一种低渗储层环保纳米水基钻井液及其制备方法与流程

本发明涉及石油钻井领域，具体涉及一种低渗储层环保纳米水基钻井液及其制备方法。
背景技术：
：纳米材料是由纳米级的小粒子组成，一般是指尺寸在1-100nm的颗粒，具有以下特点：1、表面效应，即具有非常大的比表面积和很高的表面活性；2、小尺寸效应，即由于颗粒尺寸的变小，引起宏观物理性质的变化；3、量子尺寸效应。即当颗粒尺寸下降到纳米级时，能级改变；4、宏观量子隧道效应，即微观粒子穿越势垒的能力。钻井井下事故，特别是对油气层的污染多是由于钻井液中的黏土引起的，加入的处理剂主要为了使体系中黏土颗粒保持合适的颗粒状态，使钻井液保持合理的流变性及滤失造壁性。纳米材料的性质，使其可以吸附到粘土颗粒层间和表面，改变体系的流变性能。同时，纳米抑制剂可以进入粘土层间，抑制粘土水化膨胀和分散，增强井壁稳定性。纳米封堵剂既可以封堵微小孔隙，又可以起到一定的润滑作用。美国的页岩气革命，使美国的油气当量近几年有了质的飞跃。我国20世纪90年代才开始进行页岩气勘探开发，开发技术与国外有一定的差距，页岩气储层保护是勘探开发过程中至关重要的一环，其中，钻井液是核心。纳米材料广泛应用于医学、药学、化学及生物监测、制造业、光学等，但在钻井液中的应用研究较少，且尚未见针对低渗储层的环保纳米钻井液体系的报道。技术实现要素：本发明针对低渗储层提出了一种增强储层保护效果的环保纳米水基钻井液及其制备方法。本发明所提供的低渗储层环保纳米水基钻井液，包括下述重量百分比含量的组份：水、纳米膨润土1-4％(基于100体积份水)、碳酸钠0.05-0.2％、环保纳米增粘提切剂0.3-0.8％、环保纳米降滤失剂0.5-2％、环保抑制防塌剂0.5-4％、环保润滑剂0.2-1.5％、环保纳米封堵剂1-5％、环保纳米流型调节剂0.2-2％。所述环保纳米水基钻井液中，所述环保纳米增粘提切剂为纳米黄原胶、纳米聚阴离子纤维素、纳米羧甲基纤维素中的一种或多种。所述环保纳米增粘提切剂的制备方法，为：将增粘提切剂(黄原胶、聚阴离子纤维素、羧甲基纤维素中的一种或多种)配制成一定浓度的溶液，采用高压均质机，在100-300mpa下，均质1-5次，得到纳米增粘提切剂，其中，所述纳米增粘提切剂的粒度在30nm-800nm之间，具体可为50-800nm。所述环保纳米水基钻井液中，所述环保纳米降滤失剂为玉米淀粉、小麦淀粉、马铃薯淀粉和木薯淀粉中的一种或多种淀粉，经改性制备的纳米淀粉降滤失剂。环保纳米降滤失剂的制备方法如下：将10-40质量份的淀粉加至50-200质量份水中，于5-10℃温度下静置4-12h，在＜25℃环境下，用600-900w的高功率超声粉碎机超声粉碎1-3h，过滤后取滤饼得到所需纳米淀粉；将纳米淀粉加至50-100质量份的有机溶剂(具体可为乙醇)中，加热至40-60℃，氮气环境下加入5-15质量份碱化剂(具体可为naoh)和5-30质量份醚化剂(具体可为3-cl-2-羟基丙磺酸钠)，反应1-3h后抽滤，洗涤滤饼并放入50-100质量份的有机溶剂(具体可为乙醇)中，在40-70℃和氮气环境下，搅拌均匀，得到醚化改性的纳米淀粉悬浮液；在醚化改性的纳米淀粉悬浮液中加入5-15质量份的碱化剂(具体可为naoh)和1-5质量份的交联剂(具体可为环氧氯丙烷)，反应1-5h后用酸液调节ph至中性，过滤得到纳米淀粉降滤失剂粗产品；洗涤纳米淀粉降滤失剂粗产品，然后与1-40质量份的分散剂(具体可为十二烷基苯磺酸钠)溶于50-100质量份的水中，然后以0.1-4ml/min的滴加速率滴加至400-2000质量份的有机溶剂(具体可为乙醇)中，滴加完毕后离心、烘干、粉碎，得到所需的纳米淀粉降滤失剂。