一种微泡沫钻井液用高温保护剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种微泡沫钻井液用高温保护剂及其制备方法。将水玻璃先酸化，再碱化后形成多孔二氧化硅凝胶，利用硅烷偶联剂将纤维接枝到二氧化硅，形成低密度纳米微泡沫高温保护剂。该保护剂质轻，耐温耐高矿化度，可吸附微泡沫表面微量自由水，延缓泡沫的排液速率，从而提高微泡沫抗温稳定性，可将微泡沫基液的抗温性提高30℃~90℃；同时以纳米级别的粒径加强微泡沫流体的封堵性能，改善可循环泡沫钻井液封堵性不足的问题，微泡沫基液封堵性提高≥39.1%；抗温性高，兼容配伍性强，应用范围广。应用范围广。应用范围广。

【技术实现步骤摘要】
一种微泡沫钻井液用高温保护剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及钻井工程防漏堵漏
，具体涉及一种微泡沫钻井液用高温保护剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]泡沫钻井液是应对低压、恶性漏失地层的低密度关键钻井液技术，具有防漏堵漏强、低滤失、储层伤害较低、携岩能力强等特点。主要发展有充气泡沫钻井液技术和可循环的微泡沫钻井液技术。
[0003]可循环微泡沫钻井液因为要在地面和井筒之间循环使用，相对普通泡沫钻井液单次使用，对泡沫稳定性要求更高，半衰期要求不低于20h。且井底越深，温度越高，压力越大，对泡沫半衰期抗温抗压指标要求越高。尤其随着高温地热、干热岩等低压资源的开采需求上升，为了扩大可循环微泡沫钻井液技术的应用范围，需要不断提高可循环微泡沫流体高温高压下的稳定性。
[0004]增粘类和表面活性剂类稳泡剂可以延长泡沫寿命，增高微泡沫流体的半衰期，对这两类处理剂的研究相应也最多。增粘类稳泡剂通过提高泡沫基液的表面粘度来达到稳泡的效果，表面活性剂类稳泡剂通过提高薄膜的质量，减小液膜的透气性来达到稳泡的效果。目前这两类物质与发泡剂、及降滤失剂等处理剂复配形成的可循环泡沫钻井液液体系抗温≤120℃，常温微泡沫流体的半衰期≤96h，120℃高温半衰期≤8h，微泡沫流体的抗温稳定性不足。且这两类处理剂影响微泡沫流体的流变性，不同的处理剂需要重新摸索，调整配套配方。
[0005]因此需要配伍性良好的能提升微泡沫流体高温稳定性的处理剂。中国专利（CN 101693826 B）和论文《超高温地热井泡沫钻井流体技术》公布了一种用于地热钻井的抗高温泡沫流体保护剂，由10～50份硅酸钠、0.5～10份偏硅酸钠、0.1～3份氢氧化钠、3～50份甲酰胺、30～80份乙酰胺、1～20份醋酸钾和200～300份的水。能将发泡剂的抗温能力由 150℃提高到 300℃，泡沫流体仍然具有良好的携屑和堵漏作用。但是该保护剂适用于充气泡沫钻井液，其半衰期由6min提升到16min，不适合需要长效循环的微泡沫钻井液。且该专利中的化学试剂易与可循环泡沫钻井液中处理剂发生反应，产生无知物质影响体系性能。
[0006]此外可循环钻井液较泡沫钻井液自由水含量高，造成滤液的渗透性漏失比泡沫钻井液大，封堵能力较弱，同时承压能力不足，造成可循环泡沫的防漏堵漏较弱，一般应用于3000m左右井，限制了该技术的应用推广。而常用的刚性超细性碳酸钙封堵剂由于密度比较大，导致泡沫比重增加而失稳，且刚性颗粒之间的摩擦会增大了泡沫表面膜之间的摩擦，从而加重失稳现象；纳米二氧化硅的密度虽然比超细碳酸钙低，但相对微泡沫钻井液用来说密度也偏高，且其表面存在大量活性羟基，亲水性强，使其极易形成附聚体或二次聚集；而植物纤维类封堵剂虽然密度较低，但抗温性较差，可循环利用时间较短。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是克服现有技术中的不足，提供一种微泡沫钻井液用高温保护剂及其制备方法，能够在提高微泡沫流体在高温下的稳定性的前提下，同时不影响流体流变性和化学稳定性，其配伍性良好，可适用于不同微泡沫钻井液体系的轻质高温保护剂，其技术方案如下：一种微泡沫钻井液用高温保护剂，其组分按照重量份配比如下：水玻璃15~30份、硅烷偶联剂40~80份，纤维10~16份。
[0008]优选的，所述的水玻璃模数为2~3.5。所述的硅烷偶联剂为KH-550、KH-560或KH-570中的一种或其混合物。所述的硅烷偶联剂为KH-560。所述的纤维为微米级别植物纤维。
[0009]优选的，所述纤维为天然植物纤维、天然改性植物纤维或合成纤维素。
[0010]优选的，所述的植物纤维为柔性植物纤维或韧性植物纤维的一种或其混合物。
