油基钻井液用纳米级成膜剂及其制备方法、应用技术

本发明专利技术提供了一种油基钻井液用纳米级成膜剂及其制备方法、应用。所述制备方法包括：制备核预乳液和壳预乳液；将引发剂、碳酸氢钠和部分核预乳液混匀并预热，待溶液出现蓝光后将其升温，然后滴加引发剂、剩余核预乳液，保温；降温，滴加引发剂、碳酸氢钠和部分壳预乳液，待溶液出现蓝光后将其升温，再滴加引发剂、剩余壳预乳液，保温；降温，调节pH，出料过滤，与成膜助剂、纳米类无机材料混匀，得成膜剂。所述成膜剂可包括上述方法制备出的成膜剂。所述应用包括在制备油包水乳状液或油基钻井液中的应用。本发明专利技术有益效果可包括：制备方法简便；成膜剂粒径分布范围窄；成膜剂最高使用温度可达220℃；成膜剂对油基钻井液流变性影响小。

Nano film forming agent for oil-based drilling fluid and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
油基钻井液用纳米级成膜剂及其制备方法、应用
本专利技术涉及油基钻井液
，特别地，涉及一种超高温高密度油基钻井液用纳米级成膜剂及其制备方法、应用。
技术介绍
据第三次资源评价成果统计，我国深层油气资源丰富，石油资源量为304×108t，占石油总资源量的40％，深层油气资源将成为能源安全的重要战略领域，我国陆上深层油气资源主要集中在深层碳酸盐岩、深层碎屑岩及深层火山岩等三大领域，其中深层碳酸盐岩领域已成为油气勘探的重点，其主要分布在塔里木盆地、鄂尔多斯盆地及四川盆地。根据Schlumberger高温高压井分类标准和我国深层油气资源温度压力情况图，上述三大盆地的深层区域多接近或位于超高温高压井范围内。近年来，我国在上述三大盆地已陆续开展或完成了一批井底温度接近或大于205℃、井深6000～8000米的高温深井。如塔里木盆地库车山前地带，克深7井、克深205井、克深209井、克深101井等井深6257～8023m，井底温度最高达199℃，储层埋藏厚度300～650m，钻井液密度最高达2.46g/cm3；四川盆地南部沐川-宜宾地区塔探1井，设计井深6755m，井底温度214℃，最高地温梯度达2.88℃/100m；鄂尔多斯盆地东南部深层荔参1井完钻井深6535m，实测井底最高温度214℃。目前，我国陆地深井井底温度若超过205℃(如塔探1井、荔参1井)，钻井工程设计常要求钻井液抗温能力达220℃。为控制油基钻井液体系在超高温高密度条件下的流变性及沉降稳定性，常采用普通重晶石和超微重晶石、普通重晶石和微锰重晶石等加重剂复配的方法。其中，超微重晶石的粒度分布集中、颗粒分布窄、级配差，微锰重晶石的颗粒粒径偏大、级配差，均不能较好地填充泥饼上的孔隙，常造成油基钻井液体系滤失量过大的问题。目前，油基钻井液常采用褐煤类降滤失剂、沥青类封堵剂及其他颗粒类封堵材料复配使用，增强体系内凝胶作用，在泥饼及近井壁上形成交联或充填封堵，降低油基钻井液滤失量。然而上述三种材料均存在抗温能力不足、匹配度或配伍性差和有效率低的问题。在超高温作用下，为保障油基钻井液的封堵降滤失性，常需要加大处理剂加量，而对于封堵类材料来说，若浓度太高，往往影响钻井液的流变性，而浓度太低，则在泥饼上和近井壁内封堵孔洞的有效率低，从而无法在超高温高密度环境下形成有效的封堵降滤失效果。目前，成膜封堵理论及成膜类封堵剂主要应用在水基钻井液中，油基钻井液中应用较少。水基钻井液中常用苯乙烯类成膜封堵剂成膜后薄膜的耐温性差，钻井液中使用温度＞150℃时容易造成薄膜开裂，介质吸附性降低，封堵有效率大大降低，且在油基钻井液中所形成的连续薄膜不具有较强的抗水性能。有机硅、交联性单体共聚改性苯丙乳液所形成的成膜剂成膜后薄膜抗温能力≤200℃，粒径分布相对较宽，功能性交联基团直接暴露，高浓度条件下对流变性影响大。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本专利技术的目的之一在于提供一种具有核壳结构且粒径分度范围窄的油基钻井液用纳米级成膜剂及其制备方法、应用。为了实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种油基钻井液用纳米级成膜剂的制备方法。所述制备方法可包括以下步骤：制备核预乳液和壳预乳液；将引发剂、pH缓冲剂、以及包含有4～6重量份有机硅的核预乳液混合均匀并在40～60℃预热，待预热的溶液出现蓝光后将其升温至80～95℃，然后缓慢加入引发剂和包含有1.5～3重量份有机硅的核预乳液，保温，反应后得到第一中间溶液；将第一中间溶液降温至40～60℃，缓慢加入引发剂、pH缓冲剂、以及包括有1～2.5重量份羟基类的壳预乳液，待加入完毕的溶液出现蓝光后将其升温至80～95℃，然后再滴加引发剂和包括有0.3～1.5重量份羟基类的壳预乳液，保温，反应后再将温度降低至40℃以下，并调节pH至6～7，过滤后，得到第二中间溶液；将第二中间溶液、5～6重量份的成膜助剂和1～1.5重量份的纳米类无机材料混合均匀，得到超高温高密度油基钻井液用纳米级成膜剂；其中，制备核预乳液的步骤包括：将质量比为1.8～2.8：7～11.2：5～8.8：8～12：4～6：6～8乳化剂、苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、环氧类和有机硅类加入到去离子水中，并预乳化，得到核预乳液；制备壳预乳液的步骤包括：将质量比为1～1.5：3～5：5～6：8～12：2～3的乳化剂、苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸和羟基类加入到去离子水中，并预乳化，得到壳预乳液。