CN116285915B - 泥页岩深井用环保型抗高温钻井液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种泥页岩深井用环保型抗高温钻井液及其制备方法，先将1000份水与30~40份钠基膨润土混合搅拌后常温养护24小时；缓慢均匀加入2~4份抗高温抑制剂KP共聚物，搅拌均匀后再加入5~10份低粘聚阴离子纤维素和3~5份黏土表面水化抑制剂，搅拌均匀加入30~50份低荧光高软化点改性沥青，搅拌均匀后加入2~4份环保生物润滑剂，搅拌均匀后再加入15~25份固体聚合醇，再加入20~30份微纳米强封堵剂和20~30份超细碳酸钙；调节pH值至8.5~10；加入330~400份重晶石，搅拌均匀后制得基浆；加入20~30份非磺化抗高温降滤失剂并搅拌均匀。该钻井液可以减少对易垮塌地层的综合伤害，且滤液色度浅，产生的废弃物易于降解。

Description

泥页岩深井用环保型抗高温钻井液及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种泥页岩深井用环保型抗高温钻井液，本发明还涉及一种泥页岩深井用环保型抗高温钻井液的制备方法，属于石油天然气钻井技术领域。
背景技术
随着常规油气资源逐渐衰竭，浅部地层埋藏的油气资源储量已经不能满足日益增长的油气需求，中深部地层开采油气已经成为大势所趋，深井的复杂地层环境对钻井液的抗温性能要求更为苛刻。深部地层高温高压条件下钻井液滤失性能的有效控制是钻井液综合性能的重要指标，而高温高压条件下钻井液滤失量的控制是依靠抗高温降滤失剂来实现的。在5000米以上深井以及更深的超深井环境下，如何维持钻井液的抗温稳定性、较好的流变性能、稳定的高温高压滤失量一直是钻井液技术的难点。
传统的抗温降滤失剂主要是以磺化类或磺酸盐类材料为主，在深井、超深井中使用此类降滤失剂，其降滤失效果明显，一段时间内得到广泛应用，然而它们在抗污染性能以及环保等方面的表现不尽人意。最主要的问题是磺化类材料加入后使钻井液的滤液颜色变黑，后期废弃物及钻屑处理的难度较大，容易造成环境污染事故。因此，开发环保型去磺化类抗高温水基钻井液，已成为解决深井钻探过程中高温条件下降滤失剂失效等问题的热点。
基于以上原因，研究开发出非磺化抗高温水基钻井液降滤失剂，并形成以该处理剂为核心的适合深井用的环保型抗高温钻井液体系，是解决深井钻探作业过程中高温高压条件下降滤失剂失效等一系列问题的关键，如此才能保障泥页岩深井安全高效的施工。
发明内容
本发明的首要目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种泥页岩深井用环保型抗高温钻井液，在5000米以上深井的高温高压环境下，可以减少因滤液对易垮塌地层的综合伤害，提高地层承压能力，且滤液色度浅，产生的废弃物易于降解，对环境的影响小，复合绿色施工的要求。
为解决以上技术问题，本发明的一种泥页岩深井用环保型抗高温钻井液，所述泥页岩深井用环保型抗高温钻井液的原料组分及重量含量如下，水：1000份；钠基膨润土：30～40份；抗高温抑制剂KP共聚物PAC141：2～4份；低粘聚阴离子纤维素：5～10份；黏土表面水化抑制剂：3～5份；低荧光高软化点改性沥青：30～50份；环保生物润滑剂：2～4份；固体聚合醇：15～25份；超细碳酸钙：20～35份；微纳米强封堵剂NANOFSEAL：20～30份；非磺化抗高温降滤失剂：20～30份；重晶石：330～400份；以NaOH调节pH值至8.5～10。
作为本发明的优选方案，所述泥页岩深井用环保型抗高温钻井液的原料组分及重量含量如下，水：1000份；钠基膨润土：30份；抗高温抑制剂KP共聚物PAC141：2份；低粘聚阴离子纤维素：5份；黏土表面水化抑制剂：3份；低荧光高软化点改性沥青：30份；环保生物润滑剂：2份；固体聚合醇：15份；超细碳酸钙：20份；微纳米强封堵剂NANOFSEAL：20份；非磺化抗高温降滤失剂：20份；重晶石：330份；以NaOH调节pH值至8.5。
