一种pH响应型井壁稳定材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种pH响应型井壁稳定材料及其制备方法和应用。该pH响应型井壁稳定材料包括载体和活性组分，其中，所述活性组分包括钛离子和铝离子或者钛

【技术实现步骤摘要】
一种pH响应型井壁稳定材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种pH响应型井壁稳定材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]钻井液中加入高效井壁稳定处理剂是改善和解决井壁失稳问题的主要方法之一，目前针对硬脆性复杂地层的井壁失稳问题，采用惰性填充封堵是主要技术思路之一。乳化沥青、磺化沥青、氧化沥青等沥青类处理剂如雪佛龙公司的Soltex系列产品和Progress公司的PRO
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TEX产品，主要利用处理剂中沥青颗粒在软化点附近温度软化变形，在压差作用下，被挤入地层层理的裂隙和孔喉中，封堵井壁的裂缝和孔隙。硅酸盐处理剂可在水中形成不同尺寸的离子、胶体和高分子的纳米级粒子，通过吸附、扩散和化学沉淀等作用，在地层岩石表面形成一层保护膜，封堵地层微裂缝，黏结地层矿物，提高地层的整体胶结能能力，封固井壁。但硅酸盐处理剂对钻井液的pH要求较高，往往在11以上，由于配伍处理剂较少，钻井液的流变性能调控困难，在一定程度上限制了其应用。聚合醇处理剂有效作用温度范围有限，需要其浊点温度与井底循环温度相当，方能有效封堵地层的微裂缝。
[0003]近年来，国外研究人员基于纳米SiO2、纳米ZnO、纳米碳黑、超微细材料研发了多种的惰性封堵处理剂。但材料用量较大，部分材料加量要达到10％以上。
[0004]综上所述，现有沥青类、聚合醇处理剂、超微细处理剂及钻井液体系，均为惰性封堵难以高效匹配地层微裂缝，精确控制能力差，有效地层反应活性成分难以可控释放(优先与钻井液处理剂作用)，缺乏可对地层微裂缝进行判断处理的高效井壁稳定处理剂，无法根据复杂地层条件响应处理，实现对于硬脆性泥页岩微裂缝的第一时间快速封堵固壁。
[0005]近年来，致力于地层可反应型井壁稳定处理剂的研究，利用化学材料与地层粘土矿物发生化学反应，进行封堵固壁。由于铝化合物具有独特的物理化学性质，可根据pH的不同发生形态变化，能够通过电性中和、离子吸附和化学沉淀作用，减弱泥页岩膨胀，封堵孔喉和微裂缝，强化井壁(孔勇等.铝基钻井液处理剂研究与应用.应用化工,2016,45(12):2343
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2346)。铝基钻井液防塌处理剂研究与应用已成为钻井液研究领域的热点之一。现有铝基处理剂主要有AlCl3·
6H2O、Al2(SO4)3·
18H2O、KAl(SO4)2·
12H2O和NaAlO2等无机盐以及一些铝基钻井液处理剂产品。US 5110484利用铝酸钠与糖浆反应合成铝化合物，该处理剂可控制页岩水化分散。刘伟等以铝化合物、稳定剂和螯合剂，在一定的温度下反应，经中和、干燥和粉碎后即得铝化合物泥岩抑制剂WJ
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1(刘伟等.高性能铝化合物钻井液体系研究.钻井液与完井液,2011,28(1):18
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23)。贝克休斯等国外公司开发了Maxplex铝基处理剂产品,但其需要严格使用的pH环境为了pH 10～12。
[0006]但上述处理剂配伍性问题突出，严重影响钻井液的流变性，限制了其应用效果。如钻井液环境的pH值为8～10以上，往往9以上，而地层环境pH值为7以下。目前，国内关于铝基处理剂中Al2(SO4)3·
16H2O、AlCl3·
6H2O和NaAlO2等无机盐和铝聚合物处理剂AOP
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1、DLP
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1和PF
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Chemseal等产品，需钻遇地层原生地层水(pH<5)或较低pH值地层表面，才能利用铝化合物的性质迅速发生化学反应，生成氢氧化铝沉淀，并进一步与地层矿物反应，形成致密的
络合铝矿物内滤饼，封堵地层微裂缝和微裂隙，阻隔水力作用通道，增强页岩半透膜效应，增强井壁的稳定性。贝克休斯等国外公司开发了Maxplex铝基处理剂产品需严格使用的pH环境为了pH 10～12。这些可反应型铝基处理剂难以精准匹配地层环境pH值，导致铝基处理剂提前释放或滞后释放，封堵地层微裂缝方面也存在提前或滞后的问题。
[0007]因此，针对上述难题，急需开发可精准匹配地层环境pH的新型井壁稳定处理剂，使其能够在近井壁地带实现快速释放，迅速反应，并通过相互聚集实现对不同尺度微裂缝的快速封堵。

