CN113416272B

CN113416272B - 一种纳米乳液封堵剂的合成及油基钻井液

Info

Publication number: CN113416272B
Application number: CN202110694695.8A
Authority: CN
Inventors: 谢刚; 曹少帅; 黄进军; 邓明毅; 范莉; 陈宇; 雷震; 谷硕; 黄国豪; 汪若兰; 莫俊秀; 范翠玲; 罗清欣
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 2021-06-22
Filing date: 2021-06-22
Publication date: 2022-06-07
Anticipated expiration: 2041-06-22
Also published as: CN113416272A

Abstract

本发明公开了一种纳米乳液封堵剂的合成及油基钻井液。该油基钻井液所用封堵剂为本发明合成的纳米乳液封堵剂，所述纳米乳液封堵剂合成原料包括4‑甲基苯乙烯、丙烯酸十二烷基酯类化合物、烯丙基三甲基硅烷类化合物、乳化剂、交联剂、引发剂；本发明的纳米乳液作为纳米封堵剂，其粒径分布在30‑150nm之间，本发明所使用油基钻井液能够有效的封堵页岩井壁中纳米尺寸的孔缝，从而可以有效稳定井壁、防止垮塌；本发明所使用的油基钻井液在页岩地层条件下的流变性、稳定性以及封堵性等方面性能良好。

Description

一种纳米乳液封堵剂的合成及油基钻井液

技术领域

本发明涉及油气田钻井技术领域，具体涉及一种纳米乳液封堵剂以及其包含有该纳米封堵剂的油基钻井液。

背景技术

油基钻井液是指以油作为连续相的钻井液，与水基钻井液相比较油基钻井液具有能抗高温、抗盐钙侵、有利于井壁稳定、润滑性更好和对油气层损害程度更小等多种优点，目前在各种复杂地层中取得了极佳的效果,具有较广阔的应用前景。

目前国内外页岩气井普遍采用油基钻井液，如何提高油基钻井液的封堵效果,降低钻井液的滤失量,提高井壁稳定性，一直是油基钻井液研究领域的一个难点和关注点,其关键是油基钻井液封堵剂的研制。而对裂缝或层理发育的页岩地层，目前已有的封堵剂在微米级别的页岩孔缝中取得了很好的封堵效果，但在封堵纳米级孔缝方面，其封堵效果亟待进一步提升。因此，针对页岩中的纳米级别的孔缝不能有效封堵而导致的井壁失稳的问题，合成一种具有纳米尺寸的封堵剂去提高油基钻井液的封堵效果将是一个很好的选择。

发明内容

针对页岩中的纳米级别的孔缝而导致的井壁失稳问题，本发明提供了一种纳米乳液封堵剂，其粒径为纳米级，能够有效对页岩地层中的纳米级别的孔缝进行封堵，从而达到稳定井壁的目的。而且研制了一种能适用于页岩地层的新型纳米封堵油基钻井液去解决页岩井壁稳定、储层污染等问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种纳米乳液封堵剂及其油基钻井液。所述纳米乳液封堵剂的原料包括为丙烯酸十二烷基酯类化合物、烯丙基三甲基硅烷类化合物、4-甲基苯乙烯、交联剂、引发剂、乳化剂；所述纳米乳液封堵剂的制备步骤如下：

首先，称取乳化剂于反应器中，并加入去离子水使之溶解，通氮气20-30min后，再称取丙烯酸十二烷基酯类化合物、烯丙基三甲基硅烷类化合物、4-甲基苯乙烯及交联剂于反应器中，并用20％-25％的NaOH水溶液将体系pH值调节到6.5-7.5之间，接着将反应器升温至60-70℃，再加入引发剂反应4-5h，得到纳米乳液封堵剂。

所述乳化剂为复配乳化剂吐温80和司班80；

所述丙烯酸十二烷基酯类化合物为丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸月桂酯中的一种；

所述烯丙基三甲基硅烷类化合物为烯丙基三甲基硅烷、2-烯丙基三甲基硅烷中的一种；

所述交联剂为DVB、DCPA中的一种；

所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾中的一种；

所述复配乳化剂吐温80和司班80的质量比为1:2-2.1；

所述烯丙基三甲基硅烷类化合物、丙烯酸十二烷基酯类化合物、4-甲基苯乙烯的质量比为1:2-2.1:4-4.1；

所述交联剂的加量为丙烯酸十二烷基酯类化合物、烯丙基三甲基硅烷类化合物以及4-甲基苯乙烯三种单体总重量的1％-3％；

所述乳化剂的加量为丙烯酸十二烷基酯类化合物、烯丙基三甲基硅烷类化合物、4-甲基苯乙烯三种单体总重量的1％-2％；

所述引发剂的加量为丙烯酸十二烷基酯类化合物、烯丙基三甲基硅烷类化合物、4-甲基苯乙烯三种单体总重量的1％-3％。

本发明的另一种目的是提供一种油基钻井液，所述钻井液添加有本发明所述的纳米乳液封堵剂。

以重量份计，所述钻井液的基桨组成如下：基油200份，水相60份，主乳化剂2.3-2.4份，辅乳化剂4.4-4.6份，润湿剂2.9-3.1份，增粘剂8.9-9.1份，降滤失剂23-25份，碱度调节剂8.8-9.2份，加重材料290-300份，调节油基钻井液的密度为1.53-1.60g/cm³。

