纳米膜结构储层保护剂及其制备方法和钻井液及其在低渗透储层钻井中的应用技术

本发明专利技术涉及石油钻井技术领域，公开了一种纳米膜结构储层保护剂及其制备方法和钻井液及其在低渗透储层钻井中的应用，所述纳米膜结构储层保护剂包括蒙脱土片层、式(1)所示的结构单元和式(2)所示的结构单元，其中，R1，R2，R3，R4和R5各自独立地为氢、C1‑C4的烷基或C1‑C4的烷氧基，R6为C1‑C6的亚烷基。本发明专利技术还提供了含有本发明专利技术所述纳米膜结构储层保护剂的钻井液。将含有本发明专利技术所述纳米膜结构储层保护剂的钻井液应用于低渗透储层钻井中时，能够表现出较好的流变性能、抗温性能、防塌性能和储层保护性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石油钻井
，具体地，涉及一种纳米膜结构储层保护剂及其制备方法和钻井液及其在低渗透储层钻井中的应用。
技术介绍
钻井液是保证钻井生产作业安全、优质、高效、快速的重要保证措施之一，油田开发作业中必须使用钻井液。有效的储层保护是实现较高的油气采收率的有效保证，以致表皮系数为负达到最佳。在钻井过程中，如果钻井液设计或使用不当，就会使得钻井液中液体和固体侵入储层，与储层中的粘土和其他矿物质发生物理化学作用，这样就会明显降低井眼附近油层渗透率，增加油气流向井底的阻力从而导致原油产量降低。一般来说，低渗透储层的渗透率在10-100毫达西，设计用于中渗、高渗及特高渗透储层的保护剂不适合低渗透储层的保护。低渗透储层钻井时面临着多种方面的损害，例如钻井液中固体颗粒堵塞引起的储层损害、粘土矿物水化膨胀和分散运移引起的储层损害、水锁引起的储层损害等。现场试验表明，现有的储层保护剂及钻井液难以解决低渗透储层上述损害问题。研发新型的储层保护剂及储层保护钻井液，使之适应当前复杂地况的任务显得特别重要。迄今为止，国内外在保护储层钻井液方面经过了长时间的研究，探索出了以碳酸钙和变形粒子为核心处理剂的暂堵钻井液、以碱溶性微米级纤维素为暂堵剂的暂堵钻井液等处理剂及钻井液体系。由于低渗透储层非均质，各种保护材料与低渗透储层难以有效匹配，储层保护效果都不太理想，急需研发一种适合低渗透储层的新型保护剂及钻井液体系。现用钻井液性能可以基本上满足携岩、井壁稳定的要求，但保护低渗透储层效果并不十分理想，储层岩心渗透率恢复值较低。虽然在钻井液中加入了储层保护剂，但由于未充分考虑低渗透储层的特点，因此其储层保护效果并不理想，常有滤液侵入储层，导致水敏、水锁等损害。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有的用于低渗透储层的储层保护剂和钻井液存在的上述缺陷，提供一种纳米膜结构储层保护剂及其制备方法和在低渗透储层钻井中的应用以及一种钻井液及其在低渗透储层钻井中的应用，本专利技术的纳米膜结构储层保护剂和钻井液尤其适用于低渗透储层的储层保护，能够表现出较好的流变性能、抗温性能、防塌性能和储层保护性能。为了实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种纳米膜结构储层保护剂，所述纳米膜结构储层保护剂包括蒙脱土片层、式(1)所示的结构单元和式(2)所示的结构单元，式(1)：式(2)：其中，R1，R2，R3，R4和R5各自独立地为氢、C1-C4的烷基或C1-C4的烷氧基，R6为C1-C6的亚烷基。第二方面，本专利技术提供了本专利技术所述纳米膜结构储层保护剂的制备方法，该方法包括：(1)将单体M1插层有机蒙脱土，在链转移剂和第一引发剂存在下，进行原位聚合反应，得到[M1]n/蒙脱土；(2)将步骤(1)得到的[M1]n/蒙脱土作为大分子链转移剂，与第二引发剂和单体M2混合，进行聚合反应，然后除去反应产物中的[M1]n均聚物，得到纳米膜结构储层保护剂；其中，单体M1和单体M2的结构式分别为：M1：M2：其中，R1，R2，R3，R4和R5各自独立地为氢、C1-C4的烷基或C1-C4的烷氧基，R6为C1-C6的亚烷基。第三方面，本专利技术提供了一种钻井液，该钻井液含有本专利技术所述的纳米膜结构储层保护剂。第四方面，本专利技术提供了本专利技术所述的纳米膜结构储层保护剂或者本专利技术所述的钻井液在低渗透储层钻井中的应用。本专利技术通过将特定结构的单体插入到有机蒙脱土层间并进行原位聚合反应，得到了一种蒙脱土片层以纳米级分散在两亲性嵌段聚合物基体中的纳米复合材料，为一种纳米膜结构储层保护剂，它有机地将蒙脱土的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与嵌段聚合物的特性(如分子链的双亲性质、分子结构的微观相分离性等)揉合在一起，使该材料在原有嵌段聚合物优良特性的基础上，明显改善了聚合物的物理机械性能。采用本专利技术的纳米膜结构储层保护剂，能够有效消除钻井过程中钻井液侵入储层，从而达到保护储层的作用。结果表明：本专利技术提供的纳米膜结构储层保护剂，能够显著提高低渗透储层岩心渗透率恢复值。