纳米微乳液及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明设及石油开采技术，尤其设及一种纳米微乳液及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 随着世界能源需求增加和钻探技术的发展，浅层埋藏的油气产量已不能满足现实 需求，深层、超深层油气已成为必然的趋势。而深层、超深层的油藏处于高溫高压的环境下， 钻井液在井内循环时会受到地层高溫高压作用，产生降解、过度失水、侵入地层孔道或者漏 失、导致井眼膨胀和缩径、井壁黏附或岩屑累积等，产生钻具黏附、增大运移阻力及卡钻与 井喷事故等重大事故。因此，钻井完井液需要抗高溫、低滤失、流变性强、抑制与保护储层等 多功能性，尤其是其对储层微细孔道有效保护，才能防止所钻进区域岩石辕胀、巧塌及井眼 完整性，满足深层、超深层的油气钻井完井工程高质高效技术要求。
[0003] 现有技术W纳米二氧化娃与生物聚合物交联合成聚合物冻胶处理剂，W其处理钻 井液的ΑΡΓ滤失量低达7. 9ml，在176. 7°C高溫下性能仍优良（SrivatsaJT，ZiajaΜB.An ExperimentalInvestigationonuseofNanoparticlesasFluidLossAdditivesin aSurfactant-PolymerBasedDrillingFluid.InternationalPetroleumTechnology Conference, 7-9February2012,Bangkok,Thailand)。但是，该冻胶处理剂在高于 176. 7°C 的环境下会失效，进而会造成井内井壁膨胀、缩径及巧塌等问题。
[0004] 现有技术"石蜡纳米乳液的性能影响因素及低能乳化法制备"（蓝强等，石油钻探 技术，2012, 40(1))，报道了石蜡纳米乳液制备方法及其应用性能。利用低能乳化法，将白 油、石蜡、表面活性剂和水按照质量比2:2:1:5的比例，在75°C情况下乳化30min得到石蜡 纳米乳液。将运种纳米乳液用于实际钻井液，产生良好润滑和流变性、抑制页岩和保护储层 效果好。但是，该体系在接近高溫120°C时石蜡烙并、颗粒增大及高溫滤失量大，会造成钻完 井液持效性差。
【发明内容】
[0005] 本发明提供一种纳米微乳液及其制备方法和应用，用来克服现有技术中降滤失剂 抗高溫性能存在局限性，避免当溫度高于200°C时滤失量增大而造成井壁膨胀巧塌等问题 的发生。
[0006] 本发明提供一种纳米微乳液的制备方法，包括如下步骤：
[0007] 1)将20~40重量份的混合单体、0. 01~0. 2重量份的保护剂W及15~30重量 份的水混合均匀后，再加入0. 05~0. 5重量份改性娃酸盐，得到第一混合液；
[0008] 其中，所述混合单体至少包括丙締酷胺、締丙基横酸钢与苯乙締横酸钢，所述丙締 酷胺、締丙基横酸钢与苯乙締横酸钢的重量配比为（2~5) : (2~5) : (0.8~1.2);所述改 性娃酸盐的层间距为2~4皿；
[000引。将10~25重量份的表面活性剂加入15~50重量份的溶剂中，揽拌均匀，得到 第二混合液；
[0010] 3)将8~12重量份所述第一混合液加入15~25重量份所述第二混合液中，得到 微乳液；
[0011] 在保护气氛下，将0. 4~2重量份的引发剂水溶液加入40~200重量份所述微乳 液中，随后在40~70°C下进行振荡反应5~lOh，制得所述纳米微乳液。
[0012] 在本发明提供的降滤失剂的制备方法中，采用了反相微乳液共聚纳米复合技术。 发明人经过大量研究发现，通过采用层间距为2~4nm的改性娃酸盐参与聚合反应，能够 使其进入或吸附在生成的聚合物胶束空间内部，形成胶束包裹纳米相的复合胶束，从而稳 定复合胶束，使复合胶束的赌变大幅减低，依据绝热条件下复合体系热性能关系式AT= ΔΗ/ΔS(ΔT是体系耐溫性，ΔΗ是体系热洽，ΔS是体系赌变），复合胶束耐高溫与高溫稳 定性将比原胶束显著提高。因此，根据本发明提供的制备方法得到的纳米微乳液具有良好 的抗高溫性。
