【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水热碳微球在提高水基钻井液抗温能力中的应用，属于油田化学。
技术介绍
1、我国深部油气资源总量达671×108t油当量，占全国油气资源总量的34%，目前83%的深地油气资源尚未开发。以塔里木盆地和四川盆地为例，塔里木盆地超深层含油储量预估可达1×108t，四川盆地超深层天然气储量可达6×1012m3。
2、为了有效开发深层/超深层油气资源，油气钻井的深度势必相应增加，井底的温度和压力也随着显著增加，由此给钻井工程血液——钻井液的性能调控带来极大挑战。深层/超深层钻探过程中由于钻井液循环周期变长，长时间在高温/超高温作用下，钻井液处理剂容易发生水解、热氧化降解和热裂解，导致分子链断裂，分子量降低，造成钻井液性能严重恶化甚至完全丧失。因此，如何提高处理剂的抗温能力一直是深井/超深井钻井液研究的重点与难点。
3、为了提高处理剂自身的抗温能力，长期以来进行了大量研究，主要是从以下几个方面开展分子结构的设计：（1）将主链结构设计为c-c结构，且尽量减少杂原子，采用刚性主链来提高处理剂的热稳定性；（2）引入大侧基和刚性侧基，增大空间位阻，提高热稳定性；（3）采用对盐不敏感、耐水解的基团，提升聚合物的耐盐性和化学稳定性；（4）采用适度化学交联的空间结构，有利于提高聚合物的刚性，增大分子的构象转变难度；（5）通过阴阳离子之间的库仑力、氢键和疏水基团之间的范德华力来增强处理剂分子间的相互作用，形成独特的网络结构改善处理剂的热稳定性。长期以来，通过上述措施研发了不同种类的聚合物类处理剂，其在高温/超高温条件有效
4、钻井液在地面循环流动以及配制过程中，空气中的氧气会不可避免混入其中。在高温下，钻井液中的溶解氧很容易产生自由基，从而诱发处理剂的热氧化降解，这也是处理剂在一定温度范围的主要降解形式。为了提高处理剂的高温热稳定性，近年来也开展了相关研究。如直接加入除氧剂消除氧气对处理剂的影响，还可以加入一些还原剂、牺牲剂等减少氧气或者自由基对处理剂的影响。此外，甲酸盐等有机盐中含有大量的有机酸根阴离子，大部分为还原性基团，可除掉钻井液中溶解的氧，使有机高分子处理剂得到保护，缓解了降解程度，为处理剂分子提供了较好的高温保护环境。然而，上述钻井液高温保护剂也存在不同的局限性，如常用的亚硫酸钠在高温下会分解失效，甲酸盐成本较高。一些低分子牺牲剂在高温下也容易丧失作用。因此，开发出超高温下能改善处理剂热稳定性的高温保护剂具有重要的意义。
5、生物质在亚临界水热环境中经过一系列复杂的反应，可得到水热炭微球。水热炭微球具有优良的热稳定性，尺寸可以从几百纳米到几微米进行调控，表面含有丰富的含氧官能团，目前被广泛应用于电池、催化剂、高效金属吸附剂、药物载体等领域，而将其改善钻井液处理剂的热稳定性，作为水基钻井液高温稳定剂来提高水基钻井液抗温能力的研究未见报道。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供水热碳微球在提高水基钻井液抗温能力中的应用。
2、本专利技术的技术方案如下：
3、一种水热碳微球在提高水基钻井液抗温能力中的应用，该水热炭微球的平均粒径为200nm~5μm，在水基钻井液中起到高温稳定剂的作用。
4、根据本专利技术优选的，所述水热炭微球的平均粒径为300nm~3μm。
5、根据本专利技术优选的，所述水热炭微球是以生物质为原料通过水热反应制备得到。
6、进一步优选的，所述水热反应的具体步骤包括：将生物质分散在溶剂中，形成均匀稳定的溶液或者悬浮液；然后将所述溶液或悬浮液进行水热反应，水热反应后的产物经离心、洗涤、干燥后，得到水热炭微球；
7、所述生物质选自单糖、二糖、多糖、纤维素、半纤维素和木质素中的至少一种。
8、进一步优选的，所述溶剂是去离子水，所述生物质与溶剂的质量比为（5~20）：100；所述水热反应的时间为4~24h。
9、进一步优选的，所述生物质为纤维素、半纤维素或木质素时，水热反应的温度为220~250℃；所述生物质为单糖、二糖或多糖时，水热反应温度为180~240℃。
10、进一步优选的，所述水热反应是在含有聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热反应釜中进行。
11、最优选的，所述单糖选自葡萄糖、甘露糖、果糖和半乳糖中的至少一种；所述二糖选自蔗糖、乳糖和麦芽糖中的至少一种；所述多糖选自淀粉、糖原、环糊精、壳聚糖中的至少一种。
12、最优选的，所述生物质与溶剂的质量比为（5~15）：100；所述水热反应的时间为6~16h。
13、根据本专利技术，水热反应完成后得到深褐色悬浮液，通过对其进行离心、洗涤和干燥可以得到炭微球。进行离心、洗涤和干燥的方法可以为本领域常用的方法，本专利技术在此不作限定。
14、一种水基钻井液，该水基钻井液含有水热炭微球；该水基钻井液中水热炭微球的质量浓度为0.1~3%（w/v）；该水热炭微球的平均粒径为200nm~5μm；该水热炭微球是以生物质为原料通过水热反应制备得到，在水基钻井液中起到高温稳定剂的作用。
