钻井泥浆添加剂制造技术

本发明专利技术的目的是提供一种钻井泥浆的添加剂，该添加剂在石油、天然气、土木工程、矿山等的钻井中使用，该添加剂具有高耐热性和高机械剪切耐性，使得即使在高温和高剪切条件下其粘性也不会劣化；此外该添加剂的假塑性流动性高，因此在排放时确保高流动性；并且该添加剂是天然来源的添加剂，因此生物可降解性高，并且对环境的不利影响小。该钻井泥浆的添加剂包含数均纤维直径为2～500nm、纤维长径比为50以上并且具有纤维素I型晶体结构的纤维素纤维。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于钻井泥浆的新颖添加剂，该添加剂在石油、天然气、土木工程、矿山等的钻井中使用。更确切地，本专利技术涉及用于钻井泥浆的添加剂，该添加剂具有高耐热性和高机械剪切耐性，即使在高温和高剪切条件下其粘性也不会劣化；该添加剂的假塑性流动性高，因此在排放时确保高流动性；以及该添加剂是天然来源的添加剂，因此生物可降解性高，并且对环境的不利影响小。
技术介绍
在原油、天然气、土木工程、矿山等的钻井中，使用钻井泥浆调节剂。钻井泥浆调节剂需要在挖掘叶片与土地接触时赋予泥浆适当的润滑性，从而减少挖掘机的负荷，以及赋予泥浆高流动性，从而使得挖掘碎片容易通过泵排放。在排放期间，当泥浆中的水浸入土地时，其流动性会极大地降低，因此还需要赋予泥浆适当的保水性。出于这些原因，合成聚合物诸如丙烯酰胺等，天然多聚糖及其衍生物诸如黄原胶、羧甲基纤维素及其他用作钻井泥浆添加剂(例如，专利文献1和2)。相关技术专利文献专利文献1：WO00/59964专利文献2：JP-A2000-282021专利技术概述本专利技术待解决的问题现有的钻井泥浆调节剂有着下列问题，当提高粘度以增强保水性时，流动性会下降，并且由于土地内的高温和挖掘叶片的机械剪切会使粘性劣化，不能获得足够的性能。另外，在许多情况下，当在地面上分离来自钻井泥浆的挖掘碎片后，钻井泥浆可以再次使用，但是粘性劣化会导致严重的问题。诸如丙烯酰胺的合成聚合物还有当其残留在土地中时，可能带来很大的环境负荷的问题。解决问题的手段本专利技术的专利技术人为了获得用于钻井泥浆的添加剂，已经做出了大量的研究，所述添加剂具有高耐热性和高机械剪切耐性，即使在高温和高剪切条件下其粘性也不会劣化；该添加剂的假塑性流动性高，因此在排放时提供高流动性；以及该添加剂是天然来源的添加剂，因此生物可降解性高，并且对环境的不利影响小。在研究的过程中，专利技术人特别注意到数均纤维直径为2～500nm、纤维长径比为50以上并且具有纤维素I型晶体结构的纤维素纤维。随之，专利技术人发现，包含所述纤维素纤维的用于钻井泥浆的添加剂能够解决给定问题，从而达成本专利技术。即，本专利技术的第一要点是一种用于钻井泥浆的添加剂，该添加剂包含数均纤维直径为2～500nm、纤维长径比为50以上并且具有纤维素I型晶体结构的纤维素纤维。优选的是，在纤维素纤维中，纤维素纤维表面上的羟基是被化学修饰的。此外，纤维素纤维优选为分子中的每个葡萄糖单元的C6位置处的羟基已经通过氧化被选择性地改性为醛基、酮基和羧基中的任意一种、并且羧基的含量在1.2～2.5mmol/g的范围内的纤维素纤维。另外，优选的是，根据氨基脲法测量的纤维素纤维中醛基和酮基的总含量为0.3mmol/g以下。此外，优选的是，纤维素纤维已经在氮氧基(N-oxyl)化合物存在下被共氧化剂氧化，并且通过氧化反应形成的醛基和酮基已经被还原剂还原。此外，优选的是，使用硼氢化钠进行还原剂还原。本专利技术的第二要点是一种用于钻井泥浆的组合物，该组合物使用上述用于钻井泥浆的添加剂。本专利技术的有利效果本专利技术的用于钻井泥浆的添加剂包含特定的纤维素纤维，因此展现以下有利效果，即耐热性和机械剪切耐性高；即使在高温和高剪切条件下粘性也不会劣化；以及假塑性流动性高，因此能够在排放时提供高流动性。这是因为纤维素纤维具有特定的数均纤维直径和特定的长径比，并且成束的几十个纤维素分子在其内部形成刚性晶体结构。此外，纤维素纤维是天然来源的物质，因此生物可降解性高，并且对环境的不利影响小。