以聚[苯乙烯-蒙脱土片层-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸]为例，这是由于：①纳米膜结构储层保护剂上强亲水性的磺酸盐基团使得Na+或Ca2+压缩双电层所降低的ζ电位得到补偿，有效抑制粘土颗粒间相互聚结的趋势；②纳米膜结构储层保护剂中聚苯乙烯链段的疏水缔合作用，使得大分子基团存在较多的物理交联点，保护了体系中存在的细微粒，并限制了交联网络结构中自由水的流动，从而降低了钻井液体系的滤失量；③纳米膜结构储层保护剂中聚苯乙烯链段因疏水缔合作用自组装成纳米级的胶束，使得亲水性聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸链段进入泥饼孔隙，形成的纳米级胶束留在孔隙外而起堵孔作用，形成致密的泥饼，降低了渗透率，提高了泥饼质量从而降低钻井液体系的滤失量。另外，其亲水性磺酸盐基团还可以吸附在储层岩石表面，同时其疏水基团则远离岩石表面伸向外侧，这样就赋予岩石表面一层疏水膜，抑制钻井液中自由水向其中的渗入，保护储层不受钻井液损害。将含有本专利技术所述纳米膜结构储层保护剂的钻井液应用于低渗透储层钻井中时，能够表现出较好的流变性能、抗温性能、防塌性能和储层保护性能。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。第一方面，本专利技术提供了一种纳米膜结构储层保护剂，所述纳米膜结构储层保护剂包括蒙脱土片层、式(1)所示的结构单元和式(2)所示的结构单元，式(1)：式(2)：其中，R1，R2，R3，R4和R5各自独立地为氢、C1-C4的烷基或C1-C4的烷氧基，R6为C1-C6的亚烷基。本领域技术人员应该理解的是，本专利技术的纳米膜结构储层保护剂是将特定结构的单体插入到有机蒙脱土层间并进行原位聚合反应，使得蒙脱土片层以纳米级分散在两亲性嵌段聚合物基体中形成的纳米复合材料。本专利技术的纳米膜结构储层保护剂中，为了进一步提高纳米膜结构储层保护剂的储层保护性能，优选情况下，R1，R2，R3，R4和R5各自独立地为氢、C1-C3的烷基或C1-C3的烷氧基，进一步优选各自独立地为氢、甲基、乙基、甲氧基或乙氧基，更进一步优选各自独立地为氢、甲基或乙基。本专利技术的纳米膜结构储层保护剂中，为了进一步提高纳米膜结构储层保护剂的储层保护性能，优选情况下，R6为亚甲基、亚乙基、亚丙基或亚丁基，进一步优选为亚丁基，即-C(CH3)2-CH2-。本专利技术的纳米膜结构储层保护剂中，为了进一步提高纳米膜结构储层保护剂的储层保护性能，优选情况下，式(1)所示的结构单元与蒙脱土片层的质量比为1：(0.02-0.1)，进一步优选为1：(0.03-0.05)；式(1)所示的结构单元与式(2)所示的结构单元的摩尔比为1：(1-5)，进一步优选为1：(2-4)。第二方面，本专利技术提供了一种纳米膜结构储层保护剂的制备方法，该方法包括：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米膜结构储层保护剂，其特征在于，所述纳米膜结构储层保护剂包括蒙脱土片层、式(1)所示的结构单元和式(2)所示的结构单元，其中，R1，R2，R3，R4和R5各自独立地为氢、C1‑C4的烷基或C1‑C4的烷氧基，R6为C1‑C6的亚烷基。

【技术特征摘要】
1.一种纳米膜结构储层保护剂，其特征在于，所述纳米膜结构储层保护剂包括蒙脱土片层、式(1)所示的结构单元和式(2)所示的结构单元，其中，R1，R2，R3，R4和R5各自独立地为氢、C1-C4的烷基或C1-C4的烷氧基，R6为C1-C6的亚烷基。2.根据权利要求1所述的纳米膜结构储层保护剂，其中，R1，R2，R3，R4和R5各自独立地为氢、C1-C3的烷基或C1-C3的烷氧基，优选各自独立地为氢、甲基、乙基、甲氧基或乙氧基，进一步优选各自独立地为氢、甲基或乙基；R6为亚甲基、亚乙基、亚丙基或亚丁基，优选为亚丁基。3.根据权利要求1或2所述的纳米膜结构储层保护剂，其中，式(1)所示的结构单元与蒙脱土片层的质量比为1：(0.02-0.1)，优选为1：(0.03-0.05)；式(1)所示的结构单元与式(2)所示的结构单元的摩尔比为1：(1-5)，优选为1：(2-4)。4.权利要求1-3中任意一项所述的纳米膜结构储层保护剂的制备方法，其特征在于，该方法包括：(1)将单体M1插层有机蒙脱土，在链转移剂和第一引发剂存在下，进行原位聚合反应，得到[M1]n/蒙脱土；(2)将步骤(1)得到的[M1]n/蒙脱土作为大分子链转移剂，与第二引发剂和单体M2混合，进行聚合反应，然后除去反应产物中的[M1]n均聚物，得到纳米膜结构储层保护剂；其中，单体M1和单体M2的结构式分别为：其中，R1，R2，R3，R4和R5各自独立地为氢、C1-C4的烷基或C1-C4的烷氧基，优选各自独立地为氢、C1-C3的烷基或C1-C3的烷氧基，进一步优选各自独立地为氢、甲基、乙基、甲氧基或乙氧基，更进一步优选各自独立地为氢、甲基或乙基；R6为C1-C6的亚烷基，优选为亚甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙金声，吕开河，刘敬平，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37