一种水基钻井液用页岩微纳米颗粒封堵剂的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种水基钻井液用页岩微纳米颗粒封堵剂的制备方法，属于油田化学 钻井液处理剂技术领域。 技术背景
[0002] 我国页岩气资源预测技术可采储量达10. 3X1012~47X10 12m3,具有良好的勘探 开发前景，一旦成功地规模化勘探开发，能够有效缓解我国油气供需矛盾，页岩气勘探和开 发已成为"十二五"国家重大战略。现阶段，水平钻井技术是页岩气开发的核心技术之一， 广泛应用于页岩气开发钻井。为了后期水力压裂增产，水平井段多分布在天然裂缝发育地 层，且沿最小水平主应力方向钻进。在钻井过程中，钻井液滤液极易侵入页岩内部，可导致 严重的井壁失稳问题。因此，井壁稳定问题成为水平井开发页岩气资源的关键技术难题之 〇
[0003] 研宄表明，裂缝性页岩的井壁失稳与其自身的微观孔隙结构特征具有密切关系， 其中页岩微裂缝、层理发育是导致井壁失稳的内在主要因素，加强钻井液的封堵、固结井壁 能力，快速、有效地封堵裂缝性页岩纳米微孔及微裂缝，阻缓压力传递与滤液侵入，是钻井 液井壁防塌的关键。据统计分析，我国页岩气储层孔隙尺寸多处于微纳米尺度，孔径主体分 布范围为5~200nm。而针对页岩的极小孔喉尺寸和极低渗透率，沥青类、乳化石蜡类、聚合 醇类等常规钻井液封堵剂粒径偏大，无法进入页岩内部实现良好的封堵效果。
[0004]同时，油基钻井液是目前页岩气水平井钻井的首选，但由于其配置成本与环保问 题，其应用范围受到极大的限制。近年来兴起的高性能水基钻井液体系有望成为油基钻井 液的理想替代品，而常规水基钻井液用封堵剂无法满足页岩气地层的特殊封堵需求。因此， 亟需研制水基钻井液用页岩微纳米颗粒封堵剂，通过刚性纳米颗粒的吸附、架桥与可变形 颗粒的填充作用，在页岩井壁形成致密封堵层，阻缓压力传递与滤液侵入，达到稳定井壁的 目的。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的不足，本发明提供一种适合于裂缝性页岩地层的水基钻井液用微 纳米颗粒封堵剂的制备方法，制得的封堵剂特别适合于页岩气储层的水基钻井液用，具有 高效封堵、可变形封堵页岩纳米孔隙与微裂缝的特点。
[0006] 本发明技术方案如下：
[0007] 一种水基钻井液用页岩微纳米颗粒封堵剂的制备方法，包括步骤如下：
[0008] 将丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯单体、乙烯基单体、助溶剂加入装有水的反应釜中，高 速搅拌形成稳定分散体系，所述水、助溶剂、丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯单体、乙烯基单体的 质量比为150~300 :80~200 :10~30 :5~20 ;水浴加热密闭反应釜，加入引发剂引发聚 合反应，所述引发剂加量为单体总质量的0. 2-0. 8% ;控制反应时间2~4小时，反应结束， 自然冷却即得水基钻井液用页岩微纳米颗粒封堵剂。
[0009] 所述得微纳米颗粒封堵剂粒度分布为D10彡100nm、D50彡165nm、D90彡260nm。 [0010] 所述丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、甲 基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯中的任意一种或几种。
[0011] 所述乙烯基单体为氯乙稀、苯乙稀、乙酸乙稀醋、对乙烯基苯磺酸钠中的任意一种 或几种。
[0012] 所述助溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、丙三醇、异丙醇中的任意一种或几种。
[0013] 所述引发剂为过硫酸钾、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、异丙苯过氧化氢、过氧化 苯甲酰中的任意一种或几种。
[0014] 所述的水优选为蒸馏水。
[0015] 根据本发明所述的水基钻井液用页岩微纳米颗粒封堵剂制备方法，优选水浴加热 温度为70~100°C。进一步优选，水浴加热温度为70~90°C。
[0016] 根据本发明所述的水基钻井液用页岩微纳米颗粒封堵剂制备方法，优选反应时间 为2. 5~3. 5小时
[0017] 根据本发明所述的水基钻井液用页岩微纳米颗粒封堵剂制备方法，优选高速搅拌 速度为1000~3000r/min。进一步优选高速搅拌速度为1200~2000r/min。
[0018] 本发明所述的水基钻井液用页岩微纳米颗粒封堵剂制备方法，进一步优选水、助 溶剂、丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯单体、乙烯基单体的质量比为200~300 :80~150 :15~ 20 :5~15。所述引发剂为单体总质量的0. 3-0. 6%。
[0019] 本发明所述的水基钻井液用页岩微纳米颗粒封堵剂在应用时直接加入钻井液基 浆中即可。封堵剂用量为钻井液基浆重量的2%wt.。
[0020] 本发明采用无皂乳液聚合方法，制备得到的页岩微纳米封堵剂，其胶乳粒子具有 良好的单分散性与耐水性，且表面洁净；另外，更重要的是本发明方法避免使用乳化剂（表 面活性剂），所制备的页岩微纳米封堵剂（胶乳）加入到水基钻井液之中，避免水基钻井液 的起泡问题，因此，本发明所得的页岩微纳米封堵剂特别适用于水基钻井液，也可用于油基 钻井液。而传统技术常规乳液聚合方法制备得到的页岩微纳米封堵剂在水基钻井液中存在 易起起泡的问题，仅适用于油基钻井液。
[0021] 按照本发明的制备方法得到的水基钻井液用页岩微纳米颗粒封堵剂具有良好的 单分散性，平均粒径分布在160nm左右，稳定性强，能够均匀分散在淡水、淡水加重、盐水钻 井液中，可变形封堵页岩纳米孔隙与微裂缝，起到阻缓压力传递与滤液侵入的作用，增强页 岩井壁稳定性。此外，所述的钻井液用页岩微纳米颗粒封堵剂对钻井液流变性能影响不大， 且有利于降低钻井液滤失量。作用机理如下：页岩微纳米颗粒封堵剂为一种微纳米尺度 的可变形聚合物颗粒，能够进入页岩纳米孔隙与微裂缝中，通过吸附、架桥与可变形填充作 用，不断沉降、填充、压实，在页岩内部形成连续的致密封堵层，起到阻缓压力传递与滤液侵 入的作用，增强页岩井壁稳定性。
[0022] 本发明与现有技术相比具有如下优点：
[0023] 1、本发明提供的水基页岩微纳米封堵剂制备方法，是在密闭加热条件下丙烯酸酯 或甲基丙烯酸酯单体、乙烯基单体的无皂乳液聚合反应，该制备方法操作简便，工艺简单；
[0024] 2、本发明提供的水基页岩微纳米颗粒封堵剂为一种微纳米尺度的可变形聚合物 胶