淀粉/木质素类钻井液高温处理剂的研究

摘要

木质素类化合物是传统的钻井液处理剂，在钻井液表现出较好的降黏的效果；淀粉类化合物是现代环保型钻井液处理剂，在钻井液中表现为增粘、降滤失等优越性，但抗温性较差。为了利用这两类化合物各自在钻井液中表现出的优点，提高淀粉/木质素类化合物在钻井液中的抗温性并扩展应用木质素，本论文通过液相合成法，以淀粉、木质素磺酸盐为主要原料，制备钻井液处理剂，从而在钻井液中表现出一定的抗温性能。 以处理浆的表观黏度AV为评价指标，筛选木质素类复合物的合成原料、复合比例及使用浓度，再采用防膨实验、泥球实验、粘土粒度分析实验及钻井液性能评价实验等，对照评价其作用效能，采用扫描电镜(SEM)、热重分析(TGA)及X-射线衍射(XRD)等手段深入探讨了所合成粘土膨胀抑制剂的作用机理。实验结果表明：在180℃下，三氯化铁与木质素磺酸盐质量比为1:6时，所得复合体（FLSS-3）作为钻井液处理剂的降粘效果最好，在FLSS-3用量为0.3%时，钻井液的降粘率达到了31.42%，兼有一定的抑制性，其线性膨胀率为40.9%，在与PAM和KD-03复配时，表现出较好的配伍性，明显降低了钻井液的表观粘度AV、塑性粘度PV、动切力YP；在180℃下，聚合氯化铝与木质素磺酸盐质量比为1:8时，所得聚铝-木质素磺酸盐复合体（PALS-4）作为钻井液处理剂时，其表观粘度从3.5mPa·s降低至1.4mPa·s，其线性膨胀率降低至47.51%，耐水洗率达到了91.66%。 同样，以处理浆的失水量FL为评价指标，筛选出淀粉类钻井液高温处理剂。实验结果表明：土豆淀粉与玉米淀粉的分解温度为150℃，在该温度下，80-120目的橘子皮与土豆淀粉的质量比为1:3，用量为1.3%时，其滤失量FL由12.6mL降低至5.4mL，兼有一定的降粘作用，降粘率为20%；在150℃下，土豆淀粉与聚合硫酸铁的质量比14:1，所得钻井液处理剂聚铁-土豆淀粉复合体（PFTS-2），用量为1%时，钻井液的滤失量FL从12.6ml降低至7.5ml，降低了40.47%，动切力YP从3.46mPa·s降低至1.4mPa·s，其用量为1.5%时，线性膨胀率为55.83%，在与PAM和KD-03复配时，钻井液的滤失性能得到显著改善，兼有一定的降粘的效果，改善了钻井液的流动性能。 机理探究结果表明：淀粉/木质素类钻井高温处理剂的抗温性主要表现在两个方面（1）通过螯合反应，提高了处理剂本身的抗温性能，从而使钻井液性能得到提高。（2）所得复合体与膨润土之间通过静电吸附、氢键作用以及锚固作用等实现对黏土的有效束缚，有效抑制黏土的水化分散膨胀，并在钻井液性能评价中表现出一定的抗温性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 钻井液用天然材料及其衍生物的研究现状及作用机理

1.3 研究内容、技术路线和创新点

第二章 铁-木质素的制备及其在钻井液中作用研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 无机聚合物-木质素磺酸盐的制备及其作用研究

3.1 引言

3.2实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 果皮粉-淀粉钻井液体系抗温性研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 无机聚合物-淀粉钻井液体系抗温性研究

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3结果与讨论

5.4 本章小结

第六章 结论

致谢

参考文献

攻读学位期间参加科研情况及获得的学术成果