得到糊化淀粉；
保护气氛下，将所述糊化淀粉、木质素、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、丙烯酸和N,N-亚甲基双丙烯酰胺，在过氧化苯甲酰的作用下，进行接枝聚合反应，得到所述改性木质素淀粉。
在本发明中，所述糊化的温度优选为室温，时间优选为0.5～1h。
在本发明中，所述保护气氛优选为氮气。在本发明中，所述接枝聚合反应的温度优选为70～80℃，时间优选为4～6h。在本发明中，所述接枝聚合反应优选在搅拌的条件下进行。
在本发明中，所述保护气氛下，将所述糊化淀粉、木质素、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、丙烯酸和N,N-亚甲基双丙烯酰胺，在过氧化苯甲酰的作用下，进行接枝聚合反应具体优选包括以下步骤：在所述糊化淀粉中加入木质素，常温搅拌1～2h；然后加入γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、丙烯酸和N,N-亚甲基双丙烯酰胺，在搅拌条件下升温至接枝聚合反应的温度，通氮气30min，加入过氧化苯甲酰，进行接枝聚合反应。所述接枝聚合反应后，本发明还包括进行干燥；所述干燥优选包括将所述接枝聚合反应得到的料液直接进行干燥；所述干燥的温度优选为100～120℃，时间优选为4～6h。在本发明中，所述干燥优选在烘箱中进行。所述干燥后，本发明还包括将得到的干燥物料进行研磨；本发明对所述研磨的参数不做具体限定，只要能够过120目筛即可。在本发明中，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷作为交联剂，可以使糊化淀粉、木质素分子连接在一起，增大分子量。
本发明提供的耐高温的生物降解水基钻井液包括非磺化封堵剂。在本发明中，所述非磺化封堵剂占所述基液的重量百分比优选为3～6％，进一步优选为4～5％。在本发明中，所述非磺化封堵剂为改性腐殖酸树脂、腐殖酸钾和纳米二氧化硅的混合物；所述改性腐殖酸树脂、腐殖酸钾和纳米二氧化硅的混合物中改性腐殖酸树脂、腐殖酸钾和纳米二氧化硅的质量比优选为40～60：20～40：10～20。在本发明中，所述改性腐殖酸树脂由包括以下重量份数的原料制备得到：水100～150份，腐殖酸60～80份，甲醛10～20份，木质素10～20份，丙烯酸20～40份、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷5～15份，过氧化苯甲酰0.5～1份，二元胺20～30份，甲醇钠1～2份。在本发明中，制备所述改性腐殖酸树脂的原料优选包括重量份数为100～150份水，进一步优选为110～140份，更优选为120～130份；所述水优选包括去离子水。在本发明中，制备所述改性腐殖酸树脂的原料优选包括重量份数为60～80份的腐殖酸，进一步优选为65～75份，更优选为70份；所述腐殖酸优选包括黑腐酸、黄腐酸和棕腐酸中的一种或几种。在本发明中，制备所述改性腐殖酸树脂的原料优选包括重量份数为10～20份的甲醛，优选为12～18份，进一步优选为14～16份。在本发明中，制备所述改性腐殖酸树脂的原料优选包括重量份数为10～20份的木质素，进一步优选为12～18份，更优选为14～16份。在本发明中，制备所述改性腐殖酸树脂的原料优选包括重量份数为20～40份的丙烯酸，进一步优选为25～35份，更优选为30份。在本发明中，制备所述改性腐殖酸树脂的原料优选包括重量份数为5～15份的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，进一步优选为10份。在本发明中，制备所述改性腐殖酸树脂的原料优选包括重量份数为0.5～1份的过氧化苯甲酰，进一步优选为0.6～0.9份，更优选为0.7～0.8份。在本发明中，制备所述改性腐殖酸树脂的原料优选包括重量份数为20～30份的二元胺，进一步优选为22～28份，更优选为24～26份；所述二元胺优选包括乙基乙二胺、乙二胺、丙二胺、己二胺、N,N-二甲基-1,2-乙二胺、N,N-二甲基-1,3-丙二胺和端基聚醚胺中的一种或多种。在本发明中，制备所述改性腐殖酸树脂的原料优选包括重量份数为1～2份的甲醇钠，进一步优选为1.2～1.8份，更优选为1.4～1.6份。在本发明中，制备所述改性腐殖酸树脂的原料优选还包括碱性pH调节剂，所述碱性pH调节剂优选包括氢氧化钠。
