[發明專利]一種高強度抗鹽封堵劑及水基鉆井液

有效

• 申請號: 202210082545.6
• 申請日: 2022-01-24
• 公開（公告）號: CN114381243B
• 公開（公告）日: 2023-02-07
• 發明（設計）人: 謝剛;雷震;鄧明毅;白楊;羅玉婧;范莉;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;C09K8/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種高強度抗鹽封堵劑及水基鉆井液，屬于油氣田鉆井技術領域。所述高強度抗鹽封堵劑的原料為納米氮化硅、硅烷偶聯劑KH?570、含2個雙鍵的醇類化合物、含雙鍵的丙胺類單體、含羥基的丁烯酸類單體和含雙鍵的磺酸鹽，具有多個磺酸官能團。其中，封堵劑的合成原料易得，合成方法簡單可靠。合成的高強度抗鹽封堵劑粒徑分布大致在150～850nm之間，能夠進入納米孔隙進行有效封堵。該封堵劑可直接加入水基鉆井液中，其配伍性能良好，能夠有效阻止鉆井液向地層內部滲透，進而穩定井壁、防止坍塌，具有良好的封堵降濾失效果。

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抗鹽封堵劑及包含有該封堵劑的水基鉆井液。

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。現有的水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，研究了適用于水基鉆井液的封堵材料-高強度抗鹽封堵劑。

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，合成的高強度抗鹽封堵劑含有磺酸官能團，具有優異的抗鹽性能，在高鹽環境中能夠穩定的發揮封堵作用。納米氮化硅為納米級材料，可進入納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地層中的納米孔縫而導致的井壁失穩問題，本發明提供了一種高強度抗鹽封堵劑，其粒徑能夠達到納米級，能夠有效對頁巖地層中的納米級孔縫進行封堵，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：一種高強度抗鹽封堵劑，其特征在于，所述高強度抗鹽封堵劑其制備步驟如下：

S1、稱取0.5～1.0摩爾的納米氮化硅在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2～4摩爾的硅烷偶聯劑KH-570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0.1～0.5摩爾的改性納米氮化硅分散在100-150ml的去離子水中，依次加入1.0～2.0摩爾含雙鍵的丙胺類單體，1.0～2.0摩爾含雙鍵的磺酸鹽，2.0～4.0摩爾含羥基的丁烯酸類單體，1.0～2.0摩爾的含2個雙鍵的醇類化合物，0.05～0.1摩爾NaHCO₃，在室溫下以350rpm的攪拌速度攪拌1-1.5h后將其用氮氣脫氣30-40min得到混合液，之后將混合液在水浴中保持在60-70℃，攪拌速度為350rpm，同時將0.05～0.1摩爾的重鉻酸鉀添加到混合液中，20-40min后再添加0.05～0.1摩爾的重鉻酸鉀，在60-70℃的水浴中保持8-10h；最后將產物離心并用乙醇和去離子水洗滌3次除去雜質，并60℃真空干燥24h，之后研磨分散，由此獲得高強度抗鹽封堵劑。

所述步驟S2中含雙鍵的丙胺類單體包括二甲基烯丙基胺、N-甲基二烯丙基胺、N，N-二乙基烯丙胺和三烯丙基胺中的一種。

所述步驟S2中的含雙鍵的磺酸鹽為乙烯基磺酸鈉、甲基丙烯磺酸鈉、烯丙基磺酸鈉和甲基丙烯酸3-磺酸丙酯鉀鹽的一種。