一种微纳级封堵剂及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种钻井液用微纳级封堵剂，特别涉及一种能够有效封堵微裂缝地层尤其是泥页岩地层微裂缝的封堵剂。
【背景技术】
[0002]在钻井过程中，钻井液中的固相颗粒和其他添加剂会向裂缝性地层尤其是裂缝性泥页岩地层中漏失，对油气储层造成伤害，引发井壁失稳等问题。为了防止固相颗粒向地层中运移，其中最直接有效的方法是在钻井液中加入封堵剂，对井壁岩石上的孔隙裂缝进行封堵，从而降低或消除钻井液向地层中的漏失。
[0003]目前常用的封堵剂，颗粒较大，且粒径无法达到微米级以下，对于微小孔隙、微裂缝地层，特别是泥页岩地层，难以实现有效封堵。根据“理想充填理论”的D90经验规则，即封堵剂颗粒在其粒径累积分布曲线上的D90值与地层岩石最大孔喉直径或最大裂缝宽度相等时，封堵效果最好。通常，微裂缝是指裂缝缝宽在100微米或150微米以下，最常见的为10-50微米，而泥页岩地层孔径尺寸大多在纳米尺度，因此，要对微孔隙地层，泥页岩地层进行有效封堵，钻井液中必须添加纳米尺寸的封堵剂，提高封堵剂与地层孔径尺寸的配伍性，才能实现有效封堵。
【发明内容】
[0004]为解决上述技术难题，本发明的目的在于提供一种钻井液用微纳级封堵剂，能有效的对微裂缝地层尤其是泥页岩地层中的微裂缝进行封堵，从而防止地层漏失，降低油气储层伤害，提高泥饼质量，保证井壁稳定性。
[0005]本发明是通过以下技术方案来实现上述技术目的的:
[0006]—种微纳级封堵剂，其组成是由基液、聚合单体、引发剂、乳化剂、微米颗粒、纳米颗粒以及去离子水。其中基液的重量百分比为35% _45%，聚合单体的重量百分比为4 % -8 %，引发剂的重量百分比为0.02 % -0.05 %，乳化剂的重量百分比为0.2 % -0.4 %，微米颗粒及纳米颗粒二者总的重量百分比为15% -20%，余量为去离子水。
[0007]上述基液为阳离子乳化沥青、胶乳沥青、乳化石蜡中的一种或两种以上组合物；
[0008]上述聚合单体为丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)、丙烯酸钾的一种或两种以上混合物；
[0009]上述引发剂为过硫酸铵、亚硫酸钠、偶氮二异丁腈中的一种；
[0010]上述乳化剂为失水山梨糖醇脂肪酸酯(SpanSO)和聚氧乙烯山梨醇酐硬脂酸酯(Tween60)，二者的重量比优选为1:1;
[0011]上述微米颗粒为500目碳酸钙、800目碳酸钙和1200目碳酸钙的混合物，三者之间的混合比例为1-2:1-2:2-4 ;
[0012]上述纳米颗粒为纳米二氧化娃、金属氧化物纳米颗粒(氧化招、氧化镁)、磁性纳米颗粒(四氧化三铁、三氧化二铁等)，也可以是两种无机组分的复合纳米粒子，纳米粒子的粒径范围为10_600nm ；
[0013]上述微米颗粒与纳米颗粒的比例优选为1:1。
[0014]本发明还提供了一种微纳级封堵剂的制备方法，包括以下步骤:
[0015](I)将聚合单体按比例加入到去离子水中，高速搅拌20-40min，搅拌速度为10000-14000r/min,制成聚合单体水溶液；
[0016](2)向上述聚合单体水溶液中加入按照比例混合均匀的微米颗粒和纳米颗粒混合物，搅拌均匀，搅拌速度为10000-14000r/min，搅拌时间为20_40min，备用；
[0017](3)将基液装入带有恒压加料器、搅拌器、温度计和通气排气管的四口烧瓶中加热至溶解，在搅拌下通氮气，除氧20-40min ；
[0018](3)向基液中加入步骤(2)的聚合单体水溶液和乳化剂，并高速搅拌30-40min，搅拌速度控制在10000-14000r/min，从而得到稳定的乳状液；
[0019](4)向上述稳定的乳状液中加入引发剂，在搅拌条件下加热进行反应，其中搅拌速度控制在500-1000r/min，反应稳定控制在40-70°C，反应时间为100_150min，反应结束后所得产物即为微纳级封堵剂。
