鉆井液的添加劑組合物和適合頁巖氣水平井的水基鉆井液的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及石油化工鉆井領(lǐng)域，公開了一種鉆井液的添加劑組合物，該組合物含有納米封堵劑、仿生固壁劑和仿生頁巖抑制劑，所述納米封堵劑為改性的二氧化硅納米顆粒，其改性基團(tuán)包括丙烯酸類共聚物鏈；所述仿生固壁劑為主鏈上接枝有源自多巴胺的基團(tuán)的羧甲基殼聚糖：所述仿生頁巖抑制劑由精氨酸的結(jié)構(gòu)單元和賴氨酸的結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成。本發(fā)明還提供了含有上述組合物的適合頁巖氣水平井的水基鉆井液。當(dāng)水基鉆井液中含有本發(fā)明的添加劑組合物時，能夠獲得較高抗溫性能、較高封堵性和抑制性且環(huán)保的鉆井液，特別是還能夠使得所得鉆井液獲得較高密度，特別適用于頁巖氣開采。
【專利說明】
鉆井液的添加劑組合物和適合頁巖氣水平井的水基鉆井液
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及石油化工鉆井領(lǐng)域，具體地，設(shè)及鉆井液的添加劑組合物和適合頁巖 氣水平井的水基鉆井液。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著能源消耗的日益增加，頁巖氣、頁巖油等非常規(guī)能源的開發(fā)利用逐漸受到重 視。我國已探明的頁巖油氣藏儲量巨大，勘探開發(fā)價值高。目前開采頁巖氣主要采用長段水 平井，多級分段壓裂的方法，W提高單井產(chǎn)量，提升工業(yè)開采價值。由于頁巖地層水敏性強(qiáng)、 裂縫發(fā)育，鉆井過程中容易出現(xiàn)跨塌、縮徑等復(fù)雜情況，因此開采頁巖氣的鉆井完井液面臨 的主要技術(shù)難題是長段水平井的井壁穩(wěn)定問題。
[0003] 當(dāng)前頁巖層水平井主要采用油基鉆井液，可W較好地解決井壁穩(wěn)定問題。但頁巖 氣單井產(chǎn)出量普遍較低，油基泥漿的成本較高，降低了頁巖氣開采的工業(yè)價值，且油基鉆井 液存在環(huán)保性差、回收成本高、安全性差等問題。水基鉆井液具有成本較低，相對更加環(huán)保， 且易于發(fā)現(xiàn)油氣儲層等優(yōu)點，但常見的水基鉆井液體系井壁穩(wěn)定性差，潤滑防卡能力不足， 限制了水基鉆井液在頁巖油氣開發(fā)中的應(yīng)用。
[0004] 我國頁巖氣普遍埋藏較深，例如四川盆地下寒武統(tǒng)頁巖氣層埋深2000-3500米，地 層壓力大，且存在超高壓油氣層、鹽水層和膏泥巖等復(fù)雜地層，當(dāng)鉆遇含氣量較大且裂縫發(fā) 育的頁巖地層時，氣體溢出量劇增可能會導(dǎo)致井噴、井涌等事故。提高鉆井液密度可W有效 平衡地層壓力，提高井壁穩(wěn)定性，防止復(fù)雜情況發(fā)生。
[0005] 目前，適合頁巖氣開采的水基鉆井液還不夠完善，主要表現(xiàn)在如下幾個方面。
[0006] (1)抗高溫能力有待提高。隨著井深的增加及井底溫度的升高，對水基鉆井液的抗 溫性要求也在逐漸提升。
[0007] (2)密度普遍不高。常規(guī)密度的水基鉆井液已不能滿足高壓地層對鉆井液的密度 要求，而提高鉆井液密度又會帶來諸如流變性差的問題。
[000引（3)抑制性不高。常規(guī)的水基鉆井液已不能很好的抑制頁巖的分散，從而會引起井 壁失穩(wěn)，同時增加抑制性又會帶來諸如流變性和封堵性差的問題。
[0009] (4)封堵性不高。常規(guī)密度的水基鉆井液已不能充分封堵頁巖中的納微米孔隙。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有的水基鉆井液存在的密度較低、抗溫性較差、封堵性 和抑制性較低的缺陷，提供了一種能夠獲得較高密度、較高抗溫性能、較高封堵性和抑制性 的鉆井液的添加劑組合物和水基鉆井液。
[0011] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種鉆井液的添加劑組合物，該組合物含有納米 封堵劑、仿生固壁劑和仿生頁巖抑制劑，
[0012] 所述納米封堵劑為改性的二氧化娃納米顆粒，所述改性的二氧化娃納米顆粒上的 改性基團(tuán)包括丙締酸類共聚物鏈，所述丙締酸類共聚物鏈中的結(jié)構(gòu)單元由下式（1)所示結(jié) 構(gòu)的單體中的一種或多種W及式(2)所示結(jié)構(gòu)的單體中的一種或多種提供；
[0013]
[0014] 其中，r1選自-OH、C1-C10的烷氧基或-N(r3)r2，r2和r3各自獨(dú)立地選自H、C1-C10的 烷基和被取代基取代的C1-C10的烷基，所述取代基為-C00H、-OH、面素和-SO抽中的一種或 多種;L為C0-C10的亞烷基；
[0015] 所述仿生固壁劑為主鏈上接枝有源自多己胺的基團(tuán)的簇甲基殼聚糖，所述源自多 己胺的基團(tuán)如式（1-1)所示：
[0016]
[0017]所述仿生頁巖抑制劑由式(3)所示的結(jié)構(gòu)單元和式(4)所示的結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成：
[001 引
[0019] 式(3)所示的結(jié)構(gòu)單元和式(4)所示的結(jié)構(gòu)單元的摩爾比為0.2-6:1,且所述仿生 頁巖抑制劑的重均分子量為800-4000g/mol。
[0020] 本發(fā)明還提供了含有上述鉆井液添加劑組合物的水基鉆井液。
[0021] 當(dāng)水基鉆井液中含有本發(fā)明的添加劑組合物時，能夠獲得較高抗溫性能、較高封 堵性和抑制性且環(huán)保的鉆井液，特別是還能夠使得所得鉆井液獲得較高密度，特別適用于 頁巖氣開采。是一種適合頁巖氣水平井的水基鉆井液。
[0022] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的【具體實施方式】部分予W詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0023] 附圖是用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具 體實施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：
[0024] 圖1是納米封堵劑制備例1所得的改性的二氧化娃納米顆粒的SEM圖。
【具體實施方式】
[0025] W下對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體 實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0026] 在本文中所披露的范圍的端點和任何值都不限于該精確的范圍或值，運(yùn)些范圍或 值應(yīng)當(dāng)理解為包含接近運(yùn)些范圍或值的值。對于數(shù)值范圍來說，各個范圍的端點值之間、各 個范圍的端點值和單獨(dú)的點值之間，W及單獨(dú)的點值之間可W彼此組合而得到一個或多個 新的數(shù)值范圍，運(yùn)些數(shù)值范圍應(yīng)被視為在本文中具體公開。
[0027] 本發(fā)明中，式（1)所示結(jié)構(gòu)的單體可W是丙締酷胺類單體，W及式(2)所示結(jié)構(gòu)的 單體也可W是丙締酷胺類單體，在運(yùn)種情況下，所述丙締酸類共聚物鏈的結(jié)構(gòu)單元則可W 是由式（1)所示結(jié)構(gòu)的丙締酷胺類單體W及式(2)所示結(jié)構(gòu)的丙締酷胺類單體提供，運(yùn)樣情 況也應(yīng)當(dāng)理解為所述丙締酸類共聚物鏈。
[0028] 本發(fā)明提供一種鉆井液的添加劑組合物，該組合物含有納米封堵劑、仿生固壁劑 和仿生頁巖抑制劑，
[0029] 所述納米封堵劑為改性的二氧化娃納米顆粒，所述改性的二氧化娃納米顆粒上的 改性基團(tuán)包括丙締酸類共聚物鏈，所述丙締酸類共聚物鏈中的結(jié)構(gòu)單元由下式（1)所示結(jié) 構(gòu)的單體中的一種或多種W及式(2)所示結(jié)構(gòu)的單體中的一種或多種提供；
[0030]
[003U 其中，r1選自-OH、C1-C10的烷氧基或-N(r3)r2，r2和r3各自獨(dú)立地選自H、C1-C10的 烷基和被取代基取代的C1-C10的烷基，所述取代基為-C00H、-OH、面素和-SO抽中的一種或 多種;L為C0-C10的亞烷基；
[0032] 所述仿生固壁劑為主鏈上接枝有源自多己胺的基團(tuán)的簇甲基殼聚糖，所述源自多 己胺的基團(tuán)如式（1-1)所示：
[0033]
[0034] 所述仿生頁巖抑制劑由式(3)所示的結(jié)構(gòu)單元和式(4)所示的結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成：
[0035]
[0036] 式(3)所示的結(jié)構(gòu)單元和式(4)所示的結(jié)構(gòu)單元的摩爾比為0.2-6:1,且所述仿生 頁巖抑制劑的重均分子量為800-4000g/mol。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明，盡管所述納米封堵劑、所述仿生固壁劑和所述仿生頁巖抑制劑可W 按照任意比例配合使用，并獲得能夠促進(jìn)鉆井液提高密度、抗溫性能、封堵性和抑制性的添 加劑組合物，但是，為了能夠使得所述納米封堵劑、所述仿生固壁劑和所述仿生頁巖抑制劑 能夠更好地配合，優(yōu)選情況下，所述納米封堵劑、所述仿生固壁劑和所述仿生頁巖抑制劑的 重量比為 100:20-500:20-500，優(yōu)選為 100:30-300:30-300，更優(yōu)選為 100:50-200:50-200， 例如為100:50-100:50-100。特別優(yōu)選地，本發(fā)明的添加劑組合物為所述納米封堵劑、所述 仿生固壁劑和所述仿生頁巖抑制劑的組合。
