水基钻井液用微纳米防塌封堵剂及其制备方法与流程

本发明涉及一种水基钻井液用微纳米防塌封堵剂及其制备方法，属于钻井液用封堵剂。

背景技术：

1、井壁稳定问题是钻井行业的一个世界性难题，在世界上许多油田都存在，并一直没有能够得到很好解决。随着我国油气勘探开发目标进一步面向埋藏在地质条件十分复杂的深层油气资源，在钻探过程中遇到的井壁稳定、窄密度窗口等难题，导致复杂深井钻井速度慢、复杂事故多、钻井周期长、成本高，已严重影响我国油气资源重要接替区勘探开发进程。因此，通过提高钻井液质量，解决井壁失稳问题，是推进复杂地层和非常规油气藏勘探开发的迫切需要。

2、通过物理封堵岩石中的孔隙和微裂缝，是提高页岩地层稳定性的最好的方法。然而，地层孔隙和裂缝尺寸通常为纳米级，传统的微米级封堵剂，由于粒径不匹配，无法在裂缝入口处形成屏蔽，水分仍会侵入页岩基质，导致页岩水化膨胀、失去结构强度，从而发生井体塌陷。

3、随着纳米技术的新起和发展，纳米级封堵剂成为解决此问题的有效技术手段。因为纳米材料具有小尺寸效应、表面效应和选择吸附性等特殊性质，且纳米材料还可以提高泥页岩水化膨胀抑制性，改善泥饼的质量和钻井液的流变性，对提高钻井液润滑性、降低钻柱磨损都有着重要作用。但是由于无机纳米粒子表面活性很大，会吸附一部分钻井液处理剂，减少处理剂的有效含量，其自身也容易发生团聚，团聚后颗粒尺寸明显变大，仅靠搅拌很难使团聚颗粒再分散到纳米尺度。

4、因此，如何提供一种稳定性良好，封堵性能优异的纳米尺寸的封堵剂是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种水基钻井液用微纳米防塌封堵剂及其制备方法。本发明中的封堵剂具有复式核壳结构，在高温条件下微纳米封堵剂的形态结构不发生任何改变，稳定性较好，溶胶中的无机纳米颗粒赋予其优秀的结构稳定性，与此同时有机单体又使其兼具一定的弹性，解决了油气开采井壁失稳问题。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种水基钻井液用微纳米防塌封堵剂，其特征在于，由如下质量配比的组份构成：溶胶的质量为20～50g，有机单体的质量为1～5g，阴离子表面活性剂的质量为1～10g，非离子表面活性剂的质量为1～5g，引发剂的质量为0.1～0.5g，极性溶剂的质量为10～80g，非极性溶剂的质量为10～80g。

4、所述溶胶为硅溶胶、铝溶胶或硅酸溶胶中的一种，溶胶的颗粒平均尺寸为10～50nm。

5、所述有机单体包括丙烯酸酯、苯乙烯、丙烯酰胺、戊双烯酰胺基-亚甲基-乙磺酸、戊双烯酰胺，按质量配比3：2任选其中的两种。

6、所述阴离子表面活性剂包括十二烷基苯磺酸（las）、脂肪醇酰硫酸钠（aes）、乙氧基化脂肪酸甲酯磺酸钠（fmes）、仲烷基磺酸钠（sas），任选其中的一种。

7、所述非离子表面活性剂包括 长链脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚，任选其中一种。

8、所述引发剂包括过氧化苯甲酰、过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二丁腈，任选其中的一种。

9、所述极性溶剂包括有醇和水，醇水的质量比为2：3。

10、所述非极性溶剂包括有植物油、白油、矿物油，任选其中的一种。

11、一种水基钻井液用微纳米防塌封堵剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

12、a、将阴离子表面活性剂、有机单体、极性溶剂混合均匀，得到混合物一；

13、b、将非离子表面活性剂、溶胶、非极性溶剂混合均匀，得到混合物二；

14、c、在40～70℃的温度条件下，将混合物一和混合物二进行混合，然后加入引发剂，进行乳化处理；

15、 d、反应完成后，将产物冷却至室温，获得微纳米防塌封堵剂。

16、所述进行乳化处理时，剪切速率为2000～10000r/min,乳化时间为30-60min。

17、采用本发明的优点在于：

18、1，本发明钻井液用微纳米防塌封堵剂兼具无机纳米材料、有机材料及乳液特性。溶胶颗粒赋予其优秀的结构稳定性，接枝的有机单体使其在一定压力条件下可被挤压变形进入不规则孔隙，进行致密封堵。该微纳米防塌封堵剂以乳液形式存在，在水基钻井液中具备很高的分散度。且在高温条件下微纳米封堵剂的形态结构不发生任何改变，稳定性较好。

