CN106634890A - 一种氮化硼纳米片改性的水基钻井液 - Google Patents

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王平全
白杨
薛诗山
王志豪
郭美玲
张海燕
刘兰芳
邓嘉丁
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Abstract

本发明公开一种氮化硼纳米片改性的水基钻井液及其制备方法。水基钻井液以重量计包括以下组份：氮化硼纳米片0.05‑1.2 wt%，亲水性聚合物1.5‑16 wt%，膨润土1‑5 wt%，重晶石 0‑25 wt%，其余组份为水。其制备过是，将亲水性聚合物溶于水中，升温到40‑60℃，搅拌30分钟，加入氮化硼纳米片，升温到50‑70℃，超声处理2‑4小时，加入膨润土，机械搅拌4‑8小时，再加入重晶石，机械搅拌7‑10小时，即制得氮化硼纳米片改性的水基钻井液。本发明的优点是，通过氮化硼纳米片的耐高温性能、润滑性能、导热性能，提高水基钻井液的耐高温性能、润滑性能，通过将井底热量快速导入地面，降低井底温度，降低钻头的高温损害风险，延长钻头使用寿命，因此本发明提供的水基钻井液适用于深井、超深井的长水平段钻井。

Description

一种氮化硼纳米片改性的水基钻井液
技术领域
本发明涉及一种氮化硼纳米片改性的水基钻井液，属于油气田功能材料领域。
背景技术
随着能源需求的不断增长，非常规能源的勘探、开发收到越来越重视。页岩气是一种非常重要的非常规能源，具有储量巨大、开采周期长、环保清洁等特点。页岩气主要储藏于泥页岩地层，而泥页岩地层具有亲水性，极易吸水膨胀造成垮塌事故。目前在页岩气水平井钻井过程中，为防止泥页岩吸水膨胀造成井壁失稳、井眼垮塌，需要采用油基钻井液进行钻井。油基钻井液采用柴油、白油等作为主要组份，具有使用成本高、环境污染严重、后处理过程困难等特点，所以用高性能的水基钻井液，代替油基钻井液对页岩气藏进行钻井，受到全球范围的广泛关注。
将纳米材料引入水基钻井液中，制备具有高效封堵性能和优异流变性能的水基钻井液，被认为是解决水基钻井液钻页岩气水平井的最有效方法之一。研究者和钻井工程师用纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米三氧化二铁等纳米粒子改性水基钻井液，并取得较好的效果。但是随着页岩气储藏的钻探地层越来越深，地层温度越来越高，这些常规纳米材料改性水基钻井液体系的耐高温性能，逐渐不能满足要求。因此，需要研发具有耐高温性能的纳米材料改性的水基钻井液体系。本发明利用耐高温性能优异的氮化硼纳米片性水基钻井液，通过氮化硼纳米的耐高温性能和高温化学稳定性，提高水基钻井液体系的耐高温性能，并通过氮化硼纳米片的自润滑性能，提高水基钻井液的润滑性能，降低摩阻。
发明内容
针对常规纳米材料改性的水基钻井液体系，耐温度性能有限的缺点，本发明的目的是提供一种氮化硼纳米片改性的水基钻井液，同时本发明还提供这种氮化硼纳米片改性的水基钻井液的制备方法。
为了达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：
本发明所述的一种氮化硼纳米片改性的水基钻井液，以重量百分数计包含以下原料组份：氮化硼纳米片0.05-1.2 wt%，亲水性聚合物1.5-16 wt%，膨润土1-5 wt%，重晶石 0-25wt%，其余组份为水。
本发明所述的一种氮化硼纳米片改性的水基钻井液，其制备过程是，将亲水性聚合物溶于水中，升温到40-60℃，搅拌30分钟，加入氮化硼纳米片，升温到50-70℃，超声处理2-4小时，加入膨润土，机械搅拌4-8小时，再加入重晶石，机械搅拌7-10小时，即制得氮化硼纳米片改性的水基钻井液。
本发明所述的氮化硼纳米片选用氨基修饰的氮化硼纳米片或羟基的氮化硼纳米片。