作为本发明的优选方案，所述泥页岩深井用环保型抗高温钻井液的原料组分及重量含量如下，水：1000份；钠基膨润土：35份；抗高温抑制剂KP共聚物PAC141：3份；低粘聚阴离子纤维素：7份；黏土表面水化抑制剂：4份；低荧光高软化点改性沥青：40份；环保生物润滑剂：3份；固体聚合醇：20份；超细碳酸钙：25份；微纳米强封堵剂NANOFSEAL：25份；非磺化抗高温降滤失剂：25份；重晶石：350份；以NaOH调节pH值至9。
作为本发明的优选方案，所述泥页岩深井用环保型抗高温钻井液的原料组分及重量含量如下，水：1000份；钠基膨润土：40份；抗高温抑制剂KP共聚物PAC141：4份；低粘聚阴离子纤维素：10份；黏土表面水化抑制剂：5份；低荧光高软化点改性沥青：50份；环保生物润滑剂：4份；固体聚合醇：25份；超细碳酸钙：35份；微纳米强封堵剂NANOFSEAL：30份；非磺化抗高温降滤失剂：30份；重晶石：400份；以NaOH调节pH值至10。
作为本发明的优选方案，所述非磺化抗高温降滤失剂的原料包括苯乙烯、酰胺、丙烯酸、偶氮二异丁腈和纳米二氧化硅，并以水为连续相，在乳化剂辛基苯酚聚氧乙烯醚OP-10的细乳化超声作用下反应生成的一种共聚物；质量比为，苯乙烯：酰胺：丙烯酸＝7:(1～5):(1～5)，所述苯乙烯、酰胺和丙烯酸的总质量与纳米二氧化硅的质量比为(1～5):1。
作为本发明的优选方案，所述纳米二氧化硅在使用前在硅烷偶联剂3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的作用下进行表面改性，其表面改性的步骤包括：
A1、将定量纳米二氧化硅和硅烷偶联剂3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，加入适量的甲苯溶剂中，于室温中搅拌120～180min；
A2、通过离心分离获得改性二氧化硅，并用乙醇进行冲洗，除去多余的硅烷偶联剂；
A3、在真空下干燥后，得到粉末状KH570改性二氧化硅。
作为本发明的优选方案，所述非磺化抗高温降滤失剂的制备步骤如下：
B1、将乳化剂溶于去离子水中，将十六烷HD溶解于苯乙烯单体中，搅拌使十六烷HD全部溶解后，在苯乙烯单体相中加入改性二氧化硅，并在细乳化超声功率为300W的条件下，对苯乙烯单体相进行20min超声细乳化，得到单体细乳液；
B2、将单体细乳液和质量比为10:2的酰胺、丙烯酸的混合溶液均倒入反应器中；
B3、对反应器中的混合溶液进行搅拌并通入氮气15min，用NaOH溶液调节反应器中的混合溶液使pH值范围为7.0～9.0，并升温到聚合温度为50℃后，放入0.5-1.5wt％的偶氮二异丁腈，在偶氮二异丁腈的引发下，聚合得到钻井液用非磺化抗高温降滤失剂。
作为本发明的优选方案，所述乳化剂是烷基酚聚氧乙烯(10)醚、烷基酚聚氧乙烯(7)醚、烷基酚聚氧乙烯(4)醚中的一种或多种；所述酰胺是丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N，N-二乙基丙烯酰胺、N-乙烯基乙烯胺、N-乙烯基甲基乙酰胺、N-乙烯基乙基乙酰胺、双丙酮丙烯酰胺、N，N′-亚甲基双丙乙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺中的一种或多种。
本发明的另一个目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种泥页岩深井用环保型抗高温钻井液的制备方法，制备而成的钻井液在5000米以上深井的高温高压环境下，可以减少因滤液对易垮塌地层的综合伤害，提高地层承压能力，且滤液色度浅，产生的废弃物易于降解，对环境的影响小，复合绿色施工的要求。
为解决以上技术问题，本发明的泥页岩深井用环保型抗高温钻井液的制备方法，依次包括如下步骤：
