CN104927051A - 一种水基钻井液用纳米聚合物封堵剂及其制备方法 - Google Patents

一种水基钻井液用纳米聚合物封堵剂及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104927051A
CN104927051A CN201510337103.1A CN201510337103A CN104927051A CN 104927051 A CN104927051 A CN 104927051A CN 201510337103 A CN201510337103 A CN 201510337103A CN 104927051 A CN104927051 A CN 104927051A
Authority
CN
China
Prior art keywords
water
drilling fluid
nanometer polymer
blocking agent
preparation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201510337103.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104927051B (zh
Inventor
谢刚
罗平亚
邓明毅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southwest Petroleum University
Original Assignee
Southwest Petroleum University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southwest Petroleum University filed Critical Southwest Petroleum University
Priority to CN201510337103.1A priority Critical patent/CN104927051B/zh
Publication of CN104927051A publication Critical patent/CN104927051A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104927051B publication Critical patent/CN104927051B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Sealing Material Composition (AREA)
  • Macromolecular Compounds Obtained By Forming Nitrogen-Containing Linkages In General (AREA)
  • Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)

Abstract

本发明公开了一种水基钻井液用纳米聚合物封堵剂及其制备方法，该封堵剂含有大量的纳米粒子，制备如下：（1）将哌嗪、二乙烯三胺溶解在水或有机溶剂中，加入二乙烯基砜，二乙烯基砜、哌嗪、二乙烯三胺的摩尔比为2:1:1~3:1:1，持续通入N2，在40~60℃反应12~24小时；（2）将产物用甲醇沉淀，洗涤，真空干燥12~24小时，即得纳米聚合物封堵剂。该封堵剂可以有效阻止钻井液滤液侵入地层，防止井壁坍塌等事故的发生，且能抗温250℃，特别适用于超深井超高温的页岩地层的纳米封堵，其制备方法原理可靠，操作简便，原料来源丰富，成本较低，容易实现工业化生产，具有广阔的市场前景。