[0038] 根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)所述改性的二氧化娃納米顆粒上的改性基團(tuán)包括丙締酸類共聚物 鏈后，相當(dāng)于在納米二氧化娃上接枝上所述丙締酸類共聚物鏈，從而能夠通過親疏水集團(tuán)、 氨鍵等非共價鍵形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)及酷胺基的吸附作用，使得所述改性的二氧化娃納米顆 粒在用于鉆井液中作為封堵劑時，不易發(fā)生團(tuán)聚，或者說不會團(tuán)聚形成大顆粒的團(tuán)聚體，保 持較好的分散性，從而在用于注入頁巖中時，能夠較好地封堵頁巖的縫隙等，與所述鉆井液 中的其他組分，特別是與所述組合物中的仿生固壁劑和仿生頁巖抑制劑配合地達(dá)到提高地 層承壓能力、穩(wěn)定井壁、防止井漏、保護(hù)油氣層的目的。
[0039] 為了能夠更好地實現(xiàn)上述目的，優(yōu)選情況下，Ri選自-OHX1-C6的烷氧基或-N(R3) R2，R2和R3各自獨(dú)立地選自Η、C1-C6的烷基和被取代基取代的C1-C6的烷基，所述取代基為- C00H、-0Η和-SO抽中的一種或多種;L為C1-C6的亞烷基。
[0040] 更優(yōu)選地，r1選自-OHX1-C4的烷氧基或-N(R3)R2，R哺R 3各自獨(dú)立地選自H、C1-C4 的烷基和被取代基取代的C1-C4的烷基，所述取代基為-C00H、-OH和-SO抽中的一種或多種； L為C1-C4的亞烷基。
[0041] 更進(jìn)一步優(yōu)選地，Ri選自-OH、甲氧基、乙氧基、丙氧基或-N(R3 )R2，R2和R3各自獨(dú)立 地選自H、甲基、乙基、丙基、異丙基、異下基、叔下基、被取代基取代的甲基、被取代基取代的 乙基、被取代基取代的丙基、被取代基取代的異丙基、被取代基取代的異下基和被取代基取 代的叔下基，所述取代的C1-C4的烷基中的取代基為-C00H和/或-S化H;L為-C出-、-C出- C出-、-C 出-C出-C出-、-CH( C出）-CH2-、-C (CH3) 2-CH2-、-CH2-C (CH3) 2-或-C此-C肥出-C此-。本文 中，L為C0的亞烷基指的是L兩端連接的基團(tuán)直接連接，也可W理解為L不存在或為連接鍵。
[0042] 其中，-N (R3) R2的具體實例例如可W為：-NH-C曲、-畑-邸2-邸3、-畑-((：此）2-(：曲、- NH- (CH2) 3-CH3、-NH-CH( C出）-CH3、-NH-C (CH3) 2-CH3、-NH-C (CH3) 2-C00H、-NH-C (C出）2-C此- SO抽。
[0043] 其中，C1-C10的烷基的具體實例例如可W為：甲基、乙基、丙基、異丙基、下基、異下 基、仲下基、叔下基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基。
[0044] 其中，C1-C10的烷氧基的具體實例例如可W為：甲氧基、乙氧基、丙氧基、異丙氧 基、下氧基、異下氧基、仲下氧基、叔下氧基、戊氧基、己氧基、庚氧基、辛氧基、壬氧基、癸氧 基。
[0045] 根據(jù)本發(fā)明，式（1)所示結(jié)構(gòu)的單體優(yōu)選選自W下式所示的化合物中的一種或多 種：
[0046] 式（1-1)中：Ri為-OH(也稱作丙締酸）；式（1-2)中：Ri為甲氧基（也稱作丙締酸甲 醋）；式（1-3)中：Ri為乙氧基(也稱作丙締酸乙醋）；式（1-4)中：Ri為丙氧基(也稱作丙締酸丙 醋）；式（1 -5)中：Ri為-NH-C出（也稱作N-甲基丙締酷胺）；式（1 -6)中：Ri為-NH-C出-C曲（也稱 作N-乙基丙締酷胺）；式（1-7)中：r1為-NH-C(C出)2-C00H(也稱作2-丙締酷胺-2-甲基丙酸）； 式（1-8)中：Ri為-NH-C(C出)2-C出-S03H(也稱作2-丙締酷胺-2-甲基丙橫酸）。
[0047] 根據(jù)本發(fā)明，式(2)所示結(jié)構(gòu)的單體優(yōu)選選自W下式所示的化合物中的一種或多 種：
[004引式(2-1)中：L為-C出-(也稱作N，N ' -亞甲基雙丙締酷胺）；式(2-2)中：L為-C出-C出- (也稱作N,Ν'-亞乙基雙丙締酷胺）。
[0049]根據(jù)本發(fā)明，在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施方式中，所述丙締酸類共聚物鏈中的結(jié) 構(gòu)單元由下式（1-a)所示結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)單元中的一種或多種W及式(2-a)所示結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)單 元中的一種或多種構(gòu)成：
[(Κ)加 ]
[0051] 其中，Ri和L如上文中所定義的。可w看出，在該優(yōu)選的實施方式中，所述丙締酸類 共聚物鏈為由式（1-a)所示結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)單元中的一種或多種W及式(2-a)所示結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 單元中的一種或多種構(gòu)成的線性共聚物鏈，可W是無規(guī)的線性共聚物鏈，也可W是嵌段的 線性共聚物鏈或交替的線性共聚物鏈，本發(fā)明對此并無特別的限定。但是方便起見，優(yōu)選為 無規(guī)的線性共聚物鏈。
[0052] 其中式（1-a)所示結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)單元和式(2-a)所示結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)單元可W分別根據(jù) 上文中所描述的式(1)所示結(jié)構(gòu)的單體和式(2)所示結(jié)構(gòu)的單體進(jìn)行優(yōu)選。
[0053] 根據(jù)本發(fā)明，盡管所述丙締酸類共聚物鏈由式（1)所示結(jié)構(gòu)的單體提供的結(jié)構(gòu)單 元和式（2)所示結(jié)構(gòu)的單體提供的結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成即可作為二氧化娃納米顆粒上的改性基 團(tuán)，W改性二氧化娃納米顆粒的表面，使得二氧化娃納米顆粒在鉆井液中作為納米封堵劑 時能夠避免顆粒團(tuán)聚成較大顆粒的現(xiàn)象，發(fā)揮改性二氧化娃納米顆粒的封堵效果，但是為 了能夠使得所得的改性的二氧化娃納米顆粒在作為納米封堵劑時能夠發(fā)揮更好的離子兼 容性(主要通過與其他鉆井液添加劑的配合效果來觀察）、高溫穩(wěn)定性、抗鹽性，從而更好地 配合所述組合物中的仿生固壁劑和仿生頁巖抑制劑降低鉆井液濾失量，達(dá)到良好的封堵效 果，解決鉆井井壁失穩(wěn)問題，優(yōu)選情況下，所述丙締酸類共聚物鏈中，所述式（1)所示結(jié)構(gòu)的 單體提供的結(jié)構(gòu)單元和式(2)所示結(jié)構(gòu)的單體提供的結(jié)構(gòu)單元的摩爾比為1:0.5-5，更優(yōu)選 為1:1-2，更進(jìn)一步優(yōu)選為1:1.3-1.6，最優(yōu)選為1:1.5-1.6。
[0054] 根據(jù)本發(fā)明，所述丙締酸類共聚物鏈的分子量可W在較寬范圍內(nèi)變動，只要能夠 獲得上述效果，優(yōu)選情況下，所述丙締酸類共聚物鏈的重均分子量為100000-1500000g/ mol，更優(yōu)選為 120000-1400000g/mol，更進(jìn)一步優(yōu)選為 180000-1000000g/mol，更優(yōu)選為 300000-1000000g/mol，更優(yōu)選為500000-900000g/mol，更優(yōu)選為600000-800000g/mol，例 如為650000-760000g/mol。當(dāng)所述丙締酸類共聚物鏈的重均分子量在上述范圍內(nèi)，特別是 優(yōu)選的范圍內(nèi)時，能夠使得所得的改性的二氧化娃納米顆粒作為納米封堵劑獲得優(yōu)良的性 能。
[0055] 根據(jù)本發(fā)明，所述改性的二氧化娃納米顆粒上具有的丙締酸類共聚物鏈的含量可 W在較寬范圍內(nèi)變動，只要能夠獲得性能優(yōu)良的納米封堵劑即可，優(yōu)選情況下，W所述改性 的二氧化娃納米顆粒的總重量為基準(zhǔn)，所述丙締酸類共聚物鏈的含量為60重量％ ^上，優(yōu) 選為80重量％ ^上，更優(yōu)選為90重量％ ^上，更進(jìn)一步優(yōu)選為90-98重量％，最優(yōu)選為90-95 重量％。
