高温相变恒温微胶囊、主动控温高温钻井液体系及其制备与应用制造技术

本发明专利技术涉及高温相变恒温微胶囊、主动控温高温钻井液体系及其制备与应用，所述微胶囊的芯材为采用聚乙烯和/或苯丁烯‑丁二烯‑苯乙烯三嵌段共聚物对石蜡相变材料改性后的改性石蜡，所述微胶囊的壁材为脲醛树脂。当温度升高时相变材料会发生相态变化，发生相变的温度范围很窄，相变前后材料本身的温度在相变过程中几乎维持不变，大量相变热转移到环境中时，会产生一个较宽的温度平台。本发明专利技术的相变恒温材料微胶囊相变温度可达110～140℃、相变潜热可达100～150J/g，具备良好的导热性、热稳定性。

【技术实现步骤摘要】
高温相变恒温微胶囊、主动控温高温钻井液体系及其制备与应用
本专利技术涉及高温高压地层勘探及开发领域所用的一种高温水基钻井液，属于应用于深井超深井的高温水基钻井液。
技术介绍
随着常规油气勘探开发领域逐渐由中深层向超深层、复杂圈闭、复杂储层过度，油气钻井将面临越来越多的高温高压问题，高温高压问题成为了当前油气井开发的研究的重点与难点。高温高压在全球深层、超深层、深水油田中广泛存在，墨西哥湾、北海等深井超深井可达9000m以上，井底温度超过200℃。我国高温高压油气田主要分布在南海、川东北、塔里木盆地、柴达木盆地、松辽深层和渤海湾深层潜山，井深8000～10000米，温度梯度可达5.51℃/100m，井底温度可达250℃。钻井液高温对钻井过程有非常严重的负面影响，深井超深井高温高压钻井面临难度大、风险高、周期长、成本高等问题，对钻井液本身来说高温会使处理剂高温失效，影响流变性、润滑性等钻井液的稳定性，并且对钻井工具和测井设备也产生严重的负面影响，高温会使井下工具密封性降低严重缩短钻具的使用寿命，高温也会使随钻的设备寿命降低，如提高生产的成本。水基钻井液的主要造浆材料是膨润土。如钠膨润土，用来增粘、降低滤失量、提高润滑性能。高温对造浆材料的影响主要是絮凝和分散。随着温度的升高，絮凝的严重性则随之增加；同时高温也增强了水分子渗入到粘土内部的能力和粘土表面阳离子扩散和置换的能力，在布朗运动和外加剪切力作用下，促使颗粒分散。高温环境下钻头材料往往会因为高温表现出易疲劳、强度下降等问题。随钻测井器材高温时会表现出测不准甚至器材变形损坏等问题。高温高压并存复杂井对钻井液和钻井工具性能提出了如下要求：(1)钻井液抗热能力更强，保持流变性不发生变化；(2)钻井工具热稳定好，不会因高温缩短使用寿命；在钻井过程中，应对深井、超深井高温高压主要采取两方面措施：一是开发被动抗高温钻井液与抗高温钻具设备，二是开发研究主动为钻井液降温的冷却技术。开发被动抗高温钻井液主要通过以下措施：(1)采用油基钻井液，与水基钻井液相比油基钻井液具有抗高温、抗盐钙、润滑性好对油气层损伤小等优点，但是油基钻井液对环境污染较大，在深水等环境敏感地区，油基钻井液并不适用；(2)向钻井液中加入抗高温外加剂，此方法需要用到大量抗高温添加剂，成本较高。主动钻井液降温技术一般采取以下措施。(1)自然冷却，通过延长钻井液槽的循环路线，可以在一定程度上达到冷却钻井液的目的。这种方法一般应用于钻井液排量不大、返回的钻井液温度不太高的情况。这种冷却方式完全受气候条件影响，对于深井、超深井和高温高压井效果不明显，对天然气水合物井则无法达到安全钻井对循环钻井液温度的要求。(2)低温介质混合冷却，向钻井液池中投放低温固体(如冰块)或液体，通过混合热传导方式来使钻井液降温。这种方法一般用于水基钻井液的冷却、且容易得到低温水源的情况，只能作为应急方案使用。(3)冷却装置强制冷却，当返出钻井液温度过高时，需采用钻井液冷却系统强制冷却。钻井液冷却系统的工作原理以风冷、喷淋和交互式换热3种方式为主。但是外加冷却装置需要能量输入，会有巨大的能量损耗。中国专利文件CN102965087A公开了一种抗高温钻井液体系，由3～5％基浆和以每100毫升的3～5％基浆中加入量计算的抗高温抗盐增粘剂0.2～0.5克、抗高温降滤失剂6～10克、降粘剂0.5～1克、堵漏剂1～3克、润滑剂0.5～2克组成，所述3～5％基浆为每100毫升水中加入3～5克钠基膨润土，在室温条件下经24小时水化形成基浆。