一种可抑制天然气水合物分解的水基钻井液降滤失剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种可抑制天然气水合物分解的水基钻井液降滤失剂及其制备方法与应用。本发明专利技术通过KH570对纳米二氧化硅进行接枝改性，改性后的纳米二氧化硅与丙烯酰胺，对苯乙烯磺酸钠，N

【技术实现步骤摘要】
一种可抑制天然气水合物分解的水基钻井液降滤失剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及一种可抑制天然气水合物分解的水基钻井液降滤失剂及其制备方法与应用，尤其涉及一种可减少钻井液侵入和防止水合物分解的降滤失剂及其制备方法与应用，属于海洋或冻土天然气水合物开采钻井过程中水基钻井液添加剂


技术介绍

[0002]天然气水合物是在低温高压条件下，由轻烃等小分子做客体分子，水分子做主体分子构成的笼状晶体结构物质，因此其在海底地层和冻土地带可稳定存在。天然气水合物具有高能量密度、分布广泛、资源潜力大等优点，被认为是新世纪一种理想的新型绿色可替代能源。我国海域天然气水合物资源量巨大，初步估算和预测南海海域深水区天然气水合物资源量达643～772/845亿t油当量。
[0003]在钻进天然气水合物地层过程中，钻井液侵入水合物储层易引发井壁失稳。在高压低温条件下生成的水合物，对外界温压条件变化较为敏感，降低压力或升高温度均会引发水合物分解。因此，在钻进含水合物地层时，为防止水合物发生分解，维持井壁稳定，一般井筒内压力大于地层孔隙压力，但如此则会提高井筒中钻井液对水合物地层侵入量，然而侵入的钻井液中含有大量促进水合物分解的物质，如氯离子、钠离子、钙离子以及醇溶液等。所以当钻井液侵入水合物地层时，会促进近井地带水合物发生分解，水合物储层骨架结构发生破坏，从而导致井壁失稳。因此为保障井壁稳定，需向钻井液中加入降滤失剂，减少钻井液在地层中的滤失量。
[0004]同时，钻进水合物地层时钻头切削地层会产生大量热量，而这进一步加剧了近井地带水合物的分解。水合物分解所产生的气体会进入井筒，降低循环钻井液密度，导致钻井液流变性难以调控。另外，部分分解所产生的气体会在适宜的温度压力条件下与水分子再次结合形成水合物，此现象尤其会发生在井筒及防喷器内，从而导致防喷器和井筒堵塞，引发钻井安全事故。因此抑制地层中水合物发生分解，对保障水合物地层安全钻井具有重要意义。
[0005]中国专利文件CN109321215A(申请号201811304730.5)提供了一种适用于天然气水合物地层钻井的水合物分解抑制剂，其包含以下原料：聚3
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亚甲基2
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吡咯烷酮、卵磷脂、聚N
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乙烯基吡咯烷酮。其将抑制剂加入反应釜后观测水合物分解速率和完全分解时间发现，抑制剂可改善水合物分解效果，降低水合物分解速率，并且随着抑制剂浓度增加，其抑制水合物分解的作用显著增加。虽然此抑制剂可与深水钻井液配伍，但无法降低钻井液滤失量，防止钻井液侵入地层。
[0006]中国专利文件CN104449600A(申请号201410606965.5)提供了一种具有天然气水合物抑制作用的钻井液降滤失剂，其通过N
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取代丙烯酰胺和N
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乙烯基己内酰胺共聚作为具有水合物抑制性能的钻井液降滤失剂。此降滤失剂在降低钻井液滤失量的同时可以抑制水合物的二次生成，以一种试剂实现两种功能，降低了钻井液成本，在提高水合物抑制性能和
降滤失性能的前提下保障了钻井液的稳定性。但此降滤失剂不具有抑制水合物分解的功能，无法抑制地层中的水合物发生分解，并未从根源上解决水合物二次生成的问题。
[0007]因此，需要研发一种适用于天然气水合物地层钻井，在减少钻井液滤失量，防止钻井液的侵入同时，具有稳定水合物地层的试剂。