在本发明中，所述改性腐殖酸树脂的制备方法优选包括以下步骤：
将水、腐殖酸、甲醛和木质素加混合，进行缩聚反应，得到缩聚反应体系；
将所述缩聚反应体系、丙烯酸和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，在过氧化苯甲酰的作用下，进行接枝聚合反应，得到接枝聚合反应体系；
将所述接枝聚合反应体系、二元胺和甲醇钠混合，进行酰胺化反应，得到所述改性腐殖酸树脂。
在本发明中，所述缩聚反应的pH值优选为7～8，温度优选为50～70℃，时间优选为3～4h。在本发明中，所述缩聚反应的pH值优选通过碱性pH调节剂实现。在本发明中，所述缩聚反应优选在搅拌的条件下进行。
在本发明中，所述接枝聚合反应的pH值优选为8～9，温度优选为70～90℃，时间优选为4～6h。在本发明中，所述接枝聚合反应的pH值优选通过碱性pH调节剂实现。在本发明中，所述接枝聚合反应优选在搅拌的条件下进行。
在本发明中，所述酰胺化反应的温度优选为150～180℃，进一步优选为160～170℃，时间优选为6～8h。在本发明中，所述酰胺化反应优选在搅拌的条件下进行。
本发明提供的耐高温的生物降解水基钻井液包括润滑剂。在本发明中，所述润滑剂占所述基液的重量百分比优选为2～4％，进一步优选为2.5～3.5％，更优选为3％。在本发明中，所述润滑剂为植物油、聚甘油脂肪酸酯和聚氧乙烯羊毛醇混合物；所述植物油、聚甘油脂肪酸酯和聚氧乙烯羊毛醇混合物中植物油、聚甘油脂肪酸酯和聚氧乙烯羊毛醇的质量比为85～90：5～7：5～8。在本发明中，所述植物油优选为大豆油、棉籽油和蓖麻油的混合物；所述大豆油、棉籽油和蓖麻油的混合物中大豆油、棉籽油和蓖麻油的质量比优选为20～40：30～40：30～50。在本发明中，所述润滑剂的制备方法优选包括以下步骤：将植物油、聚甘油脂肪酸酯和聚氧乙烯羊毛醇混合，得到所述润滑剂。在本发明中，所述混合的温度优选为50～80℃，进一步优选为60～70℃；时间优选为2～3h。在本发明中，所述混合优选在搅拌的条件下进行。
本发明提供的耐高温的生物降解水基钻井液，包括原料稳定抑制剂。在本发明中，所述稳定抑制剂占所述基液的重量百分比优选为15～35％，进一步优选为20～30％，更优选为25％。在本发明中，所述稳定抑制剂为甲酸钾和/或聚天冬氨酸钠，优选为甲酸钾和聚天冬氨酸钠的混合物，所述甲酸钾和聚天冬氨酸钠的混合物中甲酸钾和聚天冬氨酸钠的质量比优选为20～40：60～80。在本发明中，甲酸钾为还原剂；聚天冬氨酸钠是一种高分子水溶性聚合物，具有分散、螯合作用，具有较强的抑制粘土水化分散与膨胀的作用，有利于稳定井壁，另外两者均可提高钻井液的抗高温稳定性。
本发明提供的耐高温的生物降解水基钻井液，包括原料加重剂。在本发明中，所述加重剂占所述基液的重量百分比优选为0～200％。在本发明中，所述加重剂优选包括重晶石。在本发明中，所述加重剂的粒径优选为40～60μm。
本发明对所述耐高温的生物降解水基钻井液的制备方法不做具体限定，采用本领域技术人员熟知的钻井液的制备方法即可。
下面结合实施例对本发明提供的耐高温的生物降解水基钻井液进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
一种耐高温的生物降解水基钻井液，组成为淡水、膨润土、pH调节剂、包被剂、提切剂、非磺化降滤失剂、非磺化封堵剂、润滑剂、稳定抑制剂、加重剂；
各组分占淡水的重量百分比为：
