抗高温超疏水泥页岩抑制剂及制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种抗高温超疏水泥页岩抑制剂及制备方法和应用，本发明专利技术首先制备了一种阳离子含氟硅氧烷，然后再利用该阳离子含氟硅氧烷制备获得抗高温超疏水泥页岩抑制剂。将岩心片在本发明专利技术制备的抗高温超疏水泥页岩抑制剂的1％水溶液中浸泡16h后，烘干测定接触角可达150

【技术实现步骤摘要】
抗高温超疏水泥页岩抑制剂及制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及油气钻井
，具体涉及阳离子含氟硅氧烷、用于脆性地层的抗高温超疏水泥页岩抑制剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]泥页岩的井壁失稳是制约油气资源安全高效钻井的关键问题。大量现场实钻情况证实深部泥页岩井壁失稳的形式多为坍塌掉块、钻具遇阻等井下复杂情况，严重制约着安全高效经济钻井。
[0003]目前，泥页岩地层的水化抑制技术主要包括：1)根据活度平衡理论，利用泥页岩的半透膜性质，使用低活度钻井液降低水的侵入；2)根据泥页岩类型，使用无机盐、有机胺(或有机硅)等抑制剂，增强协同抑制性能。现有水化抑制技术对复杂泥页岩地层抑制能力有限，如何更好的解决泥页岩的水化是要解决的关键技术问题。
[0004]表面水化是短距离范围内的粘土与水的相互作用，驱动力是页岩表面自由能，引起的泥页岩膨胀量虽小，但是膨胀压极大，是导致井壁失稳不可忽视的重要因素。泥页岩表面水化的重要原因是其自身的亲水性，改变页岩表面润湿性可以降低页岩表面的亲水性，减弱页岩表面水分子的吸附能力，抑制页岩表面水化。同时改变页岩表面润湿性可以使泥页岩对水分子的毛细管引力大大降低，以减弱水侵入地层的趋势。因此，研制一种可有效改变泥页岩表面润湿性、成本低廉、合成工艺简单等的抑制剂是解决井壁失稳问题的有效途径。
[0005]在申请号为201610937073.2的中国专利申请中公开了一种钻井液用纳米封堵剂及其制备方法与应用，并具体公开了制备步骤为1)醇类溶剂、有机溶剂和氟硅偶联剂混合制成底液；2)将正硅酸乙酯与醇类溶剂混合，作为第一部分溶液，将碱性溶液混合作为第二部分溶液；3)将第一部分和第二部分溶液加入至1)中，使其与底液混合，进行反应，即制得钻井液用纳米封堵剂。合成封堵剂过程中未加入阳离子单体；其次，封堵剂中的SiO2是由正硅酸乙酯作为硅源提供。在申请号为201810166488.3的中国专利申请中公开了一种超双疏型复合材料和在水基钻井液中作为抑制剂、润滑剂和油气层保护剂的应用，并具体公开了在碱性条件下，在醇水混合溶剂中，将纳米TiO2和纳米SiO2进行第一次混合，得到分散液；而后将含氟硅偶联剂移入至所述纳米TiO2和纳米SiO2的分散液中进行第二次混合，对纳米TiO2和纳米SiO2表面进行改性，即制得水基钻井液用抑制剂、润滑剂和油气层保护剂，但其含氟硅偶联剂不具有阳离子特性。地层矿物表面一般带负电，阳离子的引入可以增强与地层之间的相互作用，高温高矿化度条件下不易由于解吸附弱化抑制效果。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对于复杂泥页岩地层钻井过程中遇到的井壁垮塌等井壁失稳技术难题，提供了一种超疏水泥页岩抑制剂，可以高效减弱泥页岩地层的表面水化作用，此外其纳米粒度可对地层的微裂缝进行封堵，降低钻井液的侵入和压力传递，达到稳定井壁的效果。
[0007]一种阳离子含氟硅氧烷的制备方法，包括：
[0008]1)将含氟酯类单体和硅烷偶联剂于惰性氛围下恒温搅拌反应；
[0009]2)步骤1)反应完成后加入乳化剂和阳离子单体，继续恒温搅拌反应，即得阳离子含氟硅氧烷。
[0010]在根据本专利技术的一个实施方案中，含氟酯类单体选自丙烯酸十三氟辛酯、甲基丙烯酸十三氟辛酯或甲基丙烯酸十二氟庚酯中的一种；
[0011]硅烷偶联剂选自KH550、KH570、KH560或KH540中的一种；
[0012]阳离子单体选自3
‑
氯
‑2‑
羟丙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵或丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)中的一种；
[0013]乳化剂选自吐温
‑
60、吐温
‑
80或吐温
‑
40中的一种；
[0014]优选地，含氟酯类单体、硅烷偶联剂、乳化剂和阳离子单体的质量比为2
‑
10:0.5
‑
6:1:3
‑
16；
[0015]更优选地，步骤1)中搅拌转速为200r/min、反应温度为55℃；优选地，恒温恒转速反应15h。
[0016]进一步优选地，步骤2)中搅拌转速为300r/min、反应温度为65℃，优选地，恒温恒转速反应4h。
[0017]本专利技术还提供了根据上述制备方法制备得到的阳离子含氟硅氧烷；
