CN104194750A - 一种用于油基钻井液的纳米封堵剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于油基钻井液的纳米封堵剂及其制备方法。按重量份计，该纳米封堵剂包括：苯乙烯10-40份、甲基丙烯酸甲酯20-60份、乳化剂0.3-1.0份、去离子水130-150份、交联剂1.0-2.0份、氧化还原引发剂0.1-0.2份。上述纳米封堵剂的制备方法包括：将乳化剂、交联剂和去离子水混合，搅拌均匀，得到混合物；向混合物中加入苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯，乳化20-30min，得到预乳液；向20-35wt％的预乳液中加入氧化还原引发剂，升温至60-80℃反应20-30min，滴入剩余预乳液，继续在60-80℃下反应2h-5h后，得到所述用于油基钻井液的纳米封堵剂。本发明提供的用于油基钻井液的纳米封堵剂可有效封堵纳米级的微裂缝，解决页岩气井的井壁容易坍塌的问题而且该纳米封堵剂的制备方法简单。

Description

一种用于油基钻井液的纳米封堵剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种封堵剂及其制备方法，特别涉及一种用于油基钻井液的纳米封堵剂及其制备方法，属于石油开采技术领域。
背景技术
20世纪以来，中国开始了页岩气的勘探与开发，数十年来，已钻几十口页岩气井。但是，页岩气井普遍存在井壁易坍塌的问题，为了防止页岩气水平井的井壁坍塌，一般采用油基钻井液，但是使用油基或合成基钻井液都未很好解决井壁坍塌的问题。
页岩气井井壁坍塌的主要原因是井壁失稳，对于具有强抑制能力的油基钻井液来说，导致页岩井壁失稳的主要原因是由于压差作用使钻井液滤液渗入页岩微裂缝，通过裂缝网络向深部渗入导致井壁失稳；为了解决页岩井壁失稳，必须提高油基钻井液的封堵性，特别是对微裂缝的封堵性。
目前的封堵材料有多种，但是页岩气井的井壁的微裂缝的尺寸一般在纳米以内，因而传统的封堵材料不适用于微裂缝的封堵。
因此，提供一种具有足够刚性、一定弹塑性或膨胀性的纳米级的颗粒对页岩微裂缝进行封堵是本领域亟待解决的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用于油基钻井液的纳米封堵剂，该纳米封堵剂可有效封堵纳米级的微裂缝，解决页岩气井的井壁容易坍塌的问题。
为了达到上述目的，本发明提供了一种用于油基钻井液的纳米封堵剂，按重量份计，该纳米封堵剂包括：苯乙烯10-40份、甲基丙烯酸甲酯20-60份、乳化剂0.3-1.0份、水130-150份、交联剂1.0-2.0份、氧化还原引发剂0.1-0.2份。
本发明提供的用于油基钻井液的纳米封堵剂，优选地，按重量份计，该纳米封堵剂包括：苯乙烯20份、甲基丙烯酸甲酯40份、乳化剂0.6份、水140份、交联剂1.8份、氧化还原引发剂0.12份。
根据本发明的具体实施方案，采用的苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯的有效含量大于99.5％。
本发明提供的用于油基钻井液的纳米封堵剂，优选地，采用的乳化剂包括乳化剂span-80和/或K12(十二烷基硫酸钠)。
本发明提供的用于油基钻井液的纳米封堵剂，优选地，采用的交联剂包括N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、二甲基丙烯酸乙二醇酯、N-羟甲基丙烯酰胺、聚乙二醇或三羟甲基丙烷；更优选地，采用的交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，采用的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺的有效含量大于99.5％，采用的聚乙二醇的分子量为2000。
本发明提供的用于油基钻井液的纳米封堵剂，优选地，采用的氧化还原引发剂包括质量比为1:1的亚硫酸氢钠和过硫酸钾，采用的亚硫酸氢钠和过硫酸钾均为分析纯。
本发明提供的用于油基钻井液的纳米封堵剂为具有刚性及柔性的纳米颗粒，粒径为50nm-300nm，粒径平均值为100nm。
本发明还提供了用于油基钻井液的纳米封堵剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将乳化剂、交联剂和水混合，搅拌均匀，得到混合物；
步骤二：向混合物中加入苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯，在3000r/min-5000r/min的速率下乳化20-30min，得到预乳液；
步骤三：向20wt％-35wt％(优选为20wt％)的预乳液中加入氧化还原引发剂，升温至60-80℃反应20-30min，滴入剩余预乳液，继续在60-80℃下反应2h-5h后，得到所述用于油基钻井液的纳米封堵剂。
本发明制备的用于油基钻井液的纳米封堵剂是一种乳液，不需要经过研磨等预处理，可直接加入油基钻井液中使用，实际应用时，在进入易坍塌泥页岩地层之前50m左右，在钻井液中加入钻井液基浆体积的1％-2％的上述纳米封堵剂。
