一种油基钻井液用纳米封堵剂及其制备方法、应用与流程

本发明涉及石油开采，尤其涉及一种油基钻井液用纳米封堵剂及其制备方法、应用。

背景技术：

1、页岩中粘土矿物含量较高，水敏性强，同时为实现页岩油气工业化开发需进行水平井钻进，对钻井液的润滑性和抑制性提出了极高的要求。油基钻井液与水基钻井液相比，具有优异的抑制性和润滑性，已成为页岩油气水平段钻进的主力钻井液，大幅降低了钻进中的事故发生率。

2、但在油基钻井液钻进中，井壁塌陷问题仍时有发生。经研究得知，页岩中纳米孔隙、微裂缝十分发育，油基钻井液中油相易通过上述孔隙、微裂缝侵入井壁围岩中。一方面，油相侵入导致压力传递，使岩石中孔隙压力大幅提高，易引发岩石沿着力学弱面发生剪切，破坏岩石力学稳定性。同时压力传递使钻井液液柱压力降低，难以有效支撑井壁，进一步加剧井壁垮塌。另一方面，侵入油相与岩石中有机质接触，使岩石中亲油有机质发生溶胀、甚至溶解，进一步恶化了岩石的力学稳定性。因此，油相通过孔缝侵入页岩内部是导致井壁失稳的关键原因。

3、钻井液中通常采用封堵剂以封堵孔缝，减少液相渗吸。但现有钻井液封堵剂普遍处于微米尺寸，难以对纳米孔隙与微裂缝形成致密封堵。近年来，由于纳米材料与页岩孔缝尺寸相当，纳米封堵剂研发得到越来越多的关注。但由于纳米材料尺寸较小，表面能极高，加入非极性油相中，极易在油基钻井液中团聚，形成微米尺寸的聚集体，难以有效封堵纳米孔缝。因此，研发可稳定分散于油相中的纳米封堵剂，实现对页岩孔缝的有效封堵，是解决油基钻井液应用下井壁失稳问题的关键。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种油基钻井液用纳米封堵剂及其制备方法、应用。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

2、一种油基钻井液用纳米封堵剂的制备方法，所述方法包括以下步骤：

3、向所述乳化剂溶液中加入有机单体、乙烯基功能单体，得到稳定乳液体系；在无氧条件下，所述稳定乳液体系与偶氮二异丁腈的乙醇溶液反应后，得到纳米封堵剂前驱体溶液；向所述纳米封堵剂前驱体溶液加入改性剂，反应后得到纳米封堵剂。

4、优选的，所述乳化剂为亲水疏水平衡值小于6的乳化剂，包括司盘-80、油酸钠中的至少一种；

5、所述有机单体包括苯乙烯、甲基丙烯酸酯中的至少一种；

6、所述乙烯基功能单体包括1-乙烯基咪唑，4-乙烯基吡啶和乙烯基硅烷偶联剂中的至少一种；

7、所述改性剂包括脂肪酸、油酸、硅烷偶联剂、烷基醇、烷基酯中的至少一种。

8、优选的，所述有机单体包括苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯的至少一种；

9、所述改性剂包括脂肪酸、油酸、十六烷酸、十二烷基三乙氧基硅烷中的至少一种。

10、优选的，所述乳化剂、有机单体、乙烯基功能单体、偶氮二异丁腈，改性剂的组份比例为(0.1-0.5)：(10-20)：(2-4)：(0.1-0.5)：(2-4)。

11、优选的，所述向所述乳化剂溶液中加入有机单体、乙烯基功能单体，得到稳定乳液体系，包括，

12、将10-20g有机单体、2-4g乙烯基功能单体按1～3ml/min的速度加入所述乳化剂溶液中，滴加完成后，得到乳液体系混合溶液；

13、将所述乳液体系混合溶液搅拌30-60min后，再超声处理20-40min，得到稳定乳液体系。

14、优选的，所述在无氧条件下，稳定乳液体系与偶氮二异丁腈的乙醇溶液反应后，到纳米封堵剂前驱体溶液，包括，

15、所述稳定乳液体系与偶氮二异丁腈的乙醇溶液混合后，在50-80℃下，反应8-10h后，得到纳米封堵剂前驱体溶液。

16、优选的，所述向所述纳米封堵剂前驱体溶液加入改性剂，反应后得到纳米封堵剂，包括，

17、向所述纳米封堵剂前驱体溶液加入2-4份改性剂，在预定的第二搅拌速度下反应2-4h后，得到纳米封堵剂。

18、一种油基钻井液用纳米封堵剂，所述纳米封堵剂包括以下重量份的原料组分：乳化剂、有机单体、乙烯基功能单体、偶氮二异丁腈溶和改性剂。

19、优选的，所述乳化剂包括司盘-80、油酸钠中的至少一种；

20、所述有机单体包括苯乙烯、甲基丙烯酸酯中的至少一种；

21、所述乙烯基功能单体包括1-乙烯基咪唑、4-乙烯基吡啶和乙烯基硅烷偶联剂中的至少一种；

22、所述改性剂包括脂肪酸、油酸和硅烷偶联剂中的至少一种。

23、优选的，所述有机单体包括苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯的至少一种；

24、所述改性剂包括脂肪酸、油酸、十六烷酸、十二烷基三乙氧基硅烷中的至少一种。

25、优选的，所述乳化剂、有机单体、乙烯基功能单体、偶氮二异丁腈，改性剂的组份比例为(0.1-0.5)：(10-20)：(2-4)：(0.1-0.5)：(2-4)。