[0020]本发明具有以下优点:
[0021]①本发明利用含有微纳颗粒混合物的水溶性单体在反相乳液体系中聚合制的微纳级封堵剂；
[0022]②依据“理想充填理论”，D90值与裂缝宽度相当时，封堵效果最好。本发明利用纳米级材料与微米级不同粒径材料的搭配，达到了合理的粒度分布，同时配合液相封堵实现了对地层微裂缝的有效封堵。本发明针对性强，封堵效果好，防止裂缝开启，能较好的保证微裂缝发育地层，特别是泥页岩地层的井壁稳定性。
[0023]③本发明提供的制备方法工艺简单，易于操作，所得产品稳定性高，分散性好。
[0024]④本发明与钻井液具有良好的配伍性，能有效降低钻井液高温高压滤失量，提高泥饼质量。
【具体实施方式】
[0025]下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
[0026]实施例1:
[0027]将4g丙稀酰胺加入到30g去离子水中，高速搅拌20min，搅拌速度为10000r/min，
制得丙烯酰胺溶液；
[0028]向上述丙稀酰胺溶液中加入8g混合均勾的微米颗粒和8g纳米二氧化娃，其中，微米颗粒包括2g 500目碳酸钙、2g 800目碳酸钙和4g 1200目碳酸钙，并搅拌均匀备用，搅拌速度为10000r/min，搅拌时间为20min ；
[0029]将35g阳离子乳化沥青装入带有恒压加料器、搅拌器、温度计和通气排气管的四口烧瓶中，加热至溶解，在搅拌下通氮气，除氧半小时；
[0030]向阳离子乳化沥青中加入丙稀酰胺溶液和0.2g乳化剂(Span 80为0.lg，Tween60为0.1g)，并高速搅拌30min，搅拌速度为10000r/min，从而得到稳定的乳状液；
[0031]向上述稳定的乳状液中加入0.02g引发剂过硫酸铵，在搅拌条件下加热进行反应，其中搅拌速度为500r/min，反应温度控制在45°C，反应时间为120min，反应结束后所得产物即为微纳级封堵剂。
[0032]实施例2:
[0033]将3g丙稀酸和3g丙稀酰胺加入到35g去离子水中，高速搅拌30min，搅拌速度为12000r/min，制得丙稀酰胺溶液；
[0034]向上述丙稀酰胺溶液中加入9g混合均勾的微米颗粒和9g纳米二氧化娃，其中，微米颗粒包括2.25g 500目碳酸钙、2.25g 800目碳酸钙和4.5g 1200目碳酸钙，并搅拌均匀备用，搅拌速度为12000r/min，搅拌时间为30min ；
[0035]将40g阳离子乳化沥青装入带有恒压加料器、搅拌器、温度计和通气排气管的四口烧瓶中，加热至溶解，在搅拌下通氮气，除氧半小时；
[0036]向阳离子乳化沥青中加入上述丙稀酰胺溶液和0.3g乳化剂(Span 80为0.15g，Tween60为0.15g)，并高速搅拌35min，搅拌速度为12000r/min，从而得到稳定的乳状液；
[0037]向上述稳定的乳状液中加入0.03g引发剂亚硫酸钠，在搅拌条件下加热进行反应，其中搅拌速度为800r/min，反应温度控制在55°C，反应时间为130min，反应结束后所得产物即为微纳级封堵剂。
[0038]实施例3:
[0039]将4g丙烯酸和4g丙烯酰胺加入到40g去离子水中，高速搅拌40min，搅拌速度为14000r/min，制得丙稀酰胺溶液；
[0040]向上述丙稀酰胺溶液中加入1g混合均勾的微米颗粒和1g纳米二氧化娃，其中，微米颗粒包括2.5g 500目碳酸钙、2.5g 800目碳酸钙和5g 1200目碳酸钙，并搅拌均匀备用，搅拌速度为14000r/min，搅拌时间为40min ；
[0041]将45g阳离子乳化沥青装入带有恒压加料器、搅拌器、温度计和通气排气管的四口烧瓶中，加热至溶解，在搅拌下通氮气，除氧半小时；
[0042]向阳离子乳化沥青中加入上述丙稀酰胺溶液和0.4g乳化剂(Span 80为0.2g，Tween60为0.2g)，并高速搅拌40min，搅拌速度为14000r/min，从而得到稳定的乳状液；
