一种有机-无机纳米复合水凝胶及水基钻井液制造技术

本发明专利技术公开了一种有机

【技术实现步骤摘要】
一种有机
‑
无机纳米复合水凝胶及水基钻井液


[0001]本专利技术涉及油气田钻井
，具体涉及一种有机
‑
无机纳米复合水凝胶封堵剂及其包含有该纳米封堵剂的水基钻井液。

技术介绍

[0002]目前在国内和国外钻井中，经常存在井壁不稳定问题，国内外数百口井的统计说明，所钻泥页岩地层占所钻总地层的70％，而90％以上的井塌发生在泥页岩地层。页岩具有特殊的裂缝一孔隙结构，属超低孔、低渗类型，多为纳米级孔喉。针对页岩气的成藏特征，水平井钻井已成为页岩气开发的主要钻井方式。不管使用水基钻井液体系或者油基钻井液体系钻页岩地层都会出现井壁垮塌的现象，其根本原因是“水力劈裂作用”，钻井液或滤液进入裂缝，使裂缝张开，同时大大降低缝面间摩擦力，使坍塌压力大幅度上升。若不能有效封堵住裂缝阻断泥浆液相进入裂缝，则不能防塌。
[0003]钻井液中常用的磺化沥青或乳化沥青的粒径大多在微米级别，能对微米级别的裂缝进行有效封堵，但对于尺寸一般在纳米
‑
微米之间的裂缝，其粒子只能在裂缝表面沉积，极易被钻井液冲刷，钻具的碰撞等作用破坏，起不到良好的封堵效果。因此对易造成井壁失稳的纳米孔缝进行有效的封堵是保持井壁稳定的重点，也是钻井工程中急需解决的难点

