CN103602323A - 钻井液用纳米封堵剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种钻井液用的纳米封堵剂及其制备方法。该纳米封堵剂的制备方法是，将10-75份纳米粒子、5-60份改性天然沥青和5-80份高分子纤维溶于水中，在90℃反应1-8小时，然后将产物在60-130℃干燥4-10小时，即制得钻井液用纳米封堵剂。该纳米封堵剂的制备方法简单易行，原料成本低廉，而且能够通过调节不同组份的种类和配比，制备出适合不同地层的封堵剂。特别是，该封堵材料中含有纳米粒子，能够对泥页岩地层、微裂缝地层、低渗透地层等微小孔隙地层实现有效封堵，从而提高井壁稳定性，减少钻井事故。

Description

钻井液用纳米封堵剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及油气钻井工程领域中的一种封堵材料，具体涉及一种适用于微孔隙地层钻井时，钻井液用的纳米封堵材料，属于油气田钻井时用的功能纳米材料领域。
背景技术
在钻井过程中，为防止钻井流体向地层中渗透，需要对近井壁地层的岩石孔喉进行有效封堵。在不同地层，岩石的孔喉尺寸也不同。近年来，由于油气钻井开发领域向复杂低渗透率油气藏发展，钻井岩石孔隙尺寸也从常规的微米级别拓展到纳米级别。特别是最近页岩气开发面临的泥页岩地层，其孔隙、吼道都是纳米级别，常规的粒子无法封堵，在钻井中容易引起泥页岩水化膨胀，引起井壁垮塌等事故。
泥页岩地层孔隙尺寸小，渗透率低。钻井过程中，对近井壁的微小裂缝进行有效封堵是避免井壁失稳的有效手段之一。泥页岩地层的孔隙尺寸处于纳米级尺度，要实现对纳米级孔隙的有效封堵就必须采用纳米级尺寸的封堵材料。而目前国内外钻井工程常用的是沥青类和乳化石蜡封堵剂，这类材料颗粒粒度都较大，对于裂缝缝隙尺寸较大的地层封堵效果较好，但是与微小裂缝之间不能形成尺寸匹配，不能形成良好的内泥饼，所以不能实现对微裂缝地层的有效封堵。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种适用于微小孔隙地层，特别是适用于泥页岩地层的钻井液用纳米封堵剂，本发明的另一目的是提供这种纳米封堵剂的制备方法。
为了达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：
本发明所述的钻井液用纳米封堵剂，其制备方法是，将10-75份纳米粒子、5-60份改性天然沥青和5-80份高分子纤维溶于水中，在90℃反应1-8小时，然后将产物在60-130℃干燥4-10小时，即制得钻井液用纳米封堵剂。
本发明所述的纳米粒子选用无机纳米粒子、有机纳米粒子、无机纳米粒子与有机纳米粒子复合体系中的一种，纳米粒子的粒径在1-100纳米之间，无机纳米粒子优选二氧化硅纳米粒子、四氧化三铁纳米粒子、氧化锌纳米粒子、碳酸钙纳米粒子中的一种或几种；有机纳米粒子优选苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酰胺、丙烯酸、对苯乙烯磺酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸等单体中的一种或几种共聚所生成的聚合物纳米粒子。
本发明所述的改性天然沥青选用沥青含量为40-55%的磺化沥青粉剂，软化点为70-125℃，磺化沥青不仅可以封堵裂缝，而且可以阻止页岩的水化分散。
本发明所述的高分子纤维选用天然植物纤维和合成高分子纤维中的一种，天然植物纤维优选木棉纤维、木纤维、竹纤维、稻麦草纤维、小麦秸秆纤维、麻纤维、棕纤维、果壳纤维中的一种或几种；合成高分子纤维优选聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维、聚氯乙烯纤维、聚氨酯弹性纤维、玻璃纤维、碳纤维中的一种或几种。
本发明的优点是：
（1）封堵剂含有大量的纳米粒子，可以实现对微小空隙地层的有效封堵，特别是在泥页岩地层钻井过程中，能够对泥页岩井壁纳米尺度的孔隙进行致密封堵，有效阻止水向地层的渗透，进而防止井壁坍塌等事故的发生；
（2）纳米粒子与磺化沥青、高分子纤维配合使用，不仅能够对微小孔隙地层进行封堵，而且可以对普通的大孔隙地层进行封堵，因而该封堵剂可以应用于多种复杂地层；
（3）通过调节不同组份之间的配比，以及选择不同类型的材料，可以制备出适合不同地层状况的封堵材料体系；
（4）本发明所提供的纳米封堵剂制备方法简单易行，容易实现规模化生产，而且原料来源丰富、成本较低。
具体实施方式
下面结合实施例来描述本发明的具体实施方式，但本发明不只局限于以下实施例。
实施例1
将5千克聚甲基丙烯酸甲酯纳米粒子、2千克磺化沥青和3千克木纤维溶于20升水中，常温下搅拌1小时，升温到90℃反应3小时，然后将产物在80℃干燥6小时，即制得钻井液用纳米封堵剂。
实施例2
将5千克聚丙烯酰胺纳米粒子、2千克磺化沥青和3千克聚酰胺纤维溶于20升水中，常温下搅拌1小时，升温到90℃反应5小时，然后将产物在85℃干燥8小时，即制得钻井液用纳米封堵剂。
实施例3
将8千克聚甲基丙烯甲酯-苯乙烯纳米粒子、3.5千克磺化沥青和5千克聚乙烯醇缩甲醛纤维溶于30升水中，常温下搅拌1小时，升温到90℃反应8小时，然后将产物在90℃干燥5小时，即制得钻井液用纳米封堵剂。

Claims (4)

1.钻井液用纳米封堵剂及其制备方法，其特征在于其制备方法是，将10-75份纳米粒子、5-60份改性天然沥青和5-80份高分子纤维溶于水中，在90℃反应1-8小时，然后将产物在60-130℃干燥4-10小时，即制得钻井液用纳米封堵剂。
2.根据权利要求1所述的钻井液用纳米封堵剂及其制备方法，其特征在于纳米粒子选用无机纳米粒子、有机纳米粒子、无机纳米粒子与有机纳米粒子复合体系中的一种，纳米粒子的粒径在1-100纳米之间，无机纳米粒子优选二氧化硅纳米粒子、四氧化三铁纳米粒子、氧化锌纳米粒子、碳酸钙纳米粒子中的一种或几种，有机纳米粒子优选苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酰胺、丙烯酸、对苯乙烯磺酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸等单体中的一种或几种共聚所生成的聚合物纳米粒子。
3.根据权利要求1所述的钻井液用纳米封堵剂及其制备方法，其特征在于改性天然沥青选用沥青含量为40-55%的磺化沥青粉剂，软化点为70-125℃。
4.根据权利要求1所述的钻井液用纳米封堵剂及其制备方法，其特征在于高分子纤维选用天然植物纤维、合成高分子纤维中的一种；天然植物纤维优选木棉纤维、木纤维、竹纤维、稻麦草纤维、小麦秸秆纤维、麻纤维、棕纤维、果壳纤维中的一种或几种，合成高分子纤维优选聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维、聚氯乙烯纤维、聚氨酯弹性纤维、玻璃纤维、碳纤维中的一种或几种。
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