1.本发明涉及钻井工程防漏堵漏技术领域，具体涉及一种微泡沫钻井液用高温保护剂及其制备方法。
背景技术：
2.泡沫钻井液是应对低压、恶性漏失地层的低密度关键钻井液技术，具有防漏堵漏强、低滤失、储层伤害较低、携岩能力强等特点。主要发展有充气泡沫钻井液技术和可循环的微泡沫钻井液技术。
3.可循环微泡沫钻井液因为要在地面和井筒之间循环使用，相对普通泡沫钻井液单次使用，对泡沫稳定性要求更高，半衰期要求不低于20h。且井底越深，温度越高，压力越大，对泡沫半衰期抗温抗压指标要求越高。尤其随着高温地热、干热岩等低压资源的开采需求上升，为了扩大可循环微泡沫钻井液技术的应用范围，需要不断提高可循环微泡沫流体高温高压下的稳定性。
4.增粘类和表面活性剂类稳泡剂可以延长泡沫寿命，增高微泡沫流体的半衰期，对这两类处理剂的研究相应也最多。增粘类稳泡剂通过提高泡沫基液的表面粘度来达到稳泡的效果，表面活性剂类稳泡剂通过提高薄膜的质量，减小液膜的透气性来达到稳泡的效果。目前这两类物质与发泡剂、及降滤失剂等处理剂复配形成的可循环泡沫钻井液液体系抗温≤120℃，常温微泡沫流体的半衰期≤96h，120℃高温半衰期≤8h，微泡沫流体的抗温稳定性不足。且这两类处理剂影响微泡沫流体的流变性，不同的处理剂需要重新摸索，调整配套配方。
5.因此需要配伍性良好的能提升微泡沫流体高温稳定性的处理剂。中国专利（cn 101693826 b）和论文《超高温地热井泡沫钻井流体技术》公布了一种用于地热钻井的抗高温泡沫流体保护剂，由10～50份硅酸钠、0.5～10份偏硅酸钠、0.1～3份氢氧化钠、3～50份甲酰胺、30～80份乙酰胺、1～20份醋酸钾和200～300份的水。能将发泡剂的抗温能力由 150℃提高到 300℃，泡沫流体仍然具有良好的携屑和堵漏作用。但是该保护剂适用于充气泡沫钻井液，其半衰期由6min提升到16min，不适合需要长效循环的微泡沫钻井液。且该专利中的化学试剂易与可循环泡沫钻井液中处理剂发生反应，产生无知物质影响体系性能。
6.此外可循环钻井液较泡沫钻井液自由水含量高，造成滤液的渗透性漏失比泡沫钻井液大，封堵能力较弱，同时承压能力不足，造成可循环泡沫的防漏堵漏较弱，一般应用于3000m左右井，限制了该技术的应用推广。而常用的刚性超细性碳酸钙封堵剂由于密度比较大，导致泡沫比重增加而失稳，且刚性颗粒之间的摩擦会增大了泡沫表面膜之间的摩擦，从而加重失稳现象；纳米二氧化硅的密度虽然比超细碳酸钙低，但相对微泡沫钻井液用来说密度也偏高，且其表面存在大量活性羟基，亲水性强，使其极易形成附聚体或二次聚集；而植物纤维类封堵剂虽然密度较低，但抗温性较差，可循环利用时间较短。
技术实现要素：
7.本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种微泡沫钻井液用高温保护剂及其制备方法，能够在提高微泡沫流体在高温下的稳定性的前提下，同时不影响流体流变性和化学稳定性，其配伍性良好，可适用于不同微泡沫钻井液体系的轻质高温保护剂，其技术方案如下：一种微泡沫钻井液用高温保护剂，其组分按照重量份配比如下：水玻璃15~30份、硅烷偶联剂40~80份，纤维10~16份。
8.优选的，所述的水玻璃模数为2~3.5。所述的硅烷偶联剂为kh-550、kh-560或kh-570中的一种或其混合物。所述的硅烷偶联剂为kh-560。所述的纤维为微米级别植物纤维。
9.优选的，所述纤维为天然植物纤维、天然改性植物纤维或合成纤维素。
10.优选的，所述的植物纤维为柔性植物纤维或韧性植物纤维的一种或其混合物。
11.优选的，所述的合成纤维素为非离子合成纤维素。
12.该保护剂用于可循环泡沫钻井液或普通充气泡沫钻井液或水基钻井液。
13.一种微泡沫钻井液用高温保护剂的制备方法，包括如下步骤：（1）在反应容器中加入水玻璃，边搅拌边缓慢滴加20%稀硫酸溶液，调节ph值到3~4，搅拌0.5~1h。