[0056] 根據(jù)本發(fā)明，所述改性的二氧化娃納米顆粒的大小可W根據(jù)巖層的裂縫狀況來進(jìn) 行調(diào)整，但是根據(jù)本領(lǐng)域的常規(guī)認(rèn)知，一般泥頁巖孔喉尺寸平均分布在10-3化m之間，由于 本發(fā)明的改性的二氧化娃納米顆粒作為封堵劑時，能夠在鉆井液中較好地分散，不會形成 大的團(tuán)聚顆粒，因此，本發(fā)明的改性的二氧化娃納米顆?？蒞具有較寬范圍的粒徑，運(yùn)較寬 范圍粒徑下也能夠達(dá)到較好的封堵效果。那么針對該情況，優(yōu)選地，所述改性的二氧化娃納 米顆粒的粒徑為3-30nm，更優(yōu)選為10-30nm。
[0057] 根據(jù)本發(fā)明，作為所述納米封堵劑的所述改性的二氧化娃納米顆?？蒞采用本領(lǐng) 域常規(guī)的方法制得，優(yōu)選地，所述改性的二氧化娃納米顆粒的制備方法：
[0058] (1)在一元醇和偶聯(lián)劑存在下，將式（1)所示結(jié)構(gòu)的單體中的一種或多種和式(2) 所示結(jié)構(gòu)的單體中的一種或多種與二氧化娃納米顆粒進(jìn)行接觸反應(yīng)；
[0059] (2)在氧化還原引發(fā)體系存在下，將所述接觸反應(yīng)的產(chǎn)物進(jìn)行聚合反應(yīng)。
[0060] 根據(jù)本發(fā)明，上述式（1)和式(2)及其中設(shè)及的基團(tuán)如前文中所介紹的，在此不再 寶述。
[0061 ]根據(jù)本發(fā)明，所述改性的二氧化娃納米顆粒的制備方法中，步驟（1)中，對式（1)和 式(2)所示結(jié)構(gòu)的單體的用量并無特別的限定，可W根據(jù)上文所描述的改性的二氧化娃納 米顆粒進(jìn)行選擇，例如為了制得上文中所描述的具有一定摩爾比的結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的丙締酸 類共聚物鏈W及為了獲得上文中所描述的適當(dāng)分子量的丙締酸類共聚物鏈，綜合考慮下， 優(yōu)選地，式（1)所示結(jié)構(gòu)的單體和式(2)所示結(jié)構(gòu)的單體的用量的摩爾比為1:0.5-5,更優(yōu)選 為1:1-2，更進(jìn)一步優(yōu)選為1:1.3-1.6，最優(yōu)選為1:1.5-1.6。例如為了能夠使得所得的改性 的二氧化娃納米顆粒上修飾有的上文中所描述的丙締酸類共聚物鏈，優(yōu)選地，W所述二氧 化娃納米顆粒、式（1)所示結(jié)構(gòu)的單體和式(2)所示結(jié)構(gòu)的單體的總用量為基準(zhǔn)，所述式（1) 所示結(jié)構(gòu)的單體和式(2)所示結(jié)構(gòu)的單體的總用量為60重量％ ^上，優(yōu)選為80重量％ W上， 更優(yōu)選為90重量％ W上，更進(jìn)一步優(yōu)選為90-98重量％，最優(yōu)選為90-95重量％，換言之，所 述二氧化娃納米顆粒的用量為40重量％ W下，優(yōu)選為20重量％ W下，更優(yōu)選為10重量％ W 下，更進(jìn)一步優(yōu)選為2-10重量％，例如為5-10重量％。
[0062] 根據(jù)本發(fā)明，所述改性的二氧化娃納米顆粒的制備方法中，所述二氧化娃納米顆 粒的大小可W根據(jù)所需的改性的二氧化娃納米顆粒的大小進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇，優(yōu)選地，所述 二氧化娃納米顆粒的粒徑為3-30nm，更優(yōu)選為10-30nm。
[0063] 根據(jù)本發(fā)明，所述改性的二氧化娃納米顆粒的制備方法中，步驟（1)中，通過在偶 聯(lián)劑存在下，先將式(1)所示結(jié)構(gòu)的單體中的一種或多種和式(2)所示結(jié)構(gòu)的單體中的一種 或多種與二氧化娃納米顆粒進(jìn)行接觸(例如混合的方式），能夠使得二氧化娃納米顆粒經(jīng)偶 聯(lián)劑的作用形成活性接枝位點，并與式（1)所示結(jié)構(gòu)的單體和式(2)所示結(jié)構(gòu)的單體充分地 接觸，而該接觸反應(yīng)在所述一元醇的存在下，能夠合理地控制運(yùn)樣的接觸反應(yīng)W及控制隨 后的聚合反應(yīng)的速率，使得能夠獲得本發(fā)明所需的不易團(tuán)聚成較大顆粒且具有良好封堵性 質(zhì)的改性的二氧化娃納米顆粒。
[0064] 其中，對所述一元醇的種類并無特別的限定，只要能夠達(dá)到上述效果即可，優(yōu)選 地，所述一元醇為甲醇、乙醇、正丙醇和異丙醇中的一種或多種，更優(yōu)選為異丙醇、正丙醇和 乙醇中的一種或多種。對所述一元醇的用量也無特別的限定，只要能夠控制并優(yōu)化所述接 觸反應(yīng)和聚合反應(yīng)的速率W獲得被丙締酸類共聚物鏈改性的二氧化娃納米顆粒即可。優(yōu)選 地，所述二氧化娃納米顆粒與所述一元醇的用量的重量比為1:5-30，更優(yōu)選為1:8-25，更進(jìn) 一步優(yōu)選為1:10-20,例如1:15-20。
[0065] 其中，對所述偶聯(lián)劑的種類并無特別的限定，只要能夠達(dá)到上述效果即可，例如可 W為硅烷偶聯(lián)劑等中的一種或多種，優(yōu)選為硅烷偶聯(lián)劑，更優(yōu)選為丫 -氨丙基Ξ乙氧基硅烷 (也可稱作KH550)、丫-縮水甘油酸氧丙基Ξ甲氧基硅烷(也可稱作KH560)、丫-(甲基丙締酷 氧)丙基Ξ甲氧基硅烷(也可稱作K冊70)和Ν-(β-氨乙基)-丫-氨丙基Ξ甲氧基硅烷(也可稱 作KH792)中的一種或多種。對所述偶聯(lián)劑的用量也無特別的限定，只要能夠使得二氧化娃 納米顆粒適當(dāng)活化，獲得適量的能夠接枝所述丙締酸類共聚物鏈的位點即可。優(yōu)選地，所述 二氧化娃納米顆粒與所述偶聯(lián)劑的用量的重量比為100:0.2-10,更優(yōu)選為100:0.4-5,更進(jìn) 一步優(yōu)選為100:1-4，最優(yōu)選為100:1.2-3，例如100:1.2-2。
[0066] 根據(jù)本發(fā)明，所述改性的二氧化娃納米顆粒的制備方法中，盡管步驟(1)的實施方 式可W是將一元醇、偶聯(lián)劑、式（1)所示結(jié)構(gòu)的單體中的一種或多種和式(2)所示結(jié)構(gòu)的單 體中的一種或多種與二氧化娃納米顆粒一起加入到反應(yīng)體系中的方式，或者任意分步混合 再一起混合的方式，對此本發(fā)明并無特別的限定。但是為了能夠使得所述接觸反應(yīng)和聚合 反應(yīng)之后能夠獲得更為理想的改性的二氧化娃納米顆粒，優(yōu)選情況下，步驟（1)包括:先將 所述式（1)所示結(jié)構(gòu)的單體和式(2)所示結(jié)構(gòu)的單體進(jìn)行混合(例如在10-4(TC (優(yōu)選20-30 °C)下、在200-500rpm(優(yōu)選250-350巧m)的轉(zhuǎn)速下攬拌10-40min(優(yōu)選20-30min))，并調(diào)節(jié) 所得混合物的抑至7-9,優(yōu)選為7-8,更優(yōu)選為7-7.5(例如可W采用氨氧化鋼、氨氧化鐘、氨 氧化裡等中的一種或多種進(jìn)行調(diào)節(jié)）；然后再在一元醇和偶聯(lián)劑存在下，將該混合物與二氧 化娃納米顆粒進(jìn)行所述接觸反應(yīng)。為了適于鉆井現(xiàn)場的操作，更優(yōu)選地，步驟(1)包括:制得 上述式（1)所示結(jié)構(gòu)的單體和式(2)所示結(jié)構(gòu)的單體的混合物下稱作混合物A);制得所 述一元醇和所述二氧化娃納米顆粒的混合物下稱作混合物B，例如在10-40°C (優(yōu)選20- 30°C)下、在200-500巧m(優(yōu)選250-350巧m)的轉(zhuǎn)速下攬拌10-40min(優(yōu)選20-30min));再將 混合物A和混合物B混合W制得混合物C(例如在10-40°C (優(yōu)選20-30°C )下、在200-50化pm (優(yōu)選250-35化pm)的轉(zhuǎn)速下攬拌10-40min(優(yōu)選20-30min));再在偶聯(lián)劑存在下，將混合物 C進(jìn)行所述接觸反應(yīng)。
[0067] 根據(jù)本發(fā)明，所述改性的二氧化娃納米顆粒的制備方法中，優(yōu)選情況下，步驟（1) 中，所述接觸反應(yīng)的條件包括:溫度為10-40°C(優(yōu)選為20-30°C)，時間為10-60min(優(yōu)選為 20-30min)〇
[0068] 根據(jù)本發(fā)明，所述改性的二氧化娃納米顆粒的制備方法中，步驟(2)中，在所述氧 化還原引發(fā)體系的引發(fā)下，能夠使得式（1)所示結(jié)構(gòu)的單體和式(2)所示結(jié)構(gòu)的單體發(fā)生共 聚，并在二氧化娃納米顆粒上接枝從而制得被上述丙締酸類共聚物鏈接枝的改性的二氧化 娃納米顆粒。一般地，本發(fā)明的丙締酸類共聚物鏈可W理解為線性的聚合物鏈，但本發(fā)明并 非限定于此。
[0069] 根據(jù)本發(fā)明，所述改性的二氧化娃納米顆粒的制備方法中，對所述氧化還原引發(fā) 體系的種類并無特別的限定，只要能夠?qū)崿F(xiàn)上述目的即可，優(yōu)選情況下，所述氧化還原引發(fā) 體系中的還原劑為亞硫酸氨鋼。優(yōu)選情況下，所述氧化還原引發(fā)體系中的氧化劑為過硫酸 錠。其中，所述還原劑和氧化劑的摩爾比優(yōu)選為1:1-5,更優(yōu)選為1:2.5-3。對所述氧化還原 引發(fā)體系的用量并無特別的限定，只要能夠獲得本發(fā)明所需的被上述丙締酸類共聚物鏈接 枝的改性的二氧化娃納米顆粒即可，優(yōu)選情況下，相對于Imol的式（1)所示結(jié)構(gòu)的單體和式 (2)所示結(jié)構(gòu)的單體的總用量，所述氧化還原引發(fā)體系的用量為0.05-lg，更優(yōu)選為0.07- 0.8g，更進(jìn)一步優(yōu)選為0.1-0.4g，更優(yōu)選為0.14-0.3g，例如為0.2-0.28g。