所述基油为零号柴油或3号白油中的一种；所述水相为25％氯化钙或氯化钠的盐水的一种；所述主乳化剂采用脂肪酸聚酰胺(HW Pmul-1)；所述辅乳化剂采用改性松浆油(HW Smul-1)；所述润湿剂采用季铵盐(HW Wet-1)；所述增粘剂为有机土(HW Gel-1)；所述碱度调节剂为生石灰(HW-PH)，所述降滤失剂为交联腐殖酸酰胺(DR-FLCA)；所述加重材料为重晶石。

本发明有益效果如下：

本发明所制备的纳米乳液封堵剂的粒径分布在30-150nm之间，能够有效的对页岩地层中的微、纳米级别裂缝进行封堵，从而达到稳定井壁的效果；本发明所使用的油基钻井液在页岩地层条件下的流变性、稳定性以及封堵性等方面性能良好。

附图说明

图1为实施例一中纳米乳液封堵剂的粒径分布图；

图2为实施例二中纳米乳液封堵剂的粒径分布图；

图3为实施例三中纳米乳液封堵剂的粒径分布图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例中，若无特殊说明，所述的份数均为重量份数。

1、纳米乳液的合成：

实施例1：

称取0.018g吐温80和0.036g司班80于反应器中，并加入50ml去离子水使之溶解，通氮气25min后，再分别称取2.0g的4-甲基苯乙烯、1.0g丙烯酸月桂酯、0.5g烯丙基三甲基硅烷、0.07g的DCPA于反应器中，并用20％的NaOH水溶液将体系pH值调节到6.8，接着将反应器升温至60℃，再加入0.07g过硫酸铵反应4h，得到1号纳米乳液封堵剂。

实施例2：

首先，称取0.024g吐温80和0.048g司班80于反应器中，并加入75ml去离子水使之溶解，接着通入氮气28min，再分别称取3g的4-甲基苯乙烯、1.5g甲基丙烯酸月桂酯、0.75g烯丙基三甲基硅烷、0.105g的DCPA于反应器中，并用22％的NaOH水溶液将体系pH值调节到7.0，然后将反应器升温至65℃，再加入0.105g过硫酸铵反应4h，得到2号纳米乳液封堵剂。

实施例3：

首先，称取0.036g吐温80和0.072g司班80于反应器中，并加入100ml去离子水使之溶解，通氮气25min后，再分别称取4g的4-甲基苯乙烯、2g甲基丙烯酸月桂酯、1g2-烯丙基三甲基硅烷、0.14g的DCPA于反应器中，并用25％的NaOH水溶液将体系pH值调节到7.2，接着将反应器升温至70℃，再加入0.14g过硫酸铵反应4h，得到3号纳米乳液封堵剂。

2、油基钻井液的配置：

量取2.4份主乳化剂(HW Pmul-1)，4.5份辅乳化剂(HW Smul-1)，3份润湿剂(HWWet-1)置于高搅杯中，然后量取200份3号白油倒入高搅杯中，将高搅杯置于高搅机上，以12000r/min高速搅拌，搅拌20min，然后加入60份25％的氯化钙盐水，搅拌20min，然后加入9份的有机土(HW Gel-1)，搅拌20min，然后加入9份碱度调节剂(生石灰)，20份的降滤失剂交联腐殖酸酰胺(DR-FLCA)，搅拌40min，然后加入295份重晶石调节油基钻井液的密度为1.55g/cm³，搅拌30min，即制得油基钻井液的基桨。

为了进一步说明本发明纳米乳液封堵剂以及油基钻井液的效果，对实施例1、实施例2、实施例3制备的纳米乳液封堵剂以及油基钻井液进行性能测试。

1、纳米乳液封堵剂粒径测试

利用美国布鲁克海文仪器公司生产的BI-200SM型激光散射仪对纳米乳液封堵剂进行粒径测试，四个实施例中制备的纳米乳液封堵剂粒径测试结果分别如图1、图2、图3、所示。本发明纳米乳液封堵剂的粒径均为纳米尺寸，且大致分布在30-150nm之间，与页岩中纳米级别的孔喉尺寸匹配度较高，可以对其进行有效封堵。

2、纳米乳液封堵剂的封堵性能测试

使用人工岩芯模拟地层纳米级别的孔缝地层，通过测量钻井液体系在人工岩芯中的平均流量，通过达西公式，计算加入不同含量纳米乳液封堵剂前后，人工岩芯的渗透率，从而计算得到纳米乳液封堵剂对人工岩芯的封堵率，从而评价其封堵性能，结果见表1。

表1对人造岩心的封堵性能测试数据

注∶岩芯长度为5cm，直径为2.5cm。

根据上表可知，与沥青相比，纳米乳液作为纳米封堵剂，可有效降低人造岩心的渗透率，封堵效果更好，在纳米乳液封堵剂的加入量为1％时，岩芯的渗透率分别下降89.9％、90.3％、90.1％，随着纳米乳液加量的增加，其封堵效果更佳，而当加量超过1％后，渗透率仍在下降，但下降几乎不明显。说明本发明的纳米乳液封堵剂对低渗透率的具有较好的效果，并且本发明的纳米乳液的最佳添加量为1％。

3、油基钻井液性能测试

根据前文油基钻井液的基桨的配置，将实施例1-3中制备的纳米乳液封堵剂配置的油基钻井液与等量常用的封堵材料(沥青)配置的油基钻井液以及基浆进行对比，在相同的条件下进行油基钻井液性能测试。

表2油基钻井液性能参数

注：HTHP的温度为150℃，压力为3.5MPa。

通过上表可知，可知实施例1、实施例2、实施例3制备的纳米乳液作为纳米封堵剂配制的油基钻井液的性能参数，通过参数分析可知该油基钻井液的特点为在较低的粘度下具有较高的携岩能力，同时，对井壁的冲刷作用较小，因此该油基钻井液具有良好的流变性。此外，将所有实施例的油基钻井液性能与基浆和沥青作为封堵剂的油基钻井液性能相比，其API及高温高压滤失量更低，破乳电压更大，因此本发明所合成的一种纳米乳液封堵剂所配置的钻井液性能更好。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种纳米乳液封堵剂，其特征在于，所述纳米乳液封堵剂的原料为4-甲基苯乙烯、丙烯酸十二烷基酯类化合物、烯丙基三甲基硅烷类化合物、乳化剂、交联剂、引发剂；采用步骤如下制备而成：

首先，称取乳化剂于反应器中，并加入去离子水使之溶解，通氮气20-30min后，再称取4-甲基苯乙烯、丙烯酸十二烷基酯类化合物、烯丙基三甲基硅烷类化合物、交联剂于反应器中，并用20％-25％的氢氧化钠水溶液将体系pH值调节到6.5-7.5之间，接着将反应器升温至60-70℃，再加入引发剂反应4-5h，得到纳米乳液封堵剂；

所述烯丙基三甲基硅烷类化合物、丙烯酸十二烷基酯类化合物、4-甲基苯乙烯的质量比为1:2-2.1:4-4.1；所述交联剂的加量为丙烯酸十二烷基酯类化合物、烯丙基三甲基硅烷类化合物以及4-甲基苯乙烯三种单体总重量的1％-3％。

2.根据权利要求1所述的纳米乳液封堵剂，其特征在于，所述乳化剂为复配乳化剂吐温80和司班80；所述丙烯酸十二烷基酯类化合物为丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸月桂酯中的一种；所述烯丙基三甲基硅烷类化合物为烯丙基三甲基硅烷、2-烯丙基三甲基硅烷中的一种；所述交联剂为二乙烯基苯(DVB)、双环戊二烯丙烯酸酯(DCPA)中的一种；所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾中的一种。

3.根据权利要求1或2所述的纳米乳液封堵剂，其特征在于，所述复配乳化剂吐温80和司班80的质量比为1:2-2.1；所述乳化剂的加量为丙烯酸十二烷基酯类化合物、烯丙基三甲基硅烷类化合物以及4-甲基苯乙烯三种单体总重量的1％-2％；所述引发剂的加量为丙烯酸十二烷基酯类化合物、烯丙基三甲基硅烷类化合物以及4-甲基苯乙烯三种单体总重量的1％-3％。

4.一种油基钻井液，其特征在于，所述钻井液中添加有权利要求1-3任一所述的纳米乳液封堵剂。

5.根据权利要求4所述的油基钻井液，其特征在于，所述钻井液包括以下组分：基油，水相，主乳化剂，辅乳化剂，增粘剂，润湿剂，碱度调节剂，降滤失剂，加重材料，纳米乳液封堵剂。

6.根据权利要求5所述的油基钻井液，其特征在于，所述的基油为零号柴油或3号白油中的一种；所述水相为25％氯化钙或氯化钠的盐水的一种；所述主乳化剂采用脂肪酸聚酰胺HW Pmul-1；所述辅乳化剂采用改性松浆油HW Smul-1；所述润湿剂采用季铵盐HW Wet-1；所述增粘剂为有机土HW Gel-1；所述碱度调节剂为生石灰HW-PH；所述降滤失剂为交联腐殖酸酰胺DR-FLCA；所述加重材料为重晶石。