技术实现思路

[0004]针对目前常规封堵剂无法有效封堵泥页岩中的纳米裂缝而导致的井壁失稳问题，本专利技术提供了一种有机
‑
无机纳米复合水凝胶封堵剂，其粒径为纳米级，能够有效对泥页岩地层中的纳米级裂缝进行封堵，从而达到稳定井壁的目的。且研制了一种能适用于页岩地层的新型纳米封堵水基钻井液替代油基钻井液能够解决井壁稳定、储层污染等问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种有机
‑
无机纳米复合水凝胶封堵剂及其水基钻井液。所述有机
‑
无机纳米复合水凝胶封堵剂的原料包括为二氧化硅，甲基丙烯酸，N，N
‑ꢀ
二甲基丙烯酰胺，所述有机
‑
无机纳米复合水凝胶封堵剂的制备步骤如下：
[0006](1)纳米二氧化硅的改性：将纳米二氧化硅置于75
‑
80℃真空干燥箱中干燥10
‑
12h，准确称取干燥后的纳米二氧化硅2
‑
3g，加入到40
‑
50mL乙醇/水的分散液中，超声分散40
‑
50min，然后边搅拌边滴加2
‑
3gKH550，在75
‑
80℃反应8
‑
10h后，用乙醇洗涤，反复3
‑
5次，最后置于55
‑
60℃真空干燥箱中干燥8
‑
10h得到改性纳米二氧化硅。
[0007](2)有机
‑
无机纳米复合水凝胶的制备:
[0008]①
向反应器中加入改性后的纳米二氧化硅，加超纯水超声分散10
‑
15min；
[0009]②
加入共聚单体甲基丙烯酸和N，N
‑
二甲基丙烯酰胺，交联剂N,N
‑
亚甲基双丙烯酰胺，保持快速搅拌至溶解，通入氮气20
‑
30min；
[0010]③
将反应体系升温至55
‑
60℃，保持搅拌，将过硫酸铵加入到混合体系内，恒温反应3
‑
4h；
[0011]④
反应完毕后，将反应体系降至20
‑
25℃，制备得的样品用蒸馏水洗涤至中性，接
着在烘箱中60
‑
70℃干燥；
[0012]⑤
将烘干的样品进行研磨，然后密封保存。
[0013]所述改性后的纳米二氧化硅的加量为甲基丙烯酸与N，N
‑
二甲基丙烯酰胺总重量的 5
‑
15％；
[0014]所述甲基丙烯酸的加量为3
‑
3.5g；
[0015]所述甲基丙烯酸与N，N
‑
二甲基丙烯酰胺的重量比为1：1
‑
1.5；
[0016]所述N,N
‑
亚甲基双丙烯酰胺的加量为0.02
‑
0.06g；
[0017]所述过硫酸铵的加量为0.05
‑
0.12g。
[0018]本专利技术的另一种目的是提供一种水基钻井液，所述钻井液添加有本专利技术所述的一种有机
‑ꢀ
无机纳米复合水凝胶封堵剂。
[0019]以重量份计，所述钻井液的组成如下：100重量份的水+2
‑
4重量份膨润土+0.1
‑
0.3重量份 NaOH+0.03
‑
0.05重量份KPAM+0.5
‑
0.8重量份PAC
‑
LV+4
‑
5重量份RSTF+4
‑
6重量份 SMP
‑
1+4
‑
5重量份FRH+3
‑
4重量份PPL+4
‑
6重量份FK
‑
10+0.3
‑
0.5重量份SP
‑
80+1
‑
5重量份有机
‑
无机纳米复合水凝胶封堵剂+1
‑
1.5重量份除硫剂+5
‑
15重量份重晶石。
[0020]本专利技术有益效果如下：
[0021]本专利技术所制备的有机
‑
无机纳米复合水凝胶的粒径分布在30
‑
600nm之间，能够有效的对泥页岩地层中的纳米级别裂缝进行封堵，从而达到稳定井壁的效果；本专利技术所使用的水基钻井液在泥页岩地层条件下的流变性、稳定性以及封堵性等方面性能良好。
附图说明
[0022]图1为实施例一中有机
‑
无机纳米复合水凝胶的粒径分布图；
[0023]图2为实施例二中有机
‑
无机纳米复合水凝胶的粒径分布图。
具体实施方式
[0024]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0025]本实施例中，若无特殊说明，所述的份数均为重量份数。
[0026]一、有机
‑
无机纳米复合水凝胶的合成：
[0027]实施例1：
[0028]纳米二氧化硅的改性：将纳米二氧化硅置于75℃真空干燥箱中干燥12h，准确称取干燥后的纳米二氧化硅2g，加入到40mL乙醇/水的分散液中，超声分散45min，然后边搅拌边滴加2.5gKH550，在75℃反应9h后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有机
‑
无机纳米复合水凝胶封堵剂及水基钻井液，其特征在于，所述一种有机
‑
无机纳米复合水凝胶的原料为二氧化硅(15+5nm)，甲基丙烯酸，N，N
‑
二甲基丙烯酰胺，采用步骤如下制备而成：(1)纳米二氧化硅的改性：将纳米二氧化硅置于75
‑
80℃真空干燥箱中干燥10
‑
12h，准确称取干燥后的纳米二氧化硅2
‑
3g，加入到40
‑
50mL乙醇/水的分散液中，超声分散40
‑
50min，然后边搅拌边滴加3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)2
‑
3g，在75
‑
80℃反应8
‑
10h后，用乙醇洗涤，反复3
‑
5次，最后置于55
‑
60℃真空干燥箱中干燥8
‑
10h得到改性纳米二氧化硅；(2)有机
‑
无机纳米复合水凝胶的制备:
①
向反应器中加入改性后的纳米二氧化硅，加超纯水超声分散10
‑
15min；
②
加入共聚单体甲基丙烯酸和N，N
‑
二甲基丙烯酰胺，交联剂N,N
‑
亚甲基双丙烯酰胺，保持快速搅拌至溶解，通入氮气20
‑
30min；
③
将反应体系升温至55
‑
60℃，保持搅拌，将过硫酸铵加入到混合体系内，恒温反应3
‑
4h；
④
反应完毕后，将反应体系降至20
‑
25℃，制备得的样品用蒸馏水洗涤至中性，接着在烘箱中60
‑
70℃干燥；
⑤
将烘干的样品进行研磨，然后密封保存。2.根据权利要求1所述的一种有机
‑
无机纳米复合水凝胶封堵剂及水基钻井液，其特征在于，所述改性后的纳米二氧化硅的加量为甲基丙烯酸和N,N
‑
二甲基丙烯酰胺总重量的5

【专利技术属性】
技术研发人员：谢刚，范莉，邓明毅，罗玉婧，陈宇，雷震，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：