一种强吸附聚硅氧烷封堵剂及水基钻井液

本发明涉及油气田钻井，具体涉及一种强吸附聚硅氧烷封堵剂及水基钻井液。

背景技术：

1、在页岩油气开采中，大约有2/3的井壁坍塌与地层的微裂缝及裂缝发育有关。水基钻井液与近井壁多孔介质岩石发生水化作用和压力传递而诱发井壁失稳，造成起下钻遇阻、卡钻等并下复杂事故，从而延误作业周期，严重制约了油气高效勘探开发。为了解决井壁失稳问题，学者们在钻井液中添加封堵材料，主要分为纤维状封堵材料、片状封堵材料和颗粒状封堵材料。然而，常用的沥青类、聚醇类封堵防塌剂为微米级，难以进入页岩纳米级孔隙结构。所以在封堵体系中引入了纳米封堵材料，增强了对纳米孔隙和裂缝的封堵。但纳米颗粒存在容易团聚、比表面积大等问题，通过表面修饰可提升其分散性、抗温性、形变及成膜性能。目前钻井液封堵用纳米材料主要分为纳米颗粒材料和微乳液/纳米乳液，纳米颗粒材料用于钻井液封堵的主要有纳米sio2、纳米fe3o4等。但纳米颗粒封堵材料，在抽汲和激动压力作用下，在裂缝和孔隙中易产生滑脱，降低封堵效率。因此，为了优化封堵效果，提高井壁稳定性能，有必要研究适用于水基钻井液的强吸附封堵材料。通过提升封堵材料与页岩基质之间的黏附和相互作用能力，形成致密封堵层，以提高封堵能力。

2、cn110387016b公开了一种钻井液用纳米聚合物封堵剂，是以丙烯酸类单体、丙烯胺类单体和聚乙二醇甲基醚丙烯酸酯类单体原料通过反相乳液法制得，纳米聚合物属于高分子量聚合物，分子链上非极性官能团，可以在泥饼上形成疏水膜，降低泥饼渗透率，实现有效封堵。cn112341487b公开了一种超支化多硅氧烷基封堵剂及其制备方法，以赤藓糖醇为原料，制备了端基含硅氧烷基团得到封堵材料，可进入储层渗流通道后快速凝胶、沉淀形成致密封堵层。

3、聚硅氧烷类物质可以根据实际需求进行单体的选择或改性，具有种类多样、功能多变的特点。使用硅酸酯类单体能够得到与二氧化硅相似的结构，从而提高封堵剂的强度，保证封堵层在地层压力作用下的稳定性。强吸附聚硅氧烷封堵剂含有季铵官能团，能够加强对地层的吸附性能，在抽汲压力和激动压力下能够保持封堵层的稳定；磺酸基和氨基使封堵剂在高温作用下分散在水基钻井液中，从而有效封堵纳米裂缝，减少钻井液的损失，对加快钻井周期，减少钻井成本有着重要意义。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种强吸附聚硅氧烷封堵剂，其粒径能够达到纳米级，具有很好的分散性、强吸附性，能够有效对页岩地层中的纳米孔缝进行封堵，从而达到稳定井壁的目的。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种强吸附聚硅氧烷封堵剂，其特征在于，所述强吸附聚硅氧烷封堵剂其制备步骤如下：

3、s1、将0.01～0.03摩尔n,n-双(2-羟乙基)-n,n-双(三甲氧基硅丙基)乙二胺加入80～100ml二氯甲烷中，在0℃条件下，依次加入0.02～0.06摩尔(二甲基氨基)乙酰氯，0.01～0.02摩尔三乙胺，反应5～6h，反应完成后用二氯甲烷洗涤3次，60～70℃真空干燥4～8h，得到物质a；

4、s2、将0.01～0.03摩尔步骤s1所得物质a加入50～100ml甲苯中，然后加入0.05～0.10摩尔的含磺酸基团的溴代化合物，在60～80℃条件下反应6～8h，反应结束后用乙醚洗涤3次，60～70℃真空干燥4～8h，得到物质b；

5、s3、将0.01～0.03摩尔步骤s2所得物质b加入50～80ml四氢呋喃中，然后依次加入0.01～0.03摩尔的硅酸酯类化合物、0.01～0.03摩尔的带氨基的硅氧烷类物质、10～20ml去离子水，在20～30℃条件下，反应1～2h，然后在50～60℃条件下，反应3～5h，反应结束后用乙醇洗涤3次，60～70℃真空干燥6～8h，得到强吸附聚硅氧烷封堵剂；