Description

一种水基钻井液用纳米聚合物封堵剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于油气田钻井作业中，钻遇微裂缝发育的页岩地层时，封堵纳米孔缝的纳米聚合物封堵材料。
背景技术
目前在国内和国外钻井中，经常存在井壁不稳定问题，国内外数百口井的统计说明，所钻泥页岩地层占所钻总地层的70％，而90％以上的井塌发生在泥页岩地层。页岩具有特殊的裂缝－孔隙结构，属超低孔、低渗类型，多为纳米级孔喉。针对页岩气的成藏特征，水平井钻井已成为页岩气开发的主要钻井方式。不管使用水基钻井液体系或者油基钻井液体系钻页岩地层都会出现井壁垮塌的现象，其根本原因是“水力劈裂作用”，钻井液或滤液进入裂缝，使裂缝张开，同时大大降低缝面间摩擦力，使坍塌压力大幅度上升。若不能有效封堵住裂缝阻断泥浆液相进入裂缝，则不能防塌。
不管是水基钻井液还是油基钻井液，必须加强封堵，阻止滤液进入地层的微裂缝，降低地层坍塌压力，提高井壁的承压能力，扩大钻井液安全密度窗口。对于微米级别以上的微裂缝封堵已经有了相对成熟的技术。但是对于1～100nm的微裂缝封堵，现阶段还没有进行深入的研究。
钻井液中常用的磺化沥青或乳化沥青的粒径大多在微米级别，能对微米级别的微裂缝进行有效封堵，但对于尺寸一般在纳米～微米之间的微裂缝，其粒子只能在裂缝表面沉积，极易被钻井液冲刷，钻具的碰撞等作用破坏，起不到良好的封堵效果。因此对易造成井壁失稳的纳米孔缝进行有效的封堵是保持井壁稳定的重点，也是钻井工程中急需解决的难点。因此研究纳米封堵材料有望解决水基钻井液钻页岩气水平井时的井壁失稳问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水基钻井液用纳米聚合物封堵剂，该封堵剂含有大量的纳米粒子，可以实现对纳米孔缝页岩地层的有效致密封堵，阻止钻井液滤液侵入地层，防止井壁坍塌等事故的发生，且能抗温250℃，特别适用于超深井超高温的页岩地层的纳米封堵。
本发明的另一目的还在于提供上述水基钻井液用纳米聚合物封堵剂的制备方法，该方法原理可靠，操作简便，原料来源丰富，成本较低，容易实现工业化生产，具有广阔的市场前景。
为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。
一种水基钻井液用纳米聚合物封堵剂，其结构如下：
其重均分子量为1500左右，R的结构如下：
所述水基钻井液用纳米聚合物封堵剂的制备方法，依次包括以下步骤：
(1)将10～20份哌嗪、10～20份二乙烯三胺溶解在20ml水或有机溶剂中，在充入N2的条件下加入20～60份二乙烯基砜，二乙烯基砜、哌嗪、二乙烯三胺的摩尔比为2:1:1～3:1:1，滴加完毕后，继续通入N210～20min，在40～60℃反应12～24小时；
(2)将产物用甲醇沉淀，洗涤，然后在50～70℃条件下真空干燥12～24小时，即制得水基钻井液用纳米聚合物封堵剂。
所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、氯仿或N,N-二甲基乙酰胺。
合成该纳米聚合物封堵剂的反应历程如下：
在聚合反应中，二乙烯基砜的一个双键官能团与哌嗪和二乙烯三胺中的仲胺基官能团快速反应，生成一种带一个双键和四个伯胺基官能团的中间体，该中间体进一步聚合得到支化聚合物，该聚合物呈三维椭球状。反应时，哌嗪和二乙烯三胺中的仲胺基和二乙烯基砜中的乙烯基快速反应，生成4,5,6和7。中间体7可看作一种新的AB’4型单体，进一步反应产生更高级的低聚体，最终得到支化聚合物。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)该封堵剂含有大量的纳米粒子，可以实现对纳米孔缝页岩地层的有效致密封堵，有效阻止钻井液滤液侵入地层，防止井壁坍塌等事故的发生；
(2)该封堵剂含有大量不同尺寸的纳米粒子，能有效封堵不同尺寸的纳米孔缝，快速实现多级封堵；
(3)该纳米聚合物封堵剂的末端官能团是伯胺基，极易在水中溶解，且能抗温250℃，特别适用于超深井超高温的页岩地层的纳米封堵；
(4)该纳米聚合物封堵剂的制备方法简单易行，容易实现工业化生产，且原料来源丰富，成本较低，利于推广应用。
附图说明
图1是所述纳米聚合物封堵剂的红外光谱图。
图2是所述纳米聚合物封堵剂的粒度分布图。
图3是所述纳米聚合物封堵剂的热重分析图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图进一步说明本发明，但本发明并不局限于以下实施例。
一、一种水基钻井液用纳米聚合物封堵剂的制备
实施例1：
①在100ml三颈烧瓶中，将0.8164g(10mmol)哌嗪溶于20ml水中，在搅拌下加入1.0317g(10mmol)二乙烯三胺，在充入N2的条件下缓慢滴加2.363g(20mmol)二乙烯基砜，滴加完毕后，继续通入N215min，用翻口橡皮塞密封。在45℃条件下反应12小时。
②反应结束后，用500ml甲醇沉淀4～6小时，抽滤，再用甲醇洗涤一次，然后在65℃条件下真空干燥12～24小时，得白色粉末状固体。
实施例2：
①在100ml三颈烧瓶中，将0.8164g(10mmol)哌嗪溶于20ml N,N-二甲基甲酰胺中，在搅拌下加入1.0317g(10mmol)二乙烯三胺，在充入N2的条件下缓慢滴加2.363g(20mmol)二乙烯基砜，滴加完毕后，继续通入N215min，用翻口橡皮塞密封。在45℃条件下反应12小时。
②反应结束后，用500ml甲醇沉淀4～6小时，抽滤，再用甲醇洗涤一次，然后在65℃条件下真空干燥12～24小时，得白色粉末状固体。
二、一种水基钻井液用纳米聚合物封堵剂的结构表征和性能测试
(以实施例1制备的纳米聚合物封堵剂为例)
1、纳米聚合物封堵剂的结构表征
用红外光谱仪表征该纳米聚合物封堵剂的结构，其红外光谱图见图1。从图1可以看出，3408cm-1和3308cm-1是伯胺的特征吸收双峰，1595cm-1是伯胺的变形振动峰，这证明了伯胺的存在，即二乙烯三胺参与了共聚物的反应。970～1025cm-1是季氮原子的环振动吸收峰区间，870～920cm-1是季氮原子与相邻碳之间的伸缩振动吸收峰区间，图1中1009cm-1是季氮原子的环振动吸收峰，893cm-1是季氮原子与相邻碳之间的伸缩振动吸收峰，由此证明了哌嗪参与了共聚物的反应。1348cm-1和1120cm-1是O＝S＝O的两个不对称和对称伸缩振动峰，由此证明了二乙烯基砜参与了共聚物的反应。从红外光谱图中，可以说明二乙烯基砜，哌嗪和二乙烯三胺三种原料合成了小分子聚合物。
2、纳米聚合物封堵剂的粒度分布
用激光粒度分析仪测量聚合物封堵剂的粒径，结果见图2。从图2可以看出，该纳米聚合物封堵剂的粒度小于100nm以下的占了80％，中值粒径是27.6nm，说明合成出来的聚合物封堵剂是纳米尺寸的，且该封堵剂从1.6～99nm之间具有多个不同纳米尺寸，粒度分布较宽，能使用于不同纳米孔缝的封堵。
3、纳米聚合物封堵剂的热重分析
用热重分析测量纳米聚合物封堵剂的热稳定性，结果见图3。从图3可以看出，该纳米聚合物封堵剂的初始分解温度为273.17℃，热稳定性较好，说明该纳米聚合物封堵剂可很好地用于超深井超高温的纳米封堵。