所述环保纳米降滤失剂的粒径可为300-800nm。所述环保纳米水基钻井液中，所述环保抑制防塌剂为由聚醚胺与有机酸反应生成的含有醚键、胺基和酰胺基的低分子聚合物，其中，所述聚醚胺为聚醚单胺、聚醚二胺或聚醚多胺中的一种或多种，所述有机酸为羧酸，可以是一元羧酸或者二元羧酸。所述环保纳米水基钻井液中，所述环保润滑剂为植物油与可膨胀石墨、分散剂、抗磨剂混合而成的钻井液用专用润滑剂，其中，植物油为花生白土油、棉籽白土油、菜籽白土油中的至少一种。所述环保润滑剂其组成包括：植物白土油和可膨胀石墨，植物白土油与可膨胀石墨的重量比为6-20：1，优选为8.6-12.7：1，其中加入少量表面活性剂和分散剂，表面活性剂为本领域常规使用的表面活性剂，如司盘20、司盘40、司盘80中的一种或几种，分散剂为辛基酚聚氧乙烯醚，抗磨剂为硼化氨基酯。所述润滑剂可以通过将上述成分混合得到。所述环保纳米水基钻井液中，所述环保纳米封堵剂为纳米二氧化硅与丙烯酰胺、甲基丙烯磺酸钠、n-乙烯基己内酰胺中的一种或多种单体的接枝共聚物。具体制备方法如下：将0.7g纳米二氧化硅分散至35ml无水乙醇与5ml的去离子水混合液中，逐滴加入1.4gapts，搅拌2h后，加入0.5-1.5g丙烯酰胺、0.3-1g甲基丙烯磺酸钠或者0.2-1.5gn-乙烯基己内酰胺中的一种或多种，加入单体质量0.3％的引发剂nahso3，反应6h，得到环保纳米封堵剂。所述环保纳米水基钻井液中，所述环保纳米流型调节剂为纳米玉米淀粉晶体、纳米马铃薯淀粉晶体、纳米木薯淀粉晶体、纳米小麦淀粉晶体、纳米纤维素晶体中的一种或多种。所述环保纳米流型调节剂的制备方法，为：将淀粉加入到一定浓度的硫酸或者盐酸溶液中，30-55℃下酸解1-8天，将产物中和离心，得到环保纳米流型调节剂。上述低渗储层环保纳米水基钻井液通过包括下述步骤的方法制备得到：将纳米膨润土加入水中，搅拌均匀；加入无水碳酸钠，充分搅拌，并水化24-48h；依次加入环保纳米增粘提切剂、环保纳米降滤失剂、环保抑制防塌剂、环保润滑剂、环保纳米封堵剂、环保纳米流型调节剂，搅拌均匀即得所述环保纳米水基钻井液体系。本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：1、本发明的水基钻井液使用的均为无毒环保类处理剂，大部分为天然高分子物质进行处理改性后得到的产物，因此，该水基钻井液体系无毒环保，可满足绝大部分地区的环保要求。2、本发明的环保纳米水基钻井液使用的处理剂，均通过物理或者化学方法进行了纳米化处理，综合了纳米材料的优点，流变性和滤失性能优越，对低渗储层有良好的储层保护效果。本发明提供了一种低渗储层环保纳米水基钻井液及其制备方法，为低渗储层钻探提供了一种高效的钻井流体。附图说明图1为本发明实施例4中空白页岩压力传递曲线。图2为加入实施例1制备的环保纳米水基钻井液后压力传递效果曲线。图3为加入实施例2制备的环保纳米水基钻井液后压力传递效果曲线。图4为加入实施例3制备的环保纳米水基钻井液后压力传递效果曲线。