S1、先将1000份水与30～40份钠基膨润土混合，在1000～4000rpm的搅拌速度下搅拌30～60分钟后，然后在6000～10000rpm的搅拌速度下搅拌30～40分钟，置于常温下养护24小时，形成混合体1；
S2、在6000～10000rpm的搅拌速度下，向混合体1中缓慢均匀加入2～4份抗高温抑制剂KP共聚物PAC141，搅拌均匀后再加入5～10份低粘聚阴离子纤维素和3～5份黏土表面水化抑制剂，接着边搅拌边均匀加入30～50份低荧光高软化点改性沥青，搅拌均匀后加入2～4份环保生物润滑剂，搅拌均匀后再加入15～25份固体聚合醇，再加入20～30份微纳米强封堵剂NANOFSEAL和20～30份超细碳酸钙，形成混合体2；
S3、以NaOH调节混合体2的pH值至8.5～10后形成混合体3；
S4、在混合体3中加入330～400份重晶石，搅拌均匀后制得水基钻井液基浆；
S5、向水基钻井液基浆中加入20～30份非磺化抗高温降滤失剂并搅拌均匀。
作为本发明的优选方案，所述低荧光高软化点改性沥青的软化点大于150℃。
相对于现有技术，本发明取得了以下有益效果：1、本发明以重晶石作为加重剂，使混合体达到设计所需的密度，最后形成悬浮液型钻井液。本发明形成的泥页岩深井用环保型抗高温钻井液的优势体现一下几点：(1)在深井环境的复杂地层施工时，抗高温抑制剂KP共聚物和黏土表面水化抑制剂的组合可以大大提高钻井液的整体抑制性，有效预防泥页岩水化分散的作用，协调提高井壁稳定；(2)非磺化抗高温降滤失剂和低粘聚阴离子纤维素搭配可以显著降低钻井液的高温高压滤失量，且经过长时间的高温作用之后，高温高压滤失量仍然保持相对稳定且较低范围内，形成的钻井液滤饼薄而致密，从而减少因滤液对易垮塌地层的综合伤害，本发明核心处理剂非磺化抗高温降滤失剂既能提高降滤失性能，又能保障环保；(3)微纳米强封堵剂NANOFSEAL和低荧光高软化点改性沥青的共同作用使得形成的钻井液滤饼薄、韧、致密，钻井液护壁作用更强，不仅能有效封堵易垮塌泥页岩地层的微裂缝，还能提高地层承压能力，延缓因滤液进入地层造成的井壁失稳而引发的井下复杂故障的发生；(4)环保生物润滑剂和固体聚合醇加入大大提高了钻井液润滑性，满足润滑防卡的需要，又可以提高钻井液的可生物降解性能；(5)本发明的钻井液所有处理剂均符合环保要求，与传统深井用聚磺钻井液体系相比，滤液色度浅，产生的废弃物不会对环境造成影响，符合绿色环保的要求。以上几点的综合协同作用可以大大减少深井环境下的高温高压滤失量，钻井液各项性能指标稳定，可提高深井泥页岩易垮塌地层的井壁稳定性，而且符合绿色环保要求，可为深井的安全高效施工提供良好的技术保障。因此与现有传统深井钻井液相比较，本发明的钻井液高温条件下的流变性稳定，抑制性强，失水造壁性能好，高温高压滤失量控制稳定、封堵能力强且可靠，抗盐侵抗钙侵性能强，对环境友好。
2、本发明所配制的非磺化抗高温降滤失剂是本发明钻井液的核心处理剂。它是独特之处是通过将有机和无机组分在纳米尺寸上相互协同作用，最终得到了一个综合性能更优异的新型材料。纳米复合材料将无机物的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与聚合物的韧性、加工性及介电性能揉合在一起，从而具有纳米的优良特性、良好的韧性和抗温抗盐性。另外，制备方法采用的是细乳液聚合法，该制备方法简单易行，反应条件温和可控，反应速度快，适用于工业化应用推广。
3、本发明的钻井液与目前已有其他类型的高性能水基钻井液相比，其优势还在于：1)该钻井液所使用的核心处理剂为非磺化抗高温降滤失剂，属于绿色环保型处理剂，其它处理剂也属于绿色环保型处理剂；即与传统的降滤失剂相比，本发明合成所用原料均为无毒产品，产生的钻井液废弃物及钻屑不会对环境产生不利影响，其环保效益突出；2)制备方法采用的是细乳液聚合法，该制备方法简单易行，反应条件温和可控，反应速度快，适用于工业化应用推广。