[0018]优选地，所述阳离子含氟硅氧烷结构式为式Ⅰ[0019][0020]本专利技术进一步提供了一种用于脆性地层的抗高温超疏水泥页岩抑制剂的制备方法，包括：
[0021]a)将权利要求1所述的或根据权利要求2或3制备方法制备得到的阳离子含氟硅氧烷与分散于乙醇溶液中的纳米SiO2于pH值3
‑
5、70℃条件下进行反应；优选地，反应时间为4h；
[0022]b)反应完成后离心分离固相，将固相于烘干箱中105℃下烘干至恒重，研磨成150目粉末，即得抗高温超疏水抑制剂。
[0023]在根据本专利技术的一个实施方案中，步骤a)中所述分散于乙醇溶液中的纳米SiO2是通过包括下述步骤的方法制备的：
[0024]将纳米SiO2和体积分数98％的乙醇溶液混合，以搅拌速度200r/min，搅拌30min，然后超声处理30min，即得分散于乙醇溶液中的纳米SiO2。
[0025]在根据本专利技术的一个实施方案中，纳米SiO2和阳离子含氟硅氧烷的质量比为0.5
‑
3.2:1；优选地，纳米SiO2和乙醇溶液质量比为1：10。
[0026]本专利技术还提供了根据上述的制备方法制备得到的抗高温超疏水抑制剂；
[0027]优选地，所述抗高温超疏水抑制剂结构式如式Ⅱ所示：
[0028][0029]本专利技术进一步提供了上述抗高温超疏水抑制剂在制备水基钻井液中的应用。
[0030]本专利技术的再一方面提供了含有上述的抗高温超疏水抑制剂的水基钻井液；
[0031]优选地，所述水基钻井液还含有基浆；
[0032]更优选地，所述基浆为膨润土基浆；
[0033]进一步优选地，所述膨润土基浆是通过包括下述步骤的方法制备的：在800r/min的搅拌速度下，依次向其中加入适量的钻井液配浆用膨润土和无水Na2CO3，然后于室温下密封水化24h，即得；
[0034]再优选地，所述抗高温超疏水抑制剂的含量为0.01
‑
0.02g/ml。
[0035]本专利技术进一步提供了上述的水基钻井液在油气钻井中的应用。
[0036]本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：
[0037]本专利技术利用阳离子含氟材料对纳米SiO2进行功能化疏水改性，其中阳离子可以通过静电引力吸附在地层岩石上。纳米颗粒可以对岩石表面进行改性，增大水相接触角，纳米颗粒表面的疏水结构和含氟成分进一步降低表面自由能增大接触角。
[0038]本专利技术提供的超疏水抑制剂通过静电作用吸附在地层岩石表面后，长链含氟基团会裸露在表面，从而本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阳离子含氟硅氧烷的制备方法，其特征在于，包括：1)将含氟酯类单体和硅烷偶联剂于惰性氛围下恒温搅拌反应；2)步骤1)反应完成后加入乳化剂和阳离子单体，继续恒温搅拌反应，即得阳离子含氟硅氧烷。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，含氟酯类单体选自丙烯酸十三氟辛酯、甲基丙烯酸十三氟辛酯或甲基丙烯酸十二氟庚酯中的一种；硅烷偶联剂选自KH550、KH570、KH560或KH540中的一种；阳离子单体选自3
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氯
‑2‑
羟丙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵或丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)中的一种；乳化剂选自吐温
‑
60、吐温
‑
80或吐温
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40中的一种；优选地，含氟酯类单体、硅烷偶联剂、乳化剂和阳离子单体的质量比为2
‑
10:0.5
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6:1:3
‑
16；更优选地，步骤1)中搅拌转速为200r/min、反应温度为55℃；优选地，恒温恒转速反应15h。进一步优选地，步骤2)中搅拌转速为300r/min、反应温度为65℃，优选地，恒温恒转速反应4h。3.根据权利要求1或2所述的制备方法制备得到的阳离子含氟硅氧烷；优选地，所述阳离子含氟硅氧烷结构式为式Ⅰ4.一种用于脆性地层的抗高温超疏水泥页岩抑制剂的制备方法，其特征在于，包括：a)将权利要求1所述的或根据权利要求2或3制备方法制备得到的阳离子含氟硅氧烷与分散于乙醇溶液中的纳米SiO...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄贤斌，孟旭，孙金声，吕开河，王韧，王金堂，白英睿，李贺，董晓东，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：