[0070] 根據(jù)本發(fā)明，所述改性的二氧化娃納米顆粒的制備方法中，優(yōu)選情況下，步驟(2) 中，所述聚合反應(yīng)的條件包括:溫度為40-80°C (優(yōu)選為50-70°C，例如60°C)，時間為3-化(優(yōu) 選為4-化）。該聚合反應(yīng)還可W在攬拌下進(jìn)行，例如在200-40化pm的攬拌速度下進(jìn)行。
[0071] 根據(jù)本發(fā)明，所述改性的二氧化娃納米顆粒的制備方法中，為了能夠?qū)⑸鲜龈男?的二氧化娃納米顆粒從所述聚合反應(yīng)的反應(yīng)體系中提取出來，該方法還可W包括將所述聚 合反應(yīng)后的產(chǎn)物進(jìn)行干燥(例如在50-80°C下，優(yōu)選60-70°C下干燥5-20h)并粉碎，W得到所 述改性的二氧化娃納米顆粒。運(yùn)里直接將聚合反應(yīng)后的產(chǎn)物進(jìn)行干燥和粉碎，所得的粉碎 后的粒子即可用作鉆井液中作為納米封堵劑。因此，由上述方法所得的產(chǎn)物直接作為改性 的二氧化娃納米顆粒既包括了在二氧化娃納米顆粒上接枝上丙締酸類共聚物鏈的二氧化 娃顆粒，又包括了顆粒上包覆有丙締酸類共聚物的二氧化娃納米顆粒，W及其他的一些可 能的聚合情況。
[0072] 根據(jù)本發(fā)明，所述仿生固壁劑作用機(jī)理如下:海洋生物貽貝的足絲線能夠在水環(huán) 境下牢固地黏附在巖石表面，而足絲蛋白中含有的一種特殊的氨基酸衍生物-多己胺被證 明是貽貝足絲線具有強(qiáng)水下黏附性能的關(guān)鍵。當(dāng)貽貝將足絲蛋白從體內(nèi)分泌到海底巖石表 面時，足絲蛋白通過多己胺基團(tuán)與海水中化離子發(fā)生交聯(lián)固化反應(yīng)，從而形成具有強(qiáng)黏附 性和內(nèi)聚力的足絲線，將貽貝粘附在巖石表面。模仿貽貝黏附蛋白結(jié)構(gòu)研發(fā)的仿生固壁劑 能夠隨鉆井液與泥頁巖井壁接觸并吸附在泥頁巖表面，并通過多己胺基團(tuán)與泥頁巖表面 Fe3+的絡(luò)合作用，在井壁表面交聯(lián)固化形成一層厚度為lOOym-lmm(隨鉆井液中聚合物濃度 增加而增大）的具有較強(qiáng)黏附性的聚合物膜。該聚合物膜不僅能夠有效阻止鉆井液向地層 的滲透，而且具有一定強(qiáng)度，能夠部分抵消巖石所受的水化應(yīng)力，從而起到封堵井壁泥頁巖 孔隙并提高泥頁巖強(qiáng)度的作用。
[0073] 根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，所述仿生固壁劑含有式(I)所示的結(jié)構(gòu)單元：
[0074]
[0075] 式（I)中，Ri為氨、
或- CH2C00R3，R2為氨
并且Ri和R2中至少一者為
η為m上的整數(shù)，η個Rs各自獨(dú)立地為Η或源自多己胺的基團(tuán)且η個Rs 中至少一者為源自多己胺的基團(tuán)，R4為Η或Cl-打0的烷基，護(hù)'為Η、-C出COOR3'或-C出COOR3，且 R謝護(hù)'不同時為HJ3'為氨或堿金屬，R3為源自多己胺的基團(tuán)。
[0076] 所述仿生固壁劑的重均分子量可^為20000容/111〇1-150000容/111〇1，優(yōu)選為50000容/ mol-lOOOOOg/molo
[0077] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，在式（I)中，R4為C2-C10的烷基，更優(yōu)選為C2-C6的烷基。R4的具 體例子包括但不限于：乙基、丙基、異丙基、下基。
[0078] 根據(jù)本發(fā)明的一種【具體實施方式】，所述仿生固壁劑通過包含W下步驟的方法制備 得到：
[0079] (1)將含有式（III)所示的結(jié)構(gòu)單元的聚合物與通式為R4CH = CHC00H的不飽和簇 酸進(jìn)行接枝共聚反應(yīng)；
[0080] (2)將步驟(1)所制得的聚合物與多己胺和/或鹽酸多己胺進(jìn)行縮合反應(yīng)；
[0081]
[00劇 R'和護(hù)各自獨(dú)立地為Η或-CH2COOR3 '，且R'和護(hù)不同時為Η，R3 '為氨或堿金屬;R4為 Η或C廣Cio的烷基。
[0083] 在上述仿生固壁劑的制備過程中，步驟（1)中所述的接枝共聚反應(yīng)的條件可W包 括:溫度為50-90°C，優(yōu)選為60-80°C ;時間為1-10小時，優(yōu)選為2-6小時;含有式(III)所示的 結(jié)構(gòu)單元的聚合物W徑基計的用量與不飽和簇酸的用量的摩爾比可W為1:0.1-4;優(yōu)選為 1:0.5-3;所述接枝共聚反應(yīng)可W在引發(fā)劑存在下進(jìn)行，引發(fā)劑可W為硝酸姉錠、過硫酸鐘、 過硫酸錠中的一種或多種。
[0084] 所述含有式（III)所示的結(jié)構(gòu)單元的聚合物特別優(yōu)選為簇甲基殼聚糖。所述簇甲 基殼聚糖優(yōu)選W其水溶液的形式與不飽和簇酸混合接觸并進(jìn)行接枝共聚反應(yīng)。簇甲基殼聚 糖水溶液可W通過將簇甲基殼聚糖（重均分子量可W為10000g/mol-80000g/mol))在攬拌 下(攬拌速度可W為100-500轉(zhuǎn)/分鐘)溶解于水中而得到。水的用量只要滿足將簇甲基殼聚 糖完全溶解即可，優(yōu)選地，簇甲基殼聚糖與水的重量比可W為1:20-50。
[0085] 所述不飽和簇酸可W為碳原子數(shù)為3W上的不飽和一元簇酸，所述不飽和簇酸的 碳原子數(shù)優(yōu)選為3-11，更優(yōu)選為3-7。所述不飽和簇酸的具體例子包括但不限于丙締酸和/ 或甲基丙締酸。
[0086] 在上述仿生固壁劑的制備過程中，步驟(2)中所述的縮合反應(yīng)的條件可W包括:溫 度為10-50°C，優(yōu)選為20-40°C;時間為2-48小時，優(yōu)選為6-36小時。步驟（1)所制得的聚合物 (W簇基計）的用量與多己胺和鹽酸多己胺胺基計）的總用量的摩爾比可W為1:0.01- 0.2,優(yōu)選為1:0.02-0.1。所述縮合反應(yīng)可W在催化劑存在下進(jìn)行，該催化劑可W為1-乙基- (3-二甲基氨基丙基)碳酷二亞胺鹽酸鹽和/或N，N'-二異丙基碳二亞胺。
[0087] 根據(jù)本發(fā)明，所述仿生頁巖抑制劑具有高正電荷密度且易于進(jìn)入泥頁巖納米級孔 隙并吸附在粘±礦物表面上，從而能夠更好地壓縮粘±表面雙電層、降低粘±膨脹壓，防止 因粘±膨脹導(dǎo)致的井壁失穩(wěn)。此外，W生物體內(nèi)氨基酸為原料研發(fā)的仿生頁巖抑制劑經(jīng)過 后期的廢棄鉆井液填埋處理后，能夠在較短時間內(nèi)進(jìn)行生物降解，具有良好的環(huán)保性能。從 而能夠較好地配合所述組合物中的納米封堵劑和仿生固壁劑，在用于水基鉆井液中時，促 進(jìn)所得的鉆井液的抗溫性、封堵性和抑制性的提高，且利于獲得高密度的鉆井液，還能保持 較高的環(huán)保性。
[0088] 根據(jù)本發(fā)明，所述仿生頁巖抑制劑的重均分子量為800-4000g/mol，優(yōu)選為1550- 4000g/mol，更優(yōu)選為1600-3300g/mol。通過將本發(fā)明的仿生頁巖抑制劑的重均分子量控制 在上述范圍內(nèi)，能夠使所述仿生頁巖抑制劑很好地擴(kuò)散進(jìn)入埋藏深度大于2000米W上的頁 巖地層平均孔徑在4-lOnm范圍之內(nèi)的細(xì)孔內(nèi)，且仿生頁巖抑制劑在泥頁巖表面具有較高的 吸附量和吸附強(qiáng)度。另外，當(dāng)所述仿生頁巖抑制劑的重均分子量高于4000g/mol時，具有難 W擴(kuò)散進(jìn)入埋藏深度大于2000米W上的頁巖地層平均孔徑在4-lOnm范圍之內(nèi)的細(xì)孔內(nèi)的 問題。而當(dāng)所述仿生頁巖抑制劑的重均分子量低于800g/mol時，其對泥頁巖表面的吸附強(qiáng) 度不充分。所述仿生頁巖抑制劑的分子量的分布指數(shù)Mw/Mn例如可W為1.5-3。
[0089] 根據(jù)本發(fā)明，：
所示的結(jié)構(gòu)單元具有精氨酸的主體化 學(xué)結(jié)構(gòu)，式(4
所示的結(jié)構(gòu)單元具有賴氨酸的主體化學(xué)結(jié)構(gòu)，因此，實際上本 發(fā)明的仿生頁巖抑制劑是一種二元聚氨基酸（即精氨酸和賴氨酸的縮合膚）。本發(fā)明之所W 選用式(3)所示的結(jié)構(gòu)單元和式(4)所示的結(jié)構(gòu)單元來構(gòu)成本發(fā)明的仿生頁巖抑制劑，是因 為一方面，式(3)所示的結(jié)構(gòu)單元和式(4)所示的結(jié)構(gòu)單元為氨基酸的結(jié)構(gòu)，能夠易于被微 生物所降解，因此可W定義為一種"仿生頁巖抑制劑"；另一方面，式(3)所示的結(jié)構(gòu)單元具 有Ξ個可W形成氮正離子的位點（如
式(4)所示的結(jié)構(gòu)單元 具有一個可W形成氮正離子的位點（巧
，從而通過將式(3)所示的結(jié)構(gòu)單 元和式(4)所示的結(jié)構(gòu)單元的組合能夠形成具有合適的陽離子量的優(yōu)越的頁巖抑制性能的 仿生頁巖抑制劑。本發(fā)明對由上述式(3)所示的結(jié)構(gòu)單元和式(4)所示的結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的仿 生頁巖抑制劑的末端沒有特別限定，可W為常規(guī)的基團(tuán)，例如H、徑基或形成的鹽等。