膨润土(钠膨润土，粒径为10～75μm)：3.0％；
pH调节剂(由50重量份氧化镁和50重量份氢氧化镁混合而成)：0.2％；
包被剂(聚天冬酰胺)：0.3％；
提切剂(由20重量份香豆胶、20重量份罗望子胶和60重量份黄原胶混合而成)：0.5％；
非磺化降滤失剂(由70重量份改性木质素淀粉和30重量份聚阴离子纤维素混合而成)：1.0％；
非磺化封堵剂(由40重量份改性腐殖酸树脂、40重量份腐殖酸钾和20重量份纳米二氧化硅混合而成)：3.0％；
润滑剂：2.0％；
稳定抑制剂(由20份甲酸钾和80份聚天冬氨酸钠混合而成)：15.0％；
加重剂(重晶石，粒径为40～60μm)：0.0％。
改性木质素淀粉的制备方法包括以下步骤：先将10重量份淀粉加入150重量份水中，室温糊化0.5h，加入50重量份木质素，常温下搅拌2h，使其充分混合均匀，然后加入5重量份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)、10重量份丙烯酸、3重量份N,N-亚甲基双丙烯酰胺，在搅拌条件下升温至70℃，通氮气30min，加入0.5重量份过氧化苯甲酰，恒温搅拌下反应4h后，置于100℃下的烘箱中进行干燥，持续时间6小时，得反应产物，磨粉过120目筛，即得改性木质素淀粉。
改性腐殖酸树脂的制备方法包括以下步骤：先将100重量份水、60重量份腐殖酸(黑腐酸)、10重量份甲醛、20重量份木质素加入四口烧瓶中，用NaOH颗粒调至溶液pH为7，加热至50℃反应3h，腐殖酸与木质素经甲醛缩聚后，加入20重量份丙烯酸、5重量份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)，用NaOH颗粒维持溶液pH为8，加热至70℃反应，通氮气30min，加入0.5重量份过氧化苯甲酰，恒温搅拌反应4h，接枝聚合反应完后，最后加入20重量份二元胺(己二胺)、1重量份甲醇钠，搅拌均匀后，置于180℃下的烘箱中，在酰胺化反应的同时，进行干燥，除去溶剂水以及反应中生成的水，提高反应产率，持续时间6h，得反应产物，磨粉过120目筛，即得改性腐殖酸树脂。
润滑剂的制备方法包括：将85重量份植物油(由20重量份大豆油、30重量份棉子油和50重量份蓖麻油混合而成)、7重量份聚甘油脂肪酸酯和8重量份聚氧乙烯羊毛醇加入烧瓶中，在50℃条件下搅拌2h而成。
所得耐高温的生物降解水基钻井液的密度为1.06g/cm3。
实施例2
一种耐高温的生物降解水基钻井液，组成为淡水、膨润土、pH调节剂、包被剂、提切剂、非磺化降滤失剂、非磺化封堵剂、润滑剂、稳定抑制剂、加重剂；
各组分占淡水的重量百分比为：
膨润土(由50重量份钠膨润土与50重量份锂膨润土混合而成，粒径为10～75μm)：1.0％；
pH调节剂(由70重量份氧化镁和30重量份氢氧化镁混合而成)：1.0％；
包被剂(聚天冬酰胺)：0.8％；
提切剂(由40重量份香豆胶、30重量份罗望子胶和30重量份黄原胶混合而成)：0.1％；
非磺化降滤失剂(由80重量份改性木质素淀粉和20重量份聚阴离子纤维素混合而成)：3.0％；
非磺化封堵剂(由50重量份改性腐殖酸树脂、40重量份腐殖酸钾和10重量份纳米二氧化硅混合而成)：6.0％；
润滑剂：4.0％；
稳定抑制剂(由30重量份甲酸钾和70重量份聚天冬氨酸钠混合而成)：35.0％；
加重剂(重晶石，粒径为40～60μm)：200.0％。
改性木质素淀粉的制备方法包括以下步骤：具体为先将30重量份淀粉加入200重量份水中，室温糊化1h，加入60重量份木质素，常温下搅拌1h，使其充分混合均匀，然后加入10重量份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)、20重量份丙烯酸、5重量份N,N-亚甲基双丙烯酰胺，在搅拌条件下升温至75℃，通氮气30min，加入1重量份过氧化苯甲酰，恒温搅拌下反应5h后，置于110℃下的烘箱中进行干燥，持续时间4h，得反应产物，磨粉过120目筛，即得改性木质素淀粉。