技术实现思路

[0008]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种可抑制天然气水合物分解的水基钻井液降滤失剂及其制备方法与应用。本专利技术的降滤失剂可有效降低钻井液滤失量，防止近井地带的水合物储层因钻井液侵入而发生分解，同时可抑制地层中的水合物发生分解，稳定水合物地层，提高井壁稳定性。
[0009]本专利技术的技术方案如下：
[0010]一种可抑制天然气水合物分解的水基钻井液降滤失剂，所述的降滤失剂是通过硅烷偶联剂KH570对纳米二氧化硅进行接枝改性，改性后的纳米二氧化硅与丙烯酰胺 (AM)，对苯乙烯磺酸钠，N
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乙烯基吡咯烷酮(NVP)进行自由基聚合制备得到的。
[0011]根据本专利技术，上述可抑制天然气水合物分解的水基钻井液降滤失剂的制备方法，包括步骤如下：
[0012](1)将纳米二氧化硅分散于乙醇水溶液中得到纳米二氧化硅分散液；向所得纳米二氧化硅分散液中加入硅烷偶联剂进行反应，然后经过滤、洗涤、干燥，得到改性纳米二氧化硅；
[0013](2)将步骤(1)所得改性纳米二氧化硅加入水中，搅拌混合均匀后，升温至 50
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80℃；加入丙烯酰胺(AM)，对苯乙烯磺酸钠(SSS)，N
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乙烯基吡咯烷酮 (NVP)，调节体系pH，然后通氮气；最后加入引发剂进行搅拌反应，经过滤、干燥，得到可抑制天然气水合物分解的水基钻井液降滤失剂。
[0014]根据本专利技术，优选的，步骤(1)中所述的纳米二氧化硅的粒径为200
‑
300nm。
[0015]根据本专利技术，优选的，步骤(1)中所述的纳米二氧化硅分散液中纳米二氧化硅的质量分数为5
‑
15％；所述的乙醇水溶液中乙醇的质量分数为8
‑
25％。
[0016]根据本专利技术，优选的，步骤(1)中所述的纳米二氧化硅分散液的制备方法如下：将纳米二氧化硅加入乙醇水溶液中，依次进行搅拌和超声分散，得到纳米二氧化硅分散液；所述的搅拌时间为15
‑
30min，搅拌速率为300
‑
500r/min；所述的超声分散时间为20
‑
40min。
[0017]根据本专利技术，优选的，步骤(1)中所述的硅烷偶联剂与纳米二氧化硅的质量比为1
‑
3:1。
[0018]根据本专利技术，优选的，步骤(1)中所述的反应温度为40
‑
80℃，进一步优选为 60
‑
70℃；所述的反应时间为90
‑
150min；所述的洗涤为用无水乙醇洗涤3
‑
4次；所述的干燥温度为60
‑
80℃，干燥时间为8
‑
16h。
[0019]根据本专利技术，步骤(1)中所述的硅烷偶联剂为KH570，其结构式如式Ⅰ所示：
[0020][0021]根据本专利技术，步骤(1)所述改性纳米二氧化硅的结构示意如式Ⅱ所示：
[0022][0023]式Ⅱ中，A为硅烷偶联剂KH570。
[0024]根据本专利技术，优选的，步骤(2)中所述的改性纳米二氧化硅与水的质量比为 0.01
‑
0.1:1，进一步优选为0.03
‑
0.09:1。
[0025]根据本专利技术，优选的，步骤(2)中所述的丙烯酰胺、对苯乙烯磺酸钠和N
‑
乙烯基吡咯烷酮的质量比为1
‑
4:1
‑
2:1
‑
5。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可抑制天然气水合物分解的水基钻井液降滤失剂，其特征在于，所述的降滤失剂通过硅烷偶联剂KH570对纳米二氧化硅进行接枝改性，改性后的纳米二氧化硅与丙烯酰胺，对苯乙烯磺酸钠，N
‑
乙烯基吡咯烷酮进行自由基聚合制备得到的。2.权利要求1所述的可抑制天然气水合物分解的水基钻井液降滤失剂的制备方法，包括步骤如下：(1)将纳米二氧化硅分散于乙醇水溶液中得到纳米二氧化硅分散液；向所得纳米二氧化硅分散液中加入硅烷偶联剂进行反应，然后经过滤、洗涤、干燥，得到改性纳米二氧化硅；(2)将步骤(1)所得改性纳米二氧化硅加入水中，搅拌混合均匀后，升温至50
‑
80℃；加入丙烯酰胺，对苯乙烯磺酸钠，N
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乙烯基吡咯烷酮，调节体系pH，然后通氮气；最后加入引发剂进行搅拌反应，经过滤、干燥，得到可抑制天然气水合物分解的水基钻井液降滤失剂。3.根据权利要求2所述的水基钻井液降滤失剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的纳米二氧化硅的粒径为200
‑
300nm；所述的纳米二氧化硅分散液中纳米二氧化硅的质量分数为5
‑
15％；所述的乙醇水溶液中乙醇的质量分数为8
‑
25％；所述的纳米二氧化硅分散液的制备方法如下：将纳米二氧化硅加入乙醇水溶液中，依次进行搅拌和超声分散，得到纳米二氧化硅分散液；所述的搅拌时间为15
‑
30min，搅拌速率为300
‑
500r/min；所述的超声分散时间为20
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40min。4.根据权利要求2所述的水基钻井液降滤失剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的硅烷偶联剂与纳米二氧化硅的质量比为1
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3:1。5.根据权利要求2所述的水基钻井液降滤失剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的反应温度为40
‑
80℃，优选为60
‑
70℃；所述的反应时间为90
‑
150min；所述的洗涤为用无水乙醇洗涤3<...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙金声，赵建伟，金家锋，王金堂，吕开河，黄贤斌，白英睿，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：