[0090] 根據(jù)本發(fā)明，盡管所述仿生頁巖抑制劑只要具有的重均分子量在800-4000g/mol 范圍內(nèi)，且由特定摩爾比的式(3)所示的結(jié)構(gòu)單元和式(4)所示的結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成即可，但是 為了保證所述仿生頁巖抑制劑更好地發(fā)揮頁巖抑制性能并且隨后能夠更好地被微生物所 降解，優(yōu)選地，式(3)所示的結(jié)構(gòu)單元和式(4)所示的結(jié)構(gòu)單元的摩爾比優(yōu)選為0.3-5:1,更 優(yōu)選為1-5:1，進(jìn)一步優(yōu)選為1-4:1，最優(yōu)選為2-4:1。選用具有上述優(yōu)選摩爾比的式(3)所示 的結(jié)構(gòu)單元和式(4)所示的結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的仿生頁巖抑制劑能夠更好地使得所述仿生頁巖 抑制劑中的式(3)所示的結(jié)構(gòu)單元和式(4)所示的結(jié)構(gòu)單元協(xié)同地助于所述仿生頁巖抑制 劑揮發(fā)其頁巖抑制性和生物可降解性，且具有相對成本較低。
[0091] 本發(fā)明對該二元聚氨基酸的結(jié)構(gòu)沒有特別地限定，可W是有規(guī)則的嵌段共聚物、 部分有規(guī)則的嵌段共聚物和無規(guī)共聚物，為了避免繁瑣的生產(chǎn)工藝，本發(fā)明的仿生頁巖抑 制劑優(yōu)選為無規(guī)共聚物。
[0092] 根據(jù)本發(fā)明的一種【具體實施方式】，所述仿生頁巖抑制劑的制備方法包括:在無機(jī) 酸催化劑存在下，將精氨酸和賴氨酸進(jìn)行縮合反應(yīng)，所述精氨酸的用量和賴氨酸的用量的 摩爾比為0.2-6 :1，所述縮合反應(yīng)條件使得到的仿生頁巖抑制劑的重均分子量為800- 4000g/mol。
[0093] 根據(jù)本發(fā)明，在所述仿生頁巖抑制劑的制備方法中，所述精氨酸可W為L型的、D型 的或兩種的混合物，所述賴氨酸可W為L型的、D型的或兩種的混合物。優(yōu)選采用心精氨酸和 心賴氨酸。
[0094] 根據(jù)本發(fā)明，在所述仿生頁巖抑制劑的制備方法中，對所述精氨酸和賴氨酸的用 量并沒有特別地限定，只要能夠使得所述縮合反應(yīng)的產(chǎn)物的重均分子量為800-4000g/mol 即可，優(yōu)選地，所述精氨酸的用量和賴氨酸的用量的摩爾比為0.3-0.5:1，優(yōu)選為1-5:1，更 優(yōu)選為1 -4:1，最優(yōu)選為2-4:1。
[0095] 根據(jù)本發(fā)明，在所述仿生頁巖抑制劑的制備方法中，所述縮合反應(yīng)在無機(jī)酸催化 劑的存在下進(jìn)行。本申請之所W采用無機(jī)酸催化劑而不是堿性化合物作為催化劑，一個目 的是促進(jìn)精氨酸和賴氨酸的縮合反應(yīng)的進(jìn)行，W更高收率地制得本發(fā)明的仿生頁巖抑制 劑，但同時又可W避免縮合反應(yīng)所得聚合物的分子量過大；另一個目的是為了使得所得聚 合物更大程度上帶有氮正離子，從而為仿生頁巖抑制劑提供陽離子。所述無機(jī)酸催化劑具 體可W是濃度為l-6mol/L的硫酸、硝酸、憐酸和鹽酸中的至少一種，優(yōu)選為憐酸（例如可W 為85-98重量％的濃憐酸）。當(dāng)所述無機(jī)酸催化劑優(yōu)選采用憐酸時，可W更高產(chǎn)率地制得本 發(fā)明的仿生頁巖抑制劑。
[0096] 根據(jù)本發(fā)明，在所述仿生頁巖抑制劑的制備方法中，優(yōu)選地，所述無機(jī)酸催化劑的 用量與精氨酸和賴氨酸的總用量的摩爾比為1:0.3-3，更優(yōu)選為1:0.4-3。
[0097] 根據(jù)本發(fā)明，在所述仿生頁巖抑制劑的制備方法中，優(yōu)選地，所述無機(jī)酸催化劑為 憐酸，且憐酸的用量與精氨酸和賴氨酸的總用量的摩爾比為1:2-3,運(yùn)樣可W獲得更為合適 的重均分子量的仿生頁巖抑制劑。
[0098] 根據(jù)本發(fā)明，在所述仿生頁巖抑制劑的制備方法中，本發(fā)明對所述縮合反應(yīng)的條 件并沒有特別地限定，只要可W在本發(fā)明的精氨酸和賴氨酸的摩爾比下制得重均分子量為 800-4000g/mol的仿生頁巖抑制劑即可，可W采用本領(lǐng)域常規(guī)的合成氨基酸聚合物的條件， 例如在精氨酸和賴氨酸烙化狀態(tài)下進(jìn)行縮合反應(yīng)，優(yōu)選地，所述縮合反應(yīng)的條件包括:溫度 為180-230°C，時間為4-20h。更優(yōu)選地，所述縮合反應(yīng)的條件包括:溫度為195-215°C，時間 為8-16h。
[0099] 根據(jù)本發(fā)明，在所述仿生頁巖抑制劑的制備方法中，本發(fā)明提供的仿生頁巖抑制 劑的制備方法還可W包括在所述縮合反應(yīng)結(jié)束后，將縮合反應(yīng)所得的混合物的pH值調(diào)節(jié)至 6-7。在運(yùn)種情況下，可W采用任何堿性化合物調(diào)節(jié)pH值，例如可W采用堿金屬氨氧化物(如 氨氧化鋼、氨氧化鐘、氨氧化裡）、堿金屬氧化物(如氧化鋼、氧化鐘、氧化裡）、堿金屬碳酸鹽 (如碳酸鋼、碳酸鐘、碳酸裡）、堿金屬碳酸氨鹽(如碳酸氨鋼、碳酸氨鐘等)等中的至少一種。 上述堿性化合物可其溶液的形式使用，也可固體形式(例如粉末、顆粒等，例如氨 氧化鋼粉末)使用。優(yōu)選地，所述堿性化合物W其溶液的形式使用，更優(yōu)選地，所述堿性化合 物的溶液的濃度為1 -1 Omo 1 /L。所述堿性化合物的溶液更優(yōu)選為3-5mo 1 /L的氨氧化鋼的水 溶液、濃度為3-5mol/L的氨氧化鐘的水溶液或飽和碳酸鋼的水溶液。根據(jù)本發(fā)明，為了獲得 所述縮合反應(yīng)所得的聚合物，上述方法還可W包括對調(diào)節(jié)抑值后的溶液進(jìn)行濃縮、烘干和 粉碎。
[0100] 根據(jù)本發(fā)明，在所述仿生頁巖抑制劑的制備方法中，本發(fā)明提供的仿生頁巖抑制 劑的制備方法還優(yōu)選在反應(yīng)完畢后，待溫度降至125°CW下時加入水進(jìn)行溶解步驟，分離所 得水溶液并烘干得到的固體，然后將所得固體再溶解二甲亞諷中，將所得液體蒸干即得本 發(fā)明的仿生頁巖抑制劑。
[0101] 根據(jù)本發(fā)明，所述添加劑組合物還可W含有本領(lǐng)域常規(guī)的用于鉆井液的添加劑， 例如可W包括增粘劑、降濾失劑、防塌劑、填充劑、潤滑劑和加重劑等中的一種或多種。運(yùn)些 其他的添加劑在加入到鉆井液中時，可W認(rèn)為是W本發(fā)明的添加劑組合物的形式形成鉆井 液，當(dāng)然，也可W認(rèn)為是運(yùn)些其他的添加劑獨(dú)立地作為鉆井液的成分，而不是視為本發(fā)明的 組合物的成分，運(yùn)都包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0102 ]本發(fā)明還提供了一種水基鉆井液，該鉆井液含有上述添加劑組合物。
[0103] 根據(jù)本發(fā)明，所述水基鉆井液含有本發(fā)明的添加劑組合物，可W獲得較高的抗溫 性較差、封堵性和抑制性，且可W獲得較高的密度，特別適用于開采包括復(fù)雜地層的頁巖 氣。優(yōu)選情況下，相對于100重量份的所述鉆井液中的水，所述添加劑組合物的含量為10重 量份W下，更優(yōu)選為8重量份W下，更進(jìn)一步優(yōu)選為6重量份W下。在滿足該情況下，相對于 100重量份的所述鉆井液中的水，優(yōu)選地，所述納米封堵劑的含量為5重量份W下(優(yōu)選3重 量份W下，更優(yōu)選2重量份W下，例如為1-2重量份），所述仿生固壁劑的用量為5重量份W下 (優(yōu)選3重量份W下，更優(yōu)選2重量份W下，更進(jìn)一步優(yōu)選0.5-2重量份，例如為0.5-1重量 份），所述仿生頁巖抑制劑的用量為5重量份W下（優(yōu)選3重量份W下，更優(yōu)選2重量份W下， 更進(jìn)一步優(yōu)選0.5-2重量份，例如為0.5-1重量份）。
[0104] 根據(jù)本發(fā)明，所述水基鉆井液還可W含有用于水基鉆井液中的常規(guī)的添加劑，為 了能夠獲得合適的密度，優(yōu)選情況下，該鉆井液還含有填充劑，所述填充劑是由重量比為1: 0.5-3:0.5-3的1600-2500目、1050-1500目和500-1000目的碳酸巧組成，更優(yōu)選地，所述填 充劑是由重量比為1:1-2:1-2的1800-2100目、1100-1250目和700-900目的碳酸巧組成。相 對于100重量份的所述鉆井液中的水，優(yōu)選地，所述填充劑的含量為1-5重量份，更優(yōu)選為2- 4重量份。
[0105] 根據(jù)本發(fā)明，所述水基鉆井液還可W含有用于水基鉆井液中的其他常規(guī)的添加 劑，優(yōu)選情況下，該鉆井液還含有增粘劑、降濾失劑、防塌劑、潤滑劑和加重劑等中的一種或 多種。
[0106] 其中，所述增粘劑能夠提高鉆井液粘切力，例如可W為聚丙締酷胺鐘鹽化PAM)、聚 陰離子纖維素(例如PAC141)和丙締酷胺與丙締酸鋼的共聚物(例如牌號為80A51)中的一種 或多種，優(yōu)選為聚丙締酷胺鐘鹽。相對于100重量份的所述鉆井液中的水，更優(yōu)選地，所述增 粘劑的含量為0.1-0.5重量份，更優(yōu)選為0.1-0.2重量份。