改性腐殖酸树脂的制备方法包括以下步骤：先将150重量份水、80重量份腐殖酸(黑腐酸)、20重量份甲醛、10重量份木质素加入四口烧瓶中，用NaOH颗粒调至溶液pH为8，加热至70℃反应4h，腐殖酸与木质素经甲醛缩聚后，加入40重量份丙烯酸、10重量份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)，用NaOH颗粒维持溶液pH为9，加热至90℃反应，通氮气30min，加入0.8重量份过氧化苯甲酰，恒温搅拌反应5h，接枝聚合反应完后，最后加入30重量份二元胺(端基聚醚胺D230)、2重量份甲醇钠，搅拌均匀后，置于160℃下的烘箱中，在酰胺化反应的同时，进行干燥，除去溶剂水以及反应中生成的水，提高反应产率，持续时间7h，得反应产物，磨粉过120目筛，即得改性腐殖酸树脂。
润滑剂的制备方法包括以下步骤：将90重量份植物油(由40重量份大豆油、30重量份棉子油和30重量份蓖麻油混合而成)、5重量份聚甘油脂肪酸酯和5重量份聚氧乙烯羊毛醇加入烧瓶中，在80℃条件下搅拌3小时而成。
所得耐高温的生物降解水基钻井液的密度为2.2g/cm3。
实施例3
一种耐高温的生物降解水基钻井液，组成为淡水、膨润土、pH调节剂、包被剂、提切剂、非磺化降滤失剂、非磺化封堵剂、润滑剂、稳定抑制剂、加重剂；
各组分占淡水的重量百分比为：
膨润土(钠膨润土，粒径为10～75μm)：2.0％；
pH调节剂(由60重量份氧化镁和40重量份氢氧化镁混合而成)：0.5％；
包被剂(聚天冬酰胺)：0.5％；
提切剂(由40重量份香豆胶、40重量份罗望子胶和20重量份黄原胶混合而成)：0.3％；
非磺化降滤失剂(由90重量份改性木质素淀粉和10重量份聚阴离子纤维素混合而成)：2.0％；
非磺化封堵剂(由60重量份改性腐殖酸树脂、20重量份腐殖酸钾和20重量份纳米二氧化硅混合而成)：4.0％；
润滑剂：3.0％；
稳定抑制剂(由40重量份甲酸钾和60重量份聚天冬氨酸钠混合而成)：25.0％；
加重剂(重晶石，粒径为40～60μm)：100.0％。
改性木质素淀粉的制备方法包括以下步骤：先将20重量份淀粉加入180重量份水中，室温糊化0.5h，加入70重量份木质素，常温下搅拌1h，使其充分混合均匀，然后加入15重量份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)、15份丙烯酸、4重量份N,N-亚甲基双丙烯酰胺，在搅拌条件下升温至80℃，通氮气30min，加入0.5重量份引发剂过氧化苯甲酰，恒温搅拌下反应6h后，置于120℃下的烘箱中进行干燥，持续时间5小时，得反应产物，磨粉过120目筛，即得改性木质素淀粉。
改性腐殖酸树脂的制备方法包括以下步骤：先将120重量份水、70重量份腐殖酸(黑腐酸)、15重量份甲醛、15重量份木质素加入四口烧瓶中，用NaOH颗粒调至溶液pH为7，加热至60℃反应3.5h，腐殖酸与木质素经甲醛缩聚后，加入40重量份丙烯酸、15重量份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)，用NaOH颗粒维持溶液pH为8，加热至80℃反应，通氮气30min，加入1重量份过氧化苯甲酰，恒温搅拌反应6h，接枝聚合反应完后，最后加入25重量份二元胺(由50重量份丙二胺与50重量份端基聚醚胺D230混合而成)、1.5重量份甲醇钠，搅拌均匀后，置于150℃下的烘箱中，在酰胺化反应的同时，进行干燥，除去溶剂水以及反应中生成的水，提高反应产率，持续时间8h，得反应产物，磨粉过120目筛，即得改性腐殖酸树脂。
润滑剂的制备方法包括以下步骤：将85重量份植物油(由20重量份大豆油、40重量份棉子油和40重量份蓖麻油的混合物)、7重量份聚甘油脂肪酸酯、8重量份聚氧乙烯羊毛醇加入烧瓶中，在60℃条件下搅拌2.5小时而成。
