CN1989219A - 水基钻井液 - Google Patents

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Abstract

一种水基钻井液组合物，包括水和至少一种流变改性剂和/或降滤失剂，以及至少以下其它成分之一：聚合物添加剂、无机盐、分散剂、页岩稳定剂、增重剂或细碎的粘土粒子，具体取决于所要求的特性，其中流变改性剂和/或降滤失剂包括羧甲基化的原棉短绒(CM－RCL)，该CM－RCL由具有增加了的堆密度的捆包原棉短绒或粉碎的原棉短绒制得。

Description

水基钻井液
技术领域
本发明涉及携带阴离子的聚合物在钻井液中的应用。更明确地，本发明涉及羧甲基化的原棉短绒作为有效的添加剂用于控制水基钻井液的流变及/或减少水基钻井液的滤失量的用途。
背景技术
旋转钻井是当今油田中最常用的钻井技术。尽管钻井作业已经成熟，但是因最大化回收能力而带来的经济利益的增加产生了更加复杂的钻井作业，如深水钻井、多井钻井和水平钻井。为了能尽量又快速又经济地完成钻井作业，在钻井项目中必须进行大量的规划和预测。在许多其它指标中，设计具有良好适应性的钻井液是钻井作业成功最关键的因素之一。而钻井液主要取决于所钻的地质层以及与该地层相关的问题。
钻井作业期间，钻井液通过钻杆注入井中，再从井眼壁和钻柱所形成的环形区域流回表面。一旦回到表面，就要对钻井液从物理上和化学上进行处理和调节，然后再将其泵回井中。
钻井装置包括一列底部带有多分叉钻头的钻杆。为了在地层钻孔，这一列钻杆旋转切割岩土。随着钻孔的进行，会堆积起切屑。为了便于钻孔，这些切屑必须不断地从孔底部的钻头附近除去。钻井液通过钻杆泵入下向的钻眼，并且通过钻头上的喷嘴泵出。所产生的切屑由钻井液通过地层和钻杆之间的环形空间从下向钻眼排到表面。取决于连续相是否为水、油、伪油或气，钻井液也称为水基的、油基的、伪油基的、或泡沫基的。出于经济和环境等原因，水基的钻井液比油基或伪油基的钻井液优选。
根据美国石油学会(API)，钻井液定义为一种用于旋转钻井的循环液体，其能起到钻井作业所要求的任何或全部的各种作用(J.L.Lummus和J.J.Azar，在″Drilling Fluids Optimization：A Practical Field Approach″；Penn WellPublishing Company：Tulsa Oklahoma，19-27页，1986)。钻井液的主要作用是：(i)冷却、清洁及润滑钻头，(ii)使钻井作业产生的钻井碎屑悬浮，(iii)将碎屑传送至表面并从钻孔的底部除去，(iv)在孔壁上形成薄而密闭的滤饼，防止液体从孔流向周围地层而导致滤失过多，(v)起到流体柱的作用，施加充足的静液压以平衡地层压力(水、气、油或其它地层流体)，以及(vi)防止塌陷或对钻孔中的其它侵扰。
要起到这些作用，有效的钻井液必须表现出多种特性，如所要求的流变性能(塑性粘度、屈服值和低端(low-end)流变、胶凝强度)、防滤失、各种温度和压力操作条件下的稳定性、抗污染流体的稳定性，所述污染流体如盐水、硫酸钙、接合剂(cement)和钾污染流体等。为了达到上述各种性能，要在钻井液配制品中加入许多种添加剂。它们包括可溶的或不可溶的无机及有机物种，以及溶于水或溶胀于水的粘土和聚合物。
在石油工业中也经常称作泥浆或钻井泥浆(这两个术语将在本文献中交替使用)的钻井液可以根据其主要组成物(连续相)进行分类。连续相可以是水、油、伪油或气。得到的钻井液相应地称作水基泥浆(WBM)、油基泥浆(OBM)、合成基或伪油基泥浆(分别为SBM或POBM)以及泡沫基泥浆。取决于钻井液的类型，连续液相还可以另外含有溶解的有机及无机添加剂，及悬浮的细碎的各种类型的固体。这些泥浆的每一种都各有其优缺点。
油基泥浆
油基泥浆以油为连续相。油常常选自柴油、矿物油和低毒性的矿物油。因为总会存在一些水，油基泥浆必须含有水乳化剂。如果水是故意加入的(出于节约成本的原因)，油基泥浆则称为″逆乳化泥浆″。还加入各种增稠剂和悬浮剂以及重晶石。乳化水可以含有碱和盐。
由于其连续相，OBM公认可以在渗透速率、抑制页岩、井眼稳定性、高润滑性、高热稳定性和高耐盐性方面提供无可比拟的性能特征。然而，OBM在其排放和回收方面受制于严格的环境法规。
伪油基泥浆(合成油基泥浆)
POBM(或SBM)的制造原理与OBM的相同。开发POBM是为了既保持OBM的性能特征又减少对环境的影响。设计这些钻井液的目标是用对环境影响较小的有机液代替柴油或矿物油基。所用的有机液为酯、多烯烃、乙缩醛、醚和直连烷基苯。类似于OBM，POBM也可以含有各种成分，如增稠剂和悬浮剂、乳化剂以及增重剂。
开发POBM从技术上看是为了既保持OBM的性能特征又减少对环境的影响。然而，取决于连续相，其稳定性不如OBM。从环境的角度来看，目前针对POBM的法规正变得和对OBM的一样严格。
气基泥浆
虽然可以使用天然气(甲烷)、废气或燃烧气，但空气是最常用的气体钻井流体。空气被用来产生所谓的″泡沫泥浆″，其中空气气泡被含有如有机聚合物或膨润土的泡沫稳定物质或薄膜增强材料的水膜包围。这类泥浆不进行循环，尤其适用于减压钻井以改善塌陷地层的孔稳定性。然而，这类泥浆对于产生水的或湿的地层的钻探在应用上有一定的局限性，并且其耐盐性也有限。
传统的水基泥浆
它们以水为连续相。水可以含有几种溶解的物质。这些物质包括碱、盐和表面活性剂、胶体状的有机聚合物、乳化油液滴和各种不可溶物，如重晶石、粘土和悬浮液中的切屑。选用的泥浆组合物经常依赖于所能得到的最经济的补充水中的溶解物质，或者依赖于待钻地层中的可溶的或分散的物质。文献中选取并描述了几种泥浆″类型″或″体系″，例如但不限于：开钻泥浆、分散/抗絮凝泥浆、石灰泥浆、石膏泥浆、盐水泥浆、非分散聚合物泥浆、抑制性钾泥浆、阳离子泥浆和混合金属氢氧化物(MMH)泥浆。
尽管从环境方面来看都可接受，但是与OBM/POBM相比，传统的WBM的主要缺点在于其相对较差的页岩抑制、润滑性和热稳定性的特性方面。然而，为了克服这些缺点，可以向WBM组合物中加入特殊的添加剂，以获得虽然不如，但接近OBM/POBM性能的特性，同时将对环境的影响降至最小。
结果，为了在扩展水基钻井液技术性能的同时符合新的环境法规，开发了也称作″抑制性钻井液″的新一代水基钻井液，用以与OBM竞争。同时，为了将对地层的破坏降至最低，已开发出称为“钻井完井液(drill-in-fluid)”的新型非破坏性钻井液，用以在产层(pay zone)地层钻井。
抑制性水基泥浆
