一种钻井液用可降解的纤维封堵剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种钻井液用可降解的纤维封堵剂及其制备方法。该钻井液用可降解的纤维封堵剂的原料组成包括：60％‑70％的聚乳酸、20％‑30％的酰基化壳聚糖、5％‑10％的改性微晶纤维素和5％‑10％的改性纳米二氧化硅。本发明专利技术还提供了上述钻井液用可降解的纤维封堵剂的制备方法。本发明专利技术的钻井液用可降解的纤维封堵剂可以起到良好的封堵作用，明显降低钻井液的滤失量，减轻固相颗粒损害。

Degradable fiber plugging agent for drilling fluid and preparation method thereof

The invention provides a degradable fiber plugging agent for drilling fluid and a preparation method thereof. The raw material composition of the degradable fiber plugging agent for the drilling fluid includes: 60%70% PLA, 20%30% acylated chitosan, 5%10% modified microcrystalline cellulose and 5%10% modified nano-silica. The invention also provides a preparation method of the degradable fiber plugging agent for the drilling fluid. The biodegradable fiber plugging agent for drilling fluid of the invention can play a good plugging effect, obviously reduce the filtration amount of the drilling fluid and reduce the damage of solid particles.

【技术实现步骤摘要】
一种钻井液用可降解的纤维封堵剂及其制备方法
本专利技术涉及一种封堵剂的制备方法，尤其涉及一种钻井液用的可降解的纤维封堵剂及其制备方法，属于石油开采