具体实施方式下面通过具体实施例对本发明进行说明，但本发明并不局限于此。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、生物材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。实施例1环保纳米水基钻井液由以下质量比的物质组成：100ml水、纳米膨润土1％、碳酸钠0.05％、环保纳米增粘提切剂0.3％、环保纳米降滤失剂1％、环保抑制防塌剂0.5％、环保润滑剂0.2％、环保纳米封堵剂1％、环保纳米流型调节剂0.2％。本实施例中，所用的环保纳米增粘提切剂为均质压力200mpa下经高压均质的纳米黄原胶，粒径为50-800nm。本实施例中，所用的环保纳米降滤失剂为玉米淀粉经纳米化改性而成，粒径为300-800nm。具体改性步骤如下：将10质量份的玉米淀粉加至50质量份水中，于5℃温度下静置12h，在＜25℃环境下，用800w的高功率超声粉碎机超声粉碎2.5h，过滤后取滤饼得到所需纳米淀粉；将纳米淀粉加至50质量份的乙醇中，加热至45℃，氮气环境下加入5质量份naoh和5质量份3-cl-2-羟基丙磺酸钠，反应3h后抽滤，洗涤滤饼并放入50质量份的乙醇中，在50℃和氮气环境下搅拌均匀，加入5质量份的naoh和1质量份的环氧氯丙烷，反应2h后用酸液调节ph至中性，过滤得到纳米淀粉降滤失剂粗产品；洗涤纳米淀粉降滤失剂粗产品，然后与1质量份的十二烷基苯磺酸钠溶于50质量份的水中，然后以0.1/min的滴加速率滴加至400质量份的乙醇中，滴加完毕后离心、烘干、粉碎，得到所需的纳米淀粉降滤失剂。本实施例中，所用的环保抑制防塌剂为聚醚胺与乙二酸反应而成，具体实施步骤如下：在配备加热装置、温度控制仪、分水器和搅拌器的500ml四口圆底烧瓶中加入聚醚胺和乙二酸，摩尔比为5:1，同时通入氮气，加热升温至120℃，然后保持温度在150℃，搅拌速度为500r/min,搅拌时间为6h。反应过程中产生的水蒸汽通过分水器中的氮气流带走。本实施例中，所用的环保润滑剂为棉籽白土油与可膨胀石墨、分散剂、抗磨剂混合而成。其中，棉籽白土油88重量份，可膨胀石墨8重量份，司盘801重量份，辛基酚聚氧乙烯醚0.3重量份，硼化氨基酯1.5重量份。本实施例中，所用的环保纳米封堵剂为纳米二氧化硅与丙烯酰胺接枝而成。具体制备方法如下：将0.7g纳米二氧化硅分散至35ml无水乙醇与5ml的去离子水混合液中，逐滴加入1.4gapts，搅拌2h后，加入0.5g丙烯酰胺，加入单体质量0.3％的引发剂nahso3，反应6h，得到环保纳米封堵剂。本实施例中，所用的环保纳米流型调节剂为酸解纳米马铃薯淀粉晶体，粒径为200-500nm。其制备方法为：将马铃薯淀粉加入到浓度为3.14mol/l的硫酸或者盐酸溶液中，40℃下酸解5天，将产物中和离心，得到环保纳米流型调节剂。实施例2、环保纳米水基钻井液由以下质量比的物质组成：100ml水、纳米膨润土2％、碳酸钠0.1％、环保纳米增粘提切剂0.6％、环保纳米降滤失剂0.5％、环保抑制防塌剂2％、环保润滑剂1.0％、环保纳米封堵剂3％、环保纳米流型调节剂1％。本实施例中，所用的环保纳米增粘提切剂为均质压力100mpa下经高压均质的羧甲基纤维素，粒径为30-800nm。本实施例中，所用的环保纳米降滤失剂为马铃薯淀粉经纳米化改性而成，粒径为300-800nm。