尽量减少钻井过程中对环境的影响是钻井作业符合全世界越来越严格的环境法规的非常重要的部分。事实上，这是北海区域的强制性要求。钻井液工业在开发能满足钻挖油井越来越高的技术要求的新型钻井液和辅助添加剂方面已取得了显著的进步。这些添加剂对环境或钻井的经济性几乎没有或没有负面的影响。
已经开发出的新钻井液技术可使在地层破坏、润滑性和井眼稳定性方面的油基性能、进而是渗透速率方面保持连续。通过加入多元醇或硅酸盐作为流体体系中的页岩抑制剂，使这些方面得到了极大的改善。
基于多元醇的流体含有二醇或甘油作为页岩抑制剂。这些多元醇通常与传统的阴离子和阳离子流体一起，用于进一步抑制页岩的膨胀与分散。它们还提供一些润滑性能。
硅酸钠或硅酸钾已知可提供与OBM相当的页岩抑制作用。这类液体的特征在于高pH(＞12)，以保持泥浆体系的最佳稳定性。这类液体的抑制性能的实现方法包括通过硅酸盐与二价离子接触，以及通过配制物中较低的pH而产生沉淀或胶凝，由此提供防止页岩水合与分散的有效的水阻隔物。
钻井完井液
钻井达到总深度后，通常的做法是用完井液代替钻井泥浆。该液体为“洁净的”、不含固体的、(或酸性可溶的)、非破坏性的配制物，目的是尽量减少生产区域渗透性的下降。在开始该地层的生产之前，通常要求用氧化剂、酶或酸性溶液破坏并降解滤饼，并清理原泥浆和完井液的残留物。
现在，许多井都进行长距离的水平开采产层地层。在这些井中不再用常规的含固体的泥浆钻挖生产层，因为其后的清理过程难度要大得多。因此，开发了新一代的钻井完井液。
钻井完井液就是完井液，但同时也起钻井泥浆的作用。由于产层是水平穿透的，所以这些液体除了提供完井液的“非破坏”特性外，还必须满足钻井液的多功能要求。因此，实践中只在穿过产层之前用钻井完井液代替普通的钻井泥浆，并且一直使用普通钻井泥浆到作业结束。
滤失防护是钻井液性能的关键特征。对于水基钻井液，钻井液明显失水或失液到地层中会导致钻井液性能不可逆转的变化，如产生钻孔密度和流变性的不稳定。防滤失性可根据测试钻井液的标准方法(API-RP-13B)在实验室中进行测量。
水基钻井液中可以使用许多种溶于水或溶胀于水的聚合物，如纤维素塑料、淀粉、瓜尔胶、黄原胶，以及丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯腈和2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸(AMPS)的合成聚合物和共聚物。用于建立粘度的最常用聚合物是纤维素塑料、瓜尔胶、黄原胶和聚丙烯酸盐。纤维素塑料中，使用的是羧甲基纤维素(CMC)、聚阴离子纤维素(PAC)和羧甲基羟乙基纤维素(CM-HEC)。其中，CMC和PAC由于其价格和钻井期间的粘度控制(常与黄原胶一起)及液体保持率(常与淀粉一起)性能而最优选使用。它们一般有两个主要等级，其命名为高粘度等级(″Hivis″)和低粘度等级(″Lovis″)。Hivis PAC主要用于粘度控制，其次用于防滤失，Lovis PAC主要用于减少滤过损失；Lovis PAC并不用来影响钻井液体系的粘度。大多数情况下，两种等级在钻井液组合物中一起使用。钻井作业期间，可混合各种不同类型的添加剂来进一步获得钻井液的最佳特性，这些添加剂如CMC、PAC、黄原胶(主流变改性剂)、淀粉(改进的滤过控制)和分散或页岩抑制性能可能要求的其它合成聚合物。
US 5,028,342描述了使用原棉短绒和聚羧酸制造的CMC的混合物用于钻井泥浆中获得了良好的温度稳定性和电解质的高兼容性。该聚合物共混物的制造方法为将原棉短绒和/或木纤维素制造的醇部分工业级CMC(羧甲基取代度＝1.3)与聚丙烯酸均聚物的钠盐溶液进行混合，并对得到的混合物进行干燥。
Muniov等人(B.Kh.Muniov、A.A.Alimov、A Abidkhanov和K.S.Akhmedov，Uzb.Khim.Zh.，No.6，19，1983)用高固含量方法从原棉短绒制备了CMC(DS～0.8)。据说这样制得的CMC可作为油气井中钻井泥浆的稳定剂。
尽管现有等级的CMC和PAC可提供钻井液的许多性能，但还是需要一种能更有效并且经济的起增粘剂和降滤失剂作用的聚合物。
发明内容
本发明涉及一种水基钻井液组合物，该组合物包含水及至少一种增稠剂和/或降滤失剂，以及至少一种其它组分，该组分选自以下组中：无机盐、分散剂、页岩抑制剂和细碎的固体粒子(如：膨润土、凹凸棒石、海泡石、碳酸钙等)，具体取决于所要求的特性，其中所述增稠剂和/或降滤失剂为羧甲基化的原棉短绒(CM-RCL)。CM-RCL作为盐或游离酸离析出。CM-RCL的平衡阳离子可以是锂、钠、钾、钙、铝、钡、镁、铵等或其混合物。
具体实施方式
令人惊讶地发现CM-RCL比现有的CMC或PAC能更有效地增加水基钻井液的粘度，并能提供明显改进的防滤失性能。
原棉短绒(RCL)为天然产生的木质纤维素材料。它是在对棉籽表面除去短纤维后的残留纤维进行剥绒后获得的。除了是葡萄糖的高分子量聚合物的纤维素外，RCL还含有木质素和半纤维素，它们也是高分子量的物种。RCL的一个独特特征是在剥绒过程中其聚合物种类(纤维素、木质素和半纤维素)的分子量和RCL的纤维结构保持不变。形成对比的是，从RCL和木浆中离析纯化的纤维素则涉及热、机械和化学方法，这样会除掉木质素和半纤维素，并且导致所回收的纤维素分子量的重大损失。
从组成上看，RCL含有约80-85％的纤维素、约1.5-2.5％的木质素和约2.5-3.5％的半纤维素(B.Kh.Muniov、A.A.Alimov、A Abidkhanov和K.S.Akhmedov，Uzb.Khim.Zh.，No.6，19，1983)。其余的为种子壳、泥土、现场垃圾、蜡、脂、蛋白、水分及痕量的其它有机杂质。有关木质纤维素材料超微结构的大量实验事实和研究指出，除了其它形式的非共价键合如氢键结合、范德华力、化学吸附等之外，在木质素和半纤维素之间可能也存在共价键(D.Fengel和G.Wegener，Wood：Chemistry，Ultrastructure，Reaction，Walter deGruyter，Berlin，New York，1984；E.E.Harris、E.C.Sherrard和R.Mitchell，J.Am.Chem.Soc，56，889，1934；A.G.Norman，in High Polymers：Cellulose andCellulose Derivatives，E.Ott and H.M.Spurlin(Eds.)，459页，1954；IntersciencePublishers，New York)。现已广泛承认，木质纤维素材料中木质素与半纤维素共价连接，半纤维素又反过来通过氢键结合与纤维素链连接，形成超微结构(T.Koshijima、T.Watanabe和F.Yaku，in″Lignin-Properties and Materials″，ACSSynposium Series No.397，11页，1989；W.G.Glasser和S.Sarkanen(Eds.)，Am.Chem.Soc，Washington，D.C)。由于木质素、半纤维素和纤维素中的分子间连接是三维的，所以木质素-半纤维素部分可以看作是纤维素链之间的连接体。
