[發明專利]一種水基鉆井液用納米封堵劑及其制備方法與鉆井液

有效

• 申請號: 201910292033.0
• 申請日: 2019-04-12
• 公開（公告）號: CN109825263B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 王平全;唐濤;龍海鋒;謝剛;任妍君;王秋潤;何毅;羅顯粱;王哲
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: C09K8/03
• 分類號: C09K8/03;C09K8/24
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 王崇

本發明涉及一種水基鉆井液用納米封堵劑及其制備方法與鉆井液。該水基鉆井液用納米封堵劑是聚苯乙烯磺酸鈉共價包覆多壁碳納米管，其中，所述多壁碳納米管管徑為20～30nm，管長為10～30μm；所述接枝的聚苯乙烯磺酸鈉的數均分子量為75kDa，聚合度(DOP)為900；所述鉆井液含有100重量份的水，膨潤土為1?8重量份，流型調節劑為4?10重量份，增粘劑為0.2?1.2重量份，降濾失劑為4?10重量份，封堵劑為30?60重量份，加重劑為10?50重量份，潤滑劑為0.1?4重量份，pH調節劑的含量為0.1?0.4重量份。本發明采用聚苯乙烯磺酸鈉改性多壁碳納米管作為封堵劑，能夠有效封堵泥頁巖井壁的微、納米尺寸孔隙，特別適用于低空低滲、微孔微裂縫發育以及毛細管效應突出的地層鉆井施工。

技術領域

本發明涉及水基鉆井液領域，具體涉及一種水基鉆井液用納米封堵劑及其制備方法與鉆井液。

背景技術

隨著石油與天然氣中非常規油氣資源的不斷開發，例如，頁巖氣和致密油的開采，硬脆性泥頁巖井壁失穩問題成為首先需要解決的問題。泥頁巖大多存在閉合或開啟的層理和微裂縫，毛管作用力較強。在正壓差和毛管壓力雙重作用下，鉆井液容易侵入，導致泥頁巖沿著裂縫面或層理面開裂，并且不斷沿著裂縫面縱向橫向發展。此外，侵入的濾液會使裂縫面或層理面之間的摩擦系數減小，從而增大井壁失穩現象。針對該問題，僅通過提高鉆井液抑制性的化學方法是很難解決的，只有通過向鉆井液中添加封堵材料，利用多級分布的固體粒子橋塞、填充裂縫并在井壁上形成阻擋層，才能有效阻礙井筒流體侵入地層引起的壓力傳遞，達到穩定井壁的目的。

泥頁巖作為孔徑最小的巖石類型，其孔喉大小在5～50nm之間，平均孔喉直徑在10～30nm，因此，對于穩定井壁的封堵材料，其部分材料的粒徑必須處于納米級才能阻止水侵入地層。目前，常用的納米封堵劑包括納米聚合物類、鋁絡合物類、納米級膠束類封堵劑、納米乳液、納米SiO₂、納米碳酸鈣、氧化鐵類等。然而，上述的納米封堵劑材料雖然粒徑達到了納米級，但由于納米材料具有粒徑小、比表面能大以及易團聚等特點，使其在液相中并不能以納米級水平分散，難以封堵納微米孔隙。

因此，如何制備出在鉆井液中以納米級水平均勻分散且封堵效果較好的納米封堵材料成為本領域技術人員亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術存在的上述問題，針對泥頁巖地層時封堵劑封堵效果不佳導致井壁失穩問題，而提供一種水基鉆井液用納米封堵劑及其制備方法與鉆井液。

為了實現上述目的，本發明第一方面提供了一種改性多壁碳納米管的制備方法，該制備方法包括以下步驟：

(1)將多壁碳納米管與對苯乙烯磺酸鈉單體溶解于去離子水中；

(2)向步驟(1)溶液中加入過硫酸鉀作為自由基聚合引發劑，反應過程中持續通入惰性氣體；

(3)將步驟(2)所得溶液離心去除無定形碳與殘留的催化劑，過濾上層清液；

(4)干燥得到聚苯乙烯磺酸鈉包覆的多壁碳納米管。

其中，多壁碳納米管、對苯乙烯磺酸鈉單體和過硫酸鉀的用量的重量比為1： (90-120)：(0.8-1.2)，優選為1：(95-105)：(0.9-1.1)。

本發明第二方面提供了一種水基鉆井液，其中，該水基鉆井液含有水、膨潤土、流型調節劑、増粘剤、降濾失劑、封堵劑、加重劑、潤滑劑和pH調節劑，且以100重量份的水為基準，所述膨潤土的含量為1-8重量份，所述流型調節劑的含量為4-10重量份，所述增粘劑的含量為0.2-1.2重量份，所述降濾失劑的含量為4-10重量份，所述封堵劑的含量為30-60重量份，所述加重劑的含量為10- 50重量份，所述潤滑劑的含量為0.1-4重量份，所述pH調節劑的含量為0.1-0.4 重量份。

本發明第三方面提供了一種水基鉆井液的制備方法，其中該制備方法包括以下步驟：