[0107] 其中，所述降濾失劑具有一定防塌封堵和降濾失的作用，例如可W為改性淀粉、橫 化漸青等中的一種或多種，優(yōu)選為改性淀粉。相對于100重量份的所述鉆井液中的水，更優(yōu) 選地，所述降濾失劑的含量為1-5重量份，更優(yōu)選為2-4重量份。
[0108] 其中，所述防塌劑能夠輔助仿生頁巖抑制劑W防止井壁跨塌、提高井壁穩(wěn)定性，例 如可W為腐殖酸鐘化HM)、有機(jī)娃(例如牌號為GF-1)和橫化漸青(例如牌號為FT-IA)中的一 種或多種，優(yōu)選為腐殖酸鐘。相對于100重量份的所述鉆井液中的水，更優(yōu)選地，所述防塌劑 的含量為1 -5重量份，更優(yōu)選為2-4重量份。
[0109] 其中，所述潤滑劑能夠提高鉆井液潤滑性能，防止卡鉆等井下復(fù)雜狀況，例如可W 為橫化油腳(例如牌號為FK-10)、柴油與表面活性劑混合物(如牌號為F畑)和脂肪酸甘油醋 與表面活性劑混合物(如牌號為FK-1)中的一種或多種，優(yōu)選為FK-10。相對于100重量份的 所述鉆井液中的水，更優(yōu)選地，所述潤滑劑的含量為1-5重量份，更優(yōu)選為2-4重量份。
[0110] 其中，所述加重劑的作用為調(diào)節(jié)鉆井液的密度達(dá)到所需密度，例如可W為重晶石 (例如可W為硫酸領(lǐng)含量在90重量％ W上的重晶石）、有機(jī)鹽(wei曲-l、wei曲-2(活性成分 為甲酸鐘）、weigh-3、有機(jī)鋼鹽GD-WT)等中的一種或多種。相對于100重量份的所述鉆井液 中的水，優(yōu)選地，所述加重劑的含量為200-400重量份，更優(yōu)選為330-350重量份。
[0111] 上述添加劑為的各種物質(zhì)可W是市售品，也可W根據(jù)本領(lǐng)域常規(guī)的方法制得，運(yùn) 里不再寶述。
[0112] 根據(jù)本發(fā)明，所述水基鉆井液能夠獲得較高的較高抗溫性能、較高封堵性和抑制 性，且能夠獲得較高的密度，例如該鉆井液具有抗12(TCW上的抗溫性能，其密度為2.3g/ cm3 W上(熱滾前后的密度能夠保持基本不變）。
[0113] W下將通過實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0114] W下實施例和對比例中：
[0115] 重均分子量和分子量分布指數(shù)是采用GPC凝膠色譜（實驗儀器為美國waters公司 的凝膠色譜儀，型號為E2695)進(jìn)行測量。
[0116] 分散于鉆井液中的改性的二氧化娃納米顆粒團(tuán)體的粒徑分布是采用Zeta點位及 激光粒度分析儀(英國馬爾文儀器有限公司)進(jìn)行測量。
[0117] SEM圖是采用日立公司F20場發(fā)射透射電子顯微鏡進(jìn)行測量的。
[0118] 共聚物鏈的含量是指所得的產(chǎn)物中共聚物的含量占整個產(chǎn)物的重量百分比。
[0119] 填充劑是由重量比為1:1:1的2000目、1200目和800目的碳酸巧顆粒構(gòu)成。
[0120] 納米封堵劑制備例1
[0121] (1)將0.12mo 1的丙締酸和0.19mo 1的N，N ' -亞甲基雙丙締酷胺(購自桓臺縣泰利化 工有限公司）于約25°C下、300巧m的轉(zhuǎn)速下攬拌30min，并用氨氧化鋼調(diào)節(jié)抑至7,得到混合 物A1;將0.5g的二氧化娃納米顆粒(購自南京天行新材料有限公司TSP牌號，粒徑約為20nm) 和8g的異丙醇于約25°C下、300rpm的轉(zhuǎn)速下攬拌30min，得到混合物B1;將混合物A1和混合 物B1于約25°C下、300巧m的轉(zhuǎn)速下攬拌30min，得到混合物C1;
[0122] (2)將O.Olg的偶聯(lián)劑丫-氨丙基Ξ乙氧基硅烷(購自桓臺縣泰利化工有限公司的 K冊50牌號）和上述混合物C1混合并在60°C下、200rpm攬拌下反應(yīng)30min;而后加入0.094g的 氧化還原引發(fā)體系（由摩爾比為1:2.5的亞硫酸氨鋼和過硫酸錠組成）并繼續(xù)在60°C下、 20化pm攬拌下進(jìn)行聚合反應(yīng)4h;
[0123] (3)將上述聚合反應(yīng)的產(chǎn)物在70°C下干燥過夜（約2地），并粉碎，得到改性的二氧 化娃納米顆粒S1。
[0124] 經(jīng)紅外、核磁共振氨譜和碳譜分析檢測，該改性的二氧化娃納米顆粒S1上，具有由 摩爾比為1:1.5的式（1-3)所示結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)單元(1?1選自-0^和式(2-3)所示結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)單 元化為-c此-)構(gòu)成的無規(guī)丙締酸類共聚物鏈，該共聚物鏈的含量為92重量％，重均分子量 約為650000g/mol;該改性的二氧化娃納米顆粒S1的粒徑約為23nm，其沈Μ圖見圖1所示。
[0125] 納米封堵劑制備例2
[0126] (l)將0.15mol的丙締酸甲醋和0.2mol的N，N'-亞甲基雙丙締酷胺(購自桓臺縣泰 利化工有限公司）于約30°C下、250巧m的轉(zhuǎn)速下攬拌25min，并用氨氧化鋼調(diào)節(jié)抑至7.5,得 到混合物A2;將Ig的二氧化娃納米顆粒(購自南京天行新材料有限公司TSP牌號，粒徑約為 20nm)和8g的異丙醇于約30°C下、250rpm的轉(zhuǎn)速下攬拌25min，得到混合物B2;將混合物A2和 混合物B2于約30°C下、250巧m的轉(zhuǎn)速下攬拌25min，得到混合物C2;
[0127] (2)將0.012g的偶聯(lián)劑丫-氨丙基Ξ乙氧基硅烷(購自桓臺縣泰利化工有限公司的 K冊50牌號）和上述混合物C2混合并在50°C下、25化pm攬拌下反應(yīng)30min;而后加入0.094g的 氧化還原引發(fā)體系（由摩爾比為1:3的亞硫酸氨鋼和過硫酸錠組成）并繼續(xù)在50°C下、 20化pm攬拌下進(jìn)行聚合反應(yīng)化；
[01%] (3)將上述聚合反應(yīng)的產(chǎn)物在70°C下干燥過夜（約2地），并粉碎，得到改性的二氧 化娃納米顆粒S2。
[0129] 經(jīng)紅外、核磁共振氨譜和碳譜分析檢測，該改性的二氧化娃納米顆粒S2上，具有由 摩爾比為1:1.33的式（1-a)所示結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)單元(Ri選自甲氧基)和式(2-a)所示結(jié)構(gòu)的結(jié) 構(gòu)單元化為-C此-)構(gòu)成的無規(guī)丙締酸類共聚物鏈，該共聚物鏈的含量為94重量％，重均分 子量約為720000g/mol;該改性的二氧化娃納米顆粒S2的粒徑約為26nm。
[0130] 納米封堵劑制備對比例1
[0131] 根據(jù)納米封堵劑制備例1所述的方法，不同的是，步驟(1)中不采用N，N'-亞甲基雙 丙締酷胺，且丙締酸的用量增加至〇.3mol;從而Ξ步后制得改性的二氧化娃納米顆粒DS1。
[0132] 經(jīng)紅外、核磁共振氨譜和碳譜分析檢測，該改性的二氧化娃納米顆粒DS1上，具有 式（1-a)所示結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)單元(Ri選自-OH)形成的無規(guī)聚合物鏈，該聚合物鏈的含量為98重 量％，重均分子量約為1200000g/mol;該改性的二氧化娃納米顆粒DS1的粒徑約為40nm。
[0133] 納米封堵劑制備對比例2
[0134] 根據(jù)納米封堵劑制備例1所述的方法，不同的是，步驟（1)中不采用丙締酸，且N， Ν'-亞甲基雙丙締酷胺的用量增加至0.3mol;從而Ξ步后制得改性的二氧化娃納米顆粒 DS2。
[0135] 經(jīng)紅外、核磁共振氨譜和碳譜分析檢測，該改性的二氧化娃納米顆粒DS2上，具有 式(2-a)所示結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)單元形化為-C此-)成的無規(guī)聚合物鏈，該聚合物鏈的含量為96重 量％，重均分子量約為120000g/mol;該改性的二氧化娃納米顆粒DS2的粒徑約為42nm。
[0136] 仿生固壁劑制備例1
[0137] (1)將1000kg去離子水加入容器中，攬拌下(轉(zhuǎn)速200轉(zhuǎn)/分)加入簇甲基殼聚糖(購 自北京大田豐拓化學(xué)技術(shù)有限公司，具有式（III)所示的結(jié)構(gòu)，重均分子量為52000g/mol， 簇甲基取代度為1.4)50kg，加料完畢后繼續(xù)攬拌直至簇甲基殼聚糖全部溶解，基本沒有絮 狀固體懸浮于溶液中。
[0138] (2)向簇甲基殼聚糖水溶液中加入丙締酸50kg，攬拌5分鐘，然后加入硝酸2kg，繼 續(xù)攬拌5分鐘，直至簇甲基殼聚糖、丙締酸和硝酸溶液混合均勻。然后加入硝酸姉錠4kg，攬 拌直至硝酸姉錠充分溶解。然后將反應(yīng)體系升溫至7(TC，蓋內(nèi)溫度達(dá)到7(TC后開始計時，反 應(yīng)4小時，反應(yīng)完畢后將反應(yīng)蓋冷卻至25°C。第一階段產(chǎn)物應(yīng)為淡黃色透明液體。
[0139] (3)向冷卻后的反應(yīng)體系中加入1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酷二亞胺鹽酸鹽 化g(將化gl-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酷二亞胺鹽酸鹽分為5份，每投入一份，攬拌15分 鐘，然后投入下一份，直至全部投入完畢）。然后室溫攬拌12小時，直至1-乙基-(3-二甲基氨 基丙基)碳酷二亞胺鹽酸鹽完全溶解，產(chǎn)物依然為淡黃色透明溶液。
