一种钻井液用双疏纳米封堵剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种钻井液用双疏纳米封堵剂及其制备方法和应用，所述钻井液用双疏纳米封堵剂的制备方法，包括：采用硅烷偶联剂对纳米碳酸钙进行表面改性，然后在添加引发剂的条件下，将改性纳米碳酸钙与反应单体混合

【技术实现步骤摘要】
一种钻井液用双疏纳米封堵剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及钻井液
，具体涉及一种钻井液用双疏纳米封堵剂及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]当前在页岩气等油气资源勘探开发中，常遇到不少难题，尤其是长水平段钻遇泥页岩地层时，易发生水化膨胀分散，引起井壁失稳
。
根据专家学者统计可知，页岩孔隙绝大多数分布在5～
300nm
之间，少量滤液侵入即可显著增加井壁附近的孔隙压力，削弱静液柱压力对井壁的有效支撑作用，从而导致井壁坍塌失稳
。
[0003]常规的封堵剂如沥青类
、
聚合醇类粒径分布在微米级，仅在地层表面形成暂堵层，难以进入页岩纳米级孔缝结构，形成有效封堵
。
因此维持页岩井壁稳定的关键是封堵材料能够进入微孔
、
微裂缝及层理等结构中，从而形成致密封堵，减少滤液的侵入及压力传递效应
。
传统的纳米封堵材料由于粒度极小
、
表面能高，因而处于非常不稳定的热力学状态，极易出现团聚现象，导致颗粒尺寸增大，难以进入页岩地层微纳米孔缝，封堵效果差，影响钻井液整体性能
。
[0004]同时，在长水平段地层钻进过程中，为了降低摩阻，提高水基钻井液润滑性，通常加入大量的润滑剂如原油等，随着钻探时间延长，这些亲油性的处理剂进入泥页岩地层，同样会增加井壁附近的孔隙压力，加剧破碎性地层井壁失稳
。
[0005]专利
CN113355072A
公开了一种微纳米液体封堵剂及其制备方法和应用，其组份如下：沥青
25
％～
45
％，聚合单体2％～
10
％，乳化剂
1.0
％～
5.0
％，纳微米封堵颗粒
10
％～
35
％，水
10
％～
20
％，溶剂油
15
％～
35
％
。
从该处理剂的组份可知，该封堵剂仅在泥页岩表面形成暂堵层，不能进入泥页岩孔隙中，进行有效封堵
。
[0006]专利
CN112430455A
公开了一种纳米封堵剂及其制备方法和应用，该纳米封堵剂以重量份数计，其包括：白油：
500
‑
600
份；石墨烯：5份；改性剂：5份；纳米碳酸钙：
300
‑
350
份；纳米二氧化硅：
30
‑
50
份；稳定剂：
20
‑
40
份
。
该纳米封堵剂其粒径分布范围宽，可以满足钻井过程中不同页岩地层纳米孔缝的封堵需要
。
但从组份分析可知，该处理剂表面不具有疏油性，原油等亲油性处理剂极易进入地层
。
[0007]因此，亟待研发一种能有效封堵纳米级孔喉，具有疏水疏油性的纳米封堵剂，使其可有效封堵孔隙的同时，能改变岩石表面的润湿性，减缓水基钻井液滤液以及润滑剂等液相侵入地层，维护井壁稳定
。