本发明所述的亲水性聚合物选用聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚丙二醇、聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、聚乙烯基吡咯烷酮中的一种或两种。
本发明所述的膨润土选用钠膨润土。
本发明所述的重晶石选用粒径在100-400 μm之间的重晶石粉。
本发明的优点是：
（1）提高水基钻井液的耐高温性能，氮化硼纳米片具有优异的高温稳定性和化学惰性，提高水基钻井液的耐高温性能，适合于深井、超深井的钻井；
（2）提高水基钻井液的润滑性能，氮化硼纳米片的超薄片层结构使得其具有优异的自润滑性能，在钻井液降低钻井液各个组份之间、钻井液与钻具之间、钻井液与井壁之间的摩擦阻力，提高水基钻井液的润滑性能，提高钻速；
（3）提高水基钻井液的导热性能，氮化硼纳米片导热性能良好，有利于将井底的热量快速导向地面，降低井底温度，防止钻头在高温条件下被破坏、损害，延长钻头使用寿命，降低钻井成本。
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
将聚丙烯酸2.8 kg溶于150 L水中，加热到55℃，机械搅拌30分钟，加入氨基修饰的氮化硼纳米片80 g，升温到60℃，超声2.5小时，加入钠基膨润土6 kg，机械搅拌5小时，再加入100 μm重晶石16 kg，机械搅拌8小时，即制得氮化硼纳米片改性的水基钻井液。
实施例2
将聚丙烯酰胺8.5 kg溶于170 L水中，升温到40℃，机械搅拌30分钟，加入羟基修饰的氮化硼纳米片98 g，升温到50℃，超声4小时，加入钠基膨润土6.3 kg，机械搅拌7小时，即制得氮化硼纳米片改性的水基钻井液。
实施例3
将聚乙二醇31.8 kg溶于230 L水中，加热到60℃，机械搅拌30分钟，加入羟基修饰的氮化硼纳米片175 g，升温到45℃，超声3小时，加入钠基膨润土7.1 kg，机械搅拌7小时，再加入400 μm重晶石21.5 kg，机械搅拌9小时，即制得氮化硼纳米片改性的水基钻井液。
实施例4
将聚丙二醇45.6 kg溶于450 L水中，升温到50℃，机械搅拌30分钟，加入氨基修饰的氮化硼纳米片82 g，升温到45℃，超声4小时，加入钠基膨润土8.2 kg，机械搅拌5小时，再加入100 μm重晶石18.5 kg，机械搅拌8小时，即制得氮化硼纳米片改性的水基钻井液。
实施例5
将聚丙烯酰胺55.4 kg溶于310 L水中，升温到60℃，机械搅拌30分钟，加入羟基修饰的氮化硼纳米片12.8 g，升温到50℃，超声3.5小时，加入钠基膨润土9.5 kg，机械搅拌8小时，再加入400 μm重晶石45.8 kg，机械搅拌10小时，即制得氮化硼纳米片改性的水基钻井液。

Claims (2)

1.一种氮化硼纳米片改性的水基钻井液，其特征在于以重量百分数计包含以下原料组份：氮化硼纳米片0.05-1.2 wt%，亲水性聚合物1.5-16 wt%，膨润土1-5 wt%，重晶石 0-25wt%，其余组份为水；
其中，氮化硼纳米片选用氨基或羟基修饰的氮化硼纳米片，亲水性聚合物选用聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚丙二醇、聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、聚乙烯基吡咯烷酮中的一种或两种，膨润土选用钠膨润土，重晶石选用粒径在100-400 μm之间的重晶石粉。
2.根据权利要求1所述的一种氮化硼纳米片改性的水基钻井液，其特征在于其制备过程是，将亲水性聚合物溶于水中，升温到40-60℃，搅拌30分钟，加入氮化硼纳米片，升温到50-70℃，超声处理2-4小时，加入膨润土，机械搅拌4-8小时，再加入重晶石，机械搅拌7-10小时，即制得氮化硼纳米片改性的水基钻井液。
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