技术介绍
随着常规油气资源开采逐渐进入后期，油气稳产、增产面对的压力越来越大，致密砂岩气藏成为油气生产的重点。工业化开发的致密砂岩气藏通常有发育裂缝，发育裂缝是储层的主要渗流通道，同时也是工作液侵入储层、对储层造成损害的主要通道。钻井液通过裂缝大量侵入储层，既会对气藏储藏基质造成严重的相圈闭和敏感性伤害，也会对储层裂缝造成堵塞伤害，大大降低致密砂岩气藏开发的经济性。当前封堵缝洞型碳酸盐岩储层的暂堵剂面临以下困难：①漏失通道宽，漏失速率大，封堵材料容易随携带液进入地层深部，难以在裂缝入口处沉积形成滤饼阻挡层，使钻井液中的固相颗粒和常规的碳酸钙类、油溶性树脂类储层保护剂对储层缝洞的封堵效果达不到储层保护要求；②其他的核桃壳，贝壳粉等大尺寸的颗粒封堵材料形成的滤饼层不够致密，结构极不稳定，达不到有效的封堵；③裂缝在压差作用下会发生动态变化，由于封堵材料适应性差，使己经形成的滤饼封堵层存在容易失效的风险，无法满足储层保护的要求。纤维暂堵技术是一种新型暂堵技术。该技术是将纤维暂堵剂加入到钻井液中，当其进入裂缝储层时，由于纤维长度远远大于裂缝宽度，很容易在裂缝口处形成架桥，同时捕获随后经过的纤维，相互牵扯形成网架结构，成功封堵裂缝，减少后续钻井液大量进入裂缝带，实现对缝洞型碳酸盐岩储层的屏蔽暂堵。但现有如锯末、棉纤维、皮革粉、亚麻纤维、花生壳、玉米心、纸纤维棉籽壳、石绵粉、废棕绳等纤维封堵剂不能降解，会造成对油气藏的二次伤害。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的目的在提供一种钻井液用的可降解的纤维型封堵剂。为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种钻井液用可降解的纤维封堵剂，以该钻井液用可降解的纤维封堵剂的总质量为100％计，该钻井液用可降解的纤维封堵剂的原料组成包括：60％-70％的聚乳酸、20％-30％的酰基化壳聚糖、5％-10％的改性微晶纤维素和5％-10％的改性纳米二氧化硅，该钻井液用可降解的纤维封堵剂中各原料的质量百分比之和为100％；其中，聚乳酸的粘均分子量为2.0×104-2.0×105、玻璃化温度为60℃-80℃，熔点为150℃-180℃。在本专利技术的钻井液用可降解的纤维封堵剂中，采用的聚乳酸属于脂肪族聚酯，是以玉米淀粉发酵而成的乳酸(L-乳酸和/或D-乳酸)为原料经脱水聚合得到的，其结构中存在影响纤维的耐酸、碱性的酯键，降解过程和速率既取决于本身的结晶度、分子量大小和分布等自身性质，还与温度、pH等外界条件。改变上述因素可以控制聚乳酸的水解降解。在酸或碱条件下，酯跟水可发生水解反应，使酯键断裂，从而实现降解，其降解速率随着酸碱性的增强而增大。优选地，采用的聚乳酸通过以下步骤制备得到：在180℃-200℃、1000Pa-1100Pa、惰性气氛下，将L-乳酸和/或D-乳酸与催化剂混合，进行熔融缩聚，得到聚乳酸，其中，催化剂的添加量为L-乳酸和/或D-乳酸的质量的1.0％-1.5％(当只采用L-乳酸或D-乳酸一种时，催化剂的添加量以采用的L-乳酸或D-乳酸的质量为基准；当同时采用L-乳酸和D-乳酸时，催化剂的添加量以L-乳酸和D-乳酸的质量之和为基准)，L-乳酸和D-乳酸的纯度均不低于85％。在本专利技术的钻井液用可降解的纤维封堵剂中，惰性气氛是以氮气为保护气体，以减小聚乳酸的热降解，得到分子量合适的聚乳酸。在本专利技术的钻井液用可降解的纤维封堵剂中，优选地，采用的催化剂为质量比为1:5-1:6的葡萄糖酸和己二酸亚锡。根据本专利技术的具体实施方式，将葡萄糖酸和己二酸亚锡按比例加入到反应体系中即可。在本专利技术的钻井液用可降解的纤维封堵剂中，采用的L-乳酸和D-乳酸的纯度不低于85％，是将市售的L-乳酸或D-乳酸进行高温、减压回流提纯得到的。具体通过以下步骤制备得到：将L-乳酸(D-乳酸)在100℃-105℃下回流，当水分分馏速度明显减慢时升温至120℃-140℃，以1Pa/min-10Pa/min的速度逐步减压至400Pa-500Pa，直至无明显馏分分出时，移走馏分，得到提纯后的纯度不低于85％的L-乳酸(D-乳酸)。在本专利技术的钻井液用可降解的纤维封堵剂中，采用的改性微晶纤维素(NCC)解决了微晶纤维素表面丰富的羟基容易产生强烈的氢键形成大的团聚体、难以在聚合物(比如聚乳酸)中均匀分散吸附的问题。NCC作为聚乳酸和壳聚糖的填充剂，具有较高的化学吸附强度、高强度、低成本、低密度、无软化点等性质，能显著降低聚乳酸的使用成本、提高耐热性，且其为绿色环保的天然高分子材料，使用过程安全绿色环保。在本专利技术的钻井液用可降解的纤维封堵剂中，优选地，采用的改性微晶纤维素是通过表面接枝改性得到的；更优选为通过乙酰化、酯化和硅烷化改性得到的；最优选地，是通过硅烷化改性得到的，比如，采用的改性微晶纤维素为通过化学键和氢键多点吸附于聚乳酸和壳聚糖表面的硅烷偶联剂表面接枝改性的微晶纤维素。在本专利技术的钻井液用可降解的纤维封堵剂中，优选地，采用的改性微晶纤维素是通过以下步骤制备得到的：向微晶纤维素中加入乙醇，40℃-80℃(更优选为60℃-70℃)下加热，搅拌，加入硅烷偶联剂，回流2h-3h(更优选为2h-2.5h)后，得到改性微晶纤维素；其中，乙醇的添加量为微晶纤维素质量的1.2倍-1.5倍，硅烷偶联剂的添加量为微晶纤维素的质量的10％-20％(更优选为10％-15％)。在本专利技术的钻井液用可降解的纤维封堵剂中，采用的微晶纤维素为市售产品，是精制得到的已解聚α-纤维素制成的流动性较好的粉末，粒径小于90um，含水量小于5.0％，优选为，粒径小于60um，水分小于3.0％。在本专利技术的钻井液用可降解的纤维封堵剂中，制备改性微晶纤维素时采用的硅烷偶联剂可以选择乙烯基三氯硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、硅烷交联聚乙烯交联剂、乙烯基三异丙氧基硅烷、乙烯基三异丙烯氧基硅烷、甲基乙烯基二氯硅烷、甲基乙烯基二乙氧基硅烷、甲基乙烯基二甲氧基硅烷、1,2-双三甲氧基硅基乙烷、1,2-双三乙氧基硅基乙烷、3-(2,3-环氧丙氧丙基)三甲氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧丙基)三乙氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧丙基)甲基二甲氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧丙基)甲基二乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己烷)乙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己烷)乙基三乙氧基硅烷、苯基三氯硅、苯基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、甲基苯基二氯硅烷、甲基苯基二乙氧基硅烷、甲基苯基二甲氧基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅、甲基三乙酰氧基硅烷、乙烯基三丁酮肟基硅烷、甲基三丁酮肟基硅烷、四丁酮肟基硅烷、正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、氨基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-(2-氨乙基)-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷、二(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)胺、二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷、二乙胺基甲基三乙氧基硅烷、N-苯基-3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-哌嗪基丙基甲基二甲氧基硅烷、3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钻井液用可降解的纤维封堵剂，其特征在于，以该钻井液用可降解的纤维封堵剂的总质量为100％计，该钻井液用可降解的纤维封堵剂的原料组成包括：60％‑70％的聚乳酸、20％‑30％的酰基化壳聚糖、5％‑10％的改性微晶纤维素和5％‑10％的改性纳米二氧化硅，该钻井液用可降解的纤维封堵剂中各原料的质量百分比之和为100％；其中，所述聚乳酸的粘均分子量为2.0×104‑2.0×105、玻璃化温度为60℃‑80℃，熔点为150℃‑180℃。