技术实现思路

[0008]本专利技术为了克服现有技术存在的纳米封堵材料易团聚
、
常规纳米封堵剂不能起到较好的疏油效果，使得钻井液中的亲油性处理剂极易侵入地层，造成井壁失稳等问题，本专利技术提供了一种能够有效封堵纳米级孔喉，具有较好的疏水疏油效果，能提高封堵强度，减少钻井过程中钻井液对地层的渗入，保障井壁稳定的钻井液用双疏纳米封堵剂
。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术第一方面提供一种钻井液用双疏纳米封堵剂的制备方法，包括：采用硅烷偶联剂对纳米碳酸钙进行表面改性，然后在添加引发剂的条件下，将改性纳米碳酸钙与反应单体混合
、
反应，制得钻井液用双疏纳米封堵剂；所述反应单体包括含氟短碳链丙烯酸酯
、2
‑
丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸 (AMPS)
和丙烯酸
(AA)。
[0010]根据本专利技术热一些实施方式，所述改性纳米碳酸钙接枝含氟短碳链丙烯酸酯
、2
‑
丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸和丙烯酸的共聚物
。
[0011]本专利技术钻井液用双疏纳米封堵剂，引入一定量的含有含氟短碳链丙烯酸酯的共聚物，该共聚物具有极佳的耐热和耐化学稳定性
、
极低的表面能
、
优异的疏水疏油性和良好的成膜能力，采用该聚合物接枝改性纳米碳酸钙，不仅可以解决纳米碳酸钙分散性差的问题，而且可改变纳米碳酸钙表面润湿性，使其具有超强的疏水疏油效果，增强封堵层的膜强度
。
[0012]根据本专利技术的一些实施方式，钻井液用双疏纳米封堵剂的制备方法包括如下步骤：
[0013](1)
纳米碳酸钙的表面改性：
[0014]分别配制纳米碳酸钙固浆液和硅烷偶联剂溶液，在氮气气氛和加热条件下，向纳米碳酸钙固浆液中滴加硅烷偶联剂溶液，搅拌反应，得到改性纳米碳酸钙；
[0015](2)
在添加引发剂的条件下，将改性纳米碳酸钙与反应单体混合
、
反应：
[0016]步骤
A、
在氮气气氛中，将第一部分乳化剂水溶液与第一部分反应单体混合，搅拌得到预乳化液；
[0017]步骤
B、
在氮气气氛中，将无水乙醇
、
改性纳米碳酸钙
、
第二部分乳化剂水溶液及第二部分反应单体混合后，加入引发剂，加热并搅拌后，滴加步骤
A
得到的预乳化液继续反应，最后得到钻井液用双疏纳米封堵剂
。
[0018]根据本专利技术的一些实施方式，所述反应单体中含氟短碳链丙烯酸酯
、2
‑
丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸
(AMPS)
和丙烯酸
(AA)
的质量份数比为
(10
‑
30):(20
‑
40): (30
‑
60)
，例如
10
：
20
：
30
或
20
：
30
：
50
或
30
：
40
：
60。
[0019]根据本专利技术的一些实施方式，所述含氟短碳链丙烯酸酯为甲基丙烯酸三氟乙酯
、
甲基丙烯酸六氟丁酯
、
甲基丙烯酸十二氟庚酯中的任意一种
。
[0020]根据本专利技术的一些实施方式，所述的硅烷偶联剂为不饱和烃烷氧基硅烷
。
[0021]根据本专利技术的一些实施方式，所述硅烷偶联剂的用量与纳米碳酸钙的用量的比例为
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种钻井液用双疏纳米封堵剂的制备方法，其特征在于，包括：采用硅烷偶联剂对纳米碳酸钙进行表面改性，然后在添加引发剂的条件下，将改性纳米碳酸钙与反应单体混合
、
反应，制得钻井液用双疏纳米封堵剂；所述反应单体包括含氟短碳链丙烯酸酯
、2
‑
丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸和丙烯酸
。2.
根据权利要求1所述的一种钻井液用双疏纳米封堵剂的制备方法，其特征在于，所述改性纳米碳酸钙接枝含氟短碳链丙烯酸酯
、2
‑
丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸和丙烯酸的共聚物
。3.
根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述采用硅烷偶联剂对纳米碳酸钙进行表面改性包括：分别配制纳米碳酸钙固浆液和硅烷偶联剂溶液，在氮气气氛和加热条件下，向纳米碳酸钙固浆液中滴加硅烷偶联剂溶液，搅拌反应，得到改性纳米碳酸钙；和
/
或，所述在添加引发剂的条件下，将改性纳米碳酸钙与反应单体混合
、
反应包括：步骤
A、
在氮气气氛中，将第一部分乳化剂水溶液与第一部分反应单体混合，搅拌得到预乳化液；步骤
B、
在氮气气氛中，将无水乙醇
、
改性纳米碳酸钙
、
第二部分乳化剂水溶液及第二部分反应单体混合后，加入引发剂，加热搅拌后，滴加步骤
A
得到的预乳化液继续反应，得到钻井液用双疏纳米封堵剂
。4.
根据权利要求1‑3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述反应单体中含氟短碳链丙烯酸酯
、2
‑
丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸和丙烯酸的质量份数比为
(10
‑
30):(20
‑
40):(30
‑
60)
；和
/
或，所述含氟短碳链丙烯酸酯为甲基丙烯酸三氟乙酯
、
甲基丙烯酸六氟丁酯
、
甲基丙烯酸十二氟庚酯中的任意一种；和
/
或，所述的硅烷偶联剂为不饱和烃烷氧基硅烷，优选地，所述不饱和烃烷氧基硅烷为乙烯基三乙氧基硅烷
、
乙烯基三甲氧基硅烷
、
乙烯基三丁氧基硅烷
、
γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷
、3
‑
丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷
、3
‑
丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的任意一种；和
/
或，所述硅烷偶联剂的用量与纳米碳酸钙的用量的比例为
(0.5
‑
2.5)mL
：
10g。5.
根据权利要求1‑4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述改性纳米碳酸钙和所述反应单体的质量比为
(4
‑
7)
：
10
；和
/
或，所述改性纳米碳酸钙的平均粒径为
70
‑
150nm。6.
根据权利要求3‑5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述纳米碳酸钙固浆液由纳米碳酸钙
、
无水乙醇
、
氨水和水按照
1g:(19
‑
22)mL:(0.25
‑
0.30)mL:(0.3
‑
0.5)mL
的比例混合后超声分散制得；优选地，所述超声分散
25
‑
40min
，优选为
30min
；和
/
或，所述硅烷偶联剂溶液由硅烷偶联剂
、
无水乙醇和水按照
1:(5
‑
10):(0.2
‑
0.4)
的体积比混合后超声分散制得；优选地，所述超声分散
15
‑
25min
，优选为
20min
；和
/

【专利技术属性】
技术研发人员：李秀灵，孙永壮，蓝强，赵怀珍，向术芳，王伟，罗云凤，李琼，乔姝文，王莉萍，
申请(专利权)人：中石化胜利石油工程有限公司中石化胜利石油工程有限公司钻井液技术服务中心，
类型：发明
国别省市：