目前，RCL纤维中的木质素和半纤维素被除去以改善其纯度和白度。然而，除去木质素-半纤维素部分也除去了存在于原RCL纤维中的纤维素链分子间的远程连接。此外，在纯化期间，RCL纤维经过苛刻的化学处理，如在高温及压力下用碱性物质进行蒸煮并用多种氧化剂进行漂白。这些处理导致纤维素链分子量的严重损失。因此，尽管为了增加纤维素含量而有必要进行RCL的纯化，但是为了保留纤维素的分子量、保持纤维素-木质素-半纤维素复合体的超微结构，将半纤维素和木质素与RCL脱除是不令人满意的。
实施本发明时，CM-RCL可以从″现成的″RCL制得，如从头道绒、二道绒、三道绒和″一次绒″的RCL制得。如有必要，种子壳和其它物理粘连在纤维上的杂质可通过机械方法如筛分、离心分离或两者相结合在羧甲基化前基本去除。可在干的或湿的条件下完成将杂质与RCL的分离。
为了制备CM-RCL，RCL可以″原样″使用，或研磨(pulverize)或粉碎至纤维长度被缩短后使用。研磨可以单独进行，或可以在用碱和/或羧甲基化试剂处理RCL时同步进行。重要的是，在研磨步骤中存在于RCL中的聚合物物种不发生明显的分子降解。为了防止这一情况发生，研磨应在惰性气氛中在低温下进行。
为了提高醚化剂的活性，RCL可以用无机或有机碱或其混合物进行处理。无机碱的实例有氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化铵等。强有机碱的实例包括叔胺和季铵的氢氧化物。优选的碱为氢氧化钠。本发明的CM-RCL组合物通过碱化的RCL与羧甲基化试剂如氯代醋酸钠(SCA)反应而制得。SCA也可以原位生成。本发明的CM-RCL可以进一步用非离子基团和离子基团改性以获得其它性能，如改进的耐盐性、提高的粘度、屈服点、胶凝强度和改进的液体保持能力。
可以结合到CM-RCL中的非离子基团的实例包括甲基、乙基、丙基、苄基、C4-C30的疏水基团。C4-C30疏水基团可以为脂族或芳族的。它们也可以是直链或支链的。疏水基团的组成可以是碳氢或碳氟或氟碳氢基或含硅部分。非离子基团也可以通过RCL和/或CM-RCL的烷氧基化结合到CM-RCL中。烷氧基化试剂的实例为环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷、烷基缩水甘油醚、缩水甘油、α-烯烃氧化物等。离子基团的实例为含季氮的基团、磷鎓基团、磺烷基、磺酸基、磷酸基和膦酸基。这些非离子和离子取代基可以直接与存在于RCL中的木质素、纤维素和半纤维素相连。烷基和疏水基团也可以通过酰胺化连接在CM-RCL的羧甲基上，也即，通过酸形式的CM-RCL与烷基胺反应。CM-RCL或其混合衍生物也可以用适当的交联剂进行交联，以进一步改善钻井液中CM-RCL的性能。离子交联剂的实例包括多价金属离子，如铝(lll)、锌(ll)、钙(ll)、镁(II)、钛(IV)、锆(IV)等。可用于共价交联CM-RCL的试剂的实例包括但不限于多卤试剂，如二氯乙酸、三氯乙酸、二卤代链烷烃。交联CM-RCL的其它方法可以是在高温下加热CM-RCL足够长的时间。交联CM-RCL的另一种方法可以是将CM-RCL的部分羧酸钠基团(-CH2COO-Na+)转化成羧酸(-CH2COOH)，然后在高温下将得到的酸化过的CM-RCL干燥足够长的时间。
为了制备本发明的CM-RCL，可以使用任何原棉短绒，如头道绒、二道绒、三道绒或″一次绒″。这些是目前用于制造钻井液中所使用的CMC或PAC的纯化纤维素的低成本替代物。也可以使用RCL和纯化纤维素(木浆和纯化的棉短绒)的混合物。
为了制备本发明的CM-RCL，可以使用多种羧甲基化试剂。这些包括氯乙酸钠、溴乙酸钠、氯乙酸钾、氯乙酸和碱金属氢氧化物及一氯乙酸的酯的混合物。最优选的羧甲基化试剂为氯乙酸和氢氧化钠的混合物。CM-RCL可以是钠盐、钾盐或铵盐，取决于所述方法中使用的碱。CM-RCL的平衡阳离子也可以用适当的离子交换方法改变。
CM-RCL的混合醚衍生物可以通过使CM-RCL与另外的醚化剂进行反应制得。或者，可以采用适当的醚化条件用多于一种的醚化剂同时对RCL进行改性。
醚化既可以在有非活性有机稀释剂存在下进行，也可以在没有稀释剂下进行。有机稀释剂的实例包括甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇、丙酮、甲基·乙基酮、二甲氧基乙烷、烃类溶剂和其它不溶解RCL的极性有机溶剂。上述溶剂可以单独使用，或两种或多种混合使用。这些溶剂中优选为甲醇、异丙醇、叔丁醇和庚烷。如果不使用稀释剂，则RCL可以在高剪切下用碱的水溶液一起喷射，然后用醚化剂醚化。如果醚化剂在15-20℃下为液体，那么最初也可起稀释剂的作用。对于气态的醚化剂，可将其缓慢加入碱化的RCL中，然后加热发生醚化。
本发明的CM-RCL可以通过单一步骤或多步骤的羧甲基化RCL制得。最优选为多步骤羧甲基化RCL。详细情况在实施例部分给出。
为了在水基钻井液中实施利用CM-RCL作为降滤失剂，CM-RCL的羧甲基取代度(CM DS)应为约0.4～约2.2。优选CM DS应为约0.8～1.5，最佳优选CM DS为约1.0～1.2。
CM-RCL可以经过或不经过纯化而用作水基钻井液添加剂。术语″纯化″的定义是除去原棉短绒羧甲基化期间所形成的低分子量副产品。这些副产品可以部分或完全除去。CM-RCL在钻井液中的用量由CM-RCL的纯度决定。CM-RCL越纯，钻井液中需要使用的量就越少。
为了满足所要求的应用性能，如各类水基钻井液的流变性、耐盐性、防滤失性，可对CM-RCL的CM DS和分子量进行针对性调整。可以使用酸、岢性碱和氧的混合物、过氧化物、次氯酸盐、亚氯酸盐、水解纤维素的酶及辐照对CM-RCL进行处理，以降低CM-RCL的分子量。CM-RCL的分子降解可以原位进行，也可以在浆液方法或溶液中离析后进行。
CM-RCL或其混合衍生物可以用合适的溶剂体系进行纯化，以除去醚化期间形成的低分子量副产品。高分子量的非纤维素组分如羧甲基化的木质素和羧甲基化半纤维素继续保持与CM-RCL相连接。
对于CM-RCL或其混合衍生物在能保持其水溶解性和防止分子降解的条件下进行仔细的干燥和粉碎。
本发明的CM-RCL的CM DS下限为约0.4，优选约0.8，更优选为约1.0。CM-RCL的CM DS上限为约2.2，优选约1.5，更优选约1.2。尽管其DS高，据发现本发明样品可提供用4号锭子在30rpm下测得的1％溶液的布氏粘度比目前商购纯棉短绒制造的CMC或PAC所提供的布氏粘度明显更高。
根据本发明，水基钻井泥浆组合物可含有CM-RCL，所述CM-RCL含有铝、亚铁、铁、锌、镍、锡(2)或锡(4)作为平衡阳离子，含有次氨基三乙酸、1，2-环己二胺-N，N，N′，N′-四乙酸、二亚乙基三胺五乙酸、亚乙基二氧-二(亚乙基次氨基)四乙酸、N-(2-羟乙基)-亚乙基二氨基-N，N′，N′-三乙酸、三亚乙基四胺六乙酸或N-(2-羟乙基)亚乙基二胺三乙酸作为配体。平衡阳离子也可以是钙。
本发明还描述了CM-RCL在水基钻井液中的应用。本发明的水基钻井液包含新颖的CM-RCL。为了达到在水基钻井液中要求的和改进的使用性能，CM-RCL或其混合衍生物可以单独使用，也可以和其它可溶解于或溶胀于水的聚合物作为第二降滤失添加剂组合使用，所述第二防滤失添加剂如纤维素醚(CMC、PAC、HEC、CMHEC、阳离子CMC)、淀粉及其衍生物、瓜尔胶及其衍生物、黄原胶、树脂、树脂酸盐化的褐煤、丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸(AMPS)的合成聚合物和共聚物、以及聚二醇。除了这些聚合物外，钻井液还可以任选含有传统上用于水基钻井液中的其它添加剂。这些添加剂包括粘土、电解质、增重剂、二醇、分散剂、絮状物、以及其它水溶性或水溶胀性聚合物等，用以在给定的应用中优化所要求的性能。
聚合物添加剂
有许多种有机聚合物也可以在钻井液中用于多种有用的目的，如控制流变和滤过速率，而这经常与钻井泥浆中粘土粒子的絮凝和聚集程度直接有关。在其它因素中，防滤失性能尤其受井眼地层中抗絮凝且薄的滤饼形成的影响，这些滤饼是由分散良好的粘土悬浮液所产生的。这些聚合物包括但不限于：瓜尔胶及其衍生物、黄原胶、维棱(wellan)胶和其它生物聚合物(即，藻酸盐、角叉菜胶和硬葡聚糖)、淀粉及其衍生物、纤维素醚、褐煤和木质素磺酸盐、以及诸如聚丙烯酸盐和聚丙烯酰胺的合成聚合物。
细碎的粘土粒子
通常使用商购的粘土来增加钻井液的粘度。优选使用蒙脱石类粘土，如蒙脱土(膨润土)，以及混合层类型的，例如混合层的氢氧化物(氢氧化钙)，以及凹凸棒石和海泡石及皂石。膨润土为最优选的粘度增加剂，无论是单独使用或与其它商业粘土组合使用。这些细碎的粘土粒子在钻井液中的用量由钻孔的组成所决定。这些材料可以单独使用，也可以与聚合物添加剂组合使用，其下限范围为基于组合物总重量的一般约1.0lb/bbl(磅/桶)，优选约3.0lb/bbl，更优选5.0lb/bbl。细碎的固体粒子的量的上限为基于组合物总重量的约50.0lb/bbl，优选20.0lb/bbl，更优选10.0lb/bbl。
无机盐
淡水或海水泥浆可以用石膏或石灰进行处理，以减轻钻探对水敏感的页岩或带粘土的地层时可能会引起的钻探问题。石膏泥浆一般保持pH在9～10，而石灰泥浆的pH为12～13。钙处理过的泥浆一般比没有石膏或石灰存在时要求的需要更多添加剂，以控制流动和过滤性能。主要是氯化钾钾离子源被用于与一种或多种聚合物组合使用，以防止与钻挖某些水敏感页岩有关的问题。
页岩稳定剂
不稳定的页岩散落到井眼中时，可以引起挤压和粘结。页岩可能是有活性的、受挤压或破碎的。尽管受压或破碎的页岩与地层的机械应力有关，而活性页岩对水敏感，并会与钻井液相互作用；它们会吸水，并变为受压并且散落到井眼中。当进行没有充分抑制的钻井时，该情况会进一步构成问题。为了控制由于活性页岩而导致的地层不稳定性，经常向泥浆组合物中加入页岩稳定剂。所述页岩稳定剂选自以下组中：部分水解的聚丙烯酰胺(PHPA)、氯化钾、醋酸钾、碳酸钾、氢氧化钾、磺化沥青、吹制沥青(blow asphalt)、硬沥青、聚二醇、聚氨基酸、表面活性剂、阳离子聚合物及混合的金属氢氧化物(MMH)，但不限于此。
分散剂/稀料
分散剂/消絮凝剂(deflocculent)或稀料广泛用于通过分离钻井作业期间聚集或堆积的粘土片，从而破碎絮凝结块。使用这些添加剂的主要目的是降低粘土聚集所产生的胶凝强度和屈服值。石油工业中使用不同种类的可用的分散剂，例如但不限于：褐煤、苛化褐煤、苛化钾褐煤、铬褐煤、木质素磺酸铬、木质素磺酸铁铬、不含铬的木质素磺酸盐、鞣质和改性铬鞣质、低分子量聚丙烯酸盐、四磷酸钠、焦磷酸钠以及磺化的合成聚合物。
由于存在许多种WBM组合物，选择最合适的分散剂尤其要以流体体系的碱度和盐度为基础。例如，多磷酸盐、鞣质和木质素稀料在存在絮凝浓度的盐时不是非常有效。其多价阳离子的沉淀大大降低了其稀释效果。因此，它们主要与氢氧化钠一起用于基于淡水的体系中，形成碱性的可溶性盐。另一方面，木质素磺酸铬可用于从淡水到高盐度的泥浆中，其pH值相当于溶胀膨润土的pH。
增重剂
增重剂用于根据地层压力来控制泥浆密度。尽管重晶石是钻井泥浆中最常用的增重剂，但是也可以根据要求的泥浆重量使用赤铁矿、氧化锰，以及由重质碳酸钙或大理石制备的分级的碳酸钙。
其它功能添加剂
根据钻挖地层的性质及所选的泥浆组合物，钻井液中可以加入许多其它的功能添加剂以满足特殊的技术要求。例如，使用包括二醇、沥青、酯及它们的掺混物的润滑剂，可减少金属-地层及金属-金属的摩擦。另外，腐蚀抑制剂设计成用来保护所有的油田管类制品，帮助保护与钻井液接触的封套、管线和井下工具免受普通腐蚀。腐蚀抑制剂的实例为基于胺的或基于无机硫氰酸盐的添加剂。在钻孔底层中的某些特定情况下，也可以在钻井液中使用氧清除剂(如：亚硫酸氢钾、偏亚硫酸氢钾和亚硫酸钠)及pH控制剂。钻井液中使用的pH控制剂的实例为氢氧化钠(NaOH)、氧化镁(MgO)、碳酸氢钠(NaHCO3)、氧化钙(CaO)、氢氧化钾(KOH)及它们的混合物。
以下实施例用来对本发明在WBM和钻井液中的实践进行详细说明，但无意以任何方法用作对本发明的范围进行限制。
实施例1
将切细的RCL(52.7g；″原样″重量(堆密度～26g/100ml))加入装有异丙醇(IPA)(473g)和甲醇(24g)混合物的反应器中，并搅拌成浆液。密封反应器后，将RCL浆液冷却至20℃，以100～600rpm进行搅拌达到良好、均匀的混合。
使反应器内不含氧，将氢氧化钠溶液(44.97g氢氧化钠溶解在73.4g水中)加入RCL浆液中。得到的RCL浆液在20℃下混合1小时。