4、本发明中非磺化抗高温降滤失剂耐高温、抗盐、抗钙，无机单体的引入使聚合物的分子链刚性增强，盐敏感性降低，抗盐性能提高；高键能的-C-C键作为主链可使聚合物的热稳定性得到保证；侧链上引入大的侧基或刚性的侧基(如苯环等)增大分子链运动阻力，可使聚合物的抗温性能明显提高。另外，对所选用的无机纳米粒子进行表面改性，从而降低其表面能，消除其表面电荷，提高与有机相的亲合力。通过对纳米二氧化硅的表面改性，减小纳米二氧化硅之间的相互作用，有效防止纳米二氧化硅的团聚以及增强纳米二氧化硅与聚合物基体的相容性，使纳米二氧化硅在聚合物基体中均匀分散，有利于复合材料性能的调控。另外，反应过程中通过对单体浓度、温度和时间的优化来调节纳米复合材料分子量大小和分子链长短，反应条件温和可控，操作简便。
具体实施方式
根据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出本发明的多个结构方式和制备方法。因此以下具体实施方式仅是本发明的技术方案的具体说明，而不应当视为本发明的全部或者视为本发明技术方案的限定或限制。
下面通过实施例对本发明作进一步详细的描述。
实施例一
将纳米二氧化硅在硅烷偶联剂KH570即3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的作用下进行表面改性，其表面改性的步骤包括：
A1、将定量纳米二氧化硅和硅烷偶联剂KH570，加入适量的甲苯溶剂中，于室温中搅拌120min；
A2、通过离心分离获得改性二氧化硅，并用乙醇进行冲洗，除去多余的硅烷偶联剂；
A3、在真空下干燥后，得到粉末状KH570改性二氧化硅。
本发明所需用的非磺化抗高温降滤失剂，制备步骤如下：
B1、将乳化剂烷基酚聚氧乙烯(10)醚溶于去离子水中，乳化剂和去离子水重量比为0.4:100，将异构十六烷烃即十六烷HD溶解于苯乙烯单体中，搅拌使十六烷HD全部溶解后，在苯乙烯单体相中加入改性二氧化硅，并在细乳化超声功率为300W的条件下，对苯乙烯单体相进行20min超声细乳化，得到单体细乳液；
B2、将单体细乳液和质量比为10:2的N，N-二甲基丙烯酰胺、丙烯酸的混合溶液均倒入反应器中；
苯乙烯：N，N-二甲基丙烯酰胺：丙烯酸＝7:1:1，所述苯乙烯、N，N-二甲基丙烯酰胺和丙烯酸的总质量与纳米二氧化硅的质量比为1:1；
B3、对反应器中的混合溶液进行搅拌并通入氮气15min，用NaOH溶液调节反应器中的混合溶液使pH值范围为7.0，并升温到聚合温度为50℃后，放入0.5wt％的偶氮二异丁腈，在偶氮二异丁腈的引发下，聚合得到钻井液用非磺化抗高温降滤失剂。
本发明泥页岩深井用环保型抗高温钻井液的制备方法，依次包括如下步骤：
S1、先将1000份水与30份钠基膨润土混合，在1000rpm的搅拌速度下搅拌30分钟后，然后在6000rpm的搅拌速度下搅拌30分钟，置于常温下养护24小时，形成混合体1；
S2、在6000rpm的搅拌速度下，向混合体1中缓慢均匀加入2份抗高温抑制剂KP共聚物，搅拌均匀后再加入5份低粘聚阴离子纤维素和3份黏土表面水化抑制剂，接着边搅拌边均匀加入30份低荧光高软化点改性沥青(软化点大于150℃)，搅拌均匀后加入2份环保生物润滑剂，搅拌均匀后再加入15份固体聚合醇，再加入20份微纳米强封堵剂NANOFSEAL和20份超细碳酸钙，形成混合体2；
S3、以NaOH调节混合体2的pH值至8.5后形成混合体3；
S4、在混合体3中加入330份重晶石，搅拌均匀后制得水基钻井液基浆；
S5、向水基钻井液基浆中加入20份非磺化抗高温降滤失剂并搅拌均匀。
实施例二
将纳米二氧化硅在硅烷偶联剂KH570的作用下进行表面改性，其表面改性的步骤包括：
A1、将定量纳米二氧化硅和硅烷偶联剂KH570，加入适量的甲苯溶剂中，于室温中搅拌150min；
A2、通过离心分离获得改性二氧化硅，并用乙醇进行冲洗，除去多余的硅烷偶联剂；
A3、在真空下干燥后，得到粉末状KH570改性二氧化硅。
本发明所需用的非磺化抗高温降滤失剂，制备步骤如下：