Claims (3)

1.一种水基钻井液用纳米聚合物封堵剂，其结构如下：
其重均分子量为1500左右，R的结构如下：
2.如权利要求1所述的水基钻井液用纳米聚合物封堵剂的制备方法，依次包括以下步骤：
(1)将10～20份哌嗪、10～20份二乙烯三胺溶解在20ml水或有机溶剂中，在充入N2的条件下加入20～60份二乙烯基砜，二乙烯基砜、哌嗪、二乙烯三胺的摩尔比为2:1:1～3:1:1，滴加完毕后，继续通入N210～20min，在40～60℃反应12～24小时；
(2)将产物用甲醇沉淀，洗涤，然后在50～70℃条件下真空干燥12～24小时，即制得水基钻井液用纳米聚合物封堵剂。
3.如权利要求2所述的水基钻井液用纳米聚合物封堵剂的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、氯仿或N,N-二甲基乙酰胺。
CN201510337103.1A 2015-06-17 2015-06-17 一种水基钻井液用纳米聚合物封堵剂及其制备方法 Active CN104927051B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510337103.1A CN104927051B (zh) 2015-06-17 2015-06-17 一种水基钻井液用纳米聚合物封堵剂及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510337103.1A CN104927051B (zh) 2015-06-17 2015-06-17 一种水基钻井液用纳米聚合物封堵剂及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104927051A true CN104927051A (zh) 2015-09-23
CN104927051B CN104927051B (zh) 2017-02-22