然后，将一氯乙酸(MCA)溶液(51.53g MCA溶解在51.53g异丙醇中)加入RCL浆液中，得到的反应混合物在70℃下加热1小时，冷却至室温，然后进行过滤。使深棕色的残留物在80％(w/w)的甲醇/水混合物(800g)中成为浆液，并用冰醋酸(2.7g)进行处理。得到的浆液用80％(w/w)的甲醇/水洗涤三次，然后过滤。其后，将滤饼在流化床干燥器中于25℃下干燥5分钟、50℃下干燥10分钟、70℃下干燥20分钟。
经羧甲基化的原棉短绒(CM-RCL)的羧甲基取代度(CM DS)为1.05。经布氏DV-I+粘度计用#4锭子在30rpm、25℃下测量，所述CM-RCL的1％溶液的布氏粘度为7040cps。
实施例2
用以下组分重复实施例1。用组分1～5对RCL进行碱化。加入组分6～9后，将反应混合物在70℃下加热0.5小时。然后加入组分10和11，得到的反应混合物在70℃下加热45分钟。
1.二道原棉短绒-53.7g(原样)
2.异丙醇-368.2g
3.甲醇-19.5g
4.水-68.8g
5.氢氧化钠(97.6％纯度)-31.26g
6.异丙醇-30.6g
7.水-7.35g
8.一氯乙酸(99.5％纯度)-44g
9.二氯乙酸-0.44g
10.水-2.6g
11.氢氧化钠(97.6％纯度)-8g
CM-RCL的CM DS为～1.18。经布氏DV-I+粘度计用#4锭子在30rpm、25℃下测量，所述CM-RCL的1％溶液的布氏粘度为10,980cPs。
实施例3
用0.88g二氯乙酸重复实施例2。
CM-RCL的CM DS为～1.18。经布氏DV-I+粘度计用#4锭子在30rpm、25℃下测量，所述CM-RCL的1％溶液的布氏粘度为11,700cPs。
实施例4
各种CM-RCL与商业PAC样品的特性比较
为了证明CM-RCL比各种PAC更有效、更有优势，将各种商业上可得到的PAC与本发明的CM-RCL进行性能比较。被测试的商业上可得到的PAC包括标准的和优质的PAC样品。
被测试的标准质量的商业PAC样品为：
a)AquaFLOTMHV PAC(可从Hercules公司的分公司Aqualon Company得到，Wilmington，德国)，
b)CelpolPAC R(可从Noviant得到，Nijmegen，荷兰)，以及
c)StafloRegular PAC(可从Akzo-Nobel得到，Amesfoort，荷兰)。
被评价的优质PAC样品为：
a)AquaPACRegular PAC可从Hercules公司的分公司Aqualon Company得到，Wilmington，德国)，以及
b)CelpolRX PAC(可从Noviant得到)。
在表1中给出这些PAC和CM-RCL的取代度(CM-DS)和1％溶液的布氏粘度(用#4锭子在30rpm、25℃时测得)。
表1：各种CM-RCL和商业PAC的分析数据
 产品 水分％ CM DS     1％溶液的布氏粘度(3)(cPs)
 CM-RCL(1)     5.02     1.18     9913
 AquaPacRegular PAC(2)     5.37     1.03     5010
 CelpolRX PAC     7.54     1.15     4810
 AquaFLOTM HV PAC     7.23     0.91     3400
 CelpolR PAC     7.97     0.91     3320
 StafloRegular PAC     4.55     0.88     2000
(1)根据实施例2所制的3个样品的平均值
(2)4个样品的平均值
(3)用#4锭子在30rpm、25℃时测量
如表1中数据可看出，本发明的CM-RCL样品比现有纯棉短绒制得的PAC样品可提供明显更高的1％溶液的布氏粘度。一般来说，CMC或PAC的溶液粘度随羧甲基取代度(CM DS)的增加而降低。令人惊讶地是发现，CM-RCL样品比现有的CMC或PAC具有更高的溶液粘度，尽管其CM DS为更高。
实施例5
各种CM-RCL与商业PAC样品的钻井液应用性能比较
对本发明的CM-RCL样品和商业上可得到的PAC样品的应用性能通过对其降低典型的油田盐基钻井液的粘度和滤失减少的贡献为基础进行评价。对样品的增粘能力在不含固体的透明钻井液中进行进一步考察。
i)CM-RCL在不含固体的透明钻井液中的评价
所有聚合物样品的溶液粘度都在3种不同的流体体系中进行测量。它们包括去离子水(淡水)、氯化钾(KCl)/海盐水和氯化钠饱和水(SSW)。氯化钾(KCl)/海盐水原液通过将42g的海盐溶解在1000ml去离子水中，然后向358g(350ml)的原液中加入35g KCl而制备。SSW则通过将360g的氯化钠溶解在1000ml去离子水中而制备。然后将适量的聚合物(见表2中的数据)加入350ml(实验室桶当量)的上述透明流体中，用Hamilton Beach搅拌器以～11500rpm混合20分钟。得到的溶液在设定为25℃的水浴中静态老化2小时后，用Fann型粘度计测量溶液的表观粘度。粘度数据表示聚合物溶液的表观粘度(600rpm运行时的仪表读数，对应于1021s-1的剪切速率)。表观粘度以″600rpm的仪表读数除以2″计算出。该表示方法是石油行业中熟知的标准方法。
如表2中数据可见，CM-RCL比现有的标准PAC表现出明显更高的Fann表观粘度，并且至少和由纯棉短绒制得的优质PAC一样高。
表2：不含固体的透明流体中表观粘度的比较
聚合物     Fann表观粘度，cPs
    KCl/海盐水中3lb/bbl(3)时    FW中2lb/bbl时     SSW中2.5lb/bbl时
CM-RCL(1)     73.92    49.17     75.50
AquaPacRegular PAC(2)     67.56    51.81     72.81
CelpolRX PAC     73.50    48.75     75.75
AquaFLOTM HV PAC     58.75    41.25     64.00
CelpolR PAC     55.13    38.50     59.00
StafloRegular PAC     55.75    40.75     61.50
(1)根据实施例2制得的3个样品的平均值
(2)4个样品的平均值
(3)lb/bb＝磅/桶
ii)CM-RCL在含固体的钻井液中的评价