B1、将乳化剂烷基酚聚氧乙烯(7)醚溶于去离子水中，乳化剂和去离子水重量比为0.4:100，将十六烷HD溶解于苯乙烯单体中，搅拌使十六烷HD全部溶解后，在苯乙烯单体相中加入改性二氧化硅，并在细乳化超声功率为300W的条件下，对苯乙烯单体相进行20min超声细乳化，得到单体细乳液；
B2、将单体细乳液和质量比为10:2的N，N-二乙基丙烯酰胺、丙烯酸的混合溶液均倒入反应器中；
苯乙烯：N，N-二乙基丙烯酰胺：丙烯酸＝7:3:3，所述苯乙烯、N，N-二乙基丙烯酰胺和丙烯酸的总质量与纳米二氧化硅的质量比为3:1；
B3、对反应器中的混合溶液进行搅拌并通入氮气15min，用NaOH溶液调节反应器中的混合溶液使pH值范围为8.0，并升温到聚合温度为50℃后，放入1.0wt％的偶氮二异丁腈，在偶氮二异丁腈的引发下，聚合得到钻井液用非磺化抗高温降滤失剂。
本发明泥页岩深井用环保型抗高温钻井液的制备方法，依次包括如下步骤：
S1、先将1000份水与35份钠基膨润土混合，在2500rpm的搅拌速度下搅拌45分钟后，然后在8000rpm的搅拌速度下搅拌35分钟，置于常温下养护24小时，形成混合体1；
S2、在8000rpm的搅拌速度下，向混合体1中缓慢均匀加入3份抗高温抑制剂KP共聚物，搅拌均匀后再加入7份低粘聚阴离子纤维素和4份黏土表面水化抑制剂，接着边搅拌边均匀加入40份低荧光高软化点改性沥青(软化点大于150℃)，搅拌均匀后加入3份环保生物润滑剂，搅拌均匀后再加入20份固体聚合醇，再加入25份微纳米强封堵剂NANOFSEAL和25份超细碳酸钙，形成混合体2；
S3、以NaOH调节混合体2的pH值至9后形成混合体3；
S4、在混合体3中加入350份重晶石，搅拌均匀后制得水基钻井液基浆；
S5、向水基钻井液基浆中加入25份非磺化抗高温降滤失剂并搅拌均匀。
实施例三
将纳米二氧化硅在硅烷偶联剂KH570的作用下进行表面改性，其表面改性的步骤包括：
A1、将定量纳米二氧化硅和硅烷偶联剂KH570，加入适量的甲苯溶剂中，于室温中搅拌180min；
A2、通过离心分离获得改性二氧化硅，并用乙醇进行冲洗，除去多余的硅烷偶联剂；
A3、在真空下干燥后，得到粉末状KH570改性二氧化硅。
本发明所需用的非磺化抗高温降滤失剂，制备步骤如下：
B1、将乳化剂烷基酚聚氧乙烯(4)醚溶于去离子水中，乳化剂和去离子水重量比为0.4:100，将十六烷HD溶解于苯乙烯单体中，搅拌使十六烷HD全部溶解后，在苯乙烯单体相中加入改性二氧化硅，并在细乳化超声功率为300W的条件下，对苯乙烯单体相进行20min超声细乳化，得到单体细乳液；
B2、将单体细乳液和质量比为10:2的N-乙烯基乙烯胺、丙烯酸的混合溶液均倒入反应器中；
苯乙烯：N-乙烯基乙烯胺：丙烯酸＝7:5:5，所述苯乙烯、N-乙烯基乙烯胺和丙烯酸的总质量与纳米二氧化硅的质量比为5:1；
B3、对反应器中的混合溶液进行搅拌并通入氮气15min，用NaOH溶液调节反应器中的混合溶液使pH值范围为9.0，并升温到聚合温度为50℃后，放入1.5wt％的偶氮二异丁腈，在偶氮二异丁腈的引发下，聚合得到钻井液用非磺化抗高温降滤失剂。
本发明泥页岩深井用环保型抗高温钻井液的制备方法，依次包括如下步骤：
S1、先将1000份水与40份钠基膨润土混合，在4000rpm的搅拌速度下搅拌60分钟后，然后在10000rpm的搅拌速度下搅拌40分钟，置于常温下养护24小时，形成混合体1；
S2、在10000rpm的搅拌速度下，向混合体1中缓慢均匀加入4份抗高温抑制剂KP共聚物，搅拌均匀后再加入10份低粘聚阴离子纤维素和5份黏土表面水化抑制剂，接着边搅拌边均匀加入50份低荧光高软化点改性沥青(软化点大于150℃)，搅拌均匀后加入4份环保生物润滑剂，搅拌均匀后再加入25份固体聚合醇，再加入30份微纳米强封堵剂NANOFSEAL和30份超细碳酸钙，形成混合体2；
S3、以NaOH调节混合体2的pH值至10后形成混合体3；
S4、在混合体3中加入400份重晶石，搅拌均匀后制得水基钻井液基浆；
S5、向水基钻井液基浆中加入30份非磺化抗高温降滤失剂并搅拌均匀。