19、2，本发明水基钻井液用微纳米防塌封堵剂的中值粒径介于20~100nm，可挤压变形进入页岩微孔、微裂缝内部，实现紧密封堵，同时极大地提高了岩心的致密程度，可显著阻缓页岩压力传递速率，页岩渗透率降低明显，封堵性能突出，可有效提高裂缝性页岩井壁稳定性。

20、3，本发明钻井液用微纳米防塌封堵剂通过岩心驱替实验，结果证明，浓度为10%纳米封堵剂注入渗透率为2000md及以下的填砂管表现出良好的封堵能力，纳米封堵剂注入后，90℃老化12h后，仍然具有很好的封堵效果，证明该纳米封堵剂具有良好的抗老化效果。

技术特征：

1.一种水基钻井液用微纳米防塌封堵剂，其特征在于，由如下质量配比的组份构成：溶胶的质量为20～50g，有机单体的质量为1～5g，阴离子表面活性剂的质量为1～10g，非离子表面活性剂的质量为1～5g，引发剂的质量为0.1～0.5g，极性溶剂的质量为10～80g，非极性溶剂的质量为10～80g。

2.根据权利要求1所述的水基钻井液用微纳米防塌封堵剂，其特征在于：所述溶胶为硅溶胶、铝溶胶或硅酸溶胶中的一种，溶胶的颗粒平均尺寸为10～50nm。

3.根据权利要求2所述的水基钻井液用微纳米防塌封堵剂，其特征在于：所述有机单体包括丙烯酸酯、苯乙烯、丙烯酰胺、戊双烯酰胺基-亚甲基-乙磺酸、戊双烯酰胺，按质量配比3：2任选其中的两种。

4.根据权利要求3所述的水基钻井液用微纳米防塌封堵剂，其特征在于：所述阴离子表面活性剂包括十二烷基苯磺酸（las）、脂肪醇酰硫酸钠（aes）、乙氧基化脂肪酸甲酯磺酸钠（fmes）、仲烷基磺酸钠（sas），任选其中的一种。

5.根据权利要求4所述的水基钻井液用微纳米防塌封堵剂，其特征在于：所述非离子表面活性剂包括 长链脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚，任选其中一种。

6.根据权利要求5所述的水基钻井液用微纳米防塌封堵剂，其特征在于：所述引发剂包括过氧化苯甲酰、过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二丁腈，任选其中的一种。

7.根据权利要求6所述的水基钻井液用微纳米防塌封堵剂，其特征在于：所述极性溶剂包括有醇和水，醇水的质量比为2：3。

8.根据权利要求7所述的水基钻井液用微纳米防塌封堵剂，其特征在于：所述非极性溶剂包括有植物油、白油、矿物油，任选其中的一种。

9.根据权利要求1所述的水基钻井液用微纳米防塌封堵剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的水基钻井液用微纳米防塌封堵剂的制备方法，其特征在于：所述进行乳化处理时，剪切速率为2000～10000r/min,乳化时间为30-60min。

技术总结
本发明公开了一种水基钻井液用微纳米防塌封堵剂及其制备方法。封堵剂由如下质量配比的组份构成：溶胶的质量为20～50g，有机单体的质量为1～5g，阴离子表面活性剂的质量为1～10g，非离子表面活性剂的质量为1～5g，引发剂的质量为0.1～0.5g，极性溶剂的质量为10～80g，非极性溶剂的质量为10～80g。本发明中的封堵剂具有复式核壳结构，在高温条件下微纳米封堵剂的形态结构不发生任何改变，稳定性较好，溶胶中的无机纳米颗粒赋予其优秀的结构稳定性，与此同时有机单体又使其兼具一定的弹性，解决了油气开采井壁失稳问题。

技术研发人员：曾静,李华坤,陈鑫,高利华,向朝纲,王棋,贺彬,孙健,杨晓冰,朱思远,付微风,黄刚,张辉
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：2024/1/15