[发明专利]水基钻井液用超高粘度聚阴离子纤维素的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚阴离子纤维素生产技术领域，特别涉及一种水基钻井液用超高粘度聚阴离子纤维素的制备方法。

背景技术

钻井液分为油基钻井液和水基钻井液。随着全世界越来越严格的环境法规，水基钻井液因污染小而成为主流。而纤维素类的降滤失剂、流变改性剂，具有来源丰富、可生物降解、污染小的特点，主要产品为羧甲基纤维素钠（CMC-Na）和聚阴离子纤维素（PAC）。它们是迄今为止用量最大，用途最广泛，环境友好的钻井液降滤失剂、流变改性剂。

随着石油勘探向海洋地层下发展，开钻地层条件日趋苛刻，钻井深度在增加。一般讲，钻井深度向下每延伸1000米，井下温度会升高30℃，当井深达4000米时，温度会升高120℃。所以对于钻井液组分的抗高温、耐盐要求越来越高，对降滤失性和粘度值及粘度的抗降解要求也随之提高。普通CMC-Na和PAC已不能满足要求。国内的CMC-Na和PAC生产厂家由于均采用简单的捏合工艺，低倍量乙醇作溶媒。只能生产普通的CMC-Na和PAC产品。这些产品大多只能满足在陆地上和浅井的钻井液的需要。究其原因，是因为国内的反应设备及工艺中，传热不迅速，散热面积小。在碱化和添加氯乙酸时，不可避免地使物料处在强碱性和较高的温度；物料的局部过热导致醚化温度也必然会升高。其后果是纤维素的裂解，粘度的降低，还有醚化反应不均匀等问题。所以国产PAC性能均达不到国外发达国家用异丙醇为溶媒的淤浆法所生产的PAC。为了满足日益增加的海上钻井和其它复杂地层条件的钻井，对国内现有主体设备及工艺进行改进和必要的补充是势在必行。

公告号CN101838333A的发明公开了一种高粘度聚阴离子纤维素的制备方法。该制备方法以精制棉为纤维素原料，包括的步骤有纤维素的碱化、纤维素的加醚化剂混合、纤维素的醚化、中和洗涤、产品的后处理；所述的制备方法还包括交联反应步骤，所述交联反应步骤是在所述纤维素的醚化和所述中和洗涤步骤之间进行，所述交联反应步骤是将交联剂N,N′-亚甲基双丙烯酰胺加入到聚阴离子纤维素中进行交联反应。其中存在的不足之处是：1、碱化前，碱、醇等原料在进捏合机前未经任何处理，只在捏合机里进行10-30min短时间予混，（更长时间也不可能，因为反应物在这一设备里的长期逗留，会严重影响整个生产线的产量），这样，因为起始温度高，纤维素因为碱性裂解又是放热反应，造成碱化起始温度会较高，碱化起始温度是影响产品粘度的关键因素之一，这样会导致最终产品粘度的下降；2、整个碱化期间温度也较高，在15-40℃，较大程度影响了高粘度产品的获得，产品粘度不高，用于水基钻井液时导致滤失量较高，耐盐性能较差。3、醚化剂仍然使用单一的氯乙酸，这样必然会使碱的用量很大，碱化、醚化时反应的放热量较大，导致产品的粘度有较大下降。虽然他们的产品当取代度到达0.99-1.03时，1%水溶液的Brookfield粘度为6300-7000mpa.s的PAC（即取代均匀的CMC）产品，但距离国外的高水平还有差距。

美国专利7，384，892 B2   亦即CN1989219A 的专利采用原棉棉短绒作原料，用异丙醇-甲醇混合溶剂作溶媒，用浆液法制备了取代度到达1.18时，1%水溶液的Brookfield粘度为9913 mpa.s的PAC（即取代均匀的CMC）产品。但国外这种高性能的PAC产品的生产工艺是浆液法，也就是高倍溶剂法。制备PAC成本太高，所用溶剂为异丙醇的价格又是国内CMC厂家所用乙醇溶剂价格的一倍。用浆液法制备的PAC产品在市场上显然缺乏竟争力。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术上存在的上述缺陷，提供一种性能相当于国外高性能的PAC产品的水基钻井液用超高粘度聚阴离子纤维素的制备方法，所制得的聚阴离子纤维素具有超高的粘度，用于水基钻井液时，耐盐性能佳，表观粘度高，滤失量低。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

一种水基钻井液用超高粘度聚阴离子纤维素的制备方法，所述的制备方法步骤如下：

（1）在低温水冷却下，把质量浓度45-50%氢氧化钠水溶液和质量浓度85-95%乙醇水溶液按1:1.4-2.5的重量比搅拌混合均匀，得到8-13℃的醇-碱混合液。

本步骤是本发明的关键发明点之一，本发明突破常规，首先将碱化使用的醇-碱原料在捏合机外进行低温处理，然后再进捏合机与精制棉碱化反应，这样能明显降低碱化反应的温度（尤其是起始时的温度），不会存在局部过热的发生，精制棉碱化的均匀性好，降低了精制棉即纤维素的裂解，从而提高产品粘度。