[0140] (4)向溶解了 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酷二亞胺鹽酸鹽的體系中加入鹽酸 多己胺化g，室溫攬拌下反應(yīng)24小時直至最終反應(yīng)產(chǎn)物仿生固壁劑GBFS-1生成，其為有一定 粘度的淡黃色液體。經(jīng)檢測，反應(yīng)產(chǎn)物仿生固壁劑GBFS-1的重均分子量為84320g/mol。
[0141] 仿生頁巖抑制劑制備例1
[0142] 在195°C下，將0.5mol (87. Ig)的心精氨酸和0.2mol (29.2g)的心賴氨酸攬拌混合， 并加入1.75mol(171.5g)的憐酸(85重量％的憐酸水溶液），并在195°C下反應(yīng)16h。反應(yīng)完畢 后待溫度降至120°C左右時向其中加入200g水，繼續(xù)攬拌20分鐘至產(chǎn)物完全溶解于水中。然 后，將反應(yīng)產(chǎn)物水溶液取出并于120°C左右烘干得到固體，將固體溶于二甲基亞諷中，通過 抽濾將不溶物與溶液分離。然后通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)將溶液蒸干，即得到本發(fā)明的仿生頁巖抑制 劑YZFS-l(91.8)g。通過凝膠滲透色譜測得其重均分子量Mw為1551g/mol，分子量的分布指 數(shù)為1.465。通過其核磁共振氨譜、碳譜分析可知所得聚合物中式(3)所示的結(jié)構(gòu)單元和式 (4)所示的結(jié)構(gòu)單元的摩爾比為2.47:1。
[0143] 實施例1
[0144] 本實施例用于說明本發(fā)明的鉆井液的添加劑組合物和水基鉆井液。
[0145] 配方為：100重量份的水，2重量份的改性的二氧化娃納米顆粒S1，1重量份的仿生 固壁劑GBFS-1，1重量份的仿生頁巖抑制劑YZFS-1，3重量份的填充劑，0.2重量份的聚丙締 酷胺鐘鹽(購自任丘市鴻澤石油化工有限公司K-PAM，W下相同），3重量份的改性淀粉(購自 山東得順源石油科技有限公司的LYS，W下相同），3重量份的腐殖酸鐘(購自北京石大博誠 科技有限公司牌號邸M)，15重量份的有機(jī)鹽（購自河北光大石化有限公司的有機(jī)鋼鹽GD- WT，W下相同），2重量份的潤滑劑（購自上海佑創(chuàng)實業(yè)有限公司FHGT-G牌號的改性憐脂）， 330重量份的重晶石(購自四川正蓉實業(yè)公司牌號重晶石ZR-43);從而制得鉆井液Y1。
[0146] 實施例2
[0147] 本實施例用于說明本發(fā)明的鉆井液的添加劑組合物和水基鉆井液。
[0148] 根據(jù)實施例1所述的配方，不同的是，采用改性的二氧化娃納米顆粒S2代替改性的 二氧化娃納米顆粒S1;從而制得鉆井液Y2。
[0149] 實施例3
[0150] 本實施例用于說明本發(fā)明的鉆井液的添加劑組合物和水基鉆井液。
[0151] 根據(jù)實施例1所述的配方，不同的是，采用的改性的二氧化娃納米顆粒S1為1重量 份，仿生固壁劑GBFS-1為2重量份，仿生頁巖抑制劑YZFS-1為2重量份;從而制得鉆井液Y3。
[0152] 對比例1
[0153] 根據(jù)實施例1所述的配方，不同的是，采用改性的二氧化娃納米顆粒DS1代替改性 的二氧化娃納米顆粒S1;從而制得鉆井液DY1。
[0154] 對比例2
[0155] 根據(jù)實施例1所述的配方，不同的是，采用改性的二氧化娃納米顆粒DS2代替改性 的二氧化娃納米顆粒SI;從而制得鉆井液DY2。
[0156] 對比例3
[0157] 根據(jù)實施例1所述的配方，不同的是，采用未改性的二氧化娃納米顆粒(購自南京 天行新材料有限公司TSP牌號，粒徑約為20nm)代替改性的二氧化娃納米顆粒S1;從而制得 鉆井液DY3。
[015引對比例4
[0159] 根據(jù)實施例1所述的配方，不同的是，不采用仿生固壁劑GBFS-1，從而制得鉆井液 DY4。
[0160] 對比例5
[0161] 根據(jù)實施例1所述的配方，不同的是，采用1重量份的小陽離子(購自天健石油科技 有限公司，牌號為CSM-1)代替仿生頁巖抑制劑YZFS-1;從而制得鉆井液DY5。
[0162] 測試?yán)?
[0163] 鉆井液基本性能測試:分別將上述鉆井液Y1-Y3和DY1-DY5在未進(jìn)行熱滾處理的情 況下和在120°C熱滾1化處理后的情況下，室溫下測試塑性粘度(PV)、表觀粘度(AV)、動切力 (YP)、動塑比、凝膠強(qiáng)度(GEL，即初切/終切）、中壓濾失量(API)、高溫高壓濾失量化?L)、密 度和抑，結(jié)果如表1所示，其中：
[0164] 塑性粘度(PV)是采用范式六速粘度計根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T29170-2012中規(guī)定的方 法進(jìn)行測量的，單位為mPa · s，PV =目6日日-目300。
[0165] 表觀粘度(AV)是采用范式六速粘度計根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T29170-2012中規(guī)定的方 法進(jìn)行測量的，單位為mPa · s，AF = ^馬00
[0166] 動切力(YP)是采用范式六速粘度計根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T29170-2012中規(guī)定的方法 進(jìn)行測量的，ΥΡ = 〇.5(2目300-目6日日），單位為化。
[0167] 動塑比
采用六速旋轉(zhuǎn)粘度計依次讀取Φ 600和Φ 300。
[0168] G化凝膠強(qiáng)度是指鉆井液靜止后形成的凝膠結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，即初切力和終切力的比值， 單位為化/Pa;其中，初切力和終切力是采用范式六速粘度計根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T29170-2012 初巧二0. 5化(1化） 中規(guī)定自妨法進(jìn)誦量亂觸=0.日勵mui) ο
[0169] API是指中壓濾失量，是采用中壓濾失儀根據(jù)SY/T 5621-93標(biāo)準(zhǔn)中的方法進(jìn)行測 量的，單位為mL。
[0170] HTHP是指高溫高壓濾失量，是采用高溫高壓濾失儀根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T29170-2012 中規(guī)定的方法進(jìn)行測量的，單位為mL。
[0171] 表1
[0172]
[0173] 注：7"表示未測量。
[0174] 通過表1可W看出，盡管密度較大，體系中含有大量重晶石，但是本發(fā)明的鉆井液 體系仍具有較好的動塑比，API中壓濾失量和高溫高壓濾失量都比較小，但是更換鉆井液體 系中的納米封堵劑、仿生固壁劑和仿生抑制劑后，所得的鉆井液體系（即對比例DY1-DY5)的 動塑比開始下降，說明體系的流變性變差；同時體系的API中壓濾失量和高溫高壓濾失量變 大，運(yùn)將不利于井壁穩(wěn)定。
[0175] 測試?yán)?
[0176] 熱滾回收率的主要步驟如下:在老化罐加入350mL試液(分別是自來水和W上鉆井 液），稱取6-10目泥頁巖巖屑50g，在120°C的滾子爐中，滾動分散16h;然后用40目篩將回收 巖樣在水中篩洗干凈，將篩余巖樣放入表面皿中，在105Γ烘箱中烘干至恒重;稱重，由下式 計算熱滾回收率(結(jié)果見表2):
[0177] 8=1/50X100%
[017引式中：S-40目篩后的回收率，％ ;M-40目篩的篩余量，g。
[0179] 表2
[0180]
[0181] 通過表2可W看出，本發(fā)明的鉆井液體系巖屑滾動回收率均在99% W上，說明體系 對泥頁巖有較好的抑制作用，更換鉆井液體系中的納米封堵劑、仿生固壁劑和仿生抑制劑 后，所得的鉆井液體系（即對比例DY1-DY5)的巖屑滾動回收率大大減小，抑制性變差。
[0182] 測試?yán)?
[0183] 膨脹性是采用雙通道頁巖膨脹儀根據(jù)SY/T 5613-2000中記載的方法測量的，其 結(jié)果見表3所示，且主要步驟如下：
[0184] 1、巖屯、制備:稱取105°C±2°C下烘干的鋼膨潤±10g，裝入測筒內(nèi)，并將塞桿插入 測筒，在壓力10M化下保持5min。
[0185] 2、空白試驗:將具有巖屯、的測筒安裝在頁巖膨脹測試儀上，把蒸饋水注入測筒，使 其浸泡巖屯、16h，記錄巖屯、的線性膨脹量。
[0186] 3、試液測定:將具有巖屯、的測筒安裝在頁巖膨脹測試儀上，取20mL鉆井液注入測 筒內(nèi)，使其浸泡巖屯、16h，記錄巖屯、的線性膨脹量，按式計算線性膨脹降低率：
[0187] 式中；
[018引B-巖屯、線性膨脹降低率，單位為百分?jǐn)?shù)（％);
[0189] Δ出一蒸饋水浸泡16h后巖屯、的線性膨脹量（即巖屯、增長高度），單位為毫米(mm);
[0190] ΔΗ2-試樣溶液浸泡16h后巖屯、的線性膨脹量（即巖屯、增長高度），單位為毫米 (mm) 〇
[0191] 表3
[0192]
[0193] ~通過表3可W看出，本發(fā)明的鉆井液體系巖屯、線性膨脹降低率均在90% W上，說明' 本發(fā)明的鉆井液有較好的抑制作用，更換鉆井液體系中的納米封堵劑、仿生固壁劑和仿生 抑制劑后，所得的鉆井液體系（即對比例DY1-DY5)的巖屯、線性膨脹降低率大大降低，抑制性 變差。
[0194] 測試?yán)?