技术实现思路

[0008]为了克服如上所述的现有技术中的不足与缺陷，本专利技术提供一种pH响应型井壁稳定材料及其制备方法和应用。本专利技术提供的pH响应型井壁稳定材料可精准匹配地层环境pH，能够在近井壁地带实现快速释放，迅速反应，并通过相互聚集实现对不同尺度微裂缝的快速封堵。
[0009]在第一方面，本专利技术提供了一种pH响应型井壁稳定材料，包括以下组分：
[0010](1)活性组分，所述活性组分包括铝离子和钛离子，或者钛
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铝金属离子团簇；和(2)载体，所述载体包括丙烯酸类共聚物、聚乙二醇、聚乙烯醇和穴醚类化合物中的至少三种。
[0011]本申请中，钛离子可以是Ti
2+
、Ti
3+
，Ti
4+
或其组合。
[0012]根据本专利技术的一些实施方式，所述载体包括丙烯酸类共聚物、聚乙烯醇和穴醚类化合物。
[0013]根据本专利技术的一些实施方式，所述载体包括丙烯酸类共聚物、聚乙二醇和聚乙烯醇。根据本专利技术的一些优选实施方式，以重量份数计，所述载体包括丙烯酸类共聚物100份，聚乙二醇50～300份，优选为100～200份，聚乙烯醇50～500份，优选为100～300份。
[0014]根据本专利技术的另一些实施方式，所述载体包括丙烯酸类共聚物、聚乙二醇和穴醚类化合物。根据本专利技术的一些优选实施方式，以重量份数计，所述载体包括丙烯酸类共聚物100份，聚乙二醇50～300份，优选为100～200份，穴醚类化合物50～300份，优选为80～200份。
[0015]根据本专利技术的另一些实施方式，所述载体包括聚乙二醇、聚乙烯醇和穴醚类化合物。根据本专利技术的一些优选实施方式，以重量份数计，所述载体包括聚乙二醇50～300份，优选为100～200份，聚乙烯醇50～500份，优选为100～300份，穴醚类化合物50～300份，优选为80～200份。
[0016]根据本专利技术的一些优选实施方式，所述载体包括丙烯酸类共聚物、聚乙二醇、聚乙烯醇和穴醚类化合物。根据本专利技术的一些优选实施方式，以重量份数计，所述载体包括丙烯酸类共聚物100份，聚乙二醇50～300份，优选为100～200份，聚乙烯醇50～500份，优选为100～300份，穴醚类化合物50～300份，优选为80～200份。
[0017]根据本专利技术的一些实施方式，所述载体与所述活性组分通过配位键链接。
[0018]根据本专利技术的一些实施方式，所述材料在pH值≥8时，在水中以溶解态稳定存在，在pH值≤7.5时，在水中以沉淀形式存在。
[0019]根据本专利技术的一些实施方式，所述稳定材料还包括隔离助剂。所述隔离助剂可包
括滑石粉、二氧化硅、钛白粉中的一种或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种pH响应型井壁稳定材料，包括以下组分：(1)活性组分，所述活性组分包括铝离子和钛离子，或者钛
‑
铝金属离子团簇；和(2)载体，所述载体选自丙烯酸类共聚物、聚乙二醇、聚乙烯醇和穴醚类化合物中的至少三种。2.根据权利要求1所述的稳定材料，其特征在于，所述载体与所述活性组分通过配位键链接；和/或所述稳定材料在pH值≥8时，在水中以溶解态稳定存在，在pH值≤7.5时，在水中以沉淀形式存在。3.根据权利要求1或2所述的稳定材料，其特征在于，以重量份数计，所述载体包括丙烯酸类共聚物100份，聚乙二醇50～300份，优选为100～200份，聚乙烯醇50～500份，优选为100～300份，穴醚类化合物50～300份，优选为80～200份。4.根据权利要求1
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3中任一项所述的稳定材料，其特征在于，所述稳定材料还包括隔离助剂，优选所述隔离助剂包括滑石粉、二氧化硅、钛白粉中的一种或多种，其中更优选200目～2000目的滑石粉、200目～2000目的二氧化硅和200目～2000目的钛白粉的一种或多种。5.根据权利要求1
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4中任一项所述的组合物，其特征在于，所述丙烯酸类共聚物选自丙烯酸
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丙烯酸酯共聚物、聚丙交酯
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乙交酯
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二甲基丙烯酸酯、马来酸
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丙烯酸共聚物、氯乙烯
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甲基丙烯酸酯共聚物、乙烯
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丙烯酸共聚物中一种或几种，优选地，所述丙烯酸类共聚物选自数均分子量为2000～100000的丙烯酸
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丙烯酸酯共聚物、聚丙交酯
‑
乙交酯
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二甲基丙烯酸酯、马来酸酐
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丙烯酸共聚物中的一种或多种；和/或聚乙二醇的数均分子量为200～20000；和/或聚乙烯醇的数均分子量为100000～300000，和/或聚乙烯醇选自产品牌号为2488、2088、1788、2099、1799、BP17、224、217、2099、2299、124、117、2699、BP
‑
05、BF17中的一种或多种；和/或所述穴醚类化合物包括冠醚、环糊精和杯芳烃中的一种或多种，优选包括14
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冠
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4、15
‑
冠
‑
5、18
‑
冠
‑
6、二环已烷并
‑
18
‑
冠(醚)
‑
6、21
‑
冠
‑
7、24
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冠
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8、30
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冠
‑
10、苯并
‑
15
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔勇，林永学，金军斌，李大奇，杨帆，褚奇，杨小华，梅春桂，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：