根据本专利技术的一个示例性实施例，各步骤中引发剂的加入能够引发反应的发生。本专利技术另一方面提供了一种超高温高密度油基钻井液用纳米级成膜剂。所述成膜剂可包括采用上述的超高温高密度油基钻井液用纳米级成膜剂的制备方法所制备出的成膜剂。成膜剂可按照质量体积比0.04～0.1g/mL加入到油基钻井液，例如1mL油基钻井液中可加入0.04～0.1g封堵剂。成膜剂还可以用于油包水乳状液中，其中，封堵剂可按照质量体积比0.04～0.15g/mL加入到油包水乳状液，例如1mL油包水乳状液中可加入0.04～0.15g成膜剂。本专利技术再一方面提供了一种超高温高密度油基钻井液用纳米级成膜剂在制备油包水乳状液或制备油基钻井液中的应用。与现有技术相比，本专利技术的有益效果可包括：制备方法简便、流程短、成本低；成膜剂为纳米级别，粒径分布范围窄；成膜剂使用温度可达220℃，例如，使用温度可以为210～215℃；成膜剂的加入对油基钻井液流变性影响小；成膜剂在油包水乳状液中形成薄膜的承压能力可达2.5MPa，成膜剂在超高温高密度油基钻井液中形成薄膜的承压能力可达3.5MPa，且对高温高密度油基钻井液流变性影响小。附图说明通过下面结合附图进行的描述，本专利技术的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：图1示出了超高温高密度油基钻井液用纳米级成膜剂的一个粒度分布图。具体实施方式在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述本专利技术的超高温高密度油基钻井液用纳米级成膜剂(可简称为成膜剂)及其制备方法、应用。本专利技术一方面提供了一种超高温高密度油基钻井液用纳米级成膜剂的制备方法。在本专利技术的一个示例性实施例中，所述制备方法可包括以下步骤：S10：制备核预乳液(也可称为核预乳液A)和壳预乳液(也可称为壳预乳液B)，两者的制备可不分先后顺序。其中，制备核预乳液的步骤可包括：将质量比为1.8～2.8：7～11.2：5～8.8：8～12：4～6：6～8乳化剂、苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、环氧类和有机硅类加入去离子水中，并预乳化，得到核预乳液。换而言之，可以将去离子水与质量比为1.8～2.8：7～11.2：5～8.8：8～12：4～6：6～8乳化剂、苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、环氧类和有机硅类混合，并预乳化，得到核预乳液。其中，去离子水与有机硅类的质量比可以为：22～25：6～8。制备壳预乳液的步骤可包括：将质量比为1～1.5：3～5：5～6：8～12：2～3的乳化剂、苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超高温高密度油基钻井液用纳米级成膜剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：/n制备核预乳液和壳预乳液；/n将引发剂、pH缓冲剂、以及包含有4～6重量份有机硅的核预乳液混合均匀并在40～60℃预热，待预热的溶液出现蓝光后将其升温至80～95℃，然后缓慢加入引发剂和包含有1.5～3重量份有机硅的核预乳液，保温，反应后得到第一中间溶液；/n将第一中间溶液降温至40～60℃，缓慢加入引发剂、pH缓冲剂、以及包括有1～2.5重量份羟基类的壳预乳液，待加入完毕的溶液出现蓝光后将其升温至80～95℃，然后再滴加引发剂和包括有0.3～1.5重量份羟基类的壳预乳液，保温，反应后再将温度降低至40℃以下，并调节pH至6～7，过滤后，得到第二中间溶液；/n将第二中间溶液、5～6重量份的成膜助剂和1～1.5重量份的纳米类无机材料混合均匀，得到超高温高密度油基钻井液用纳米级成膜剂；/n其中，制备核预乳液的步骤包括：将质量比为1.8～2.8：7～11.2：5～8.8：8～12：4～6：6～8乳化剂、苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、环氧类和有机硅类加入到去离子水中，并预乳化，得到核预乳液；/n制备壳预乳液的步骤包括：将质量比为1～1.5：3～5：5～6：8～12：2～3的乳化剂、苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸和羟基类加入到去离子水中，并预乳化，得到壳预乳液。/n...