6、其中，含磺酸基团的溴代化合物为2-溴乙基磺酸、4-溴-1-丁磺酸和4-(2-溴乙基)苯磺酸中的一种；带氨基的硅氧烷类物质为n-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、n-(6-氨基己基)氨基甲基三乙氧基硅烷、11-氨基十一基三乙氧基硅烷中的一种；硅酸酯类化合物为正硅酸四异丙酯、正硅酸甲酯、正硅酸丙酯中的一种。

7、所述水基钻井液包括以下组分：水，膨润土，氢氧化钠，聚合物dfz-7，降失水剂wn2-2，降失水剂ls-2，乳化沥青，润滑剂ppl，氯化钾，有机盐wnzy，na2so3，超细碳酸钙，强吸附聚硅氧烷封堵剂，重晶石。

8、所述水基钻井液，以100重量份的水为基准，所述膨润土的加量为5～7重量份，氢氧化钠的加量为0.3～0.5重量份，聚合物dfz-7的加量为0.5～1重量份，降失水剂wn2-2的加量为1.0～1.8重量份，降失水剂ls-2的加量为0.5～1.0重量份，乳化沥青的加量为3～5重量份，润滑剂ppl的加量为3～5重量份，氯化钾的加量为10～15重量份，有机盐wnzy的加量为10～12重量份，na2so3的加量为0.2～0.5重量份，超细碳酸钙的加量为2.0～5.0重量份，强吸附聚硅氧烷封堵剂加量为0.5～1.5重量份，重晶石若干。

9、所述水基钻井液用重晶石将密度调节为1.05-2.20g/cm3。

10、本发明的技术效果在于：

11、1、本发明制备的封堵剂含有季铵官能团，具有强吸附作用，能在抽汲压力和激动压力下保持封堵层的稳定，提升井壁稳定效果；并且含有磺酸基和氨基，能提高封堵剂在水基钻井液中的分散稳定性；

12、2、本发明制备的封堵剂可直接添加到水基钻井液中，对钻井液流变性影响较小，可以对地层纳米孔缝进行有效封堵；

13、3、本发明的制备方法简单，不需要特殊的实验仪器，制备方法稳定可靠；

14、4、本发明提供的产品，生产工艺简单，可实现大规模工业化应用。

技术特征：

1.一种强吸附聚硅氧烷封堵剂及水基钻井液，其特征在于，包括如下步骤：

2.一种水基钻井液，其特征在于，所述钻井液包括以下组分：水，膨润土，氢氧化钠，聚合物dfz-7，降失水剂wn2-2，降失水剂ls-2，乳化沥青，润滑剂ppl，氯化钾，有机盐wnzy，na2so3，超细碳酸钙，强吸附聚硅氧烷封堵剂，重晶石。

3.根据权利要求2所述的水基钻井液，其特征在于，以100重量份的水为基准，所述膨润土的加量为5～7重量份，氢氧化钠的加量为0.3～0.5重量份，聚合物dfz-7的加量为0.5～1.0重量份，降失水剂wn2-2的加量为1.0～1.8重量份，降失水剂ls-2的加量为0.5～1.0重量份，乳化沥青的加量为3～5重量份，润滑剂ppl的加量为3～5重量份，氯化钾的加量为10～15重量份，有机盐wnzy的加量为10～12重量份，na2so3的加量为0.2～0.5重量份，超细碳酸钙的加量为2.0～5.0重量份，强吸附聚硅氧烷封堵剂加量为0.5～1.5重量份，重晶石若干。

4.根据权利要求2所述的水基钻井液，其特征在于，所述水基钻井液密度为1.05～2.20g/cm3。

技术总结
本发明公开了一种强吸附聚硅氧烷封堵剂及水基钻井液，属于油气田钻井技术领域。所述强吸附聚硅氧烷封堵剂的原料为N,N‑双(2‑羟乙基)‑N,N‑双(三甲氧基硅丙基)乙二胺、(二甲基氨基)乙酰氯、含磺酸基团的溴代化合物、带氨基的硅氧烷类物质和硅酸酯类化合物。本发明提供的强吸附聚硅氧烷封堵剂，粒径在45.1～344.9nm之间。封堵剂可直接添加到水基钻井液中使用，对钻井液的流变性能影响较小。与未添加封堵剂的钻井液相比，加入强吸附聚硅氧烷封堵剂的钻井液封堵性能显著提升，岩心封堵率随封堵剂加量的增加而增加。当封堵剂加量为1.0％时，封堵率达90.55％。改性碳化硼强吸附封堵剂封堵性能优良，能有效维持井壁稳定，降低钻井周期，节约钻井成本。

技术研发人员：谢刚,付丽,夏绿,谷硕,汪若兰
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16