15、根据本专利技术优选的，所述水热炭微球的平均粒径为300nm~3μm。
16、根据本专利技术优选的，所述水基钻井液中水热炭微球的质量浓度为0.1~1.5%（w/v）。
17、本专利技术中将水热炭微球作为水基钻井液的高温稳定剂来使用，在260℃高温作用后，水基钻井液的表观粘度保持率大于60%。
18、与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
19、1、现有的水基钻井液在高温条件下，氧化还原反应加剧，释放出高活性自由基，进攻聚合物分子主链上的薄弱环节，生成过氧化物或氧化物，极易促使主链断裂发生降解。而本专利技术使用的水热炭微球为核壳结构，表面含有羟基可捕捉和清除自由基，内部为芳环结构，可以通过电子转移反应稳定自由基的活泼电子。当水热炭微球加入到水基钻井液中，可以通过表面羟基的抽氢反应、内部芳核的电子加成反应避免自由基对聚合物的破坏，降低钻井液中的溶解氧浓度和清除自由基，避免处理剂在高温下的热氧化降解。同时水热炭微球还能与水基钻井液中聚合物通过交联作用进一步促进聚合物的稳定，从而实现了水基钻井液在高温/超高温条件下的性能稳定。
20、2、本专利技术以水热炭微球作为水基钻井液高温稳定剂来提高水基钻井液抗高温能力，能够广泛应用于不同适用条件的水基钻井液中，在不同温度（如120、200、260℃）下均有稳定聚合物和保持钻井液性能的作用。还通过实验证实了添加本专利技术使用的水热炭微球后的实验浆在不同温度（如120、200、260℃）下热滚后，相较于未添加水热炭微球的实验浆，有效保持了表观粘度，发挥了高温稳定作用。
21、3、传统的水基钻井液高温本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种水热碳微球在提高水基钻井液抗温能力中的应用，该水热炭微球的平均粒径为200nm~5μm。
2.如权利要求1所述的水热碳微球在提高水基钻井液抗温能力中的应用，其特征在于，所述水热炭微球的平均粒径为300nm~3μm。
3.如权利要求1所述的水热碳微球在提高水基钻井液抗温能力中的应用，其特征在于，所述水热炭微球是以生物质为原料通过水热反应制备得到；
4.如权利要求3所述的水热碳微球在提高水基钻井液抗温能力中的应用，其特征在于，所述溶剂是去离子水，所述生物质与溶剂的质量比为（5~20）：100；所述水热反应的时间为4~24h。
5.如权利要求3所述的水热碳微球在提高水基钻井液抗温能力中的应用，其特征在于，所述生物质为纤维素、半纤维素或木质素时，水热反应的温度为220~250℃；所述生物质为单糖、二糖或多糖时，水热反应温度为180~240℃。
6.如权利要求3所述的水热碳微球在提高水基钻井液抗温能力中的应用，其特征在于，所述水热反应是在含有聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热反应釜中进行；所述单糖选自葡萄糖、甘露糖、果糖和半乳糖中
7.如权利要求4所述的水热碳微球在提高水基钻井液抗温能力中的应用，其特征在于，所述生物质与溶剂的质量比为（5~15）：100；所述水热反应的时间为6~16h。
8.一种水基钻井液，其特征在于，所述水基钻井液含有水热炭微球；所述水基钻井液中水热炭微球的质量浓度为0.1~3%；所述水热炭微球的平均粒径为200nm~5μm；所述水热炭微球是以生物质为原料通过水热反应制备得到。
9.如权利要求8所述的水基钻井液，其特征在于，所述水热炭微球的平均粒径为300nm~3μm。
10.如权利要求8所述的水基钻井液，其特征在于，所述水基钻井液中水热炭微球的质量浓度为0.1~1.5%。
...【技术特征摘要】
1.一种水热碳微球在提高水基钻井液抗温能力中的应用，该水热炭微球的平均粒径为200nm~5μm。
2.如权利要求1所述的水热碳微球在提高水基钻井液抗温能力中的应用，其特征在于，所述水热炭微球的平均粒径为300nm~3μm。
3.如权利要求1所述的水热碳微球在提高水基钻井液抗温能力中的应用，其特征在于，所述水热炭微球是以生物质为原料通过水热反应制备得到；
4.如权利要求3所述的水热碳微球在提高水基钻井液抗温能力中的应用，其特征在于，所述溶剂是去离子水，所述生物质与溶剂的质量比为（5~20）：100；所述水热反应的时间为4~24h。
5.如权利要求3所述的水热碳微球在提高水基钻井液抗温能力中的应用，其特征在于，所述生物质为纤维素、半纤维素或木质素时，水热反应的温度为220~250℃；所述生物质为单糖、二糖或多糖时，水热反应温度为180~240℃。
6.如权利要求3所述的水热碳微球在提高水基钻井液...
【专利技术属性】
技术研发人员：钟汉毅，李树森，陈长志，高泽明，曹杰，邱正松，徐加放，黄维安，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：
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