【技术特征摘要】
1.一种超高温高密度油基钻井液用纳米级成膜剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
制备核预乳液和壳预乳液；
将引发剂、pH缓冲剂、以及包含有4～6重量份有机硅的核预乳液混合均匀并在40～60℃预热，待预热的溶液出现蓝光后将其升温至80～95℃，然后缓慢加入引发剂和包含有1.5～3重量份有机硅的核预乳液，保温，反应后得到第一中间溶液；
将第一中间溶液降温至40～60℃，缓慢加入引发剂、pH缓冲剂、以及包括有1～2.5重量份羟基类的壳预乳液，待加入完毕的溶液出现蓝光后将其升温至80～95℃，然后再滴加引发剂和包括有0.3～1.5重量份羟基类的壳预乳液，保温，反应后再将温度降低至40℃以下，并调节pH至6～7，过滤后，得到第二中间溶液；
将第二中间溶液、5～6重量份的成膜助剂和1～1.5重量份的纳米类无机材料混合均匀，得到超高温高密度油基钻井液用纳米级成膜剂；
其中，制备核预乳液的步骤包括：将质量比为1.8～2.8：7～11.2：5～8.8：8～12：4～6：6～8乳化剂、苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、环氧类和有机硅类加入到去离子水中，并预乳化，得到核预乳液；
制备壳预乳液的步骤包括：将质量比为1～1.5：3～5：5～6：8～12：2～3的乳化剂、苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸和羟基类加入到去离子水中，并预乳化，得到壳预乳液。


2.根据权利要求1所述的超高温高密度油基钻井液用纳米级成膜剂的制备方法，其特征在于，所述环氧类包括甲基丙烯酸缩水甘油酯、烯丙基缩水甘油酯和丙烯酸缩水甘油...

【专利技术属性】
技术研发人员：王星媛，袁志平，孙海芳，吴正良，景岷嘉，王睿，王兰，尹晓煜，向朝纲，朱思远，欧阳伟，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团有限公司，中国石油集团川庆钻探工程有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11