[发明专利]一种纤维素纳米纤维及含有该组分的无粘土相水基钻井液

说明书

本发明涉及一种纤维素纳米纤维及含有该组分的无粘土相水基钻井液。其技术方案是：包括纤维素纳米纤维、降滤失剂、页岩抑制剂、润滑剂、高温稳定剂、水和加重材料；以1L水的体积为基准，纤维素纳米纤维的含量为1~30g；降滤失剂的含量为20~40g；页岩抑制剂的含量为10~30g；所述高温稳定剂的含量为1~10g；所述润滑剂的含量为20~30g；所述加重材料在每升无粘土相水基钻井液中的含量为100~2000g。有益效果是：本发明在高温180℃老化前后条件下流变性能良好、稳定，动塑比达0.5以上，钻井液剪切稀释性与触变性强，具有“快速弱凝胶”特性，有利于提高大位移井、水平井钻井过程中的钻井液携岩效率。

技术领域

本发明涉及一种石油和天然气行业中钻井液领域，特别涉及一种纤维素纳米纤维及含有该组分的无粘土相水基钻井液。

背景技术

众所周知，油基钻井液具有强抑制性、优良润滑性、高温稳定性以及保护储层等优点，但是日益严格的环保要求和高成本等原因，限制了油基钻井液的推广应用。高性能水基钻井液是近年来发展起来的一种新型水基钻井液体系类型，其综合性能与油基钻井液相当，能更全面地满足复杂井钻井液的防塌、防泥包、防阻卡、有助于提高钻速，并兼顾环保、油保以及降低成本等技术要求。

目前，高性能水基钻井液通常以粘土作为调控钻井液性能的基础材料，钻井液中存在的大量的亚微米粘土颗粒，将会侵入储层内部发生固相堵塞，造成不可逆的储层损害。而无粘土相高性能水基钻井液，不但可以避免粘土颗粒造成的储层损害问题，还有利于提高钻井钻速。其中，增粘提切剂是无粘土相高性能水基钻井液流变性能调控的关键处理剂。目前常用的钻井液增粘提切剂为生物聚合物和合成聚合物，其中生物聚合物具有良好的增粘提切性能，但抗温性较差，当温度超过120℃后便会氧化降解失效，而合成聚合物的剪切稀释性能较差，动塑比较低，且成本高，不满足环保要求。

纤维素纳米纤维是一种可再生、无毒、低成本的天然高分子材料，与传统的纤维素材料相比，具有强度高、模量高、热膨胀系数小、高温稳定性好等优良特性，且原材料来源广泛，制备工艺简单。纤维素纳米纤维能够较好地分散在水溶液中，有效地提高水溶液的粘度与切力，其在无粘土相高性能水基钻井液处理剂方面具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种纤维素纳米纤维及含有该组分的无粘土相水基钻井液，该纤维素纳米纤维的添加可提高无粘土相水基钻井液的粘度和动切力，增强钻井液体系的剪切稀释性与触变性。

本发明提到的一种纤维素纳米纤维及含有该组分的无粘土相水基钻井液，其技术方案是：包括纤维素纳米纤维、降滤失剂、页岩抑制剂、润滑剂、高温稳定剂、水和加重材料；以1L水的体积为基准，所述纤维素纳米纤维的含量为1～30g；所述降滤失剂的含量为20～40g；所述页岩抑制剂的含量为10～30g；所述高温稳定剂的含量为1～10g；所述润滑剂的含量为20～30g；所述加重材料在每升无粘土相水基钻井液中的含量为100～2000g。

优选的，上述纤维素纳米纤维的微观形态为纤丝状，其平均直径为2～50nm，长径比为100～1000。

优选的，上述纤维素纳米纤维为羧甲基纤维素纳米纤维、阳离子纤维素纳米纤维、羟乙基纤维素纳米纤维、羟丙基纤维素纳米纤维或聚阴离子纤维素纤维。

优选的，上述纤维素纳米纤维的制备方法包括以下：

将纤维素纳米纤维的原料配制成体积百分比浓度为1～100g/L的改性纤维素水分散液，利用动态超高压微射流机在均质压力为60～180MPa下，对纤维素或改性纤维素水分散液进行重复处理1～20次，将所得产物进行固液分离、烘干干燥，得到所述纤维素纳米纤维。

优选的，上述降滤失剂为羧甲基淀粉、抗高温淀粉、聚丙烯腈铵盐、磺甲基褐煤或磺甲基酚醛树脂。

优选的，上述页岩抑制剂为聚醚胺、烷基胺、胺基硅醇、腐殖酸钾或氯化钾。