一种抗高温改性介孔二氧化硅纳米封堵剂及水基钻井液

本发明涉及油气田钻井，具体涉及一种改性介孔二氧化硅纳米封堵剂及水基钻井液。

背景技术：

1、国内页岩油气资源储量丰富开采潜力巨大。目前页岩气井钻井的关键在于维持页岩井段井壁稳定，页岩地层属于典型的超低孔低渗地层，孔隙结构复杂且孔径主要分布于微米到纳米级，钻井过程中地层微纳米裂缝和孔隙的发育是现阶段井壁失稳的主要原因之一。常规水基钻井液封堵物料的粒度峰值介于0.5～100μm之间，使得它们无法有效地封堵尺寸介于0.001～0.01μ的纳微米缝隙，导致钻井液滤液容易渗透到岩层中，进而加剧了岩层裂缝的扩大，严重影响了井壁的整体稳定性，最终导致井壁不稳定的情况出现。因此，需要优选适用于水基钻井液的专用封堵材料，封堵纳米裂缝，维持井壁稳定。

2、专利公开号cn111303355b公开了抗高温二氧化硅janus胶体颗粒封堵剂及其制备方法和应用，将可聚合硅氧烷疏水单体、含双键的反应单体和含有纳米二氧化硅的物料a进行接触反应，得到物料b，再将物料b进行聚合反应生成二氧化硅janus胶体颗粒，能紧密封堵页岩表面。专利公开号cn110982495a公开了改性纳米二氧化硅封堵剂和水基钻井液及其制备方法以及应用，将纳米二氧化硅与含有丙烯酸和聚甲基丙烯酸丁酯的混合液接触并超声分散得到油相溶液，将油相溶液、乳化溶液、水溶性引发剂接触，将产物离心分离和干燥得到封堵剂，具有良好承压能力，有效封堵地层孔缝。介孔二氧化硅具有无毒稳定、易于表面修饰、在水中分散性好、抗高温的特点，以介孔二氧化硅为材料进行分步合成法进行改性生成抗高温改性介孔二氧化硅纳米封堵剂，封堵效果好，并且还有较强的抗盐性能。

技术实现思路

1、针对目前常用封堵材料无法有效封堵页岩气底地层中的纳米裂缝而引发的井壁失稳问题，本发明提供了一种抗高温改性介孔二氧化硅纳米封堵剂，其粒径为纳米级，能够有效对页岩气地层中的纳米裂缝进行封堵，从而实现井壁的稳定防塌。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种抗高温改性介孔二氧化硅纳米封堵剂及水基钻井液，其特征在于，所述抗高温改性介孔二氧化硅纳米封堵剂其制备步骤如下：

3、s1、将0.250～0.300mol介孔二氧化硅分散在100～120ml甲苯中，超声分散20～30min，用盐酸调ph值至4～6，然后加入0.021～0.090摩尔含氨基的硅烷偶联剂，温度升至75～80℃，反应5～7h，反应完毕后，离心分离，用乙醇洗涤3次，60～90℃真空干燥3～6h，得到化合物a；

4、s2、将0.019～0.022mol的步骤s1所得化合物a加入90～100ml甲醇中，加入0.033～0.036mol的烯胺类化合物，在氮气保护下温度升至55～65℃，反应16～24h，反应完毕后，离心分离，用甲醇洗涤3次，60～90℃真空干燥3～6h，取0.013～0.016mol干燥后的固体加入90～100ml甲苯中，通入氮气1～2h，缓慢加入0.033～0.036mol含双烯键的醚类化合物，反应6～8h，反应完毕后，离心分离，用乙醇洗涤3次，60～90℃真空干燥3～6h，得到化合物b；

5、s3、将0.004～0.005mol的步骤s2所得化合物b加入90～100ml甲苯中，加入0.033～0.036mol带氨基的苯磺酸化合物，温度升至60～65℃，反应8～12h，反应完毕后，离心分离，用乙醇洗涤3次，60～90℃真空干燥3～6h，得到抗高温改性介孔二氧化硅纳米封堵剂；

6、其中，含氨基的硅烷偶联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷，3-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种；所述的烯胺类化合物为3-丁烯-1-胺，3-丁烯-2-胺中的一种；所述含双烯键的醚类化合物为二甲基烯丙基醚，二甲基烯丙基硫醚中的一种；所述带氨基的苯磺酸化合物为3，4二氨基-5-甲基苯磺酸，3，4，5-三氨基苯磺酸的一种。

7、所述的抗高温改性介孔二氧化硅纳米封堵剂，其特征在于，所述步骤s1中介孔二氧化硅的平均粒径为50nm。

8、所述水基钻井液包括以下组分：水，膨润土，naoh，聚合物dfz-7，ls-2a，抗温抗盐降滤失剂-1，磺化酚醛树脂，润滑剂ppl，乳化沥青，sp-80，有机盐wnzy，磺化沥青，超细碳酸钙，kcl，抗温抗盐降滤失剂-2，除硫剂，抗高温改性介孔二氧化硅纳米封堵剂，加重剂重晶石。

9、所述钻井液其特征在于，以100重量份的水为基准，所述膨润土的加量为5～7重量份，所述naoh的加量为0.5～1重量份，所述聚合物dfz～7的加量为0.05～0.1重量份，所述ls-2a的加量为0.5～0.8重量份，所述抗温抗盐降滤失剂-1的加量为4～6重量份，所述磺化酚醛树脂的加量为5～8重量份，所述润滑剂ppl的加量为5～8重量份，所述乳化沥青的加量为3～5重量份，所述sp-80的加量为0.3～0.5重量份，所述有机盐wnzy的加量为10～15重量份，所述磺化沥青的加量为1～3重量份，所述超细碳酸钙的加量为2～5重量份，所述kcl的加量为7～10重量份，所述抗温抗盐降滤失剂-2的加量为1.5～2.5重量份，所述除硫剂的加量为1～3重量份，所述抗高温改性介孔二氧化硅纳米封堵剂加量为0.5～1.5重量份，所述加重剂重晶石的加量为若干重量份。

10、所述水基钻井液用重晶石将密度调节为1.05～2.0g/cm3。

11、本发明有益效果如下：

12、1.本发明所涉及的抗高温改性介孔二氧化硅纳米封堵剂具有原料易得、合成方法简单的特点，适用于工业化生产；

13、2.本发明所涉及的抗高温改性介孔二氧化硅纳米封堵剂在应用中适应性强，性能稳定，拥有有效抗高温和优良的封堵性能，在实际应用中能满足各种复杂井和地层的钻井需求；

14、3.本发明所涉及的产物结构中磺酸基使得封堵剂具有良好的亲水性和抗盐性，进而增强封堵剂的封堵性能；

15、4.本发明所涉及的产物结构中的羟基可以增强封堵剂在水中的分散稳定性；

16、5.本发明使用的抗高温改性介孔二氧化硅纳米封堵剂粒径为56.2～260.4nm，可以对页岩地层中的纳米孔缝进行封堵，保持良好的分散性且不易团聚，封堵效果优异。

技术特征：

1.一种抗高温改性介孔二氧化硅纳米封堵剂及水基钻井液，其特征在于，所述抗高温改性介孔二氧化硅纳米封堵剂以介孔二氧化硅、含氨基的硅烷偶联剂、烯胺类化合物、含双烯键的醚类化合物、带氨基的苯磺酸化合物为原料，采用如下步骤合成：

2.根据权利要求1所述的抗高温改性介孔二氧化硅纳米封堵剂，其特征在于，所述步骤s1中介孔二氧化硅的平均粒径为50nm。

3.一种水基钻井液，其特征在于，所述钻井液包括以下组分：水，膨润土，naoh，聚合物dfz-7，ls-2a，抗温抗盐降滤失剂-1，磺化酚醛树脂，润滑剂ppl，乳化沥青，sp-80，有机盐wnzy，磺化沥青，超细碳酸钙，kcl，抗温抗盐降滤失剂-2，除硫剂，抗高温改性介孔二氧化硅纳米封堵剂，加重剂重晶石。

4.根据权利要3所述的水基钻井液，其特征在于，以100重量份的水为基准，所述膨润土的加量为5～7重量份，所述naoh的加量为0.5～1重量份，所述聚合物dfz～7的加量为0.05～0.1重量份，所述ls-2a的加量为0.5～0.8重量份，所述抗温抗盐降滤失剂-1的加量为4～6重量份，所述磺化酚醛树脂的加量为5～8重量份，所述润滑剂ppl的加量为5～8重量份，所述乳化沥青的加量为3～5重量份，所述sp-80的加量为0.3～0.5重量份，所述有机盐wnzy的加量为10～15重量份，所述磺化沥青的加量为1～3重量份，所述超细碳酸钙的加量为2～5重量份，所述kcl的加量为7～10重量份，所述抗温抗盐降滤失剂-2的加量为1.5～2.5重量份，所述除硫剂的加量为1～3重量份，所述抗高温改性介孔二氧化硅纳米封堵剂加量为0.5～1.5重量份，所述加重剂重晶石的加量为若干重量份。

5.根据权利要求3所述的水基钻井液，其特征在于，所述水基钻井液用重晶石将密度调节为1.05～2.0g/cm3。

技术总结
本发明公开了一种抗高温改性介孔二氧化硅纳米封堵剂及水基钻井液，属于油气田钻井技术领域。抗高温改性介孔二氧化硅纳米封堵剂以含氨基的硅烷偶联剂、烯胺类化合物、含双烯键的醚类化合物、带氨基的苯磺酸化合物为原料。本发明提供的抗高温改性介孔二氧化硅纳米封堵剂粒径在56.2～260.4nm之间。该封堵剂可直接加入水基钻井液中，对水基钻井液的流变性能影响较小，水基钻井液的封堵率随着封堵剂的加量增加而增加，当加量为1.0％时，封堵率达到91.67％。抗高温改性介孔二氧化硅纳米封堵剂具有原料易得，工艺简单的特点，适用于工业化生产。

技术研发人员：谢刚,邓泽远,黄进军,付克明
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16