[0043]向上述稳定的乳状液中加入0.03g引发剂偶氮二异丁腈，在搅拌条件下加热进行反应，其中搅拌速度为1000r/min，反应温度控制在70°C，反应时间为150min，反应结束后所得产物即为微纳级封堵剂。
【主权项】
1.一种微纳级封堵剂，其特征在于:所述微纳级封堵剂由基液、聚合单体、引发剂、乳化剂、微米颗粒、纳米颗粒以及去离子水组成，其中基液的重量百分比为35%-45%，聚合单体的重量百分比为4% _8%，引发剂的重量百分比为0.02% -0.05%，乳化剂的重量百分比为0.2% -0.4%，微米颗粒及纳米颗粒二者总的重量百分比为15% -20%，余量为去离子水。2.如权利要求1所述的微纳级封堵剂，其特征在于所述的基液为阳离子乳化沥青、胶乳沥青、乳化石蜡中的一种或两种以上组合物；所述的聚合单体为丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸钾的一种或两种以上混合物；所述的引发剂为过硫酸铵、亚硫酸钠、偶氮二异丁腈中的一种；所述的乳化剂为失水山梨糖醇脂肪酸酯和聚氧乙烯山梨醇酐硬脂酸酯的混合物。3.如权利要求2所述的微纳级封堵剂，其特征在于失水山梨糖醇脂肪酸酯和聚氧乙烯山梨醇酐硬脂酸酯二者的重量比优选为1:1。4.如权利要求1所述的微纳级封堵剂，其特征在于所述的微米颗粒为500目碳酸钙、800目碳酸钙和1200目碳酸钙的混合物，三者之间的混合重量比例为1-2:1-2:2-4 ;所述的纳米颗粒为纳米二氧化娃、金属氧化物纳米颗粒氧化招或氧化镁、磁性纳米颗粒四氧化三铁或三氧化二铁，或者是两种无机组分的复合纳米粒子，纳米粒子的粒径范围为10-600nm。5.如权利要求4所述的微纳级封堵剂，其特征在于所述的微米颗粒与纳米颗粒的比例优选为1:1。6.按照上述任一权利要求所述的微纳级封堵剂的制备方法，其特征是包括: (1)将聚合单体按比例加入到去离子水中，高速搅拌20-40min，搅拌速度为10000-14000r/min,制成聚合单体水溶液； (2)向上述聚合单体水溶液中加入按照比例混合均匀的微米颗粒和纳米颗粒混合物，搅拌均匀，搅拌速度为10000-14000r/min，搅拌时间为20_40min，备用； (3)将基液装入带有恒压加料器、搅拌器、温度计和通气排气管的反应器中加热至溶解，在搅拌下通氮气，除氧20-40min ； (4)向基液中加入步骤(4)聚合单体水溶液和乳化剂，并高速搅拌30-40min，搅拌速度控制在10000r/min-14000r/min，从而得到稳定的乳状液； (5)向上述稳定的乳状液中加入引发剂，在搅拌条件下加热进行反应，其中搅拌速度控制在500-1000r/min，反应稳定控制在40-70°C，反应时间为100_150min，反应结束后所得产物即为微纳级封堵剂。
【专利摘要】本发明提供一种微纳级封堵剂及其制备方法，其组成是由基液、聚合单体、引发剂、乳化剂、微米颗粒、纳米颗粒以及去离子水。其中基液的重量百分比为35％-45％，聚合单体的重量百分比为4％-8％，引发剂的重量百分比为0.02％-0.05％，乳化剂的重量百分比为0.2％-0.4％，微米颗粒及纳米颗粒二者总的重量百分比为15％-20％，去离子水的重量百分比为30％-40％。本发明提供的微纳级封堵剂能有效封堵地层微裂缝尤其是泥页岩地层微裂缝，提高泥饼质量，保持井壁稳定性；能显著降低钻井液高温高压滤失量，减少储层污染，并，与各种钻井液体系有良好的配伍性。
【IPC分类】C09K8/42
【公开号】CN105670580
【申请号】
【发明人】张志财, 李公让, 慈国良, 刘保双, 赵怀珍, 罗云凤, 季一冰, 王忠杰, 史涛, 李军, 张冬玲, 马桂清, 马云谦
【申请人】中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2014年11月21日