Family

ID=54114490

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510337103.1A Active CN104927051B (zh) 2015-06-17 2015-06-17 一种水基钻井液用纳米聚合物封堵剂及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104927051B (zh)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107686721A (zh) * 2016-08-03 2018-02-13 中国石油化工股份有限公司 一种超支化纳微米封堵材料及制备方法
CN108440958A (zh) * 2018-03-12 2018-08-24 长安大学 一种增强增韧耐高温路用材料及制备方法
CN108504339A (zh) * 2018-03-26 2018-09-07 中国石油天然气集团有限公司 一种适用于致密油藏的水基钻井液及其制备方法和应用
CN109477021A (zh) * 2016-05-24 2019-03-15 路博润公司 用于润滑组合物的密封溶胀剂
CN109762535A (zh) * 2019-02-12 2019-05-17 西南石油大学 一种超支化聚胺制成的页岩插层抑制剂
CN110387016A (zh) * 2019-07-10 2019-10-29 黑龙江益瑞化工有限公司 一种钻井液用纳米聚合物封堵剂及其制备方法
CN111334265A (zh) * 2020-04-13 2020-06-26 西南石油大学 一种粘土矿物纳米水凝胶封堵剂及水基钻井液
CN111333857A (zh) * 2020-04-13 2020-06-26 西南石油大学 一种页岩抑制剂及水基钻井液
CN111333856A (zh) * 2020-04-13 2020-06-26 西南石油大学 一种支化氨基磺酸纳米封堵剂及其水基钻井液
CN111349248A (zh) * 2020-04-13 2020-06-30 西南石油大学 一种支化氨基磺酸纳米封堵剂及水基钻井液
CN114524944A (zh) * 2022-01-24 2022-05-24 成都昂赛福科技有限公司 一种叔胺封端的环保型超支化聚胺插层抑制剂的合成及水基钻井液
CN116640320A (zh) * 2023-05-30 2023-08-25 智慧油服科技(成都)有限公司 防塌封堵剂及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103382386A (zh) * 2013-07-31 2013-11-06 中国石油集团西部钻探工程有限公司 入井流体和堵漏冻胶及其制备方法
WO2015031270A1 (en) * 2013-08-29 2015-03-05 Meadwestvaco Corporation Amine-based shale inhibitor and methods for drilling, fracturing, and well treatment
CN104592956A (zh) * 2013-11-01 2015-05-06 中国石油化工股份有限公司 一种高效聚胺页岩抑制剂的制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103382386A (zh) * 2013-07-31 2013-11-06 中国石油集团西部钻探工程有限公司 入井流体和堵漏冻胶及其制备方法
WO2015031270A1 (en) * 2013-08-29 2015-03-05 Meadwestvaco Corporation Amine-based shale inhibitor and methods for drilling, fracturing, and well treatment
CN104592956A (zh) * 2013-11-01 2015-05-06 中国石油化工股份有限公司 一种高效聚胺页岩抑制剂的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHAO GAO等: "Hyperbranched polymers made from A2, B2 and BB2 type monomers,2. Preparation of hyperbranched copoly(sulfone-amine)s by polyaddition of N-ethylethylenediamine and piperazine to divinylsulfone", 《POLYMER》 *

