一种钻井液用纳米微乳液封堵剂及其制备方法

1.本发明涉及石油钻井助剂技术领域，具体涉及一种钻井液用纳米微乳液封堵剂及其制备方法。


背景技术：

2.石油钻井技术是石油勘探、开发的一个至关重要的环节和手段。随着钻井技术日益精进，对钻井过程中的钻头、钻井液等都提出了更高的标准要求。其中，钻井液又称冲洗液，目前使用较为广泛的是油基钻井液和水基钻井液。在钻井液配制和处理过程中又需要使用到各种添加剂，根据功能不同，可以分为封固剂、稳定剂、分散剂、堵漏剂、润滑剂、降滤失剂以及页岩抑制剂等等。
3.井壁不稳定的根本是物理化学因素与力学因素共同作用导致的结果，但其实质是力学不稳定。需要根据所钻地层的破裂压力及坍塌压力来科学地制定钻井液密度以维持井壁的稳定。目前，钻井液的护壁防塌作用有多重多样途径和方法，如密度支撑、封堵防透、抑制水化等。
4.能够有效封堵泥页岩纳米级微米级的孔隙和微裂缝，进而避免钻井液中自由水的侵入而引起的泥页岩水化分散，从而极大程度提高井壁稳定性的称为封堵剂。目前，防塌封堵剂通常为刚性结构微纳米颗粒，一旦粒径大于地层孔喉或微裂缝，则难以挤入地层起到有效的封堵作用。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的不足之处，本发明提供了一种纳米微乳液型封堵剂，其以刚性结构为支撑，柔性聚合物链为辅助填充微小孔缝，从而实现封堵功能。
6.为实现上述目的，本案提供如下技术方案：
7.一种钻井液用纳米微乳液封堵剂的制备方法，包括如下步骤：
8.1)取石墨烯粉末分散于四氢呋喃中制成1wt％的分散液，通入氮气鼓吹30min，加入三乙胺和kh
‑
570，升温至60℃搅拌24h；加入水合肼，升温至90℃继续搅拌24h，依次用乙醇、水和四氢呋喃冲洗，之后烘干得第一粉体；
9.2)将第一粉体分散在四氢呋喃中，加入磺酸基甜菜碱甲基丙烯酸酯，鼓吹氮气30min，之后加入aibn，升温至60℃，在氮气氛围下反应3～5h，旋蒸除去溶剂，真空干燥得到改性石墨烯；
10.3)将膨润土粉碎过筛，将十二烷基苯磺酸钠、聚丙三醇和粉碎后的膨润土粉末加入到沥青中快速搅拌混合均匀，之后通过喷雾造粒形成第二粉体；
11.4)取第二粉体分散在去离子水中制成10wt％的水分散液，加入第二粉体质量5％的羟乙基纤维素，搅拌均匀，随后加入所述改性石墨烯以及壳聚糖纳米凝胶，用高速搅拌机快速搅拌2h；得水相分散液；
12.5)将tween80、span80以及液体石蜡按照1:2:3的质量比加入到烧杯中并加热至60
℃，搅拌使其混合均匀得油相；
13.6)将油相升温至30℃，同时通入氮气30min，之后边搅拌边缓慢滴加所述水相分散液，滴加完成后继续搅拌30min，即得纳米微乳液封堵剂。
14.进一步地，所述步骤1)中，三乙胺、kh
‑
570和水合肼与石墨烯粉末的质量比为1:10:1:10。
15.进一步地，所述十二烷基苯磺酸钠、聚丙三醇、粉碎后的膨润土粉末以及沥青的质量比为0.05～0.1:0.2～0.5:1:1～1.5。
16.进一步地，所述第二粉体、改性石墨烯以及壳聚糖纳米凝胶的质量比为1:0.4～0.8:0.3～0.6。
17.进一步地，所述壳聚糖纳米凝胶的制备如下：取壳聚糖置于反应瓶中加入异丙醇升温至65℃恒温搅拌15min，升温至80℃，加入环氧丙基三甲基氯化铵恒温反应12h；降至室温，向反应瓶中加入醋酸使ph为5
‑
6，加入戊二醛升温至80℃搅拌1h即得。
18.本案一种如上所述的制备方法制得的钻井液用纳米微乳液封堵剂。
19.本发明中以石墨烯、壳聚糖、膨润土和沥青为主要原料，通过改性使得各物质之间具有一定的协同作用。
20.本案在石墨烯表面接枝含双键的硅烷偶联剂，之后与两性离子化合物聚合从而在石墨烯表面形成柔性聚合物链；阴、阳离子之间可通过静电引力缔合形成空间网状结构，从而包裹黏土颗粒。聚合物中含有酰胺基和磺酸基具有一定的吸附性，能够进入到微小孔隙中减小渗透滤失量。
21.沥青类抑制剂具有一定的软化点，钻井过程中会软化变形与泥饼形成协同作用，从而有效封堵地层。膨润土是常用的水基钻井液配浆材料，能够调整钻井液流变性和滤失性。采用十二烷基苯磺酸钠调节膨润土的润湿性，再利用聚丙三醇提高亲水性，与沥青混合后进行喷雾造粒可得到稳定性好的复合材料。再与改性后的石墨烯以及壳聚糖混合时，部分聚合物插入到膨润土层状结构之中形成稳定的水相分散液。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明以石墨烯、膨润土作为刚性材料，使钻井液具有良好的封堵性能。在石墨烯表面接枝两性离子聚合物链增加石墨烯的柔性，再添加有季铵化壳聚糖，聚合物链插层到膨润土层状结构之间形成稳定的复合材料，同时纳米微凝胶结构的壳聚糖能够有效封堵细微孔隙，丰富的阳离子能够中和黏土表面的负电荷，牢牢吸附到黏土表面；磺酸基进一步提高封堵剂的抗盐性。