本发明提供的用于油基钻井液的纳米封堵剂及其制备方法的有益效果是：
本发明提供的用于油基钻井液的纳米封堵剂的制备方法，是在一定条件下由氧化还原引发剂引发苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯及功能性交联单体进行聚合反应，合成具有一定刚性、韧性的可变形的粒径为纳米级的颗粒的乳液，该制备方法的操作工艺简单；
本发明提供的用于油基钻井液的纳米封堵剂可以有效的封堵纳米级的微裂缝，在油基钻井液中加入本发明提供的纳米封堵剂可以有效地降低钻井液的API滤失量、高温高压滤失量和岩心封堵率，以期望对页岩气微裂缝进行封堵，从而有效解决页岩气水平井井壁坍塌问题；
使用本发明提供的用于油基钻井液的纳米封堵剂的制备方法可直接制得纳米级的封堵剂颗粒的乳液，不需要经过研磨即可使用；
本发明提供的用于油基钻井液的纳米封堵剂的制作成本低廉且应用范围广。
附图说明
图1为空白油基钻井液驱替作业的压力曲线。
图2为含有钻井液基浆体积的1％的实施例4的纳米封堵剂的油基钻井液驱替作业的压力曲线。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种用于油基钻井液的纳米封堵剂，该纳米封堵剂包括：苯乙烯40g、甲基丙烯酸甲酯20g、乳化剂十二烷基硫酸钠0.6g、去离子水140g、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺1.8g、亚硫酸氢钠0.069g和过硫酸钾0.06g。
上述用于油基钻井液的纳米封堵剂的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤一：将乳化剂、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺和去离子水混合，搅拌均匀，得到混合物；
步骤二：向混合物中加入苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯，在搅拌速率为3000r/min下乳化20-30min，得到预乳液；
步骤三：向含有20wt％预乳液的反应釜中加入亚硫酸氢钠和过硫酸钾，升温至60℃反应20-30min，滴入剩余预乳液，在60℃下反应3h后，得到平均粒径为100nm的用于油基钻井液的纳米封堵剂。
本实施例制备的用于油基钻井液的纳米封堵剂不需要特殊处理，可直接加入油基钻井液中使用。
实施例2
本实施例提供了一种用于油基钻井液的纳米封堵剂，该纳米封堵剂包括：苯乙烯30g、甲基丙烯酸甲酯30g、十二烷基硫酸钠0.6g、去离子水140g、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺1.8g、亚硫酸氢钠0.069g和过硫酸钾0.06g。
上述用于油基钻井液的纳米封堵剂的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤一：同实施例1；
步骤二：概同于实施例1，区别在于搅拌速率为4000r/min；
步骤三：概同于实施例1，区别在于滴入剩余预乳液后，在70℃下反应4h，得到平均粒径为80nm的用于油基钻井液的纳米封堵剂。
实施例3
本实施例提供了一种用于油基钻井液的纳米封堵剂，该纳米封堵剂包括：苯乙烯20g、甲基丙烯酸甲酯40g、十二烷基硫酸钠0.6g、去离子水140g、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺1.8g、亚硫酸氢钠0.069g和过硫酸钾0.06g。
上述用于油基钻井液的纳米封堵剂的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤一：同实施例1；
步骤二：概同于实施例1，区别在于搅拌速率为5000r/min；
步骤三：概同于实施例1，区别在于滴入剩余预乳液后，在80℃下反应5h，得到平均粒径为60nm的用于油基钻井液的纳米封堵剂。
实施例4
本实施例提供了一种用于油基钻井液的纳米封堵剂，该纳米封堵剂包括：苯乙烯40g、甲基丙烯酸甲酯20g、十二烷基硫酸钠1.0g、去离子水140g、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺2.0g、亚硫酸氢钠0.069g和过硫酸钾0.06g。
上述用于油基钻井液的纳米封堵剂的制备方法同实施例1，得到平均粒径为50nm的用于油基钻井液的纳米封堵剂。
实施例5
本实施例提供了一种用于油基钻井液的纳米封堵剂，该纳米封堵剂包括：苯乙烯30g、甲基丙烯酸甲酯30g、十二烷基硫酸钠1.0g、去离子水140g、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺2.0g、亚硫酸氢钠0.069g和过硫酸钾0.06g。
上述用于油基钻井液的纳米封堵剂的制备方法同实施例2，得到平均粒径为50nm的用于油基钻井液的纳米封堵剂。
实施例6
