水基钻井液用改性纳米二氧化硅封堵剂的制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及油田封堵剂、水基钻井液及制备方法和应用技术领域，是一种水基钻井液用改性纳米二氧化硅封堵剂的制备方法及应用，该水基钻井液用改性纳米二氧化硅封堵剂，包括纳米二氧化硅与硅烷偶联剂在溶剂中接触进行一步改性；将一步改性产物与丙烯酸、丙烯酸乙酯接触得到混合溶液；在氮气保护下，将混合溶液与引发剂接触反应，得到的粗产物经分离、干燥等步骤后得到水基钻井液用改性纳米二氧化硅封堵剂。本发明专利技术所述改性纳米二氧化硅封堵剂粒径较小，但不团聚，且与水基钻井液配伍性良好。低浓度下即可对泥岩孔喉进行高效封堵，降低泥岩地层渗透率，提高地层承压能力，改善井壁稳定性；其能够使水基钻井液具有良好的失水造壁能力。其能够使水基钻井液具有良好的失水造壁能力。

【技术实现步骤摘要】
水基钻井液用改性纳米二氧化硅封堵剂的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及油田封堵剂、水基钻井液及制备方法和应用
，是一种水基钻井液用改性纳米二氧化硅封堵剂及制备方法，还包括一种水基钻井液及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着石油天然气资源勘探开发范围的扩大，油田钻探不断加快，钻井的数量、速度和深度均显著增加，所钻遇的地层也更加复杂多样，裸眼也越来越长，这对钻井液的性能提出了更高的要求。特别是在钻遇泥页岩地层时，泥页岩的吸水膨胀会造成井壁坍塌，进而有可能引起严重井漏、压差卡钻、油层伤害等问题，造成大量的经济损失，甚至严重安全事故。钻井液用封堵剂是封堵地层孔缝，阻止工作液侵入地层的必需产品。开发钻井液用封堵剂在裂缝封堵、井壁稳定等方面发挥着重要作用。
[0003]工程中常用的钻井液封堵剂有沥青、聚合醇、石蜡及超细碳酸钙类等，这些封堵剂的粒径一般在微米级以上，且不易发生挤压变形，难以进入页岩微裂缝，不能达到封堵的效果。因此，开发能够封堵页岩纳米级孔喉和裂缝的纳米封堵剂已经成为解决页岩井壁失稳的关键技术之一。
[0004]目前，现有的纳米封堵剂在粒径上已经达到了纳米级，但大部分纳米材料具有粒径小、易团聚的缺点，使其在液相中并不能以纳米级水平分散，难以对微纳米的孔隙进行封堵。而封堵了孔隙的纳米材料由于承压能力差，难以阻止压力传递等很难达到良好的封堵效果。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种水基钻井液用改性纳米二氧化硅封堵剂的制备方法及应用，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有封堵剂易团聚，导致难以对微纳米的孔隙进行封堵的问题。
[0006]本专利技术的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种水基钻井液用改性纳米二氧化硅封堵剂的制备方法，包括以下步骤：步骤（1），将纳米二氧化硅与硅烷偶联剂在溶剂中接触进行一步改性，得到一步改性产物M
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SiO2；步骤（2），将一步改性产物M
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SiO2与丙烯酸、丙烯酸乙酯接触得到混合溶液；步骤（3），在氮气保护下，将混合溶液与引发剂接触，得到的粗产物经过离心分离，洗涤并干燥得到水基钻井液用改性纳米二氧化硅封堵剂（后续简称为改性纳米二氧化硅封堵剂）。
[0007]本专利技术的优势在于：本专利技术所述改性纳米二氧化硅封堵剂可通过架桥和挤压变形进入页岩微孔隙中，形成致密封堵层，且封堵强度较高，可使页岩渗透率降低了两个数量级，具有优良的封堵效果，有效改善了页岩井壁稳定性。
[0008]下面是对上述专利技术技术方案之一的进一步优化或/和改进：作为本专利技术进一步优选，在步骤（1）中，所述硅烷偶联剂为γ
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甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ
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氨丙基三甲氧基硅烷、γ
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氨丙基三乙氧基硅烷中的一种；纳米二氧化硅和硅烷偶联剂的重量比为1：0.05至1，优选为1：0.05至0.5。
[0009]所选用的硅烷偶联剂以及纳米二氧化硅和硅烷偶联剂比例控制能提高纳米SiO2的分散性，引入活性基团，为下一步改性做准备。
[0010]在步骤（1）中，优选地，所述接触条件包括：反应温度为70 ℃至80 ℃，反应时间为6 h至12 h。
[0011]作为本专利技术进一步优选，在步骤（2）中，所述一步改性产物M
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SiO2与丙烯酸、丙烯酸乙酯的重量比为1：2至5：2至5，优选为1：2至3.5：2至3.5；优选地，所述混合溶液的pH值为7至9。
[0012]采用上述进一步方案的优势是加入丙烯酸类单体，提高纳米SiO2分散性，同时引入弹性结构，使合成的步骤（2）具有刚性内核和弹性外壳。
[0013]作为本专利技术进一步优选，在步骤（3）中，所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、亚硫酸氧钠中的一种或多种；溶剂与所述引发剂的重量比为10：0.025至0.05；所述接触条件包括：反应温度为40 ℃至60 ℃，反应时间为4 h至6 h。