具体实施方式
23.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
25.实施例1：
26.1)取0.1g石墨烯粉末分散于50ml四氢呋喃中制成1wt％的分散液，通入氮气鼓吹
30min，加入2ml三乙胺和1gkh
‑
570，升温至60℃搅拌24h；加入1g水合肼，升温至90℃继续搅拌24h，依次用乙醇、水和四氢呋喃冲洗，之后烘干得第一粉体；
27.2)取1g第一粉体分散在50ml四氢呋喃中，加入10g磺酸基甜菜碱甲基丙烯酸酯，鼓吹氮气30min，之后加入0.01g aibn，升温至60℃，在氮气氛围下反应3～5h，旋蒸除去溶剂，真空干燥得到改性石墨烯；
28.3)将膨润土粉碎过筛，将0.5g十二烷基苯磺酸钠、2g聚丙三醇和10g粉碎后的膨润土粉末加入到10g沥青中快速搅拌混合均匀，之后通过喷雾造粒形成第二粉体；
29.4)取10g第二粉体分散在去离子水中制成10wt％的水分散液，加入第二粉体质量5％的羟乙基纤维素，搅拌均匀，随后加入所述4g改性石墨烯以及3g壳聚糖纳米凝胶，用高速搅拌机快速搅拌2h；得水相分散液；
30.5)将tween80、span80以及液体石蜡按照1:2:3的质量比加入到烧杯中并加热至60℃，搅拌使其混合均匀得油相；
31.6)将10g油相升温至30℃，同时通入氮气30min，之后边搅拌边缓慢滴加10g水相分散液，滴加完成后继续搅拌30min，即得纳米微乳液封堵剂。
32.实施例2：
33.同实施例1，区别在于步骤4)
34.取10g第二粉体分散在去离子水中制成10wt％的水分散液，加入第二粉体质量5％的羟乙基纤维素，搅拌均匀，随后加入所述6g改性石墨烯以及5g壳聚糖纳米凝胶，用高速搅拌机快速搅拌2h；得水相分散液；
35.实施例3：
36.同实施例1，区别在于步骤4)和步骤6)
37.步骤4)取10g第二粉体分散在去离子水中制成10wt％的水分散液，加入第二粉体质量5％的羟乙基纤维素，搅拌均匀，随后加入所述8g改性石墨烯以及6g壳聚糖纳米凝胶，用高速搅拌机快速搅拌2h；得水相分散液；
38.步骤6)将10g油相升温至30℃，同时通入氮气30min，之后边搅拌边缓慢滴加8g水相分散液，滴加完成后继续搅拌30min，即得纳米微乳液封堵剂。
39.对比例1：
40.同实施例1，区别在于将水相分散液直接作为封堵剂使用。
41.对比例2：
42.同实施例1，区别在于步骤4)中未添加壳聚糖纳米凝胶。
43.对比例3：
44.同实施例1，区别在于不经步骤3)，直接将膨润土和沥青与改性石墨烯混合成分散液，即步骤4)的过程为：将膨润土和沥青各10g加入到去离子水中，同时加入4g改性石墨烯以及3g壳聚糖纳米凝胶，快速搅拌。
45.上述反应中壳聚糖纳米凝胶的制备如下：称取1g壳聚糖置于反应瓶中加入10ml异丙醇升温至65℃恒温搅拌15min，升温至80℃，加入4g环氧丙基三甲基氯化铵恒温反应12h；降至室温，向反应瓶中加入醋酸使ph为5
‑
6，加入1g戊二醛升温至80℃搅拌1h即得。
46.水基钻井液的配制：水、0.3％甲酸钠、1％ap
‑
1、3％超细碳酸钙、3％pac
‑
hv降滤失剂、3％的实施例1
‑
3或对比例1
‑
3的封堵剂以及重晶石。
47.90℃老化16h前后基本性能如表1所示。
48.表1
[0049][0050][0051]
将不同封堵剂的钻井液充分搅拌后加入高温高压渗透封堵仪中，过滤杂质为砂盘，在90℃下测定30min，依据滤失量计算出封堵率如表2所示。
[0052]
表2
[0053] 封堵率％空白/+实施例190.2+实施例289.4+实施例392.3+对比例173.1+对比例270.3+对比例360.5
[0054]
结合表1和表2可知，本案的封堵剂能有效提高钻井液封堵性能，钻井液的流变性能优秀，粘度等能满足现场钻井要求，钻井液的滤失量降低较为明显。老化前后的滤失量变化较小，说明耐温性能好，能有效的进行封堵，加入封堵剂后封堵率能达到90％左右。
[0055]
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列
运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。