[發明專利]一種高強度強吸附封堵劑及油基鉆井液

有效

• 申請號: 202210082538.6
• 申請日: 2022-01-24
• 公開（公告）號: CN114350330B
• 公開（公告）日: 2023-02-21
• 發明（設計）人: 謝剛;雷震;鄧明毅;白楊;范莉;羅玉婧;陳宇;王平全
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: C09K8/03
• 分類號: C09K8/03;C09K8/36;C09K8/46;C09K8/467
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本發明公開了一種高強度強吸附封堵劑及油基鉆井液，屬于油氣田鉆井技術領域。所述高強度強吸附封堵劑的原料為納米氮化硅、含氨基的硅烷偶聯劑、(2?氯乙基)三甲基銨、二甲基叔胺類化合物和長鏈烷烴氯代物，通過分步法制備得來。其中，封堵劑的合成原料易得，合成方法簡單可靠。合成的高強度強吸附封堵劑粒徑在103～820nm之間，對泥頁巖井壁中的納米級別孔隙可以進行有效封堵；高強度強吸附封堵劑含有季銨官能團，加強了封堵劑對地層的吸附能力。該封堵劑對油基鉆井液的性能參數影響較小，可直接加鉆井液中封堵納米孔縫，從而起到穩定井壁、防止坍塌和降低鉆井液損耗的效果。

技術領域

本發明涉及油氣田鉆井技術領域，具體涉及一種高強度強吸附封堵劑及包含有該封堵劑的油基鉆井液。

背景技術

頁巖氣的開采一直是石油與天然氣行業研究的重點。在鉆井作業過程中，面對地層微裂縫發育的硬脆性和破碎性地層，鉆井液封堵性能至關重要。在正壓差驅動下，鉆井液容易侵入這些微裂隙而產生水力尖劈作用，使裂縫不斷擴展變大并連通。常規的封堵劑對微米級別的孔縫能夠起到較好的封堵效果，但針對納米級別的孔縫，沒有與之相對應的封堵材料進行有效封堵，導致井壁失穩現象在復雜地層頻發。研究表明，鉆井液濾失量過大時，濾液易侵入深部地層，地層巖石強度降低顯著，容易導致井壁失穩，出現井漏、遇阻、掉塊等井下復雜情況。現有的油基鉆井液封堵材料多為微米封堵材料，無法這針對納米孔縫進行有效封堵，使得鉆井液濾失量無法進一步降低。因此，研究了適用于油基鉆井液的封堵材料-高強度強吸附封堵劑。

納米氮化硅一種無機物，是一種重要的結構陶瓷材料，硬度大，本身具有潤滑性，并且耐磨損。使用納米氮化硅作為封堵材料，能夠在地層高壓下保持結構的完整，能夠形成穩定的封堵層。對納米氮化硅進行改性使其能夠均勻分散在鉆井液中。納米氮化硅本身具有耐高溫的性能，含有季銨官能團，能夠加強對地層的吸附性能，在抽汲壓力和激動壓力下能夠保持封堵層的穩定。納米氮化硅為納米級材料，可進入納、微米級的孔縫實現有效封堵，對加快鉆進周期，降低鉆井成本有著重要的意義。

發明內容

針對目前常規封堵劑無法有效封堵頁巖中的微裂縫而導致的井壁失穩問題，本發明提供了一種高強度強吸附封堵劑，其粒徑能夠達到納米級，能夠有效對頁巖地層中的微米級、納米級裂縫進行封堵，從而達到穩定井壁的目的。

為實現上述目的，本發明的技術方案為：一種高強度強吸附封堵劑，其特征在于，所述高強度強吸附封堵劑其制備步驟如下：

S1、稱取0.5～1摩爾納米氮化硅在100～150mL無水乙醇中，超聲分散30～45min，加入鹽酸溶液調節pH值至4～5，再加入2～3摩爾含氨基的硅烷偶聯劑得到混合液，將混合液在50～70℃條件下攪拌3～4h，反應結束后放入離心機中，以5000rpm的轉速離心5min，然后過濾，之后用去離子水和無水乙醇洗滌固體物質3次，最后，將固體置于60℃烘箱中真空干燥24h，得到改性納米氮化硅；

S2、將0.5～1摩爾改性納米氮化硅分散在100～150mL的去離子水中，在20～30℃的條件下緩慢加入0.3～0.6摩爾含雙鍵的二甲基叔胺類化合物，攪拌反應30～40min后移至油浴鍋中，在50～70℃條件下攪拌10～12h；反應結束后，減壓蒸餾除去溶劑，將得到的產物用去離子水洗滌固體物質3次，最后，將固體置于60℃烘箱中真空干燥24h，得到末端含叔胺的改性納米氮化硅；

S3、將0.5～1摩爾末端含叔胺的改性納米氮化硅分散于100～150mL的蒸餾水中，分別加入1～5mL濃度為36％的濃鹽酸，0.5～1摩爾(2-氯乙基)三甲基銨，0.5～1摩爾長鏈烷烴氯代物，冷凝回流5～8小時，將得到的產物用去離子水和無水乙醇洗滌固體物質3次，最后，將固體置于60℃烘箱中真空干燥24h，得到高強度強吸附封堵劑。

所述步驟S1中含氨基的硅烷偶聯劑為γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的一種。