[0013] 在步骤1)中，控制反应溫度为20~40°C，发明人研究发现，当聚合单体包括丙締 酷胺、締丙基横酸钢与苯乙締横酸钢，并且控制Ξ者之间的重量比为（2~5) : (2~5):1 时，能够进一步提高纳米微乳液的抗高溫性；在步骤2)中，控制反应溫度为20~50°C;在 步骤3)中，在30~50°C下，将第一混合液滴入第二混合液中，随着第一混合液的滴入，体系 逐渐呈现为淡蓝色的半透明状态。在上述步骤中，控制反应的揽拌速率为400~8(K)r/min。
[0014] 当第一混合液加入结束后，将体系抽至真空状态并通入保护气，例如氮气、氮气或 者氣气，在40~70°C下加入引发剂溶液后在超声波仪器中进行振荡反应，控制超声波频率 为40~lOOKHz，超声分散时间为5~20min。其中，所述引发剂水溶液是0. 08~0.8质量 份的引发剂与0. 32~1. 2质量份水的混合溶液。
[0015] 进一步地，所述改性娃酸盐通过如下步骤制备：
[0016] 在保护气氛下，将40~60重量份的层状娃酸盐均匀分散在0. 5~1. 5重量份的 水中，随后加入20~60重量份的改性剂溶液，控制体系在60~90°C下反应16~1她，过 滤，对滤饼清洗、干燥，得到所述改性娃酸盐；
[0017] 其中，所述改性剂溶液包括第一改性剂、第二改性剂W及水，所述第一改性剂、第 二改性剂W及水的重量配比为巧~20) : (1~15) : (15~30)。
[0018] 在层状娃酸盐改性过程中，可W在20~40°C恒溫水浴中将层状娃酸盐分散于水 中，并且控制层状娃酸盐在水中分散的揽拌速率为200~5(K)r/min，控制层状娃酸盐溶液 在改性剂溶液中的揽拌速率为500~lOOOr/min，控制改性剂溶液的滴加速率为8~15ml/ min。同时，为了除去残留的改性剂，当反应结束后，将改性娃酸盐反应液冷却至室溫后过 滤，采用去离子水对改性娃酸盐滤饼进行清洗，并采用0.Imol/L的AgN〇3溶液检测滤液，直 至滤液无白色沉淀产生，便可停止清洗。随后，将清洗完毕的改性娃酸盐置于50~90°C的 真空干燥箱中干燥12~4化直至恒重。由于在娃酸盐改性的过程中，娃酸盐会发生聚集成 块的现象，因此在干燥结束后可W将改性娃酸盐研磨至粉体，从而便于进行后续的聚合反 应。
[0019] 进一步地，所述层状娃酸盐的粒径为0.9~3μπι。为了在娃酸盐改性过程中，便于 控制改性后娃酸盐的层间距，可W优选粒径为0. 9~3μm的娃酸盐进行改性。并且所述层 状娃酸盐选自蒙脱±、水滑石、高岭±、凹凸棒石、海泡石、娃灰石、绿泥石和二氧化娃中的 一种或多种。当层状娃酸盐为上述多种物质的混合物时，本发明对各物质之间的比例不做 限制。
[0020] 进一步地，控制第一混合溶液的加入速度为5~7ml/min。在体系发生聚合反应 时，为了控制聚合反应的发生速度并且保证改性娃酸盐能够进入聚合物空间，在将第一混 合液加入至第二混合液中时，可W选用滴液漏斗进行滴加，并且控制滴加速度为5~7ml/ mi打〇
[0021] 进一步地，所述混合单体还可W包括甲基丙締酸、丙締酸钢、丙締酸锭和2-丙締 酷胺基-2-甲基丙横酸中的一种或多种。在本发明中，除了上述的单体所必须包含的丙締 酷胺、締丙基横酸钢与苯乙締横酸钢之外，单体还可W包含其他物质。
[0022] 进一步地，所述表面活性剂选自P-2、TX-10、0P-10、Tween20、Tween60、Tween 80、AEO-3、SP-20、SP-60、SP80、T152和T154中的一种或多种。由于不同的表面活性剂组 成溶液的HLB值有差异，为了进一步提高第一溶液在第二溶液中的溶解率，优选地，可W使 表面活性剂为吐溫系列与司盘系列的组合物，并且控制吐溫系列与司盘系列的重量比值为 2:3。
[0023] 同时，在发生聚合反应时，本发明所采用的水可W选自去离子水、自来水和加入表 面活性剂的水中的一种或多种；保护剂可W选自氨水、氨氧化钢、氨氧化钟和乙二胺四乙酸 中的一种或多种；步骤2)中溶解表面活性剂的溶剂可W选自正辛烧、异辛烧、正戊烧