目前，对于评价钻井液中的PAC性能尚没有普遍认可的业界标准测试方法。然而，有各种由经营者和公司所开发的测试方法。CHEVRON石油公司(Houston，TX)开发的测试方法在此称作″CHEVRON″测试方法，该方法被认为是业界已有的最严格的测试方法之一，它可以将优质PAC与表现差的材料区分开来。因此，该方法被用来评价本发明CM-RCL样品的性能。此外，CM-RCL样品还根据Aqualon Company开发的″PAC Superiority″的测试方法进行进一步评价，该方法可以测定PAC为达到特定的过滤控制性能所具有的″真实的″表现效率。
如美国石油学会(API)所定义的，聚合物的过滤控制性能以7bars(100psi)下30分钟后收集到的滤液体积(滤失量)测得。根据两种测试方法(0.75lb/bbl时的″CHEVRON″测试和1.00lb/bbl时的PAC Superiority测试)，本发明的CM-RCL可达到的30分钟API滤液体积的目标优选设定为小于17ml、更优选小于15ml、最优选小于13ml。
ii.a)使用″CHEVRON″测试方法的氯化钾(KCl)/海水基流体中的防滤失性能
将KCl/海水基液体用于评价PAC材料的有效性。表现差的PAC不能得到要求的滤过减少，因此不能满足CHEVRON的规格。测试方法涉及盐原液以及作为基础的用于制造钻井液预水合膨润土悬浮液的制备。
制备原液体积(3500ml)的盐基浆液：用分散搅拌机以8500+/-1000rpm将157.5g KCl和105g海盐溶解在3.5升去离子水中。当盐完全溶解后，将盐原液保存在封闭容器中，直到准备使用。同时，制备预水合的膨润土悬浮液：将350g未处理过的Aquagel膨润土(可从Baroid Drill Fluid，Houston，TX得到)筛分到3.5升的去离子水中，以8500+/-1000rpm进行分散。然后，将得到的膨润土悬浮液放置在封闭容器中，使用前在室温下水合至少16小时。制备测试的钻井液：用Hamilton Beach搅拌器(～11500rpm)将259.5g盐原液加入混合杯中，然后加入106g预水合的膨润土悬浮液和10.5g Rev-dust(可从MilwhiteCompany得到，Houston，TX)。通过加入0.75ml 5N的氢氧化钠溶液将pH调节到11.8～11.9。混合时间过后，将0.75g(校正到8％的水分含量)候选聚合物加入悬浮液中，搅拌20分钟。然后样品在测量前在密闭容器中静态老化16小时。然后通过测量滤失性能来确定候选聚合物的有效性。表现差的聚合物不能得到要求的过滤减少。
表3给出了对于本发明的CM-RCL而言，在100psi的压力下30分钟后收集到的滤液体积，并且将数据与高粘度商业PAC材料的数据进行比较。如表3中数据可见，用CM-RCL可令人惊讶地获得出色的防滤失性能。CM-RCL样品提供的防滤失能力与目前可用的纯棉短绒制得的优质PAC的防滤失能力相比要至少好35％。
表3：KCl/海盐水基钻井液中滤失性的比较
 产品    30分钟API滤失量(ml)
 CM-RCL(1)    11.2
 AquaPacRegular PAC(2)    18.4
 CelpolRX PAC    18.4
 AquaFLOTM HV PAC    35.0
 CelpolR PAC    40.4
 StafloRegular PAC    30.7
(1)根据实施例2所制的3个样品的平均值
(2)4个样品的平均值
ii.b)用″PAC Superiority″测试方法对基于NaCl饱和的钻井液中性能的比较
所述性能测试在含10lb/bbl预水合Aquagel膨润土、10lb/bbl Rev-Dust和不同聚合物浓度的氯化钠饱和的钻井液中进行。Rev-dust用于模拟钻井过程中在钻井液中存在切屑的情况。对PAC材料进行的评价是基于其对钻井液的粘度发展以及减少滤过损失量的作用。
制备试验钻井液：用Hamilton Beach搅拌器(～11500rpm)将125lb/bbl的氯化钠加入含356g(350ml)预水合膨润土的混合杯中，并将得到的混合物搅拌5分钟。然后加入Rev-dust，再搅拌悬浮液5分钟。然后加入PAC材料或CM-RCL，经过20分钟的搅拌。在25℃的水浴中静态老化2小时后再测量Fann表观粘度和滤过损失性能。
ii.b.1)CM-RCL和商业PAC在NaCl饱和的钻井液中的Fann表观粘度
表4给出了钻井液在各种聚合物浓度下的Fann表观粘度。从数据可看出，本发明的CM-RCL所表现出的对钻井液粘度发展的贡献在所有聚合物浓度时都是最大的。令人惊讶地，与目前可用的由纯棉短绒制得的优质PAC相比，CM-RCL形成的表观粘度要高出4cps以上。
表4：CM-RCL和商业PAC在氯化钠饱和的流体中的表观粘度比较
 聚合物    以下聚合物浓度下的Fann表观粘度，cPs：
   1.00lb/bbl     1.25lb/bbl     1.50lb/bbl     2.00lb/bbl
 CM-RCL(1)    20.17     25.58     33.25     48.25
 AquaPacRegular PAC(2)    14.06     20.63     27.88     40.75
 CelpolRX PAC    16.00     21.50     28.00     --
 AquaFLOTM HV PAC    11.75     17.50     22.50     33.00
 CelpolR PAC    11.00     15.75     20.75     --
 StafloRegular PAC    11.50     17.00     22.75     --
(1)根据实施例2所制得的3个样品的平均值
(2)4个样品的平均值
ii.b.2)CM-RCL和商业PAC在氯化钠饱和的钻井液中的防滤失性能
表5给出了各种聚合物浓度时滤失量结果的比较。聚合物浓度与滤过损失性能降低的函数关系符合指数或幂定律趋势。数据表明，当PAC浓度超过1.25lb/bbl时滤液体积的差异不太明显。对于所有的被测PAC和CM-RCL样品，样品之间有效调节过滤性能的最大表现差异主要是在低聚合物浓度时观察到的。与以前所述的用″CHEVRON″测试方法的结果类似，与通过纯棉短绒制得的PAC样品相比，本发明的CM-RCL可在较低用量时(1.0lb/bbl)提供改进的防滤失结果。
表5：CM-RCL和商业PAC在氯化钠饱和钻井液中的防滤失性能比较
 聚合物     Fann表观粘度，cPs