该钻井液体系抗温能力达200℃，但采用抗高温降滤失剂、抗高温抗盐增粘剂等外加剂价格昂贵，且没有解决井底高温的问题，仍然对钻进设备及随钻设备提出了较高的要求。中国专利文件CN108276975A公开了一种通过加入不同高温稳定剂对钻井液性能进行提高的技术，通过加入高温稳定剂，使钻井液可以耐受240℃高温环境，但是该方法只考虑了钻井液的高温环境下的状态，并没有考虑钻进工具和随钻设备耐高温的成本和高温下的测量偏差，依然面临高成本的钻进工具问题。因此需要在目前高温钻井研究的基础上，开发新的钻井液降温技术，形成新的高温钻井技术。高温钻井液体系除了具有降低钻井液温度性能外，还需要考虑重复利用降低钻井成本，保证后续的钻井作业快速进行。随着我国加快高深油气资源的勘探开发，高温钻井将面临着更严峻的挑战。虽然国内目前已经开展了部分钻井液降温的相关研究，但仍然无法完全满足高温环境的钻井作业要求。因此，积极研究新型的高温钻井液降温技术，对于开发我国的高深油气资源有着重要的意义。
技术实现思路
针对现有技术的不足，尤其是为了克服深井超深井地层高温高压的问题，本专利技术提供一种相变恒温微胶囊材料及其制备方法，并提供一种基于该相变恒温微胶囊材料的高温钻井液体系，利用相变恒温材料相变过程中吸收大量热又保持恒温的特性，实现主动为高温钻井液降温的效果，达到稳定钻井液性能、降低钻井成本的目的。本专利技术根据储能相变材料相变恒温且相变潜热大的原理，测试储能相变材料对钻井液温度的影响，比较不同材料对降温贡献的效果，探讨储能相变材料对钻井液降温的影响规律及作用机理，并系统分析相变材料对温度的影响特性，构建一套钻井液降温的新方法，达到井下温度适宜施工和测量目的，实现降低钻井成本提高钻井效率的目标，形成一项储能相变材料给钻井液降温的技术。本专利技术的技术方案如下：一种高温相变恒温微胶囊，所述微胶囊的芯材为采用聚乙烯和/或苯丁烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物对石蜡相变材料改性后的改性石蜡，所述微胶囊的壁材为脲醛树脂。根据本专利技术，优选的，所述的高温相变恒温微胶囊的芯材中，聚乙烯平均分子量位于1000～8000之间，聚乙烯的质量占改性石蜡质量的4～15％。根据本专利技术，优选的，所述的高温相变恒温微胶囊的芯材中，所述苯丁烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物的平均分子量为100000～110000之间，三嵌段共聚物的质量占改性石蜡质量的4～15％。根据本专利技术，优选的，石蜡相变材料的相变温度位于80～120℃之间，相变潜热位于100～200J/g之间，平均粒径位于3～10μm之间。根据本专利技术，优选的，所述的改性石蜡的平均分子量位于2000～4000之间，相变温度位于110～140℃之间，相变潜热位于100～250J/g之间，平均粒径位于10～30μm之间。根据本专利技术，优选的，所述的高温相变恒温微胶囊的粒径位于30～80μm，相变温度位于110-140℃之间，相变潜热位于100～300J/g之间，密度位于890～1000kg/m3之间。根据本专利技术，上述高温相变恒温微胶囊的制备方法，包括步骤如下：(1)石蜡相变材料改性处理：取石蜡相变材料加热熔融，使得液蜡温度达到130～180℃；取聚乙烯和/或苯丁烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物，加入到液蜡中搅拌，得到改性石蜡乳液；(2)微胶囊制备：取尿素与甲醛在碱性条件下，60-80℃恒温反应，得到脲醛树脂预聚体，将改性石蜡乳液与脲醛树脂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高温相变恒温微胶囊，其特征在于，所述微胶囊的芯材为采用聚乙烯和/或苯丁烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物对石蜡相变材料改性后的改性石蜡，所述微胶囊的壁材为脲醛树脂。/n