14.（2）加入纤维，搅拌20~30min；加入无水乙醇200~250ml，继续搅拌10~20min至反应容器内产物混合均匀。
15.（3）滴加碳酸氢钠溶液，调节ph值至5~7，持续搅拌2~3h，加热至55℃~75℃恒温后加入硅烷偶联剂溶液，持续搅拌10~30min至凝胶完全析出，冷却至20℃后加入丙三醇，持续搅拌活化1~2h。
16.（4）对形成的二氧化硅凝胶进行压滤，在80℃~110℃环境下烘干1~3h，造粒粉碎后再水洗去除杂质，继续干燥即可得低密度纳米微泡沫高温保护剂。
17.本发明的有益效果是：研制的泡沫高温保护剂以轻质低密度为特色，具有耐温耐高矿化度特性，通过降低泡膜表面的密度，吸附微泡沫表面的自由水，延缓泡沫的排液速率，提高微泡沫抗温稳定性；同时以纳米级别的粒径加强微泡沫流体的封堵性能，改善可循环泡沫钻井液封堵性不足的问题。
18.主要性能达到的如下指标：（1）惰性材料，配伍性强，对na
+
，ca
2+
、cl-的污染不敏感。
19.（2）分散溶解性好。不易形成附聚体，粒径较小，分布较窄，易分散。
20.（3）对微泡沫基液发泡体积影响小，可提升微泡沫半衰期，尤其是高温下的半衰期，将微泡沫基液的抗温性提高了30℃~90℃。
21.（4）抗温封堵性能良好。常温及高温前后微泡沫封堵性最低提高≥39.1%。且轻质，密度较低，较无机封堵剂超细caco3密度降低39.5%。
22.（5）抗温性高≥180℃，应用范围广。即可作为高温保护剂和轻质封堵剂应用于可循环泡沫钻井液和普通充气泡沫钻井液，也可作为封堵剂应用于一般水基钻井液。
附图说明
23.图1是3%实施例1对0.3%tfs形成的微泡沫基液高温保护效果；图2是3%实施例1对0.3%hv-cmc形成的微泡沫基液高温保护效果；图3是实施例2粒径分布图；图4是3%实施例2对0.3%hv-cmc形成的微泡沫基液高温保护效果；图5是实施例3粒径分布图；图6是3%实施例3对微泡沫高温保护效果；图7是不同浓度实施例3对微泡沫高温保护效果；图8是3%实施例3对0.3%hv-cmc形成的微泡沫流体高温保护效果。
具体实施方式
24.下面结合实施例对本发明做进一步说明，但并不限制本发明。所用原料来源广泛，可工业化生产。
25.实施例1：在反应容器中加入水玻璃20g，边搅拌边缓慢滴加稀硫酸溶液，调节ph值到4，搅拌1h后加入竹纤维12g，搅拌20min；加入无水乙醇搅拌20min至反应容器内产物混合均匀。滴加碳酸氢钠溶液将ph值调节至5.5，持续搅拌2h后，加热60℃后加入硅烷偶联剂溶液60ml，待凝胶完全析出后，冷却至20℃时加入丙三醇持续搅拌活化2h。对凝胶进行压滤，在90℃环境下烘干2h，造粒粉碎后再水洗去杂质，继续干燥造粒。
26.测试1：实施例1分散性测试。
27.量取50ml清水，放在磁力搅拌器上，边搅拌边加入1g实施例1，观察样品的分散性和溶解性，结果见表1。
28.表1实施例1分散溶解性样品分散时间实施例31.5min实施例1具有良好的分散溶解性能。
29.测试2：实施1密度测试采用阿基米德定律测试实施例1的密度，为1.95g/cm3。
30.测试3：实施1抗温保护效果测试为了测试本实施例1不同加量对微泡沫流体的高温保护性能，配制2%搬土浆+0.3%低分子量高温稳泡剂tfs+0.2%aos+0.1%sdbs微泡沫基液，分别测试60℃/16h、90℃/16h、120℃/16h、150℃/16h、180℃/16h和200℃/16h老化后基液的发泡体积和半衰期，剪切速率800r/min，热滚前搅拌5h，热滚后搅拌1h，试验结果如图1。
31.在配制好的2%搬土浆+0.3%低分子量高温稳泡剂tfs+0.2%aos+0.1%sdbs基液中加入3%实施例1，分别测试60℃/16h、90℃/16h、120℃/16h、150℃/16h、180℃/16h和200℃/16h老化后微泡沫流体的发泡体积和半衰期。剪切速率800r/min，热滚前搅拌5h，热滚后搅拌1h，结果见图1。
32.由图6可见，3%实施例1略降低微泡沫基液的发泡体积，延长了高温下半衰期。