具体实施方式接下来详细说明本专利技术的实施方式。本专利技术的用于钻井泥浆的添加剂包含数均纤维直径为2～500nm、纤维长径比为50以上并且具有纤维素I型晶体结构的纤维素纤维。纤维素纤维的数均纤维直径为2～500nm。从其分散稳定性的观点来看，优选为2～150nm，更优选为2～100nm，特别优选为3～80nm。当数均纤维直径太小时，纤维实质上溶解于分散介质中；而当数均纤维直径太大时，纤维素纤维絮凝，因此不能表现纤维素纤维的配合(incorporation)功能性。纤维素纤维的最大纤维直径优选为1000nm以下，更优选为500nm以下。当纤维素纤维的最大纤维直径过大时，纤维素纤维可能絮凝，并且纤维素纤维功能性的表现可能趋向于减弱。例如，可以如下测量纤维素纤维的数均纤维直径和最大纤维直径。即，制备固体含量分数为0.05～0.1重量％的精细纤维素的水分散体，将分散体倒在亲水化处理的碳膜包覆的网格上，形成用透射电子显微镜(TEM)观察的样品。在包含纤维直径大的纤维的情况下，可以观察将其倒在玻璃上的表面的扫描电子显微(SEM)图像。取决于构成的纤维的尺寸，以5000倍、10000倍或50000倍的任意放大率对电子显微图像进行观察。在此情况下，在获得的图像上模拟任意纵向及横向方向上图像宽度的轴线，并且以20条以上的纤维能够与该轴线交叉的方式调整样品和观察条件(放大率等)。随之，在得到满足要求的观察图像之后，对于每一个图像，在图像的纵向和横向方向上画上两条随机的轴线，并且视觉读取与轴线相交的纤维的纤维直径。以此方式，通过电子显微镜对至少三个非重叠的表面部分拍摄图像，并且读取与两条轴线相交的纤维的纤维直径的值。(因此，获得了至少20条纤维×2×3＝120条纤维的纤维直径信息。)基于由此获得的纤维直径数据，计算最大纤维直径和数均纤维直径。纤维素纤维的长径比为50以上，并且优选为100以上，更优选为200以上。当长径比小于50时，可能不能获得作为用于钻井泥浆的添加剂的足够的假塑性流动性。例如，能够根据以下方法测量纤维素纤维的长径比。即，将纤维素纤维倒在亲水化处理的碳纤维包覆的网格上，并且用2％的乙酸铀酰负染色。在其TEM图像(放大率：10000倍)上，观察纤维素纤维的数均纤维直径和纤维长度。即，根据上述方法，计算数均纤维直径和纤维长度，并且使用这些值，根据下列公式(1)计算长径比。[数学式1]长径比＝数均纤维长度(nm)/数均纤维直径(nm)……(1)纤维素纤维是通过粉碎具有I型晶体结构的天然来源的纤维素固体原料获得的纤维。具体地，在天然纤维素的生物合成过程中，几乎毫无例外地，首先形成称为微纤丝(microfibril)的纳米纤维，并且其成束从而构成高阶固体结构。此处，构成纤维素纤维的纤维素具有I型晶体结构，并且可以鉴定，例如通过广角X射线衍射图谱的衍射谱线，其中在2θ＝14～17°附近及2θ＝22～33°附本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于钻井泥浆的添加剂，该添加剂包含数均纤维直径为2～500nm、纤维长径比为50以上并且具有纤维素I型晶体结构的纤维素纤维。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.08.30 JP 2013-1807271.一种用于钻井泥浆的添加剂，该添加剂包含数均纤维直径为2～500nm、纤维长径比
为50以上并且具有纤维素I型晶体结构的纤维素纤维。
2.根据权利要求1所述的用于钻井泥浆的添加剂，其中，在所述纤维素纤维中，所述纤
维素纤维的表面上的羟基是被化学修饰的。
3.根据权利要求2所述的用于钻井泥浆的添加剂，其中，所述纤维素纤维是分子中的每
个葡萄糖单元的C6位置处的羟基已经通过氧化被选择性地改性为醛基、酮基和羧基中的任
意一种、并且羧基的含量在1.2～2.5mmo...

【专利技术属性】
技术研发人员：后居洋介，佐飞峯雄，神野和人，野田广司，
申请(专利权)人：第一工业制药株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP