CN108239526A - 一种纳米粒子复合乳液及制备方法 - Google Patents

一种纳米粒子复合乳液及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种钻井液用纳米粒子复合乳液及制备方法。包括以下组分：高分子乳液、改性纳米颗粒、促溶剂、乳化剂 和分散剂。制备方法包括：在常温下，将改性纳米颗粒和促溶剂先后加入高分子乳液中，利用磁力搅拌器低速搅拌，至纳米颗粒、促溶剂及高分子乳液混合均匀，之后加入分散剂，利用磁力搅拌器高速搅拌至混合均匀，然后加热混合物，升温至90~95℃，在高速搅拌下逐渐加入乳化剂，加完后再低速搅拌20 min~30min，即得到所述纳米粒子复合乳液。本发明制备的纳米粒子复合乳液，纳米粒子复合乳液稳定性好，具有较好的防止纳米粒子团聚的作用，可最大限度的发挥纳米粒子的微观效应。

Description

一种纳米粒子复合乳液及制备方法
技术领域
本发明涉及石油钻井用化工材料技术领域，特别涉及一种钻井液用纳米粒子复合乳液及制备方法。
背景技术
据估计，全球每年由于井壁失稳造成的直接经济损失达数亿美元之巨，严重影响了油田开发的经济效益。造成井壁失稳的因素概括起来可分为三大类，包括地质因素、钻井液工艺因素和钻井工艺因素。地质因素是很难改变的，只能尽量准确地预测或确定，为钻井液工艺和钻井工艺提供指导。钻井液本身的液柱压力是钻井过程中稳定井壁的最主要因素，其次是钻井液滤失后围绕井壁形成的泥饼。改变钻井液的特性是目前井壁稳定的主要手段之一。
目前，国内外学者在钻井液封堵剂研究上，已经做了大量的工作。如张凡等在《一种油基膨胀封堵剂的合成及其性能评价》中合成了一种用于油基钻井液的膨胀封堵剂（见《长江大学学报(自然科学版)》，2010，7（3）），基本原料为苯乙烯、吸油性单体、交联剂、引发剂、聚乙烯醇和碳酸钙。胡文军等在《强封堵油基钻井液体系在W11-4D油田的应用》中提出了一种具有强封堵能力的油基钻井液，利用乳化沥青、树脂、超细碳酸钙作用封堵剂（见《钻井液与完井液》，2007，24（3））。中国专利CN102863947A的公开了《一种强抑制强封堵钻井液》，强封堵剂为阳离子改性沥青、磺化沥青、天然沥青粉、阳离子乳化沥青、胶体沥青、胶乳、乳化石蜡中的一种或一种以上组合物。中国专利CN103013469A公开了《一种使用纳米二氧化硅改善不同温度下水基钻井液性能的方法》，该发明提供一种使用纳米二氧化硅改善不同温度下水基钻井液性能的方法，在基浆中加入纳米二氧化硅分散液，使基浆形成更加薄而致密的泥饼，提高降滤失效果。但这些技术的缺点或不足是：形成的滤饼不够致密，对岩石的微孔隙及微裂缝封堵能力不够，导致在较长泥页岩井段钻进时，水对泥页岩仍有一定程度上的侵入，从而增加了泥页岩井壁坍塌的风险。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的问题，提供一种纳米粒子复合乳液及制备方法。该乳液稳定性好，具有较强的封堵能力，对孔隙和微裂缝进行封堵，形成的滤饼相对致密，能够改善滤饼质量，减少钻井液的滤失量，提高井壁的稳定性，同时可以提高钻井液的润滑性能，提高机械钻速。
为了达到本发明的目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明首先提供了一种纳米粒子复合乳液，所述纳米粒子复合乳液以100重量份计，包括以下组分：
高分子乳液 85~95重量份；
改性纳米颗粒 3~5重量份；
促溶剂 1~3重量份
乳化剂 2~4重量份；
分散剂 1~3重量份。
本方案中，所述高分子乳液为聚醋酸乙烯酯纳米乳液、石蜡乳液、聚氨酯乳液、乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA乳液）中的一种或几种的组合物。
本方案中，所述改性纳米颗粒为疏水改性或双亲改性的纳米二氧化硅颗粒、纳米二氧化钛颗粒、纳米碳酸钙、纳米氧化铝、纳米氧化锌中的一种或几种的组合物。
本方案中，所述促溶剂为乙二醇、丙三醇、聚合醇中的一种或几种的组合物。
所述乳化剂为Span20、Span80、Tween20、Tween80、聚丙烯酸钠、聚乙二醇中的一种或几种。
所述分散剂为聚氧乙烯辛基苯酚醚-10（OP-10）、十二烷基苯磺酸钠的一种或几种的组合物。
本发明技术方案中，所述纳米粒子复合乳液的制备方法包括：
在常温下，将改性纳米颗粒和促溶剂先后加入高分子乳液中，利用磁力搅拌器低速搅拌，至纳米颗粒、促溶剂及高分子乳液混合均匀，之后加入分散剂，利用磁力搅拌器高速搅拌至混合均匀，然后加热混合物，升温至90~95℃，在高速搅拌下逐渐加入乳化剂，加完后再低速搅拌20 min~30min，即得到所述纳米粒子复合乳液。
本发明具有如下优点：
本发明制备的纳米粒子复合乳液呈米黄色乳状液，具有较好的降失水、改善泥饼质量、封堵地层孔隙和润滑的作用。纳米粒子复合乳液稳定性好，具有较好的防止纳米粒子团聚的作用，可最大限度的发挥纳米粒子的微观效应。同时，本发明制备的纳米粒子复合乳液可在低温钻井中使用。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行详细说明，但本发明的范围并不限于以下实施例。
实施例1
本实施例中纳米粒子复合乳液以100重量份包括以下组分：
聚氨酯乳液 85 重量份；
疏水改性纳米碳酸钙 5重量份；
丙三醇 3重量份
Tween80 4重量份；
十二烷基苯磺酸钠 3重量份。
在常温下，将疏水改性纳米碳酸钙和丙三醇先后加入聚氨酯乳液中，利用磁力搅拌器低速搅拌，至混合均匀，之后加入十二烷基苯磺酸钠，利用磁力搅拌器高速搅拌至混合均匀，然后加热混合物，升温至90℃，在高速搅拌下逐渐加入Tween80，加完后再低速搅拌30min，即得到所述纳米粒子复合乳液。
实施例2
本实施例中纳米粒子复合乳液以100重量份包括以下组分：
聚醋酸乙烯酯纳米乳液 90 重量份；
双亲改性纳米二氧化钛颗粒 3重量份；
乙二醇 2重量份；
Span80 3重量份；
OP-10（聚氧乙烯辛基苯酚醚-10） 2重量份。
在常温下，将双亲改性纳米二氧化钛颗粒和乙二醇先后加入聚醋酸乙烯酯纳米乳液中，利用磁力搅拌器低速搅拌，至混合均匀，之后加入OP-10，利用磁力搅拌器高速搅拌至混合均匀，然后加热混合物，升温至90℃，在高速搅拌下逐渐加入Span 80，加完后再低速搅拌25min，即得到所述纳米粒子复合乳液。
实施例3
本实施例中纳米粒子复合乳液以100重量份包括以下组分：
石蜡乳液 90 重量份；
双亲改性纳米二氧化硅 3重量份；
乙二醇 2重量份；
Span20 3重量份；
OP-10 2重量份。
在常温下，将双亲改性纳米二氧化硅和乙二醇先后加入石蜡乳液中，利用磁力搅拌器低速搅拌，至混合均匀，之后加入OP-10，利用磁力搅拌器高速搅拌至混合均匀，然后加热混合物，升温至92℃，在高速搅拌下逐渐加入Span 80，加完后再低速搅拌30min，即得到所述纳米粒子复合乳液。
实施例4
本实施例中纳米粒子复合乳液以100重量份包括以下组分：
EVA乳液（乙烯-醋酸乙烯共聚物） 87 重量份；
疏水改性纳米二氧化硅颗粒 5重量份；
丙三醇 2重量份；
Tween20 3重量份；
十二烷基苯磺酸钠 3重量份。
在常温下，将疏水改性纳米二氧化硅和丙三醇先后加入EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物）乳液中，利用磁力搅拌器低速搅拌，至混合均匀，之后加入十二烷基苯磺酸钠，利用磁力搅拌器高速搅拌至混合均匀，然后加热混合物，升温至95℃，在高速搅拌下逐渐加入Tween20，加完后再低速搅拌20min，即得到所述纳米粒子复合乳液。
实施例5
本实施例中纳米粒子复合乳液以100重量份包括以下组分：
聚醋酸乙烯酯纳米乳液 92重量份；
疏水改性纳米二氧化钛 2重量份；
乙二醇 1重量份；
Tween20 2重量份；
十二烷基苯磺酸钠 3重量份。
在常温下，将疏水改性纳米二氧化钛和乙二醇先后加入聚醋酸乙烯酯纳米乳液中，利用磁力搅拌器低速搅拌，至混合均匀，之后加入十二烷基苯磺酸钠，利用磁力搅拌器高速搅拌至混合均匀，然后加热混合物，升温至90℃，在高速搅拌下逐渐加入Tween20，加完后再低速搅拌20min，即得到所述纳米粒子复合乳液。
实施例6
本实施例中纳米粒子复合乳液以100重量份包括以下组分：
聚醋酸乙烯酯纳米乳液 90重量份；
双亲改性纳米二氧化钛颗粒 3重量份；
聚合醇 1重量份；
Span20 3重量份；
OP-10（聚氧乙烯辛基苯酚醚-10） 3重量份。
在常温下，将双亲改性纳米二氧化钛颗粒和聚合醇先后加入聚醋酸乙烯酯纳米乳液中，利用磁力搅拌器低速搅拌，至混合均匀，之后加入OP-10，利用磁力搅拌器高速搅拌至混合均匀，然后加热混合物，升温至95℃，在高速搅拌下逐渐加入Span20，加完后再低速搅拌30min，即得到所述纳米粒子复合乳液。
实施例7
本实施例中纳米粒子复合乳液以100重量份包括以下组分：
EVA乳液 90重量份；
疏水改性纳米氧化铝 2重量份；
乙二醇 2重量份；
Span 80 3重量份；
OP-10（聚氧乙烯辛基苯酚醚-10） 3重量份。
在常温下，将疏水改性纳米氧化铝和乙二醇先后加入EVA乳液中，利用磁力搅拌器低速搅拌，至混合均匀，之后加入OP-10，利用磁力搅拌器高速搅拌至混合均匀，然后加热混合物，升温至95℃，在高速搅拌下逐渐加入Span 80，加完后再低速搅拌30min，即得到所述纳米粒子复合乳液。
上述本发明实施例中制备的纳米粒子复合乳液性能如下：
表1 纳米粒子复合乳液降失水性能
序号 具体配方 HTHPFL/mL
1 5%膨润土浆+0.2%NaOH+0.3%PAM+0.1%LC-CMC+0.5%铵盐+1.5%SMP+1.5%KFT 30
2 1#+3%纳米粒子复合乳液（120℃，16h滚动老化） 15.2
从上表可见，本发明制备的纳米复合乳液降失水性能显著，具有非常好的封堵作用。

Claims (4)

1.一种纳米粒子复合乳液，其特征在于：以100重量份计，包含以下组分：
高分子乳液 85~95重量份；
改性纳米颗粒 3~5重量份；
促溶剂 1~3重量份
乳化剂 2~4重量份；
分散剂 1~3重量份；
上述高分子乳液为聚醋酸乙烯酯纳米乳液、石蜡乳液、聚氨酯乳液、乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液中的一种或几种的组合物；上述改性纳米颗粒为疏水改性或双亲改性的纳米二氧化硅颗粒、纳米二氧化钛颗粒、纳米碳酸钙、纳米氧化铝、纳米氧化锌中的一种或几种的组合物；所述促溶剂为乙二醇、丙三醇、聚合醇中的一种或几种的组合物。
2.根据权利要求1所述的纳米粒子复合乳液，其特征在于：所述乳化剂为Span20、Span80、Tween20、Tween80、聚丙烯酸钠、聚乙二醇中的一种或几种；所述分散剂为聚氧乙烯辛基苯酚醚-10、十二烷基苯磺酸钠的一种或两种的组合物。
3.根据权利要求1或2所述纳米粒子复合乳液的制备方法，其特征在于：在常温下，将改性纳米颗粒和促溶剂先后加入高分子乳液中，搅拌至改性纳米颗粒、促溶剂及高分子乳液混合均匀，之后加入分散剂，搅拌至混合均匀，然后加热混合物至90~95℃，在搅拌下逐渐加入乳化剂，加完后再搅拌20 min~30min，即得到所述纳米粒子复合乳液。
4.根据权利要求3所述纳米粒子复合乳液的制备方法，其特征在于：所述的搅拌采用磁力搅拌器进行，首次和最后搅拌为低速搅拌，中间两次搅拌为高速搅拌。
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