[01M]鉆井液的環(huán)保性能主要通過測定重金屬含量、急性生物毒性W及可生物降解性來 進(jìn)行評價。
[0196]重金屬含量對比評價:采用原子巧光儀、等離子質(zhì)譜儀對上述鉆井液濾液進(jìn)行了 重金屬含量評價，結(jié)果見表4所示，其中，表4還給出了GB4284-84《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo) 準(zhǔn)》中的主要重金屬含量的標(biāo)準(zhǔn)要求的限值(見標(biāo)準(zhǔn)值行）。
[0197] 急性生物毒性對比評價:采用Microtoxic急性毒性測定儀，測定了上述鉆井液濾 液的急性生物毒性ECso，結(jié)果見表4所示。
[0198] 可生物降解性對比評價:分別采用BODTrack快速測定儀及COD測定儀測定鉆井液 濾液的B0化和C(?cr值，然后計算得出BC值（即BODs/CODcr)，結(jié)果見表4所示。
[0199] 表4
[0200]
[0201] 注：EC日日急性生物毒性值；B0化/CODcr可生物降解性指數(shù)；B0D日-5d生物耗氧量， mg · L-i;C0Dcr化學(xué)耗氧量mg · [1
[0202] 從表4中可W看出，本發(fā)明所得的鉆井液所得的濾液中重金屬含量低、急性生物毒 性（行業(yè)要求是ECso大于30000mg · kg-i)W及可生物降解性（行業(yè)要求是B0化/CODcr大于 0.1)都要好于對比鉆井液，同時要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)要求，所W本發(fā)明所得的鉆井液具 有較好的環(huán)保性。
[0203] W上詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中 的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可W對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡單變型，運(yùn) 些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0204] 另外需要說明的是，在上述【具體實施方式】中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛 盾的情況下，可W通過任何合適的方式進(jìn)行組合，為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對各種可 能的組合方式不再另行說明。
[0205] 此外，本發(fā)明的各種不同的實施方式之間也可W進(jìn)行任意組合，只要其不違背本 發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。
【主權(quán)項】
1. 一種鉆井液的添加劑組合物，其特征在于，該組合物含有納米封堵劑、仿生固壁劑和 仿生頁巖抑制劑， 所述納米封堵劑為改性的二氧化娃納米顆粒，所述改性的二氧化娃納米顆粒上的改性 基團(tuán)包括丙烯酸類共聚物鏈，所述丙烯酸類共聚物鏈中的結(jié)構(gòu)單元由下式（1)所示結(jié)構(gòu)的 單體中的一種或多種以及式(2)所示結(jié)構(gòu)的單體中的一種或多種提供；其中，R1選自-〇H、Cl-C10的烷氧基或-N(R3)R2, R2和R3各自獨(dú)立地選自HXl-ClO的烷基 和被取代基取代的Cl-ClO的烷基，所述取代基為-COOH、_OH、鹵素和-SO3H中的一種或多種； L為C0-C10的亞烷基； 所述仿生固壁劑為主鏈上接枝有源自多巴胺的基團(tuán)的羧甲基殼聚糖，所述源自多巴胺 的基團(tuán)如式(I-I)所示：所述仿生頁巖抑制劑由式(3)所示的結(jié)構(gòu)單元和式(4)所示的結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成：式(3)所示的結(jié)構(gòu)單元和式(4)所示的結(jié)構(gòu)單元的摩爾比為0.2-6:1，且所述仿生頁巖 抑制劑的重均分子量為800_4000g/mol。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中，所述納米封堵劑、所述仿生固壁劑和所述仿生 頁巖抑制劑的重量比為100:20-500:20-500，優(yōu)選為100:30-300:30-300，更優(yōu)選為100:50-200:50-200。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的組合物，其中，所述丙烯酸類共聚物鏈中的結(jié)構(gòu)單元由下 式（Ι-a)所示結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)單元中的一種或多種以及式(2-a)所示結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)單元中的一種 或多種構(gòu)成：4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項所述的組合物，其中，R1選自-OH、CI-C6的烷氧基或-N (R3)R2，R2和R3各自獨(dú)立地選自H、C1-C6的烷基和被取代基取代的C1-C6的烷基，所述取代基 為-COOH、-OH和-SO 3H中的一種或多種;L為CI-C6的亞烷基； 優(yōu)選地，R1選自-OH、C1-C4的烷氧基或-N(R3 )R2，R2和R3各自獨(dú)立地選自H、C1-C4的烷基 和被取代基取代的C1-C4的烷基，所述取代基為-C00H、-OH和-SO3H中的一種或多種;L為Cl-C4的亞烷基； 更優(yōu)選地，R1選自-OH、甲氧基、乙氧基、丙氧基或-N(R3)R2，R 2和R3各自獨(dú)立地選自H、甲 基、乙基、丙基、異丙基、異丁基、叔丁基、被取代基取代的甲基、被取代基取代的乙基、被取 代基取代的丙基、被取代基取代的異丙基、被取代基取代的異丁基和被取代基取代的叔丁 基，所述取代的(：1<4的烷基中的取代基為-〇)0!1和/或-30 3!1;1^為-〇12-、-〇12-〇12-、-〇1 2-CH2-CH2- ^ -CH (CH3) -CH2- ^ -C (CH3) 2-CH2- ^ -CH2-C (CH3) 2-gSc-CH2-CHCH3-CH2- 〇5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項所述的組合物，其中，所述丙烯酸類共聚物鏈中，所述 式（1)所示結(jié)構(gòu)的單體提供的結(jié)構(gòu)單元和式(2)所示結(jié)構(gòu)的單體提供的結(jié)構(gòu)單元的摩爾比 為 1:0.5-5,優(yōu)選為 1:1-2; 優(yōu)選地，所述丙烯酸類共聚物鏈的重均分子量為100000-1500000g/mol，更優(yōu)選為 120000-1400000g/mol； 優(yōu)選地，以所述改性的二氧化硅納米顆粒的總重量為基準(zhǔn)，所述丙烯酸類共聚物鏈的 含量為60重量％以上，更優(yōu)選為80重量％以上； 優(yōu)選地，所述改性的二氧化娃納米顆粒的粒徑為3-30nm。6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項所述的組合物，其中，所述改性的二氧化硅納米顆粒的 制備方法包括： (1) 在一元醇和偶聯(lián)劑存在下，將式（1)所示結(jié)構(gòu)的單體中的一種或多種和式(2)所示 結(jié)構(gòu)的單體中的一種或多種與二氧化硅納米顆粒進(jìn)行接觸反應(yīng)； (2) 在氧化還原引發(fā)體系存在下，將所述接觸反應(yīng)的產(chǎn)物進(jìn)行聚合反應(yīng)； 優(yōu)選地，步驟（1)包括:先將所述式（1)所示結(jié)構(gòu)的單體和式(2)所示結(jié)構(gòu)的單體進(jìn)行混 合，并調(diào)節(jié)所得混合物的PH至7-9;然后再在一元醇和偶聯(lián)劑存在下，將該混合物與二氧化 娃納米顆粒進(jìn)行所述接觸反應(yīng)； 優(yōu)選地，所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑，優(yōu)選為γ -氨丙基三乙氧基硅烷、γ -縮水甘油醚氧 丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷和Ν-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三 甲氧基硅烷中的一種或多種;所述二氧化硅納米顆粒與所述偶聯(lián)劑的用量的重量比為100: 0.2-10,優(yōu)選為 100:0.4-5; 優(yōu)選地，所述氧化還原引發(fā)體系中的還原劑為亞硫酸氫鈉，所述氧化還原引發(fā)體系中 的氧化劑為過硫酸銨;所述還原劑和氧化劑的摩爾比為1:1-5，優(yōu)選為1:2.5-3;更優(yōu)選地， 相對于Imol的式（1)所示結(jié)構(gòu)的單體和式(2)所示結(jié)構(gòu)的單體的總用量，所述氧化還原引發(fā) 體系的用量為0.05-lg，更優(yōu)選為0.07-0.8g。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的組合物，其中，所述改性的二氧化硅納米顆粒的制備方法中， 步驟（1)中的接觸反應(yīng)的條件包括:溫度為10-40 °C，時間為10_60min;步驟(2)中的聚合反 應(yīng)的條件包括:溫度為40-80 °C，時間為3-6h。8. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的組合物，其中，所述仿生固壁劑含有式（I)所示的結(jié)構(gòu)單 元： F為1以上的整數(shù)，nfR5各自獨(dú)立地為H或所述源自多巴胺的基團(tuán)且nfR5中至少一者為所述 源自多巴胺的基團(tuán)，R4為HSC1-Ciq的烷基，R" '為H、-CH2⑶OR3'或-CH2COOR3，且R1和礦'不同 時為H，R 3 '為氫或堿金屬，Rs為所述源自多巴胺的基團(tuán)。9. 根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的組合物，其中，所述仿生固壁劑的制備方法包括： (1) 將含有式(ΠΙ)所示的結(jié)構(gòu)單元的聚合物與通式為R4CH=CHCOOH的不飽和羧酸進(jìn)行 接枝共聚反應(yīng)； (2) 將步驟(1)所制得的聚合物與多巴胺和/或鹽酸多巴胺進(jìn)行縮合反應(yīng)；R'和R"各自獨(dú)立地為H或-CH2COOR3 '，且R'和R"不同時為H，R3 '為氫或堿金屬;1?4為11或 Cl-ClQ的烷基； 優(yōu)選地，在步驟（1)中，所述接枝共聚反應(yīng)的條件包括:溫度為50-90 °C，時間為1-10小 時;含有式（m)所示的結(jié)構(gòu)單元的聚合物以羥基計的用量與不飽和羧酸的用量的摩爾比 為 1:0.1-4; 優(yōu)選地，在步驟(2)中，所述縮合反應(yīng)的條件包括:溫度為10-50°C，時間為2-48小時;步 驟（1)所制得的聚合物以羧基計的用量與多巴胺和鹽酸多巴胺以胺基計的總用量的摩爾比 為1:0.01-0.2。10. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的組合物，其中，所述仿生頁巖抑制劑通過以下方法制備得 到:在無機(jī)酸催化劑存在下，將精氨酸和賴氨酸進(jìn)行縮合反應(yīng)，所述精氨酸的用量和賴氨酸 的用量摩爾比為〇. 2-6:1，所述縮合反應(yīng)條件使得到的仿生頁巖抑制劑的重均分子量為 800-4000g/mol； 優(yōu)選地，所述縮合反應(yīng)的條件包括:溫度為180-230°C，時間為4-20h; 優(yōu)選地，所述無機(jī)酸催化劑的用量與精氨酸和賴氨酸的總用量的摩爾比為1:0.3-3; 優(yōu)選地，所述無機(jī)酸催化劑為硫酸、硝酸、磷酸和鹽酸中的至少一種。11. 一種水基鉆井液，該鉆井液含有權(quán)利要求1-10中任意一項所述的添加劑組合物。12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的鉆井液，其中，相對于100重量份的所述鉆井液中的水，所述 添加劑組合物的含量為10重量份以下。13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的鉆井液，其中，所述鉆井液的密度為2.3g/cm3以上。
【文檔編號】C09K8/12GK106010478SQ201610340588
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月20日
【發(fā)明人】蔣官澄, 張縣民, 賀銀博, 高德利, 伍賢柱, 楊麗麗, 馬光長, 屈剛, 趙利
【申請人】中國石油大學(xué)(北京)