【技术特征摘要】
1.一种高温相变恒温微胶囊，其特征在于，所述微胶囊的芯材为采用聚乙烯和/或苯丁烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物对石蜡相变材料改性后的改性石蜡，所述微胶囊的壁材为脲醛树脂。


2.根据权利要求1所述的高温相变恒温微胶囊，其特征在于，所述的高温相变恒温微胶囊的芯材中，聚乙烯平均分子量位于1000～8000之间，聚乙烯的质量占改性石蜡质量的4～15％；优选的，所述苯丁烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物的平均分子量为100000～110000之间，三嵌段共聚物的质量占改性石蜡质量的4～15％；
优选的，石蜡相变材料的相变温度位于80～120℃之间，相变潜热位于100～200J/g之间，平均粒径位于3～10μm之间；
优选的，所述的改性石蜡的平均分子量位于2000～4000之间，相变温度位于110～140℃之间，相变潜热位于100～250J/g之间，平均粒径位于10～30μm之间。


3.根据权利要求1所述的高温相变恒温微胶囊，其特征在于，所述的高温相变恒温微胶囊的粒径位于30～80μm，相变温度位于110-140℃之间，相变潜热位于100～300J/g之间，密度位于890～1000kg/m3之间。


4.权利要求1所述的高温相变恒温微胶囊的制备方法，包括步骤如下：
(1)石蜡相变材料改性处理：取石蜡相变材料加热熔融，使得液蜡温度达到130～180℃；取聚乙烯和/或苯丁烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物，加入到液蜡中搅拌，得到改性石蜡乳液；
(2)微胶囊制备：取尿素与甲醛在碱性条件下，60-80℃恒温反应，得到脲醛树脂预聚体，将改性石蜡乳液与脲醛树脂预聚体混合搅拌，期间缓慢滴加盐酸控制溶液pH值位于1.5～3之间；反应结束后，洗涤除去未反应物，干燥，即得高温相变恒温微胶囊。


5.根据权利要求4所述的高温相变恒温微胶囊的制备方法，其特征在于，符合如下条件中的一项或多项：
步骤(1)中：
A、所述的聚乙烯平均分子量位于1000～8000之间，聚乙烯的质量占改性石蜡质量的4～15％；
B、所述的苯丁烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物的平均分子量为100000～110000，三嵌段共聚物的质量占改性石蜡质量的4～15％；
C、石蜡相变材料的相变温度位于80～120℃之间，相变潜热位于100～200J/g之间，平均粒径位于3～10μm之间；
D、所述的改性石蜡的平均分子量位于2000...

【专利技术属性】
技术研发人员：王成文，夏冬，陈二丁，王瑞和，刘均一，
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