对本发明的水基钻井液基浆(以下简称基浆)及加入非磺化抗高温降滤失剂后所形成的泥页岩深井用环保型抗高温钻井液(以下简称环保抗高温钻井液)进行性能测试。测试方法遵照石油大学出版社，1999年出版的《现代泥浆实验技术》一书。
一、流变性能测试
将实施例二中的基浆与环保抗高温钻井液进行热滚前后的流变性能测试，测试结果如表1所示。
表1
从表1可以看出，老化前后钻井液粘切，流变性变化不大，体系具有良好抗温稳定性，老化前后无重晶石沉降，说明悬浮性能良好，说明本体系流变性能良好。
二、滤失性能测试
将实施例二中的基浆与环保抗高温钻井液进行高温热滚前后的滤失性能测试，测试结果如表2所示。
表2
从表2可见，基浆的常温中压滤失量为3.9mL，环保抗高温钻井液的常温中压滤失量为2.3mL，常温下非磺化抗高温降滤失剂具有较好的降滤失作用。热滚后基浆的中压滤失量为3.6mL，环保抗高温钻井液为3.5mL；基浆的高温高压滤失量为14.7mL，堵漏浆的高温高压滤失量为8.8mL，高温高压降滤失作用明显。
将实施例二的钻井液体系在不同温度下热滚16h后，对其进行API滤失及HTHP滤失测试，结果见表3。
表3
从表3可见，实施例二中的环保抗高温钻井液经过不同温度热滚后，其高温高压滤失量也始终保持较低的量，180℃高温高压滤失量控制8.8ml，200℃高温高压滤失量控制12.7ml，220℃高温高压滤失量控制16.3ml，进一步说明体系具有良好的抗高温稳定性，适合于泥页岩深井使用。
三、抑制性能测试
对实施例二的基浆和环保抗高温钻井液采取膨胀率试验和岩屑回收率试验对比评价本发明钻井液的抑制性。膨胀率试验所用岩心粉选择实验用膨润土。回收率试验采用江苏某井阜宁组泥岩含量高的岩心粉(大的岩块敲碎过40目筛后岩屑颗粒)，颗粒大小为30目至40目，试验结果如表4所示。
表4
项目 线性膨胀率/％ 钻屑回收率/％
清水 89.51 49.6
基浆 3.47 94.5
环保抗高温钻井液 2.16 96.1
测试岩心在高温热滚后基浆中的膨胀性数据，并与清水中的膨胀做对比：岩心在清水中的膨胀性较高，8h膨胀率为89.51％，而引入非磺化抗高温降滤失剂的环保抗高温钻井液8h膨胀率仅为2.16％，体系的抑制性得到大大提高。另外通过岩屑回收率试验进一步证明了这一点，清水的岩屑回收率仅为49.6％，引入非磺化抗高温降滤失剂的环保抗高温钻井液的岩屑回收大幅提高，回收率达到96.1％，更进一步说明了环保抗高温钻井液对泥页岩岩心的抑制分散作用大大增强。
四、润滑性能测试
为了进一步评价引入非磺化抗高温降滤失剂体系的润滑性变化，对实施例二的基浆与环保抗高温钻井液热滚前后进行润滑性测定(水的摩阻系数经测试为0.35)。如表5所示，环保抗高温钻井液整个体系的润滑性能在各个润滑剂的作用下明显提高。
表5
项目 热滚前润滑系数 热滚后润滑系数
基浆 0.102 0.062
环保抗高温钻井液 0.079 0.056
从表5可见，环保抗高温钻井液的整体润滑性较高，特别是热滚后润滑系数降低的更为明显，能够满足深井润滑防卡的需要。
五、抗钠盐抗钙性能测试
定量称取不同质量分数的NaCl加入实施例二的环保抗高温淡水钻井液体系中，充分搅拌后在密封容器中养护24小时。
将环保抗高温淡水钻井液体系和环保抗高温盐水钻井液体系高速搅拌5分钟后装入高温老化罐中，150℃滚热16小时，用常温中压滤失仪和高温高压滤失仪测定钻井液的滤失量，其结果见表6：
表6
分析表6数据，将不同比例盐按照由小到大加入环保抗高温钻井液之中，测试热滚后的钻井液性能，含盐量达到最大15％时，钻井液流变性和滤失量变化很小，说明体系具有较好的抗盐污染能力。
定量称取不同质量分数的氯化钙加入环保抗高温淡水钻井液体系中，充分搅拌后在密封容器中养护24小时。
将环保抗高温淡水钻井液体系和环保抗高温盐水钻井液体系高速搅拌5分钟后装入高温老化罐中，150℃滚热16小时，用常温中压滤失仪和高温高压滤失仪测定钻井液的滤失量，其结果见表7：
表7