[0011]优选的，所述的合成纤维素为非离子合成纤维素。
[0012]该保护剂用于可循环泡沫钻井液或普通充气泡沫钻井液或水基钻井液。
[0013]一种微泡沫钻井液用高温保护剂的制备方法，包括如下步骤：（1）在反应容器中加入水玻璃，边搅拌边缓慢滴加20%稀硫酸溶液，调节PH值到3~4，搅拌0.5~1h。
[0014]（2）加入纤维，搅拌20~30min；加入无水乙醇200~250mL，继续搅拌10~20min至反应容器内产物混合均匀。
[0015]（3）滴加碳酸氢钠溶液，调节PH值至5~7，持续搅拌2~3h，加热至55℃~75℃恒温后加入硅烷偶联剂溶液，持续搅拌10~30min至凝胶完全析出，冷却至20℃后加入丙三醇，持续搅拌活化1~2h。
[0016]（4）对形成的二氧化硅凝胶进行压滤，在80℃~110℃环境下烘干1~3h，造粒粉碎后再水洗去除杂质，继续干燥即可得低密度纳米微泡沫高温保护剂。
[0017]本专利技术的有益效果是：研制的泡沫高温保护剂以轻质低密度为特色，具有耐温耐高矿化度特性，通过降低泡膜表面的密度，吸附微泡沫表面的自由水，延缓泡沫的排液速率，提高微泡沫抗温稳定性；同时以纳米级别的粒径加强微泡沫流体的封堵性能，改善可循环泡沫钻井液封堵性不足的问题。
[0018]主要性能达到的如下指标：（1）惰性材料，配伍性强，对Na
+
，Ca
2+
、Cl-的污染不敏感。
[0019]（2）分散溶解性好。不易形成附聚体，粒径较小，分布较窄，易分散。
[0020]（3）对微泡沫基液发泡体积影响小，可提升微泡沫半衰期，尤其是高温下的半衰期，将微泡沫基液的抗温性提高了30℃~90℃。
[0021]（4）抗温封堵性能良好。常温及高温前后微泡沫封堵性最低提高≥39.1%。且轻质，密度较低，较无机封堵剂超细CaCO3密度降低39.5%。
[0022]（5）抗温性高≥180℃，应用范围广。即可作为高温保护剂和轻质封堵剂应用于可循环泡沫钻井液和普通充气泡沫钻井液，也可作为封堵剂应用于一般水基钻井液。
附图说明
[0023]图1是3%实施例1对0.3%TFS形成的微泡沫基液高温保护效果；图2是3%实施例1对0.3%HV-CMC形成的微泡沫基液高温保护效果；图3是实施例2粒径分布图；图4是3%实施例2对0.3%HV-CMC形成的微泡沫基液高温保护效果；图5是实施例3粒径分布图；图6是3%实施例3对微泡沫高温保护效果；图7是不同浓度实施例3对微泡沫高温保护效果；图8是3%实施例3对0.3%HV-CMC形成的微泡沫流体高温保护效果。
具体实施方式
[0024]下面结合实施例对本专利技术做进一步说明，但并不限制本专利技术。所用原料来源广泛，可工业化生产。
[0025]实施例1：在反应容器中加入水玻璃20g，边搅拌边缓慢滴加稀硫酸溶液，调节PH值到4，搅拌1h后加入竹纤维12g，搅拌20min；加入无水乙醇搅拌20min至反应容器内产物混合均匀。滴加碳酸氢钠溶液将PH值调节至5.5，持续搅拌2h后，加热60℃后加入硅烷偶联剂溶液60mL，待凝胶完全析出后，冷却至20℃时加入丙三醇持续搅拌活化2h。对凝胶进行压滤，在90℃环境下烘干2h，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微泡沫钻井液用高温保护剂，其特征在于，其组分按照重量份配比如下：水玻璃15~30份、硅烷偶联剂40~80份，纤维10~16份。2.根据权利要求1所述的一种微泡沫钻井液用高温保护剂，其特征在于，所述的水玻璃模数为2~3.5。3.根据权利要求1所述的一种微泡沫钻井液用高温保护剂，其特征在于，所述的硅烷偶联剂为KH-550、KH-560或KH-570中的一种或其混合物。4.根据权利要求3所述的一种微泡沫钻井液用高温保护剂，其特征在于，所述的硅烷偶联剂为KH-560。5.根据权利要求1所述的一种微泡沫钻井液用高温保护剂，其特征在于，所述的纤维为微米级别植物纤维。6.根据权利要求1所述的一种微泡沫钻井液用高温保护剂，其特征在于，所述纤维为天然植物纤维、天然改性植物纤维或合成纤维素。7.根据权利要求6所述的一种微泡沫钻井液用高温保护剂，其特征在于，所述的植物纤维为柔性植物纤维或韧性植物纤维的一种或其混合物。8.根据权利要求6所述的一种微泡沫...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨倩云，王宝田，李炳太，李海斌，于雷，李卉，明玉广，杨华，
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工艺研究院，
类型：发明
国别省市：