    1.00lb/bbl     1.25lb/bbl     1.50lb/bbl     2.00lb/bbl
 CM-RCL(1)     9.8     8.1     6.4     5.8
 AquaPacRegular PAC(2)     12.8     8.0     6.5     5.7
 CelpolRX PAC     11.4     7.5     6.8     --
 AquaFLOTM HV PAC     17.4     10.5     7.4     6.9
 CelpolR PAC     19.4     12.6     8.0     --
 StafloRegular PAC     17.8     10.0     7.2     --
(1)根据实施例2所制得的3个样品的平均值
(2)4个样品的平均值
ii.b.3)CM-RCL和商业PAC的表现效率的比较
聚合物表现效率的测定用达到10ml时的30分钟API滤过损失所要求的聚合物(PAC或CM-RCL)材料的量来表示。
所需要的各种商业PAC和本发明CM-RCL的聚合物量在表6中给出。从表6中的数据显然可见，与通过纯棉短绒制得的PAC相比，本发明的CM-RCL更有效。CM-RCL的表现说明，它的效率比最接近的竞争PAC至少要高11％。在油田应用中，更高的表现效率可理解为更高的“收率”。聚合物收率定义为在一定的滤过损失性能下1公吨聚合物所能制备的泥浆体积。对于我们的情况，聚合物收率以要求以10ml滤失量为基础进行计算。其计算使用特别的公式(350除以聚合物浓度(1b/bbl)得到10-ml的滤失量)，用m3/MT聚合物来表示。表6的数据清楚表明，与通过纯棉短绒制得的其它PAC材料相比，CM-RCL材料可以得到至少多37m3的具有10ml滤失量的泥浆体积。
表6：达到10ml滤失量(FL)时的CM-RCL和商业PAC的表现效率比较
聚合物   达到10ml FL所需要的聚合物的量(1b/bbl)    PAC收率(具有10ml FL的泥浆体积)(m3/MT) 商业PAC相对于CM＝RCL达到10ml FL时所需要的多出的量(％)
CM-RCL(1)    0.98    358.6
AquaPacRegular PAC(2)    1.14    305.7 +17.3
CelpolRX PAC    1.09    321.2 +11.7
AquaFLOTM HV PAC    1.29    271.3 +32.2
CelpolR PAC    1.39    251.6 +42.6
StafloRegular PAC    1.25    280.0 +28.1
(1)根据实施例2所制得的3个样品的平均值
(2)4个样品的平均值
CM-RCL的优点
总之，与通过常用的纯棉短绒制得的PAC相比，根据本发明的CM-RCL材料在钻井液中的优点在以上所引的实施例中包括：
·在氯化钠(NaCl)饱和的钻井液中的高粘度特征
·在氯化钠(NaCl)饱和的钻井液中达到10ml滤失量体积时更佳的成本效率
·在氯化钠(NaCl)饱和的钻井液中更高的聚合物收率
·在氯化钾(KCl)/海水基泥浆(CHEVRON测试方法)中更好的防滤失性能

Claims (53)

1.一种水基钻井液组合物，该组合物包含水和至少一种流变改性剂和/或降滤失剂，以及至少一种选自以下组中的其它成分：聚合物添加剂、无机盐、分散剂、页岩稳定剂或抑制剂、增重剂和细碎的粘土粒子，取决于所要求的特性，其中所述流变改性剂和/或降滤失剂包含羧甲基化的原棉短绒(CM-RCL)和/或其盐，其中所述聚合物添加剂和/或分散剂不包括选自以下组中的数均分子量不超过3,000的聚羧酸：丙烯酸的均聚物、甲基丙烯酸的均聚物、丙烯酸和甲基丙烯酸的共聚物以及任何前述酸的水溶性盐。
2.权利要求1的水基钻井液组合物，其中无论是基于浓度为0.75lb/bbl的KCl/海水基泥浆的Chevron测试方法还是根据浓度为1.0lb/bbl的PACSuperiority测试方法，所述水基钻井液组合物提供的30分钟API滤液体积均少于17ml。
3.权利要求1的水基钻井液组合物，其中无论是基于浓度为0.75lb/bbl的KCl/海水基泥浆的Chevron测试方法还是根据浓度为1.0lb/bbl的PACSuperiority测试方法，所述水基钻井液组合物提供的30分钟API滤液体积均少于15ml。
4.权利要求l的水基钻井液组合物，其中无论是基于浓度为0.75lb/bbl的KCl/海水基泥浆的Chevron测试方法还是根据浓度为1.0lb/bbl的PACSuperiority测试方法，所述水基钻井液组合物提供的30分钟API滤液体积均少于13ml。
5.权利要求1的水基钻井液组合物，其中所述CM-RCL的羧甲基取代度(CM DS)下限为约0.4。
6.权利要求1的水基钻井液组合物，其中所述CM-RCL的羧甲基取代度(CM DS)下限为约0.8。
7.权利要求1的水基钻井液组合物，其中所述CM-RCL的羧甲基取代度(CM DS)下限为约1.0。
8.权利要求1的水基钻井液组合物，其中所述CM-RCL的羧甲基取代度(CM DS)上限为约2.2。
9.权利要求1的水基钻井液组合物，其中所述CM-RCL的羧甲基取代度(CM DS)上限为约1.5。
10.权利要求1的水基钻井液组合物，其中所述CM-RCL的羧甲基取代度(CM DS)上限为约1.2。
11.权利要求1的水基钻井液组合物，其中存在其它的聚合物添加剂，且该聚合物添加剂选自以下组中：淀粉及其衍生物、瓜尔胶及其衍生物、黄原胶、维棱胶、其它生物聚合物、纤维素醚、分子量大于3000的聚丙烯酸盐、聚丙烯酰胺、褐煤、木质素磺酸盐及它们的混合物。
12.权利要求1的水基钻井液组合物，其中存在无机盐，且该无机盐选自以下组中：碳酸钙、氯化钙、氯化钾、氯化钠、氯化镁及它们的混合物。
13.权利要求1的水基钻井液组合物，其中存在分散剂，且该分散剂选自以下组中：苛化褐煤、苛化钾褐煤、铬褐煤、木质素磺酸铬、木质素磺酸铁铬、不含铬的木质素磺酸盐、鞣质和改性铬鞣质、分子量大于3000的聚丙烯酸盐、四磷酸钠、焦磷酸钠、磺化的合成聚合物及它们的混合物。
14.权利要求1的水基钻井液组合物，其中存在页岩稳定剂或抑制剂，且该页岩稳定剂或抑制剂选自以下组中：部分水解的聚丙烯酰胺(PHPA)、氯化钾、醋酸钾、碳酸钾、氢氧化钾、磺化沥青、吹制沥青、硬沥青、聚二醇、聚氨基酸、表面活性剂、阳离子聚合物、混合的金属氢氧化物(MMH)及它们的混合物。