所得耐高温的生物降解水基钻井液的密度为1.8g/cm3。
实施例4：
一种耐高温的生物降解水基钻井液，组成为淡水、膨润土、pH调节剂、包被剂、提切剂、非磺化降滤失剂、非磺化封堵剂、润滑剂、稳定抑制剂、加重剂；
各组分占淡水的重量百分比为：
膨润土(由70重量份钠膨润土与30重量份锂膨润土混合而成，粒径为10～75μm)：3.0％；
pH调节剂(由65重量份氧化镁和35重量份氢氧化镁混合而成)：0.6％；
包被剂(聚天冬酰胺)：0.4％；
提切剂(由20重量份香豆胶、30重量份罗望子胶和50重量份黄原胶混合而成)：0.4％；
非磺化降滤失剂(由85重量份改性木质素淀粉和15重量份聚阴离子纤维素混合而成)：3.0％；
非磺化封堵剂(由50重量份改性腐殖酸树脂、30重量份腐殖酸钾和20重量份纳米二氧化硅复混合而成)：6.0％；
润滑剂：4.0％；
稳定抑制剂(由35重量份甲酸钾和65重量份聚天冬氨酸钠混合而成)：30.0％；
加重剂(重晶石，粒径为40～60μm)：50.0％。
改性木质素淀粉的制备方法包括以下步骤：先将30重量份淀粉加入170重量份水中，室温糊化1h，加入70重量份木质素，常温下搅拌2h，使其充分混合均匀，然后加入10重量份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)、20重量份丙烯酸、5重量份N,N-亚甲基双丙烯酰胺，在搅拌条件下升温至70℃，通氮气30min，加入1重量份过氧化苯甲酰，恒温搅拌下反应4h后，置于100℃下的烘箱中进行干燥，持续时间6小时，得反应产物，磨粉过120目筛，即得改性木质素淀粉。
改性腐殖酸树脂的制备方法包括以下步骤：先将150重量份水、70重量份腐殖酸(黑腐酸)、20重量份甲醛、10重量份木质素加入四口烧瓶中，用NaOH颗粒调至溶液pH为8，加热至70℃反应4h，腐殖酸与木质素经甲醛缩聚后，加入30重量份丙烯酸、10重量份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)，用NaOH颗粒维持溶液pH为9，加热至90℃反应，通氮气30min，加入0.7重量份引发剂过氧化苯甲酰，恒温搅拌反应5h，接枝聚合反应完后，最后加入20重量份二元胺(由30重量份N,N-二甲基-1,3-丙二胺与70重量份端基聚醚胺D230混合而成)、1重量份甲醇钠，搅拌均匀后，置于170℃下的烘箱中，在酰胺化反应的同时，进行干燥，除去溶剂水以及反应中生成的水，提高反应产率，持续时间7h，得反应产物，磨粉过120目筛，即得改性腐殖酸树脂。
润滑剂的制备方法包括以下步骤：将90重量份植物油(由30重量份大豆油、35重量份棉子油和35重量份蓖麻油混合而成)、5重量份聚甘油脂肪酸酯、5重量份聚氧乙烯羊毛醇加入烧瓶中，在70℃条件下搅拌3小时而成。
所得耐高温的生物降解水基钻井液的密度为1.4g/cm3。
按GB/T16783.1-2014《石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液》对耐高温的生物降解水基钻井液的流变性能、滤失性能进行了评价。将露头土加入耐高温的生物降解水基钻井液中不同温度下热滚时间24h，采用露头土的滚动回收率评价耐高温的生物降解水基钻井液的抑制性能，参考SY/T5613-2000《泥页岩理化性能测试》，并采用EP极压润滑仪评价耐高温的生物降解水基钻井液的润滑性能，结果如表1所示。
表1耐高温的生物降解水基钻井液的性能测试结果
钻井液 ρ T 状态 AV PV YP Φ3 API HTHP M GD 开罐状态
实施例1 1.06 120 老化24h后 33 20 13 11 4.2 14.2 0.07 93.34 均匀
实施例2 2.20 160 老化24h后 54 46 8 7 3.4 12.8 0.10 95.06 均匀
实施例3 1.80 140 老化24h后 43 33 10 9 3.6 11.6 0.09 94.70 均匀
