[發(fā)明專利]一種基于納米二氧化硅強吸附抗鹽封堵劑及水基鉆井液

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210082547.5
• 申請日: 2022-01-24
• 公開（公告）號: CN114350331B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發(fā)明（設(shè)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(quán)）人: 西南石油大學(xué)
• 主分類號: C09K8/03
• 分類號: C09K8/03;C09K8/16;C09K8/24;C09K8/46;C09K8/467
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本發(fā)明公開了一種基于納米二氧化硅強吸附抗鹽封堵劑及水基鉆井液，屬于油氣田鉆井技術(shù)領(lǐng)域。所述基于納米二氧化硅強吸附抗鹽封堵劑的原料為納米二氧化硅、含氨基的硅烷偶聯(lián)劑、D?丙氨酸甲酯鹽酸鹽、含雙鍵的氯代物和含磺酸官能團的胺類化合物，通過分步法制備得來，含有季銨官能團和磺酸官能團，具有較強的吸附性能和抗溫抗鹽性能。其中，封堵劑的合成原料易得，合成方法簡單可靠。合成的基于納米二氧化硅強吸附抗鹽封堵劑粒徑分布在146?843nm之間，能夠?qū)δ囗搸r井壁中的納米級孔縫進行有效封堵。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(nèi)部滲透，進而穩(wěn)定井壁、防止坍塌，具有良好的封堵降濾失效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及油氣田鉆井技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于納米二氧化硅強吸附抗鹽封堵劑及包含有該封堵劑的水基鉆井液。

背景技術(shù)

頁巖氣的開采一直是石油與天然氣行業(yè)研究的重點。在鉆井作業(yè)過程中，面對地層微裂縫發(fā)育的硬脆性和破碎性地層，鉆井液封堵性能至關(guān)重要。在正壓差驅(qū)動下，鉆井液容易侵入這些微裂隙而產(chǎn)生水力尖劈作用，使裂縫不斷擴展變大并連通。常規(guī)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(yīng)的封堵材料進行有效封堵，導(dǎo)致井壁失穩(wěn)現(xiàn)象在復(fù)雜地層頻發(fā)。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(dǎo)致井壁失穩(wěn)，出現(xiàn)井漏、遇阻、掉塊等井下復(fù)雜情況。現(xiàn)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-基于納米二氧化硅強吸附抗鹽封堵劑。

納米二氧化硅是一種強度較高且性價比好的納米材料，在各個領(lǐng)域得到了廣泛運用。對納米二氧化硅進行改性使其能夠均勻分散在鉆井液中。納米二氧化硅本身具有耐高溫的性能，在其基礎(chǔ)上接枝磺酸官能團可以增加其抗鹽能力，在高鹽環(huán)境中也能保持良好的封堵效果；季銨官能團能夠加強封堵劑對地層的吸附能力，在激動壓力或抽汲壓力下更容易保持形成的封堵層的穩(wěn)定性。納米二氧化硅為納米級材料，不僅可以進入納米級的孔縫實現(xiàn)有效封堵，還可以進入微米孔縫參與架橋填充，起到良好的封堵效果，對維持井壁穩(wěn)定，加快鉆進周期，降低鉆井成本有著重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對目前常規(guī)封堵劑無法有效封堵頁巖中的納米孔縫而導(dǎo)致的井壁失穩(wěn)問題，本發(fā)明提供了一種基于納米二氧化硅強吸附抗鹽封堵劑，其粒徑為納米級，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(wěn)定井壁的目的。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種基于納米二氧化硅強吸附抗鹽封堵劑，其特征在于，所述基于納米二氧化硅強吸附抗鹽封堵劑其制備步驟如下：

S1、稱取0.5～1摩爾的納米二氧化硅在100～150mL無水乙醇中，超聲分散30～45min，加入鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH值至4～5，再加入2～3摩爾的含氨基的硅烷偶聯(lián)劑得到混合液，將混合液在50～70℃條件下攪拌3～4h，反應(yīng)結(jié)束后放入離心機中，以5000rpm的轉(zhuǎn)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(zhì)3次，最后，將固體置于60℃烘箱中真空干燥24h，得到改性納米二氧化硅；

S2、將120-150ml的乙酸甲酯引入250mL圓底三頸瓶中，加入0.5～1摩爾的改性納米二氧化硅，并超聲分散30-40min，再分別加入1～3摩爾D-丙氨酸甲酯鹽酸鹽，隨后加入0.5～1摩爾的O-(7-氮雜苯并三唑-1-基)-N,N,N',N'-四甲基脲四氟硼酸季銨鹽，在50～70℃下冷卻回流5～7小時，之后用去離子水和無水乙醇洗滌固體物質(zhì)3次，最后，將固體置于60℃烘箱中真空干燥24h，得到改性納米二氧化硅接枝聚合物；

S3、將0.5～1摩爾改性納米二氧化硅接枝聚合物分散于100～150mL的蒸餾水中，加入1～5mL濃度為36％的濃鹽酸，1～3摩爾的含雙鍵的氯代物，冷凝回流5～8小時，將得到的產(chǎn)物用去離子水和無水乙醇洗滌固體物質(zhì)3次，最后，將固體置于60℃烘箱中真空干燥24h，得到季銨化改性納米二氧化硅；