一种页岩储层井壁用冲洗液及其制备方法

本发明涉及页岩油开发领域，特别涉及一种页岩储层井壁用冲洗液及其制备方法，尤其是一种适用于清除页岩储层井壁残余油基钻井液的冲洗液及其制备方法。

背景技术：

1、随着全球油气资源勘探领域的拓展，如海洋深水、陆地深层、非常规等，钻井工程中钻遇的地层愈来愈复杂，钻井施工难度不断加大。油基钻井液由于井眼稳定性高、温度稳定性好、抗污染性强、润滑性好等性能，在某些地层尤其是海上环境以及钻穿麻烦的页岩储层中使用具有很大的优势。油基钻井液出色的页岩抑制作用、渗透率和井眼稳定性，有助于无故障、安全的钻井作业。因此，油基钻井液被广泛应用于页岩油气藏、深井等关键或困难井的钻探中。

2、然而，钻井过程中使用油基钻井液会严重影响后续井作业，例如水泥质量或泥浆污染。残余钻井液中的有机成分会附着在页岩储层井壁上，使得井壁岩石表面变为疏水状态，在之后的固井作业中影响水泥浆矿物在井壁表面的水化结晶，从而降低水泥环与井壁之间的胶结强度，降低固井质量。如何有效地去除页岩储层井壁钻井液残留以提高固井质量是页岩油开采面临的一个难题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种页岩储层井壁用冲洗液及其制备方法，本发明提供的页岩储层井壁用冲洗液是一种基于活性炭点的纳米流体冲洗液，能够有效剥离井壁岩石表面的残余钻井液并改善井壁岩石润湿性，提高固井质量，且能够有效提高对于残余钻井液的洗油效率，提高井壁与水泥环的胶结质量。

2、第一方面，本发明提供了一种页岩储层井壁用冲洗液的制备方法，所述制备方法包括将有机胺和有机酸或其钠盐进行反应得到碳基纳米材料，碳基纳米材料与α-烯烃磺酸钠和超纯水混合，得到所述页岩储层井壁用冲洗液。

3、利用本发明方法制备得到的碳基纳米材料为球形结构，具有超小的纳米粒径，其结构如下所示：

4、

5、基于本发明的碳基纳米材料制备得到的井壁用冲洗液是一种活性碳点纳米流体冲洗液，其结构如下所示：

6、

7、本发明制备得到的页岩储层井壁用冲洗液具有良好的润湿调控能力，能够改变岩石表面的润湿性，提高油膜剥离能力，同时，纳米颗粒表面的亲水官能团能够更好地与固井水泥胶结，提高固井二界面的胶结质量。

8、作为本发明的一种优选技术方案，所述有机胺选自尿素、1,3-丙二胺或1,2-丙二胺中的任意一种或至少两种的组合。

9、作为本发明的一种优选技术方案，所述有机胺选自尿素。

10、作为本发明的一种优选技术方案，所述有机酸或其钠盐选自柠檬酸、酒石酸或l-抗坏血酸钠中的任意一种或至少两种的组合。

11、作为本发明的一种优选技术方案，所述有机酸或其钠盐选自柠檬酸。

12、本发明通过有机胺和有机酸或其钠盐制备得到的碳基纳米材料具有优异的界面调控能力和润湿调控能力，能够有效降低界面张力，提高油水界面活性，且能够改善页岩表面的润湿性为亲水性。

13、作为本发明的一种优选技术方案，所述反应在溶剂水中进行，所述溶剂水为超纯水。

14、本发明在有机胺和有机酸或其钠盐进行反应之前利用高纯氮气通入所述溶剂水中以去除杂质气体，通气时间为10-20min，且在搅拌的条件下使有机胺、有机酸或其钠盐充分溶解，优选搅拌的速率为4000-6000r/min。

15、作为本发明的一种优选技术方案，所述有机胺、有机酸或其钠盐、溶剂水的质量比为(2-5):(2-7):(40-50)，例如2:3:40、3:4:40、4:5:40、5:6:40、2:2:45、3:4:50等。

16、作为本发明的一种优选技术方案，所述反应时的ph为6-6.5。

17、作为本发明的一种优选技术方案，所述反应时的ph利用盐酸进行调节。

18、作为本发明的一种优选技术方案，所述反应的温度为180-220℃，例如190℃、200℃、210℃等。

19、本发明提供的制备方法，有机胺、有机酸或其钠盐在本发明温度条件下进行反应受热分解，以碳原子为中心形成新的球形结构。

20、作为本发明的一种优选技术方案，所述反应的时间为6-10h，例如7h、8h、9h等。

21、当反应时间在本发明范围内时，使得制备得到的碳基纳米材料颗粒具有更小的粒径。

22、作为本发明的一种优选技术方案，所述碳基纳米材料的粒径为2-8nm，例如3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm等，优选为2-4nm。

23、作为本发明的一种优选技术方案，所述制备方法还包括将有机胺和有机酸或其钠盐进行反应后进行纯化、冷冻、干燥，得到所述碳基纳米材料。

24、本发明将有机胺和有机酸或其钠盐进行反应后冷却得到的粗产物首先进行超声处理20-30min，然后再进行纯化、冷冻、干燥。

25、作为本发明的一种优选技术方案，所述纯化的方法包括依次进行离心、透析。本发明将得到的粗产物进行离心后收集上清液，然后利用透析袋进行透析。

26、作为本发明的一种优选技术方案，所述离心的转速为8000r/min。

27、作为本发明的一种优选技术方案，所述透析的透过率为1000da。

28、作为本发明的一种优选技术方案，所述透析的时间为48-72h，例如50h、55h、60h、65h、70h等。

29、作为本发明的一种优选技术方案，所述碳基纳米材料、α-烯烃磺酸钠和超纯水的质量比为(1-1.5):(2-3):(995.5-997)，例如1:2:997、1:3:996、1.5:2:996.5、1.5:3:995.5等。

30、本发明所述碳基纳米材料、α-烯烃磺酸钠和超纯水的质量和为1000重量份。

31、作为本发明的一种优选技术方案，所述混合在搅拌下进行，优选所述搅拌的速率为8000r/min。

32、作为本发明的一种具体实施方式，所述制备方法包括：

33、(1)将有机胺、有机酸或其钠盐在溶剂水中进行反应，ph为6-6.5，反应温度为180-220℃，反应时间为6-10h，得到粗产物进行纯化、冷冻、干燥，得到碳基纳米材料，所述有机胺、有机酸或其钠盐、溶剂水的质量比为(2-5):(2-7):(40-50)；

34、(2)碳基纳米材料、α-烯烃磺酸钠和超纯水按质量比为(1-1.5):(2-3):(995.5-997)混合，得到所述页岩储层井壁用冲洗液。

35、第二方面，本发明提供了第一方面所述的制备方法制备得到的页岩储层井壁用冲洗液。

36、在使用油基钻井液进行钻井后，使用本发明提供的页岩储层井壁用冲洗液对井壁进行冲洗，能够有效剥离井壁岩石表面的残余钻井液并改善井壁岩石润湿性，提高固井质量，且能够有效提高对于残余钻井液的洗油效率，提高井壁与水泥环的胶结质量。

37、本发明实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

38、本发明制备得到的页岩储层井壁用冲洗液是一种基于活性炭点的纳米流体冲洗液，能够有效剥离井壁岩石表面的残余钻井液并改善井壁岩石润湿性，提高固井质量，且能够有效提高对于残余钻井液的洗油效率，提高井壁与水泥环的胶结质量。