【技术特征摘要】
1.一种钻井液用可降解的纤维封堵剂，其特征在于，以该钻井液用可降解的纤维封堵剂的总质量为100％计，该钻井液用可降解的纤维封堵剂的原料组成包括：60％-70％的聚乳酸、20％-30％的酰基化壳聚糖、5％-10％的改性微晶纤维素和5％-10％的改性纳米二氧化硅，该钻井液用可降解的纤维封堵剂中各原料的质量百分比之和为100％；其中，所述聚乳酸的粘均分子量为2.0×104-2.0×105、玻璃化温度为60℃-80℃，熔点为150℃-180℃。2.根据权利要求1所述的纤维封堵剂，其特征在于，所述聚乳酸是通过以下步骤制备得到的：在180℃-200℃、1000Pa-1100Pa、惰性气氛下，将L-乳酸和/或D-乳酸与催化剂混合，进行熔融缩聚，得到所述聚乳酸，其中，所述催化剂的添加量为所述L-乳酸和/或D-乳酸的质量的1.0％-1.5％，所述L-乳酸和D-乳酸的纯度不低于85％。3.根据权利要求2所述的纤维封堵剂，其特征在于，所述催化剂为质量比为1:5-1:6的葡萄糖酸和己二酸亚锡。4.根据权利要求1所述的纤维封堵剂，其特征在于，所述改性微晶纤维素是通过表面接枝改性得到；优选为通过乙酰化、酯化和硅烷化改性得到；更优选为通过硅烷化改性得到。5.根据权利要求4所述的纤维封堵剂，其特征在于，所述改性微晶纤维素是通过以下步骤制备得到的：向微晶纤维素中加入乙醇，40℃-80℃下加热，加入硅烷偶联剂，回流2h-3h后，过滤，得到改性微晶纤维素；其中，所述乙醇的添加量为所述微晶纤维素质量的1.2倍-1.5倍，所述硅烷偶联剂的添加量为所述微晶纤维素的质量的10％-20％。6.根据权利要求1所述的纤维封堵剂，其特征在于，所述改性纳米二氧化硅为通过偶联剂表面改性的二氧化硅。7.根据权利要求6所述的纤维封堵剂，其特征在于，所述改性纳米二氧化硅是通过以下步骤制备得到的：将纳米二氧化硅在400℃-800℃下活化6h-8h后，加入到甲苯中，再加入硅烷偶联剂，60℃-70℃下回流8h-10h，过滤，得到改性纳米二氧化硅；...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洁，王双威，曹权，郭建华，胡锡辉，赵志良，张蝶，姚旭洋，周柏年，伍葳，王立辉，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团有限公司，中国石油集团工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11