15.权利要求1的水基钻井液组合物，其中存在增重剂，且该增重剂选自以下组中：重晶石、赤铁矿、氧化锰、重质碳酸钙或大理石生产的分级的碳酸钙及它们的混合物。
16.权利要求1的水基钻井液组合物，其中存在细碎的粘土粒子，且该粘土粒子选自以下组中：膨润土、凹凸棒石、海泡石、皂石及它们的混合物。
17.权利要求1的水基钻井液组合物，其中存在润滑剂，且该润滑剂选自以下组中：二醇、沥青及它们的混合物。
18.权利要求1的水基钻井液组合物，其中存在腐蚀抑制剂，且该腐蚀抑制剂选自以下组中：胺、无机硫氰酸盐及它们的混合物。
19.权利要求18的水基钻井液组合物，其中所述无机硫氰酸盐选自以下组中：硫氰酸钾、硫氰酸钠和硫氰酸铵。
20.权利要求1的水基钻井液组合物，其中还存在第二降滤失剂。
21.权利要求20的水基钻井液组合物，其中所述第二降滤失剂选自以下组中：液体树脂、树脂酸盐化的褐煤、淀粉及其衍生物、纤维素醚、瓜尔胶及其衍生物、聚丙烯酸盐、聚丙烯酰胺、基于2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸(AMPS)的共聚物和聚二醇。
22.权利要求1的水基钻井液组合物，其中所述钻井液还包含生物聚合物作为主流变改性剂。
23.权利要求22的水基钻井液组合物，其中所述生物聚合物选自黄原胶、维棱胶和瓜尔胶。
24.权利要求1的水基钻井液组合物，其中所述钻井液还包含氧清除剂。
25.权利要求1的水基钻井液组合物，其中所述钻井液还包含pH控制剂，所述pH控制剂选自以下组中：氢氧化钠(NaOH)、氧化镁(MgO)、碳酸氢钠(NaHCO3)、氧化钙(CaO)、氢氧化钾(KOH)及它们的混合物。
26.权利要求1的水基钻井液组合物，其中所述CM-RCL含有选自以下组中的成分作为平衡阳离子：钾、锂、钠、钙、铝、钡、镁、铵离子及它们的混合物。
27.权利要求26的水基钻井液组合物，其中含有钾离子作为平衡阳离子的CM-RCL是通过用氢氧化钾碱化原棉短绒，再使该碱化过的原棉短绒与氯乙酸钾反应而制得的。
28.权利要求1的水基钻井液组合物，其中所述CM-RCL含有钡(II)、钙(II)、锶(II)、镁(II)、铬(II)、钛(IV)、铝(III)、铁(II)、铁(III)、锌(II)、镍(II)、锡(II)或锡(IV)与次氨基三乙酸、1，2-环己烷-二胺-N，N，N′，N′-四乙酸、二亚乙基三胺五乙酸、亚乙基二氧-双(亚乙基次氨基)四乙酸、N-(2-羟乙基)-亚乙基二胺基-N，N′，N′-三乙酸、三亚乙基四胺六乙酸或N-(羟乙基)亚乙基二胺三乙酸的盐或其混合物作为配体。
29.权利要求28的水基钻井液组合物，其中盐的量为基于CM-RCL干重的0.1～25重量％。
30.权利要求1的水基钻井液组合物，其中所述CM-RCL含有羟烷基。
31.权利要求30的水基钻井液组合物，其中所述羟烷基选自以下组中：羟乙基、羟丙基和羟丁基。
32.权利要求1的水基钻井液组合物，其中所述CM-RCL含有C1～C30的烷基。
33.权利要求1的水基钻井液组合物，其中所述CM-RCL含有磺乙基。
34.权利要求1的水基钻井液组合物，其中所述CM-RCL用包括季铵基团的阳离子基团改性。
35.权利要求34的水基钻井液组合物，其中使用阳离子试剂结合到所述CM-RCL中的季铵基团选自以下组中：3-氯-2-羟丙基甲基氯化铵、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、3-氯-2-羟丙基二甲基苄基氯化铵、2，3-环氧丙基二甲基苄基氯化铵、3-氯-2-羟丙基二甲基十二烷基氯化铵、3-氯-2-羟丙基二甲基十八烷基氯化铵、3-氯-2-羟丙基二甲基十四烷基氯化铵、3-氯-2-羟丙基二甲基十八烷基氯化铵、3-氯-2-羟丙基二甲基十六烷基氯化铵、3-氯-2-羟丙基二甲基辛基氯化铵、3-氯-2-羟丙基三甲基十二烷基氯化铵、2-氯乙基三甲基氯化铵和2，3-环氧丙基三甲基氯化铵。
36.权利要求34的水基钻井液组合物，其中阳离子改性的CM-RCL的阳离子取代度为约0.0005～约0.9。
37.权利要求1的水基钻井液组合物，其还包含至少一种两性聚合物，该两性聚合物选自以下组中：含季铵基团的部分水解的聚丙烯酰胺、含季铵基团的部分水解的丙烯酰胺-丙烯酸盐共聚物、含季铵基团的羧甲基化的纤维素衍生物、含季铵基团的羧甲基化的淀粉衍生物、含季铵基团的羧甲基化的瓜尔胶衍生物及它们的混合物。
38.权利要求1的水基钻井液组合物，其中所述CM-RCL含有甲基丙烯酸二甲基氨乙基酯基团。
39.权利要求1的水基钻井液组合物，其中所述CM-RCL既含有磺乙基又含有阳离子基团。
40.权利要求1的水基钻井液组合物，其中所述CM-RCL的分子量降低。
41.权利要求40的水基钻井液组合物，其中所述CM-RCL的分子量用降低分子量的试剂对CM-RCL进行处理而降低，该降低分子量试剂的一种选自以下组中：酸、次氯酸盐、亚氯酸盐、岢性碱和氧的混合物、过氧化物、水解纤维素的酶及辐照。
42.权利要求40的水基钻井液组合物，其中所述CM-RCL的分子量降低在溶液或浆液方法中进行。
43.权利要求1的水基钻井液组合物，其中高分子量CM-RCL与分子量降低了的CM-RCL被组合使用，以进一步改善流体控制性能。
44.权利要求1的水基钻井液组合物，其中所述CM-RCL未经纯化。
45.权利要求1的水基钻井液组合物，其中所述CM-RCL经测定为40重量％。
46.权利要求1的水基钻井液组合物，其中所述CM-RCL经测定为65重量％。
47.权利要求1的水基钻井液组合物，其中所述CM-RCL经测定为98重量％。
48.权利要求1的水基钻井液组合物，其中用于制造所述CM-RCL的原棉短绒未经切割。
49.权利要求1的水基钻井液组合物，其中用于制造CM-RCL的原棉短绒被切割。
50.权利要求49的水基钻井液组合物，其中所述切割的原棉短绒为粉碎的原棉短绒纤维的松散体，a)其堆密度为至少8g/100ml，并且b)所述松散体中至少50重量％的纤维通过US标准#10号筛(2mm的开孔)。
51.权利要求1的水基钻井液组合物，其中所述CM-RCL与由纯棉短绒或木浆制得的纤维素醚组合使用。
52.权利要求51的水基钻井液组合物，其中所述纤维素醚选自以下组中：羧甲基纤维素(CMC)、羟乙基纤维素(HEC)、羧甲基羟乙基纤维素(CMHEC)和聚阴离子纤维素(PAC)。
53.权利要求41的水基钻井液组合物，其中所述降低分子量的试剂为过氧化氢或过氧化钠。
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