26、优选的，所述纳米封堵剂为纳米聚合物颗粒，尺寸为0.05μm-10μm；

27、所述纳米聚合物颗粒为绒球状结构，包括球结构、乙烯基功能性单体和绒毛结构，其中，所述球结构的表面均匀分布乙烯基功能性单体，所述乙烯基功能性单体上负载绒毛结构；

28、所述球结构为聚合物，所述聚合物包括聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯中的至少一种；

29、所述绒毛结构为改性剂，包括脂肪酸、硅烷偶联剂中的至少一种。

30、如上所述的纳米封堵剂在油基钻井液中封堵页岩的纳米孔隙及微裂缝中的应用。

31、优选的，所述纳米封堵剂应用于封堵井壁微裂缝。

32、本发明的技术效果和优点：

33、1、该产品在油相中分散稳定性较好，在高温下仍具备良好的纳米尺寸分散效果；

34、2、该产品尺寸可控，尺寸范围包括50nm-10μm，可有效提高对地层匹配性；

35、3、该产品在油基钻井液中配伍性良好，对体系粘切影响较小；

36、4、该产品可有效封堵页岩孔隙，减少液相侵入。

37、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

技术特征：

1.一种油基钻井液用纳米封堵剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种油基钻井液用纳米封堵剂的制备方法，其特征在于，

3.根据权利要求1或2所述的一种油基钻井液用纳米封堵剂，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的一种油基钻井液用纳米封堵剂的制备方法，其特征在于，所述乳化剂、有机单体、乙烯基功能单体、偶氮二异丁腈，改性剂的组份比例为(0.1-0.5)：(10-20)：(2-4)：(0.1-0.5)：(2-4)。

5.根据权利要求1所述的一种油基钻井液用纳米封堵剂的制备方法，其特征在于，所述向所述乳化剂溶液中加入有机单体、乙烯基功能单体，得到稳定乳液体系，包括，

6.根据权利要求1所述的一种油基钻井液用纳米封堵剂的制备方法，其特征在于，所述在无氧条件下，稳定乳液体系与偶氮二异丁腈的乙醇溶液反应后，到纳米封堵剂前驱体溶液，包括，

7.根据权利要求1所述的一种油基钻井液用纳米封堵剂的制备方法，其特征在于，所述向所述纳米封堵剂前驱体溶液加入改性剂，反应后得到纳米封堵剂，包括，

8.一种油基钻井液用纳米封堵剂，其特征在于，

9.根据权利要求8所述的一种油基钻井液用纳米封堵剂，其特征在于，

10.根据权利要求8或9所述的一种油基钻井液用纳米封堵剂，其特征在于，

11.根据权利要求8所述的一种油基钻井液用纳米封堵剂，其特征在于，

12.根据权利要求8或9所述的一种油基钻井液用纳米封堵剂，其特征在于，

13.一种如权利要求1-7任一项所制备的纳米封堵剂在油基钻井液中封堵页岩的纳米孔隙及微裂缝中的应用。

14.根据权利要求13所述的一种油基钻井液用纳米封堵剂的应用，其特征在于，所述纳米封堵剂应用于封堵井壁微裂缝。

技术总结
本发明公开了一种油基钻井液用纳米封堵剂及其制备方法、应用，所述方法包括以下步骤：向所述乳化剂溶液中加入有机单体、乙烯基功能单体，得到稳定乳液体系；在无氧条件下，所述稳定乳液体系与偶氮二异丁腈的乙醇溶液反应后，得到纳米封堵剂前驱体溶液；向所述纳米封堵剂前驱体溶液加入改性剂，反应后得到纳米封堵剂。本发明纳米封堵剂在油相中分散稳定性较好，在高温下仍具备良好的纳米尺寸分散效果；该产品尺寸可控，尺寸范围包括50nm‑10μm，可有效提高对地层匹配性；在油基钻井液中配伍性良好，对体系粘切影响较小；可有效封堵页岩孔隙，减少液相侵入。

技术研发人员：谢水祥,任雯,张明栋,李兴春,刘光全,耿愿,刘龙杰,邵志国,许毓,仝坤
受保护的技术使用者：中国石油天然气集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4