33.为了测试实施例1对不同稳泡剂形成的微泡沫流体的高温保护效果，配制2%搬土
浆+0.3%hv-cmc+0.2%aos+0.1%sdbs微泡沫基液，分别测试60℃/16h、90℃/16h、120℃/16h、150℃/16h、180℃/16h和200℃/16h老化后基液的发泡体积和半衰期，剪切速率800r/min，热滚前搅拌5h，热滚后搅拌1h，试验结果如图2。
34.在配制好的2%搬土浆+0.3%hv-cmc+0.2%aos+0.1%sdbs基液中加入3%实施例1，分别测试60℃/16h、90℃/16h、120℃/16h、150℃/16h、180℃/16h和200℃/16h老化后微泡沫流体的发泡体积和半衰期。剪切速率800r/min，热滚前搅拌5h，热滚后搅拌1h，结果见图2。
35.有图2可见，3%实施例1对微泡沫基液的发泡体积影响较小，延长了0.3%hv-cmc的稳泡剂所形成的微泡沫基液的半衰期，将180℃之前的抗温稳定性提高了30℃左右。
36.测试4：实施1封堵性能测试配制微泡沫基液3%搬土浆+0.3%dsp
-ⅱ
+0.2%aos+0.1%sdbs，利用常温中压渗透砂床滤失仪测试其封堵性能。然后在基液中加入2%实施例1，分别热滚150℃/16h、180℃/16h，测试其常温、150℃/16h和180℃/16h老化后微泡沫封堵性的改善情况。其中微泡沫配制时剪切速率800r/min，热滚前搅拌5h，热滚后搅拌1h，具体性能如下表2。
37.表2实施例1封堵效果评价试验温度
ꢀꢀꢀ
配方基液基液+2%实施例1常温侵入深度/cm16.710.4150℃/16h侵入深度/cm全失11.2180℃/16h侵入深度/cm全失13.3由表2可知，2%实施例1明显改善了微泡沫基液的封堵性。
38.实施例2：在反应容器中加入水玻璃24g，边搅拌边缓慢滴加稀硫酸溶液，调节ph值到3.5，搅拌1h后加入竹纤维15g，搅拌20min；加入无水乙醇后搅拌至产物混合均匀。滴加碳酸氢钠溶液将ph值调节至6，持续搅拌3h后，加热65℃后加入硅烷偶联剂溶液72ml，待凝胶完全析出后，冷却至20℃时加入丙三醇持续搅拌活化2h。对凝胶进行压滤，在100℃环境下烘干2h，造粒粉碎后再水洗去杂质，继续干燥造粒。
39.测试1：实施例2分散性测试。
40.量取50ml清水，放在磁力搅拌器上，边搅拌边加入1g实施例2，观察样品的分散性和溶解性，结果见表3。
41.表3实施例2分散溶解性样品分散时间实施例32min实施例2具有良好的分散溶解性能。
42.测试2：实施2密度测试采用阿基米德定律测试实施例1的密度，为1.8g/cm3。
43.测试3：实施例3粒径分布测试用激光粒度分析仪测定实施例3粒子粒径分布。称量1g实施例2放入 10 ml 试管中，加蒸馏水稀释，将试管放入超声分散器中。用吸管吸取上层液体加入样品池中，稳定1min， 25 ℃下用激光粒度分析仪测定其粒径及粒径分布，如下图3。
44.如图3，实施例2粒子亲水性减弱，不易形成附聚体，粒径较小，分布较窄，分散性
好。
45.测试4：实施2抗温保护效果测试在配制好的2%搬土浆+0.3%hv-cmc+0.2%aos+0.1%sdbs基液中加入3%实施例2，分别测试60℃/16h、90℃/16h、120℃/16h、150℃/16h、180℃/16h和200℃/16h老化后微泡沫流体的发泡体积和半衰期,并与基液相应温度的微泡沫质量对比。其中，剪切速率800r/min，热滚前搅拌5h，热滚后搅拌1h，结果见图4。
46.有图4可见，3%实施例2对微泡沫基液的发泡体积影响较小，延长了0.3%hv-cmc的稳泡剂所形成的微泡沫基液的半衰期，将180℃之前的抗温稳定性提高了30℃以上。
47.测试5：实施2封堵性能测试在配制好的3%搬土浆+0.3%dsp
-ⅱ
+0.2%aos+0.1%sdbs微泡沫基液中加入2%实施例2，分别热滚150℃/16h、180℃/16h，利用常温中压渗透砂床滤失仪，测试其常温、150℃/16h和180℃/16h老化后微泡沫封堵性，并应基液相应温度的封堵性进行对比。其中微泡沫配制时剪切速率800r/min，热滚前搅拌5h，热滚后搅拌1h，具体性能如下表4。
48.表4实施例2封堵效果评价试验温度
ꢀꢀꢀ
配方基液基液+2%实施例2常温侵入深度/cm16.79.2150℃/16h侵入深度/cm全失10.8180℃/16h侵入深度/cm全失13.1由表4可知，2%实施例2明显改善了微泡沫基液的封堵性。
49.实施例3：在反应容器中加入水玻璃24g，边搅拌边缓慢滴加稀硫酸溶液，调节ph值到3.5，搅拌1h后加入竹纤维13g，搅拌20min；加入无水乙醇继续搅拌20min至反应容器内产物混合均匀。滴加碳酸氢钠溶液将ph值调节至6.5，持续搅拌3h后，加热75℃后加入硅烷偶联剂溶液70ml，待凝胶完全析出后，冷却至20℃时加入丙三醇持续搅拌活化2h。对凝胶进行压滤，在110℃环境下烘干2h，造粒粉碎后再水洗去杂质，继续干燥造粒。
50.测试1：实施例3分散性测试。
51.量取50ml清水，放在磁力搅拌器上，边搅拌边加入1g实施例3，观察样品的分散性和溶解性，结果见表5。
52.表5实施例3分散溶解性样品分散时间实施例32min实施例3具有良好的分散溶解性能。
53.测试2：实施例3粒径分布测试用激光粒度分析仪测定实施例3粒子粒径分布。称量1g实施例3放入 10 ml 试管中，加蒸馏水稀释，将试管放入超声分散器中。用吸管吸取上层液体加入样品池中，稳定1min， 25 ℃下用激光粒度分析仪测定其粒径及粒径分布，如下图5。
54.如图5，实施例3粒子表面活性羟基数量减少，亲水性减弱，不易形成附聚体，粒径较小，分布较窄，分散性好。
55.测试3：密度测试
采用阿基米德定律测试材料实施例3的密度，为1.64g/cm3，相比sio2，密度降低25.5%；相比caco3密度降低39.5%。
56.测试4：2%实施例3对微泡沫流体高温保护性能测试为了测试本实施例对微泡沫流体的高温保护性能，配制2%搬土浆+0.2%低分子量高温稳泡剂tfs+0.2%aos+0.1%sdbs微泡沫基液，分别测试60℃/16h、90℃/16h、120℃/16h、150℃/16h、180℃/16h和200℃/16h老化后基液的发泡体积和半衰期。其中微泡沫配制时剪切速率800r/min，热滚前搅拌5h，热滚后搅拌1h，试验结果如表6。
57.在配制好的2%搬土浆+0.2%低分子量高温稳泡剂tfs+0.2%aos+0.1%sdbs基液中加入2%实施例3，分别测试60℃/16h、90℃/16h、120℃/16h、150℃/16h、180℃/16h和200℃/16h老化后微泡沫流体的发泡体积和半衰期。剪切速率800r/min，热滚前搅拌5h，热滚后搅拌1h，结果见表6。
58.表6 2%实施例3抗温保护效果如表6可见，2%实施例3对微泡沫基液的发泡体积影响不大，提高了微泡沫基液在不同温度下的稳定性，延长了微泡沫半衰期。
59.测试5：3%实施例3对微泡沫流体高温保护性能测试在配制好的2%搬土浆+0.3%低分子量高温稳泡剂tfs+0.2%aos+0.1%sdbs基液中加入3%实施例3，分别测试60℃/16h、90℃/16h、120℃/16h、150℃/16h、180℃/16h和200℃/16h老化后微泡沫流体的发泡体积和半衰期，并与基液相应温度的微泡沫质量对比。剪切速率800r/min，热滚前搅拌5h，热滚后搅拌1h，结果见图6。
60.由图6可见，3%实施例3在 150℃之前基本不影响发泡体积，而延长了高温下半衰期，相比2%实施例3，对微泡沫基液温度保护效果进一步提升，将微泡沫基液的抗温稳定性提高了60℃左右。
61.测试6：不同浓度实施例3对微泡沫流体高温保护性能测试为了测试本实施例3不同浓度为微泡沫流体高温保护性能的影响，确定最优加量，在配制好的2%搬土浆+0.3%低分子量高温稳泡剂tfs+0.2%aos+0.1%sdbs基液中分别加入1.0%、1.5%、2%、2.5%、3%和3.5%的不同浓度的实施例3，测试150℃/16h老化后微泡沫流体的半衰期。剪切速率800r/min，热滚前搅拌5h，热滚后搅拌1h，结果见图7。
