[發(fā)明專利]一種鉆井液用納米封堵劑及其制備方法與應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610937073.2
• 申請(qǐng)日: 2016-10-25
• 公開（公告）號(hào): CN107974243A
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 褚奇;劉四海;李大奇;胡子喬;李濤;宋兆輝;薛玉志
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油化工股份有限公司;中國(guó)石油化工股份有限公司石油工程技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): C09K8/44
• 分類號(hào): C09K8/44;C09K8/035;C09K8/22
• 代理公司: 北京知舟專利事務(wù)所(普通合伙)11550
• 代理人: 楊茜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及油田化學(xué)領(lǐng)域，更進(jìn)一步說，涉及一種鉆井液用納米封堵劑及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

井壁失穩(wěn)是困擾鉆井界多年亟待解決而又未解決好的重大工程難題。井壁失穩(wěn)會(huì)導(dǎo)致漏、噴、塌、卡、斜等一系列井下復(fù)雜情況和工程事故的發(fā)生，延長(zhǎng)鉆井周期、增大鉆井成本，嚴(yán)重影響油井的快速、優(yōu)質(zhì)鉆進(jìn)和石油開發(fā)的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)前，隨著石油勘探開發(fā)向深部、復(fù)雜和非常規(guī)地層挺進(jìn)，井壁失穩(wěn)越來越成為制約這些地區(qū)油氣開發(fā)的首要問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，深部地層井壁失穩(wěn)引起的復(fù)雜時(shí)效占鉆井復(fù)雜的35％左右，其中90％以上的井壁失穩(wěn)發(fā)生在泥頁(yè)巖地層，其中含裂隙硬脆泥頁(yè)巖地層約占2/3。實(shí)踐證明，傳統(tǒng)的化學(xué)抑制防塌方法只適用于易膨脹的泥頁(yè)巖地層，而不適用于含裂隙硬脆性泥頁(yè)巖地層。對(duì)于含裂隙硬脆性泥頁(yè)巖來說，井壁穩(wěn)定的關(guān)鍵是阻止孔隙壓力傳遞，而阻止孔隙壓力傳遞則必須對(duì)加強(qiáng)微裂隙的封堵。目前使用的絕大多數(shù)鉆井液封堵材料的粒徑峰值在0.5～10.0μm，難以對(duì)孔隙尺寸為0.001～0.01μm的納微米孔隙實(shí)施有效封堵，使得鉆井液濾液易沿著這些孔隙進(jìn)入地層內(nèi)部，造成巖石裂隙發(fā)展，整體強(qiáng)度下降，導(dǎo)致井壁失穩(wěn)情況的發(fā)生。市面上鮮有的納米封堵材料雖然在粒徑上達(dá)到了納米級(jí)，但由于納米材料具有粒徑小、比表面能大和易團(tuán)聚的特點(diǎn)，使其在液相中并不能以納米級(jí)水平分散，難以對(duì)納微米的孔隙進(jìn)行封堵。

中國(guó)專利CN101914190A提供了一種納米二氧化硅乙醇分散液，其本質(zhì)是將反應(yīng)性的偶聯(lián)劑錨固在納米二氧化硅的表面上，從而提供了接枝反應(yīng)位點(diǎn)(雙鍵)，然后與其他單體反應(yīng)，即在納米二氧化硅顆粒表面形成了一層聚合物，達(dá)到了表面修飾的目的，但是該專利涉及的是一種分散液，是液體的，而不是固體，僅是采用氟碳偶聯(lián)劑對(duì)納米二氧化硅表面進(jìn)行疏水改性，用途受限。

中國(guó)專利CN102863823A公開了一種使用偶聯(lián)劑對(duì)生成的納米二氧化硅的表面進(jìn)行疏水改性的方法，其使用的偶聯(lián)劑均是常規(guī)的硅烷偶聯(lián)劑，如KH550，端基是氨基，氨基是親水的而不是疏水的，雖然含有3個(gè)亞甲基是疏水的，但總體上疏水性較弱，接枝到納米二氧化硅表面后，限于碳鏈的疏水性質(zhì)與鏈長(zhǎng)必然會(huì)影響納米二氧化硅的分散程度與效果。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提出一種鉆井液用納米封堵劑及其制備方法與應(yīng)用。本發(fā)明的封堵劑是一種以正硅酸乙酯為硅源，堿性溶液為促進(jìn)劑，氟硅烷偶聯(lián)劑為表面改性劑制備的單分散改性納米SiO₂，可以進(jìn)一步提高納米顆粒在鉆井液中的空間穩(wěn)定性。本發(fā)明的鉆井液納米封堵劑的制備方法工藝流程簡(jiǎn)單，過程條件溫和，可操作性強(qiáng)，生產(chǎn)效率高，適合于工業(yè)化生產(chǎn)；由該方法制備得到的納米封堵劑分散性高，對(duì)鉆井液流變性能影響小，封堵能力強(qiáng)。

本發(fā)明目的之一的一種鉆井液用納米封堵劑，包含改性納米SiO₂，所述改性納米SiO₂是由氟硅偶聯(lián)劑對(duì)水解反應(yīng)得到的納米SiO₂顆粒表面進(jìn)行改性而得，所述改性納米SiO₂是由SiO₂作為核和接枝在核外表面的疏水層構(gòu)成的，所述鉆井液用納米封堵劑粒徑分布范圍達(dá)到10～1000nm。

所述氟硅偶聯(lián)劑的分子結(jié)構(gòu)如下：

式中，x、y均選自1～12的整數(shù)，優(yōu)選y≤4，優(yōu)選x≥3；R選自甲基、乙基中的一種。具體可選十七氟癸基三甲氧基硅烷、二十七氟十五基三乙氧基硅烷中的至少一種。

本發(fā)明目的之二的一種鉆井液用納米封堵劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)將醇類溶劑、有機(jī)溶劑I和氟硅偶聯(lián)劑混合均勻制成底液；

(2)將正硅酸乙酯與醇類溶劑混合，作為第一部分溶液；將水和堿性溶液混合作為第二部分溶液；

(3)將第一部分溶液和第二部分溶液加入至步驟(1)所述底液中，使其與底液混合，進(jìn)行反應(yīng)；即得本發(fā)明的鉆井液用納米封堵劑。

步驟(1)中，所述有機(jī)溶劑I可選自N，N-二甲基甲酰胺、四氫呋喃、1,4-二氧六環(huán)、二甲亞砜、N，N-二乙基甲酰胺中的至少一種，優(yōu)選N，N-二甲基甲酰胺、1,4-二氧六環(huán)；

步驟(2)中，所述堿性溶液選自氨水、堿金屬的氫氧化物溶液(如NaOH、KOH)中的至少一種。

步驟(1)和步驟(2)中的醇類溶劑分別可選自無水乙醇、甲醇、丙醇、異丙醇中的至少一種。

具體地，所述方法可包括以下步驟：

(1)將醇類溶劑、有機(jī)溶劑I和氟硅偶聯(lián)劑混合均勻制成底液，升溫至40～60℃；