实施例4 1.40 90 老化24h后 38 26 12 10 3.0 10.4 0.08 95.18 均匀
注：T：钻井液老化温度，℃；ρ：钻井液密度，g/cm3；AV：钻井液表观粘度，mPa·s；PV：钻井液塑性粘度，mPa·s；YP：钻井液动切力，Pa；Φ3：六速旋转粘度计3转读数，无量纲；API：钻井液中压失水(0.7MPa，T，30min)，mL；HTHP：钻井液高温高压失水(3.5MPa，T，30min)，mL；M：钻井液摩阻系数，无量纲；GD：滚动回收率，％。
从表1可以看出：本发明的耐高温的生物降解水基钻井液的四组实施例，在不同密度和不同温度老化后，开罐状态均匀，流态好，流变性能均较好，具有高温高压失水低、抑制性强、润滑性好的特点。
以实施例3为例对本发明的耐高温的生物降解水基钻井液进行了抗污染性能，以此来判断该耐高温的生物降解水基钻井液是否会受外来污染物的影响，结果如表2所示。
表2耐高温的生物降解水基钻井液的抗侵污性能评价
钻井液 污染 T 状态 AV PV YP Φ3 API HTHP 开罐状态
实施例3 空白 140 老化24h后 43 33 10 9 3.6 11.6 均匀
实施例3 5％泥岩粉 140 老化24h后 47 35 12 10 3.2 10.8 均匀
实施例3 10％泥岩粉 140 老化24h后 50 37 13 12 3.8 12.0 均匀
实施例3 1％石膏粉 140 老化24h后 44 44 10 10 4.0 12.8 均匀
实施例3 1％氯化钙粉 140 老化24h后 39 31 8 8 4.6 14.2 均匀
注：T：钻井液老化温度，℃；AV：钻井液表观粘度，mPa·s；PV：钻井液塑性粘度，mPa·s；YP：钻井液动切力，Pa；Φ3：六速旋转粘度计3转读数，无量纲；API：钻井液中压失水(0.7MPa，T，30min)，mL；HTHP：钻井液高温高压失水(3.5MPa，T，30min)，mL。
从表2可以看出：耐高温的生物降解水基钻井液的抗污染性能良好，在经过泥岩粉、石膏粉、氯化钙粉污染后，经过140℃老化24h，其流变性能、滤失性能、变化较小，均基本趋于稳定。
对耐高温的生物降解水基钻井液按照SY/T6788-2020《水溶性油田化学剂环境保护技术评价要求》进行了生物毒性以及生物降解性能评价，结果如表3所示。按照SN/T3005-2011有机化学品中碳、氢、氮、硫含量的元素分析仪测定方法，检测耐高温的生物降解水基钻井液的含硫量，结果如表3所示。按GB/T16783.1-2014《石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液》对耐高温的生物降解水基钻井液的氯根进行检测，结果如表3所示。按照ZBG 76002-1990工业循环冷却水中磷含量的测定钼酸铵分光光度法，检测耐高温的生物降解水基钻井液的含磷量，结果如表3所示。
表3耐高温的生物降解水基钻井液的环保性能
钻井液 EC50 BOD5/CODcr HL HP 氯根
实施例1 89000 68.6 0 0 256
实施例2 88000 57.4 0 0 97
实施例3 90000 62.5 0 0 132
实施例4 87000 65.8 0 0 154
注：EC50：发光细菌法生物毒性，mg/L；BOD5/CODcr：钻井液生物降解性，％；HL：含硫率，％；HP：含磷率，％；氯根：钻井液中氯离子的含量，mg/L。
从表3可以看出：本发明提供的耐高温的生物降解水基钻井液均符合环保要求，且无硫元素、磷元素存在；仅含有微量的氯根。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种耐高温的生物降解水基钻井液，其特征在于，包括基液、膨润土、pH调节剂、包被剂、提切剂、非磺化降滤失剂、非磺化封堵剂、润滑剂、稳定抑制剂和加重剂；
所述包被剂为聚天冬酰胺；