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109477021A (zh) * 2016-05-24 2019-03-15 路博润公司 用于润滑组合物的密封溶胀剂
CN109477021B (zh) * 2016-05-24 2021-10-26 路博润公司 用于润滑组合物的密封溶胀剂
CN107686721A (zh) * 2016-08-03 2018-02-13 中国石油化工股份有限公司 一种超支化纳微米封堵材料及制备方法
CN108440958B (zh) * 2018-03-12 2020-05-19 长安大学 一种增强增韧耐高温路用材料及制备方法
CN108440958A (zh) * 2018-03-12 2018-08-24 长安大学 一种增强增韧耐高温路用材料及制备方法
CN108504339A (zh) * 2018-03-26 2018-09-07 中国石油天然气集团有限公司 一种适用于致密油藏的水基钻井液及其制备方法和应用
CN109762535B (zh) * 2019-02-12 2021-01-29 西南石油大学 一种超支化聚胺制成的页岩插层抑制剂
CN109762535A (zh) * 2019-02-12 2019-05-17 西南石油大学 一种超支化聚胺制成的页岩插层抑制剂
CN110387016B (zh) * 2019-07-10 2020-07-28 黑龙江益瑞化工有限公司 一种钻井液用纳米聚合物封堵剂及其制备方法
CN110387016A (zh) * 2019-07-10 2019-10-29 黑龙江益瑞化工有限公司 一种钻井液用纳米聚合物封堵剂及其制备方法
CN111334265A (zh) * 2020-04-13 2020-06-26 西南石油大学 一种粘土矿物纳米水凝胶封堵剂及水基钻井液
CN111333857A (zh) * 2020-04-13 2020-06-26 西南石油大学 一种页岩抑制剂及水基钻井液
CN111333856A (zh) * 2020-04-13 2020-06-26 西南石油大学 一种支化氨基磺酸纳米封堵剂及其水基钻井液
CN111349248A (zh) * 2020-04-13 2020-06-30 西南石油大学 一种支化氨基磺酸纳米封堵剂及水基钻井液
CN114524944A (zh) * 2022-01-24 2022-05-24 成都昂赛福科技有限公司 一种叔胺封端的环保型超支化聚胺插层抑制剂的合成及水基钻井液
CN116640320A (zh) * 2023-05-30 2023-08-25 智慧油服科技(成都)有限公司 防塌封堵剂及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN104927051B (zh) 2017-02-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104927051A (zh) 一种水基钻井液用纳米聚合物封堵剂及其制备方法
CN101835872B (zh) 处理含烃地层的方法
US7855169B2 (en) Use of fluorocarbon surfactants to improve the productivity of gas and gas condensate wells
Zhong et al. Improving the shale stability with nano-silica grafted with hyperbranched polyethyleneimine in water-based drilling fluid
CN103937478A (zh) 一种用于提高原油采收率的纳米流体的制备方法
EP1999339A1 (en) Use of fluorocarobon surfactants to improve productivity of gas and gas condensate wells
CN107686721A (zh) 一种超支化纳微米封堵材料及制备方法
Zhang et al. An amphoteric polymer as a shale borehole stabilizer in water-based drilling fluids
CN106336467B (zh) 改性壳聚糖及其制备方法和作为页岩抑制剂的应用和钻井液及其应用
CN111718698B (zh) 一种超支化聚醚胺环保页岩抑制剂及其制备方法和水基钻井液
CN110746943A (zh) 一种非氟硅超临界二氧化碳流体增黏剂、制备方法及应用
Xie et al. Nanoplugging performance of hyperbranched polyamine as nanoplugging agent in oil-based drilling fluid
Chu et al. Synthesis and properties of an improved agent with restricted viscosity and shearing strength in water-based drilling fluid
Zhong et al. Formulation and evaluation of β-cyclodextrin polymer microspheres for improved HTHP filtration control in water-based drilling fluids
US20200332176A1 (en) Methods and compositions for diversion during enhanced oil recovery
Li et al. Experimental study on a new plugging agent during CO2 flooding for heterogeneous oil reservoirs: A case study of Block G89-1 of Shengli oilfield
Yang et al. Performance evaluation of polymer nanolatex particles as fluid loss control additive in water-based drilling fluids
CN101735777A (zh) 一种成膜性两亲聚合物油层保护剂及制备方法
US10829684B2 (en) Nanoparticulate containing proppant suspension composition with breaker and aggregator
Yi et al. Poly (acrylamide-co-acrylic acid) grafted graphene oxide for improving the filtration performance of drilling fluids
CN113121760A (zh) 一种聚合物纳米粒子及其制备方法
Lv et al. A Novel Profile Control Agent in High-Temperature and High-Salinity Reservoirs: Dispersed Particle Gel Prepared from Modified Nanographite-Strengthened Bulk Gel
Macuda et al. The impact of modern drilling fluids on improving the hydraulic efficiency of water wells
CN112111034B (zh) 一种二氧化碳提粘共聚物及其制备方法和应用
Zhao et al. Micro-nano polymer microspheres as a plugging agent in oil-based drilling fluid

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant