高温钻井液主动降温用耐高温高压微球制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及适用于高温钻井液体系高温相变微球的制备与应用，所述高温相变微球以有机高分子相变材料为芯材，二氧化硅为壁材，采用原位聚合法与纳米自组装技术相结合制备相变微球。相变芯材在温度升高时会发生相态变化，发生相变时会产生一个温度平台，相变前后材料本身的温度在相变过程中保持不变，大量相变热传递到环境中。本发明专利技术的高温相变材料微球相变温度可达130～150℃、相变潜热可达180～240J/g，相变微球粒径分布均匀，D

【技术实现步骤摘要】
高温钻井液主动降温用耐高温高压微球制备方法及其应用


[0001]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

[0002]随着世界能源需求的增加和钻探技术的发展，浅地层埋藏的油气已不能满足需求，在深地层找油气已成必然。塔里木、准噶尔，四川盆地等油田的大部分石油资源都埋藏在深地层中。在这种情况下，深井、超深井的钻探必然成为中国乃至全世界石油工业的一个重要发展方向。
[0003]在深井和超深井中，钻井液的质量是工程成败，钻速快慢和成本高低的关键。相对于常规井而言，深井对所用的钻井液要求更高，尤其是钻井液的抗高温性能，它是深井钻井液最基本、最重要的性能。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。高温环境会导致钻井液中的黏土分散、钝化及钻井液处理剂失效，使钻井液性能恶化；并且高温环境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，从而提高生产的成本。
[0004]为解决高温钻井问题，要求高温钻井液具有以下特性：(1)良好的高温稳定性，要求采用优质膨润土或其它优质土，处理剂分子主链不易高温降解、功能基团亲水性能强，不容易发生高温去水化现象；(2)低固相，尤其是低膨润土含量； (3)润滑性好，由于深井井底压差大，易形成厚泥饼，从而发生压差卡钻的几率更高，所以良好的润滑性对降低井下复杂有着重要的作用；(4)合适的粘度及切力，具有较好的携带岩屑能力，从而保证井底清洁；(5)密度调节范围大，从而应对不同井段的密度要求。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]中国专利文件CN108251066B公开了一种聚丙烯腈包覆石蜡纳米相变微胶囊及其
制备方法，该微胶囊以烷烃类相变石蜡为芯材，聚丙烯腈为壳层，通过溶解
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乳化
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高温喷雾方法制得；该相变微胶囊粒径小、潜热高，热稳定性好，能经受高温热定型处理，高的潜热能有效调节温度通过溶解—喷雾技术以高分子量聚丙烯腈为壁材，包覆烷烃类相变石蜡制得耐高温相变微胶囊，整个过程不用丙烯腈单体，工艺安全简单，无单体污染。但此相变微胶囊的耐压强度较低，在高温高压环境下，容易发生破裂。
[0008]中国专利文件CN104559967A公开了一种超密度抗高温饱和盐水钻井液体系，各组分的质量百分比为：1.5％—4％的钠基膨润土；8％—14％的抗高温磺化类降滤失剂；2％—3％的乳化沥青；2％—3的润滑剂；0.2％—1.5％的pH调节剂； 0.2％—1.0％的乳化剂；20％—30％的无机盐；20％—40％的加重剂；其余为水。该钻井液体系抗高温能力200℃，但采用的抗高温滤失剂、抗高温稀释剂、抗高温稳定剂等外加剂价格昂贵，且没有解决井底高温的问题，仍然对钻井设备及随钻设备提出了较高的抗高温要求。
[0009]中国专利文件CN1657587A公开了一种微胶囊的制备方法，以石蜡为相变芯材，以聚苯乙烯和聚乙烯两种树脂为基本支撑材料，以加热熔融的方法进行混合包裹，冷却后粉碎制备出的石蜡定形相变材料，然后用三聚氰胺改性脲醛树脂用原位聚合法对该石蜡定形相变材料进行微胶囊封装。此微胶囊相变温度从0℃到70℃可调，相变焓值最大达138kJ/kg。但此微胶囊相变温度过低，相变潜热较低，并不能有效的解决井底高温的问题。
[0010]中国专利文件CN110126385B公开了一种高温高焓值相变材料多壁结构微胶囊及制备方法，壳层结构包含三层，分别是体积膨胀缓冲层，防腐蚀层和耐高温强力层。以热分解温度低于芯材相转变温度的材料作为体积膨胀缓冲层，可以在低温包覆外部壳层的过程中起到占位作用，通过高温热分解，空出来的体积缓冲芯材相转变所引起的体积膨胀。中间层是防腐蚀层，需要包覆一层致密的耐腐蚀材料，防止熔融的相变材料发生渗漏，破坏与其接触的基材。最外层为耐高温强力层，要求具有一定的致密性、耐热性和强度，使胶囊在基体的包埋和使用过程中得到保护，提高其使用寿命和热稳定性。此微胶囊三层结构导致其导热系数低，热传导速率慢，影响井下热交换速率。
[0011]中国专利文件CN109652028A公开了一种基于相变材料的钻井液温度控制方法，其技术方案是：包括一下步骤：(1)优选钻井液用的相变材料：根据井底温度选择合适相变温度的相变材料，相变温度点应选择在井筒循环温度的某一点上，相变材料的相变温度越接近井底温度，控温效果越好，相变潜热要大于 160kJ/kg；(2)将优选的相变材料作为钻井液处理剂，高温井优选相变温度为70℃至150℃之间的相变材料，所述相变材料采用结晶水合物、熔融盐、金属合金、石蜡、羧酸、酯或聚合醇，也可采用定形相变材料、微胶囊相变材料或复合相变材料。此专利技术没有确定相变壁材，可能导致芯材融化流出，造成对钻井液、井下环境的污染。
[0012]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。
[0013]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

[0014]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高温相变微球及其制备方法，及其在钻井液降温中的应用，利用高温相变芯材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。
[0015]本专利技术所优点：
[0016]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温相变微球，其特征在于，所述相变微球包括芯材以及包覆在所述芯材外表面的壁材，其中所述相变微球的芯材为有机高分子相变材料，其中所述相变微球的壁材为二氧化硅，所述的高温相变微球制备方法，包括步骤如下：(1)对高温相变微球芯材进行改性处理：将有机高分子相变材料加热至132～152℃熔融，加入在无水乙醇中水解后占相变芯材含量百分数5
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12％双(三甲氧基硅丙基)胺，搅拌反应1
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2h，将改性后的有机高分子相变材料置于高压喷雾机中，调节喷嘴直径为1mm，喷雾压力为12
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16MPa，筛选100目以下的微球芯材粉末，得到改性有机高分子相变芯材，其粒径为1～30μm、相变温度为130～150℃，相变潜热为180～240J/g；(2)将改性有机高分子相变材料粉末置于高压高温反应釜中，依次加入占芯材质量百分数300
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450％去离子水、0.2
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0.6％十二烷基苯磺酸钠，在搅拌速率500
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800r/min条件下，加热升温至132℃～152℃之间，压力保持在1.5～2Mpa，乳化反应1
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2小时；(3)依次称取占芯材质量百分数100～200％去离子水、150
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240％正硅酸乙酯、150
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240％无水乙醇，混合均匀，调节pH为9
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10，然后通过高压注压泵缓慢将混合溶液注入高温高压反应釜中搅拌，滴加速度为0.2～2mL/min，搅拌时间为6～8h，自然冷却...

【专利技术属性】
技术研发人员：王成文，熊超，陈泽华，王子振，陈二丁，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：