本实施例提供了一种用于油基钻井液的纳米封堵剂，该纳米封堵剂包括：苯乙烯20g、甲基丙烯酸甲酯40g、十二烷基硫酸钠1.0g、去离子水140g、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺2.0g、亚硫酸氢钠0.069g和过硫酸钾0.06g。
上述用于油基钻井液的纳米封堵剂的制备方法同实施例2，得到平均粒径为50nm的用于油基钻井液的纳米封堵剂。
实施例7
本实施例将实施例1-实施例6提供的用于油基钻井液的纳米封堵剂用于油基钻井液中，并进行性能测试。
1、测试对象
空白样：以5#白油加有机膨润土为基浆的钻井液，其中，有机膨润土的质量分数为2％；
对照样：在作为空白样的钻井液中添加油基钻井液封堵剂JYW-1，其中，油基钻井液封堵剂JYW-1的有效含量为空白样的钻井液质量的2％；
测试样1-6：分别为在作为空白样的钻井液中分别添加本发明实施例1-实施例6提供的纳米封堵剂，所述纳米封堵剂的质量为空白样的钻井液质量的2％，分别制得样品1、样品2、样品3、样品4、样品5和样品6。
2、测试方法：
(1)：流变性能和滤失量的测定：
将测试对象高速搅拌20分钟后，65℃下测其流变性能(表观粘度、塑性粘度及动切力)、API滤失量及破乳电压(ES)。
然后将测试对象装入老化罐中在150℃下热滚16小时，冷却至室温，移入搅拌罐中高速搅拌5分钟，65℃下测其流变性能、API滤失量、高温高压滤失量(HTHP·FL)及破乳电压(ES)，其中高温高压滤失量的测量温度为150℃、压差为3.5MPa。
流变性能、API滤失量及高温高压滤失量均根据国标GB/T16783.1-2006中规定的方法测定，测试结果参见表1。
表1各测试对象的流变性等参数的测试结果
通过表1可知，添加了实施例1-实施例6提供的纳米封堵剂的钻井液(样品1、样品2、样品3、样品4、样品5和样品6)的API滤失量、高温高压滤失量及封堵性能明显优于不使用纳米封堵剂的样品(对比样)，尤其是使用样品3和样品4的API滤失量、高温高压滤失量及封堵性能最优。
(2)：封堵性能评价：
选择渗透率为15mD的砂岩岩心，将岩心抽真空并用标准盐水饱和24h，在压差3.5MPa、围压5MPa的条件下，用煤油正向驱替，显示驱替压力为P0，岩心渗透率为K0；分别用空白油基钻井液和含有钻井液基浆体积的1％的实施例4的纳米封堵剂的油基钻井液污染岩心120min，用煤油正向驱替，显示驱替压力为P1，此时岩心渗透率为K1；用煤油反向驱替岩心，显示驱替压力为P2，岩心渗透率为K2压差、渗透率及流量的换算依据达西公式，其中，空白油基钻井液的驱替作业的压力曲线如图1所示，含有钻井液基浆体积的1％的实施例4的纳米封堵剂的油基钻井液的驱替作业的压力曲线如图2所示。
综上所述，本发明提供的纳米封堵剂可以有效地降低油基钻井液的API滤失量、高温高压滤失量，提高封堵性能，可以有效封堵纳米级的微裂缝，更好地实现对泥页岩的封堵，减少井下复杂情况的发生。

Claims (8)

1.一种用于油基钻井液的纳米封堵剂，按重量份计，该纳米封堵剂包括：苯乙烯10-40份、甲基丙烯酸甲酯20-60份、乳化剂0.3-1.0份、水130-150份、交联剂1.0-2.0份、氧化还原引发剂0.1-0.2份。
2.根据权利要求1所述的纳米封堵剂，其特征在于，按重量份计，该纳米封堵剂包括：苯乙烯20份、甲基丙烯酸甲酯40份、乳化剂0.6份、水140份、交联剂1.8份、氧化还原引发剂0.12份。
3.根据权利要求1或2所述的纳米封堵剂，其特征在于，所述乳化剂包括span-80和/或十二烷基硫酸钠。
4.根据权利要求1或2所述的纳米封堵剂，其特征在于，所述交联剂包括N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、二甲基丙烯酸乙二醇酯、N-羟甲基丙烯酰胺、聚乙二醇或三羟甲基丙烷。
5.根据权利要求1或2所述的纳米封堵剂，其特征在于，所述氧化还原引发剂包括质量比为1:1的亚硫酸氢钠和过硫酸钾。
6.根据权利要求1-5任一项所述的纳米封堵剂，其特征在于，该纳米封堵剂的粒径为50nm-300nm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的纳米封堵剂，其特征在于，该纳米封堵剂为乳液。
8.权利要求1-7任一项所述的用于油基钻井液的纳米封堵剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将乳化剂、交联剂和水混合，搅拌均匀，得到混合物；
步骤二：向混合物中加入苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯，在3000r/min-5000r/min的速率下乳化20-30min，得到预乳液；
步骤三：向20wt％-35wt％的预乳液中加入氧化还原引发剂，升温至60-80℃反应20-30min，滴入剩余预乳液，继续在60-80℃下反应2h-5h后，得到所述用于油基钻井液的纳米封堵剂。
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