所述提切剂包括香豆胶、罗望子胶和黄原胶中的一种或多种；
所述非磺化降滤失剂为改性木质素淀粉和聚阴离子纤维素混合物；所述改性木质素淀粉由包括以下重量份数的原料制备得到：淀粉10～30份，水150～200份，木质素50～70份，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷5～15份，丙烯酸10～20份，N,N-亚甲基双丙烯酰胺3～5份，过氧化苯甲酰0.5～1份；
所述非磺化封堵剂为改性腐殖酸树脂、腐殖酸钾和纳米二氧化硅的混合物；所述改性腐殖酸树脂由包括以下重量份数的原料制备得到：水100～150份，腐殖酸60～80份，甲醛10～20份，木质素10～20份，丙烯酸20～40份、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷5～15份，过氧化苯甲酰0.5～1份，二元胺20～30份，甲醇钠1～2份；
所述润滑剂为植物油、聚甘油脂肪酸酯和聚氧乙烯羊毛醇混合物；所述植物油、聚甘油脂肪酸酯和聚氧乙烯羊毛醇混合物中植物油、聚甘油脂肪酸酯和聚氧乙烯羊毛醇的质量比为85～90:5～7:5～8；
所述稳定抑制剂为甲酸钾和聚天冬氨酸钠；
所述膨润土、pH调节剂、包被剂、提切剂、非磺化降滤失剂、非磺化封堵剂、润滑剂、稳定抑制剂和加重剂占所述基液的重量百分比分别为：
膨润土：1～3％；
pH调节剂：0.2～1％；
包被剂：0.3～0.8％；
提切剂：0.1～0.5％；
非磺化降滤失剂：1～3％；
非磺化封堵剂：3～6％；
润滑剂：2～4％；
稳定抑制剂：15～35％；
加重剂：0～200％；
所述改性木质素淀粉和聚阴离子纤维素混合物中改性木质素淀粉和聚阴离子纤维素的质量比为70～90:10～30；
所述改性腐殖酸树脂、腐殖酸钾和纳米二氧化硅的混合物中改性腐殖酸树脂、腐殖酸钾和纳米二氧化硅的质量比为40～60:20～40:10～20；
所述改性木质素淀粉的制备方法包括以下步骤：
将淀粉和水混合，进行糊化，得到糊化淀粉；
保护气氛下，将所述糊化淀粉、木质素、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、丙烯酸和N,N-亚甲基双丙烯酰胺，在过氧化苯甲酰的作用下，进行接枝聚合反应，得到所述改性木质素淀粉；所述接枝聚合反应的温度为70～80℃，时间为4～6h；
所述改性腐殖酸树脂的制备方法包括以下步骤：
将水、腐殖酸、甲醛和木质素混合，进行缩聚反应，得到缩聚反应体系；所述缩聚反应的pH值为7～8，温度为50～70℃，时间为3～4h；
将所述缩聚反应体系、丙烯酸和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，在过氧化苯甲酰的作用下，进行接枝聚合反应，得到接枝聚合反应体系；所述接枝聚合反应的pH值为8～9，温度为70～90℃，时间为4～6h；
将所述接枝聚合反应体系、二元胺和甲醇钠混合，进行酰胺化反应，得到所述改性腐殖酸树脂；所述酰胺化反应的温度为150～180℃，时间为6～8h。
2.根据权利要求1所述的耐高温的生物降解水基钻井液，其特征在于，所述膨润土为钠膨润土和/或锂膨润土。
3.根据权利要求1所述的耐高温的生物降解水基钻井液，其特征在于，所述pH调节剂为氧化镁和/或氢氧化镁。
4.根据权利要求1所述的耐高温的生物降解水基钻井液，其特征在于，所述植物油为大豆油、棉籽油和蓖麻油的混合物；所述大豆油、棉籽油和蓖麻油的混合物中大豆油、棉籽油和蓖麻油的质量比为20～40:30～40:30～50。
5.根据权利要求1所述的耐高温的生物降解水基钻井液，其特征在于，所述润滑剂的制备方法包括以下步骤：
将植物油、聚甘油脂肪酸酯和聚氧乙烯羊毛醇混合，得到所述润滑剂；所述混合的温度为50～80℃，时间为2～3h。
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