分析上表数据，将不同比例氯化钙按照由小到大加入环保抗高温钻井液之中，测试热滚后钻井液性能，氯化钙最高达到4％时，钻井液流变性和滤失量在较小范围内变化很小，任然保持较好流变性和较低滤失量，说明体系具有较好的抗钙污染能力。
六、环保性能指标测试
通过测试钻井液的急性生物毒性以及可生物降解性来对其环保性能进行评价，其中急性生物毒性评价：采用Microtoxic急性毒性测定仪，来对实施例一至实施例三的EC50值进行测定。可生物降解性对比评价：分别采用BODTrack快速测定仪以及COD测定仪测定本钻井液滤液的BOD5和CODcr值，计算即可得出BOD5/CODcr值，结果见表8所示。
表8
从表8中可以看出，本发明所得的抗高温环保钻井液体系中急性生物毒性(行业要求EC50要大于30000mg/Kg)以及可生物降解性(行业要求BOD5/CODcr要大于0.1)都符合要求，且远远超过行业标准要求，所以其具有良好的环保性。
七、与传统聚磺钻井液的性能指标对比
表9
从表9可以看出，本发明的环保抗高温钻井液与传统聚磺钻井液在相同密度条件下，实施例一至三与聚磺钻井液性能指标对比，流变性能都处于较好状态，但整体粘切要高于聚磺体系，润滑性能相当，但环保抗高温钻井液在中压和高温高压滤失量控制方面要优于聚磺钻井液。
从以上实施例可得出，本发明的钻井液在高温下有着良好的流变、降滤失、抑制、封堵及润滑性能，既能满足深井高温环境下的安全钻探需求，也能解决对环境不友好及影响开发效益的技术难题。
本发明所使用原料的厂家及性能要求如表10。
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虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种泥页岩深井用环保型抗高温钻井液，其特征在于：所述泥页岩深井用环保型抗高温钻井液的原料组分及重量含量如下，水：1000份；钠基膨润土：30～40份；抗高温抑制剂KP共聚物PAC141：2～4份；低粘聚阴离子纤维素：5～10份；黏土表面水化抑制剂：3～5份；低荧光高软化点改性沥青：30～50份；环保生物润滑剂：2～4份；固体聚合醇：15～25份；超细碳酸钙：20～35份；微纳米强封堵剂NANOFSEAL：20～30份；非磺化抗高温降滤失剂：20～30份；重晶石：330～400份；以NaOH调节pH值至8.5～10；
所述非磺化抗高温降滤失剂的原料包括苯乙烯、酰胺、丙烯酸、偶氮二异丁腈和纳米二氧化硅，并以水为连续相，在乳化剂辛基苯酚聚氧乙烯醚OP-10的细乳化超声作用下反应生成的一种共聚物；质量比为，苯乙烯：酰胺：丙烯酸=7:（1～5）:（1～5），所述苯乙烯、酰胺和丙烯酸的总质量与纳米二氧化硅的质量比为（1～5）:1；
所述酰胺是丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N，N-二乙基丙烯酰胺、N-乙烯基乙烯胺、N-乙烯基甲基乙酰胺、N-乙烯基乙基乙酰胺、双丙酮丙烯酰胺、N，N´-亚甲基双丙乙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺中的一种或多种；
所述纳米二氧化硅在使用前在硅烷偶联剂3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的作用下进行表面改性。
2.根据权利要求1所述的泥页岩深井用环保型抗高温钻井液，其特征在于：所述泥页岩深井用环保型抗高温钻井液的原料组分及重量含量如下，水：1000份；钠基膨润土：30份；抗高温抑制剂KP共聚物PAC141：2份；低粘聚阴离子纤维素：5份；黏土表面水化抑制剂：3份；低荧光高软化点改性沥青：30份；环保生物润滑剂：2份；固体聚合醇：15份；超细碳酸钙：20份；微纳米强封堵剂NANOFSEAL：20份；非磺化抗高温降滤失剂：20份；重晶石：330份；以NaOH调节pH值至8.5。