[0014]采用上述进一步方案的优势是加入引发剂，提高反应速率，降低能耗。
[0015]作为本专利技术进一步优选，在上述制备步骤（1）至（3）中，所述溶剂为去离子水、乙醇、甲醇中的一种或多种。
[0016]采用上述进一步方案的优势是使用无毒无污染的溶剂，使反应条件更加温和。
[0017]在步骤（3）中，所述洗涤所用试剂为乙醇、甲醇中的一种或多种。
[0018]根据上述制备方法制备得到的改性纳米二氧化硅封堵剂为核壳结构，平均粒径为30 nm至100 nm，不发生团聚。该改性纳米二氧化硅封堵剂可以针对裂缝大小与形状进行挤压变形，通过卡堵、架桥与密实过程形成致密封堵层，实现对裂缝和孔喉的自适应多级封堵。
[0019]本专利技术的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种水基钻井液，原料包括水、膨润土、碳酸钠、抑制剂、降滤失剂、改性纳米二氧化硅封堵剂、润滑剂和重晶石。
[0020]其中，膨润土用量为水用量的2 wt%至10 wt%，碳酸钠用量为水用量的0.1 wt%至1 wt%，抑制剂用量为水用量的1 wt%至5 wt%，降滤失剂用量为水用量的2 wt%至8 wt%，改性纳米二氧化硅封堵剂用量为水用量的1 wt%至7 wt%，润滑剂用量为水用量的0.5 wt%至5 wt%，重晶石用量为水用量的10 wt%至50 wt%。
[0021]下面是对上述专利技术技术方案之二的进一步优化或/和改进：根据本专利技术所述的水基钻井液配方，优选情况下，膨润土用量为水用量的3 wt%至8 wt%，碳酸钠用量为水用量的0.2 wt%至0.8 wt%，抑制剂用量为水用量的1 wt%至4 wt%，降滤失剂用量为水用量的3 wt%至7 wt%，改性纳米二氧化硅封堵剂用量为水用量的1 wt%至5 wt%。
[0022]本专利技术的技术方案之三是通过以下措施来实现的：一种技术方案之二所述水基钻井液的制备方法，包括下述步骤：步骤（1），将膨润土进行预水化处理制得基浆；
步骤（2），将步骤（1）中的基浆依次与降滤失剂、抑制剂、润滑剂、重晶石和改性纳米二氧化硅封堵剂依次按顺序混合，得到混合液；步骤（3），将混合液的pH值调节至9至11，得到水基钻井液。
[0023]本专利技术的技术方案之四是通过以下措施来实现的：一种技术方案之二所述水基钻井液在钻遇破碎型泥岩地层中的应用。
[0024]本专利技术所述改性纳米二氧化硅封堵剂粒径较小，但不团聚，且与水基钻井液配伍性良好。在1.5 %的低浓度下即可对泥岩孔喉进行高效封堵，降低泥岩地层渗透率，提高地层承压能力，改善井壁稳定性。
[0025]本专利技术所述改性纳米二氧化硅封堵剂能够使水基钻井液具有良好的失水造壁能力；一方面，所述改性纳米二氧化硅封堵剂的合成方法简单，不需进行乳化过程且不需要使用有毒溶剂。另一方面，封堵主要针对微纳米地层，进入泥岩的微纳米级地层孔隙中形成致密封堵层，封堵效果优异，满足泥页岩的油气开采工作。
具体实施方式
[0026]本专利技术不受下述实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水基钻井液用改性纳米二氧化硅封堵剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤（1），将纳米二氧化硅与硅烷偶联剂在溶剂中接触进行一步改性，得到一步改性产物M
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SiO2；步骤（2），将一步改性产物M
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SiO2与丙烯酸、丙烯酸乙酯接触得到混合溶液；步骤（3），在氮气保护下，将混合溶液与引发剂接触，得到的粗产物经过离心分离，洗涤并干燥得到水基钻井液用改性纳米二氧化硅封堵剂。2.根据权利要求1所述的水基钻井液用改性纳米二氧化硅封堵剂的制备方法，其特征在于硅烷偶联剂为γ
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甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ
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氨丙基三甲氧基硅烷、γ
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氨丙基三乙氧基硅烷中的一种；纳米二氧化硅和硅烷偶联剂的重量比为1：0.05至1。3.根据权利要求2所述的水基钻井液用改性纳米二氧化硅封堵剂的制备方法，其特征在于纳米二氧化硅和硅烷偶联剂的重量比为1：0.05至0.5；或/和，步骤（1）中，所述接触条件包括：反应温度为70 ℃至80 ℃，反应时间为6 h至12 h。4.根据权利要求1或2或3所述的水基钻井液用改性纳米二氧化硅封堵剂的制备方法，其特征在于步骤（2）中，所述一步改性产物M
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SiO2与丙烯酸、丙烯酸乙酯的重量比为1：2至5：2至5。5.根据权利要求4所述的水基钻井液用改性纳米二氧化硅封堵剂的制备方法，其特征在于一步改性产物M
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SiO2与丙烯酸、丙烯酸乙酯的重量比为1：2至3.5：2至3.5；或/和，所述混合溶液的pH值为7至9。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔东宇，段文广，王维周，王伟罡，钟宁龙，屈璠，
申请(专利权)人：中国石油集团西部钻探工程有限公司，
类型：发明
国别省市：