将30质量份的马铃薯淀粉加至180质量份水中，于5℃温度下静置12h，在＜25℃环境下，用600w的高功率超声粉碎机超声粉碎2h，过滤后取滤饼得到所需纳米淀粉；将纳米淀粉加至80质量份的乙醇中，加热至45℃，氮气环境下加入10质量份naoh和20质量份氯乙酸钠，反应3h后抽滤，洗涤滤饼并放入80质量份的乙醇中，搅拌均匀，加入10质量份的naoh和5质量份的碳酸氯，反应2h后用酸液调节ph至中性，过滤得到纳米淀粉降滤失剂粗产品；洗涤纳米淀粉降滤失剂粗产品，然后与20质量份的十二烷基苯磺酸钠溶于50质量份的水中，然后以0.1/min的滴加速率滴加至1000质量份的乙醇中，滴加完毕后离心、烘干、粉碎，得到所需的纳米淀粉降滤失剂。本实施例中，所用的环保抑制防塌剂为聚醚胺与丁二酸反应而成，具体实施步骤如下：在配备加热装置、温度控制仪、分水器和搅拌器的500ml四口圆底烧瓶中加入聚醚胺和丁二酸，摩尔比为2:7，同时通入氮气，加热升温至150℃，然后保持温度在150℃，搅拌速度为500r/min,搅拌时间为6h。反应过程中产生的水蒸汽通过分水器中的氮气流带走。本实施例中，所用的环保润滑剂为花生白土油与可膨胀石墨、分散剂、抗磨剂混合而成。其中，花生白土油88重量份，可膨胀石墨8重量份，司盘80优选1重量份，辛基酚聚氧乙烯醚0.3重量份，硼化氨基酯1.5重量份。本实施例中，所用的环保纳米封堵剂为纳米二氧化硅与丙烯酰胺、甲基丙烯磺酸钠接枝而成。具体制备方法如下：将0.7g纳米二氧化硅分散至35ml无水乙醇与5ml的去离子水混合液中，逐滴加入1.4gapts，搅拌2h后，加入1.0g丙烯酰胺和0.8g甲基丙烯磺酸钠，加入单体质量0.3％的引发剂nahso3，反应6h，得到环保纳米防堵剂。本实施例中，所用的环保纳米流型调节剂为酸解纳米纤维素晶体，粒径为200-500nm。其制备方法为：将马铃薯淀粉加入到浓度为3.14mol/l的硫酸或者盐酸溶液中，40℃下酸解6天，将产物中和离心，得到环保纳米流型调节剂。实施例3环保纳米水基钻井液由以下质量比的物质组成：100ml水、纳米膨润土4％、碳酸钠0.2％、环保纳米增粘提切剂0.8％、环保纳米降滤失剂2％、环保抑制防塌剂4％、环保润滑剂1.5％、环保纳米封堵剂5％、环保纳米流型调节剂2％。本实施例中，所用的环保纳米增粘提切剂为均质压力150mpa下经高压均质的聚阴离子纤维素，粒径为50-800nm。本实施例中，所用的环保纳米降滤失剂为木薯淀粉经纳米化改性而成，粒径为300-600nm。将40质量份的木薯淀粉加至200质量份水中，于5℃温度下静置12h，在＜25℃环境下，用600w的高功率超声粉碎机超声粉碎2h，过滤后取滤饼得到所需纳米淀粉；将纳米淀粉加至100质量份的乙醇中，加热至55℃，氮气环境下加入10质量份naoh和20质量份氯乙酸钠，反应3h后抽滤，洗涤滤饼并放入80质量份的乙醇中，搅拌均匀，加入10质量份的naoh和5质量份的碳酸氯，反应2h后用酸液调节ph至中性，过滤得到纳米淀粉降滤失剂粗产品；洗涤纳米淀粉降滤失剂粗产品，然后与40质量份的十二烷基硫酸钠溶于100质量份的水中，然后以0.1/min的滴加速率滴加至2000质量份的乙醇中，滴加完毕后离心、烘干、粉碎，得到所需的纳米淀粉降滤失剂。