3.根据权利要求1所述的泥页岩深井用环保型抗高温钻井液，其特征在于：所述泥页岩深井用环保型抗高温钻井液的原料组分及重量含量如下，水：1000份；钠基膨润土：35份；抗高温抑制剂KP共聚物PAC141：3份；低粘聚阴离子纤维素：7份；黏土表面水化抑制剂：4份；低荧光高软化点改性沥青：40份；环保生物润滑剂：3份；固体聚合醇：20份；超细碳酸钙：25份；微纳米强封堵剂NANOFSEAL：25份；非磺化抗高温降滤失剂：25份；重晶石：350份；以NaOH调节pH值至9。
4.根据权利要求1所述的泥页岩深井用环保型抗高温钻井液，其特征在于：所述泥页岩深井用环保型抗高温钻井液的原料组分及重量含量如下，水：1000份；钠基膨润土：40份；抗高温抑制剂KP共聚物PAC141：4份；低粘聚阴离子纤维素：10份；黏土表面水化抑制剂：5份；低荧光高软化点改性沥青：50份；环保生物润滑剂：4份；固体聚合醇：25份；超细碳酸钙：35份；微纳米强封堵剂NANOFSEAL：30份；非磺化抗高温降滤失剂：30份；重晶石：400份；以NaOH调节pH值至10。
5.根据权利要求1所述的泥页岩深井用环保型抗高温钻井液，其特征在于：改性纳米二氧化硅的表面改性步骤包括：
A1、将定量纳米二氧化硅和硅烷偶联剂3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，加入适量的甲苯溶剂中，于室温中搅拌120～180min；
A2、通过离心分离获得改性二氧化硅，并用乙醇进行冲洗，除去多余的硅烷偶联剂；
A3、在真空下干燥后，得到粉末状KH570改性二氧化硅。
6.根据权利要求1所述的泥页岩深井用环保型抗高温钻井液，其特征在于：所述非磺化抗高温降滤失剂的制备步骤如下：
B1、将乳化剂溶于去离子水中，将十六烷HD溶解于苯乙烯单体中，搅拌使十六烷HD全部溶解后，在苯乙烯单体相中加入改性二氧化硅，并在细乳化超声功率为300W的条件下，对苯乙烯单体相进行20min超声细乳化，得到单体细乳液；
B2、将单体细乳液和质量比为10:2的酰胺、丙烯酸的混合溶液均倒入反应器中；
B3、对反应器中的混合溶液进行搅拌并通入氮气15min，用NaOH溶液调节反应器中的混合溶液使pH值范围为7.0～9.0，并升温到聚合温度为50℃后，放入0.5-1.5wt%的偶氮二异丁腈，在偶氮二异丁腈的引发下，聚合得到钻井液用非磺化抗高温降滤失剂。
7.根据权利要求6所述的泥页岩深井用环保型抗高温钻井液，其特征在于：所述乳化剂是烷基酚聚氧乙烯(10)醚、烷基酚聚氧乙烯(7)醚、烷基酚聚氧乙烯(4)醚中的一种或多种。
8.一种如权利要求1所述的泥页岩深井用环保型抗高温钻井液的制备方法，其特征在于，依次包括如下步骤：
S1、先将1000份水与30～40份钠基膨润土混合，在1000～4000rpm的搅拌速度下搅拌30～60分钟后，然后在6000～10000rpm的搅拌速度下搅拌30～40分钟，置于常温下养护24小时，形成混合体1；
S2、在6000～10000rpm的搅拌速度下，向混合体1中缓慢均匀加入2～4份抗高温抑制剂KP共聚物PAC141，搅拌均匀后再加入5～10份低粘聚阴离子纤维素和3～5份黏土表面水化抑制剂，接着边搅拌边均匀加入30～50份低荧光高软化点改性沥青，搅拌均匀后加入2～4份环保生物润滑剂，搅拌均匀后再加入15～25份固体聚合醇，再加入20～30份微纳米强封堵剂NANOFSEAL和20～30份超细碳酸钙，形成混合体2；
S3、以NaOH调节混合体2的pH值至8.5～10后形成混合体3；
S4、在混合体3中加入330～400份重晶石，搅拌均匀后制得水基钻井液基浆；
S5、向水基钻井液基浆中加入20～30份非磺化抗高温降滤失剂并搅拌均匀。
9.根据权利要求8所述的泥页岩深井用环保型抗高温钻井液的制备方法，其特征在于：所述低荧光高软化点改性沥青的软化点大于150℃。
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