62.由图7可知，加量达到2.5%时，显著提高了微泡沫基液的稳定性，随着加量达到3%，实施例3的高温保护效果达到最优状态。
63.测试7：3%实施例3对不同微泡沫流体高温保护性能测试
为了测试实施例3对不同稳泡剂形成的微泡沫流体的高温保护效果，在配制好的2%搬土浆+0.3%hv-cmc+0.2%aos+0.1%sdbs基液中加入3%实施例3，分别测试60℃/16h、90℃/16h、120℃/16h、150℃/16h、180℃/16h和200℃/16h老化后微泡沫流体的发泡体积和半衰期，并与基液相应温度的微泡沫质量对比。剪切速率800r/min，热滚前搅拌5h，热滚后搅拌1h，结果见图8。
64.由图6可知，3%实施例3显著提高了0.3%hv-cmc稳泡剂所形成的微泡沫流体高温稳定性，尤其是延长了90℃之后的半衰期，将微泡沫基液的抗温性提高了60℃以上。
65.测试8：实施例3封堵性能测试在配制好的微泡沫基液3%搬土浆+0.3%dsp
-ⅱ
+0.2%aos+0.1%sdbs中加入2%实施例3，分别热滚150℃/16h、180℃/16h，利用常温中压渗透砂床滤失仪，测试其常温、150℃/16h和180℃/16h老化后微泡沫封堵性的改善情况，并与基液的封堵性进行对比。其中微泡沫配制时剪切速率800r/min，热滚前搅拌5h，热滚后搅拌1h，具体性能如下表7。
66.表7实施例3封堵效果评价试验温度
ꢀꢀꢀ
配方基液基液+2%实施例3常温侵入深度/cm16.78.6150℃/16h侵入深度/cm全失10.5180℃/16h侵入深度/cm全失12.2由表7可知，2%实施例3明显改善了微泡沫基液的封堵性。
67.为了测试对比本实施例3与传统细目超细碳酸钙封堵效果，在配制好的微泡沫基液3%搬土浆+0.3%dsp
-ⅱ
+0.2%aos+0.1%sdbs中加入3%超细碳酸钙，分别热滚150℃/16h、180℃/16h，利用常温中压渗透砂床滤失仪测试其常温、150℃/16h和180℃/16h老化后微泡沫封堵性。其中微泡沫配制时剪切速率800r/min，热滚前搅拌5h，热滚后搅拌1h，具体性能如下表8。
68.表8 超细碳酸钙封堵性能测试温度
ꢀꢀꢀ
配方基液基液+3%超细碳酸钙常温侵入深度/cm13.88.8150℃/16h侵入深度/cm全失12.0180℃/16h侵入深度/cm全失13.4由表8可知，3%超细碳酸钙明显改善了微泡沫基液的封堵性，其封堵效果略逊于2%实施例3。
69.测试9：实施例3与超细碳酸钙对微泡沫寿命影响在配制好的微泡沫基液3%搬土浆+0.3%dsp
-ⅱ
+0.2%aos+0.1%sdbs中加入2%实施例2和3%超细碳酸钙，分别热滚150℃/16h、180℃/16h，测试老化后微泡沫流体的发泡体积和半衰期。其中微泡沫配制时剪切速率800r/min，热滚前搅拌5h，热滚后搅拌1h，具体性能如下表9。
70.表9实施例3与超细碳酸钙对微泡沫寿命影响温度
ꢀꢀꢀ
配方基液基液+2%实施例3基液+3%超细碳酸钙常温半衰期/min4873.542150℃/16h半衰期/min27.55219
180℃/16h半衰期/min12265由9可见，2%实施例3能提高微泡沫基液的半衰期，3%超细碳酸钙降低了微泡沫基液的稳定性。
71.本发明不仅能够提升微泡沫寿命，提高微泡沫在高矿化度环境下的稳定性，同时可加强微泡沫钻井液的封堵性，弥补微泡沫流体的滤失量偏大，封堵性较差的技术缺陷。
72.当然，实施例1~实施例3中仅仅列举了各个组分具体数据，但在具体实施过程中，可以根据需要在各个组分范围内进行适应性调整，在此不再一一赘述。
73.应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。