本实施例中，所用的环保抑制防塌剂为聚醚胺与乙酸反应而成，具体实施步骤如下：在配备加热装置、温度控制仪、分水器和搅拌器的500ml四口圆底烧瓶中加入聚醚胺和乙酸，摩尔比为3:8，同时通入氮气，加热升温至130℃，然后保持温度在145℃，搅拌速度为500r/min,搅拌时间为8h。反应过程中产生的水蒸汽通过分水器中的氮气流带走。本实施例中，所用的环保润滑剂为菜籽白土油与可膨胀石墨、分散剂、抗磨剂混合而成。其中，菜籽白土油88重量份，可膨胀石墨8重量份，司盘80优选1重量份，辛基酚聚氧乙烯醚0.3重量份，硼化氨基酯1.5重量份。本实施例中，所用的环保纳米封堵剂为纳米二氧化硅与丙烯酰胺、n-乙烯基己内酰胺接枝而成。具体制备方法如下：将0.7g纳米二氧化硅分散至35ml无水乙醇与5ml的去离子水混合液中，逐滴加入1.4gapts，搅拌2h后，加入0.5g丙烯酰胺和1.5gn-乙烯基己内酰胺，加入单体质量0.3％的引发剂nahso3，反应6h，得到环保纳米封堵剂。本实施例中，所用的环保纳米流型调节剂为酸解纳米木薯淀粉晶体，粒径为200-500nm。其制备方法为：将马铃薯淀粉加入到浓度为3.14mol/l的硫酸或者盐酸溶液中，55℃下酸解4天，将产物中和离心，得到环保纳米流型调节剂。下面对实施例1-3制备的钻井液效果进行测试。1、钻井液流变性、滤失性和润滑性能测试在常温下配制本发明的水基钻井液，装入老化罐中在150℃下热滚16小时，在常温下测试其流变参数、api滤失量和极压润滑系数，并测试其150℃/3.5mpa条件下的高温高压滤失量。表1实施例1-3的流变性、滤失性和润滑性能测试结果由表1可知，本发明的钻井液体系流变性合理，塑性粘度及动切力在一定范围内可调，api滤失量小于4.2ml，高温高压滤失量小于15ml，表明钻井液具有良好的封堵降滤失效果，可有效阻缓钻井液滤液侵入地层。钻井液润滑系数小，可有效润滑钻具。2、压力传递效果评价通过压力传递仪，评价在低渗透率下，该体系的压力传递效果，实验结果见图1-图4。图1为空白页岩压力传递曲线；图2为加入实施例1制备的环保纳米水基钻井液后压力传递效果曲线。图3为加入实施例2制备的环保纳米水基钻井液后压力传递效果曲线。图4为加入实施例3制备的环保纳米水基钻井液后压力传递效果曲线。从图中数据可以看出，空白页岩压力传递速率极快，传递1mpa压差仅需1875s，需加强对页岩微孔缝的封堵，提升页岩井壁稳定性。实例1水基钻井液与页岩作用后传递1mpa压差所需时间较空白岩样(约为1875s)有较大幅度的提高，约为7730s。实例2水基钻井液与页岩作用后传递1mpa压差所需时间较空白岩样(约为1875s)有大幅度的提高，约为11050s。传递1mpa压差较空白页岩样所需时间分别延长3.12倍和4.89倍。实例3水基钻井液与页岩作用后传递1mpa压差所需时间较空白岩样(约为1875s)有大幅度的提高，约为13245s，传递1mpa压差较空白页岩样所需时间延长6.06倍。3、钻井液环保性能评价采用生物耗氧量测定仪和化学耗氧量测定仪对实例1-3的生物降解性能进行评价；采用发光细菌法，对实例1-3的生物毒性进行评价，实验结果见表2。表2钻井液环保性能评价实验结果试液bod/codcrec50实例119.245600实例217.643200实例315.432000从表中数据可以看出，实例1-3所述环保钻井液体系环保性能优异，达到可排放标准。当前第1页12