CN114702942A - 一种井壁稳定剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种井壁稳定剂及其制备方法和应用。本发明的井壁稳定剂包括有机内核以及覆盖所述有机内核的至少部分表面的改性纳米颗粒包覆层；改性纳米颗粒为包括疏水基团和/或阳离子基团的纳米颗粒；所述井壁稳定剂的粒径为0.1‑10μm。该井壁稳定剂兼具较为优异的抑制性、封堵性和固壁性，能够实现一剂多效。

Description

一种井壁稳定剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及石油工业技术领域，特别涉及一种井壁稳定剂及其制备方法和应用。
背景技术
井筒是油气资源运移至地面的通道，但在井筒钻进中井壁失稳事故层出不穷。井壁失稳事故的主要原因在于岩石水化，导致岩石力学稳定性下降，难以抵抗外部剪切破坏。岩石水化包括渗透水化和表面水化两种。其中渗透水化是水相在化学势推动下，由岩石外部通过其孔缝渗入岩心内部，形成双电层，使岩石颗粒层面间产生双电层斥力，导致岩石膨胀分散。表面水化是在岩石表面能作用下，水相分子吸附于岩石表面。表面水化引起的岩石膨胀较小，但可产生极高的膨胀压，易导致大片井壁剥落、掉块，引发严重的井壁失稳事故。
井壁失稳作为油气行业的普遍性难题，几乎在所有油气田开发中均存在，影响安全钻进，造成重大经济损失。据哈里伯顿统计，全球每年在井壁稳定方面的开支不低于60亿美元。因此，研发先进的提高井壁稳定性技术，对实现安全、高效、低成本钻进目标具有重要意义。
钻井液方面，目前通常采用井壁稳定剂提高井壁稳定性，而井壁稳定剂主要包括抑制剂、封堵剂和固壁剂三类。其中抑制剂通过抑制岩石渗透水化，减少岩石膨胀与分散；封堵剂通过封堵岩石孔缝，减少水相通过岩石孔缝向井壁岩石中的侵入量，有利于提高井壁稳定性；固壁剂通过胶结作用使岩石内聚力增强，提高岩石抵抗外界破坏能力。但现有稳定剂产品存在以下3方面问题：(1)现有抑制剂主要是聚合物类型，通过中和岩石负电荷、在岩石中不同粘土片间桥接吸附起到稳定岩石的作用，可有效抑制岩石渗透水化，但无法抑制表面水化，导致井壁失稳事故仍时有发生；(2)针对岩石亚微米孔缝，通常采用纳米封堵剂进行封堵，但纳米封堵剂表面能高，在液相中容易团聚，因此无法有效封堵岩石的微纳米孔缝，致使水相侵入严重，导致岩石力学稳定性下降；(3)三类井壁稳定剂同时加入钻井液，使钻井液体系过于复杂，严重影响钻井液性能以及其它添加剂的效果。因此，如何提高井壁稳定剂作用效果一直以来都是钻井液领域的重大技术难点。
发明内容
本发明提供一种井壁稳定剂，兼具较为优异的抑制性、封堵性和固壁性，能够实现一剂多效。
本发明提供一种井壁稳定剂的制备方法，能够制备出兼具较为优异的抑制性、封堵性和固壁性的井壁稳定剂，制备方法简单。
本发明提供一种钻井方法，由于包括向钻井液中添加上述的井壁稳定剂，因此能够安全高效的得到井筒。
本发明提供一种井壁稳定剂，其中，所述井壁稳定剂包括有机内核以及覆盖所述有机内核的至少部分表面的改性纳米颗粒包覆层；
所述改性纳米颗粒为包括疏水基团和/或阳离子基团的纳米颗粒；
所述井壁稳定剂的粒径为0.1-10μm。
如上所述的井壁稳定剂，其中，所述纳米颗粒的粒径为10-50nm。
如上所述的井壁稳定剂，其中，所述纳米颗粒选自二氧化硅纳米颗粒和/或二氧化钛纳米颗粒；和/或，
所述有机内核选自聚苯乙烯、聚丙烯酸酯或苯乙烯-丙烯酸酯共聚物。
本发明还提供一种如上所述的井壁稳定剂的制备方法，其中，包括：
1)使有机单体与改性纳米颗粒水溶液混合，得到乳液体系；
2)使所述乳液体系发生Pickering乳液聚合反应，得到井壁稳定剂。
如上所述的井壁稳定剂，其中，步骤1)之前还包括：使用改性剂对所述纳米颗粒进行改性得到改性纳米颗粒；
所述改性剂选自脂肪酸、烃基季铵盐和硅烷偶联剂中的至少一种。
如上所述的制备方法，其中，所述乳液体系还包括乳化剂。
如上所述的制备方法，其中，步骤2)还包括：向乳液体系加入引发剂引发所述乳液体系发生Pickering乳液聚合反应，得到井壁稳定剂；
所述引发剂选自过硫酸铵和/或偶氮二异丁腈。
如上所述的制备方法，其中，所述纳米颗粒以及所述有机单体的质量比为(15-30)：(20-30)。
本发明还提供一种钻井液，其中，所述钻井液包括如上所述的井壁稳定剂，或所述钻井液包括如上所述的制备方法得到的井壁稳定剂。
如上所述的钻井液，其中，基于所述钻井液的总质量，所述井壁稳定剂的质量百分含量为0.5-3％。
本发明提供一种井壁稳定剂，兼具较为优异的抑制性(滚动回收率高)、封堵性(PPA滤失量低)以及固壁性(岩心单轴抗压强度高)，该井壁稳定剂用于钻井过程中可同时起到抑制水化、封堵和固壁三项功效。
本发明提供一种井壁稳定剂的制备方法，该制备方法能够制备出兼具较为优异的抑制性(滚动回收率高)、封堵性(PPA滤失量低)以及固壁性(岩心单轴抗压强度高)的井壁稳定剂，制备工艺简单，成本低廉，适应于广泛应用。
本发明提供一种钻井方法，包括向钻井液中添加上述的井壁稳定剂，能够改善钻井过程中岩石水化、井壁垮塌以及井壁掉块等问题，提高钻井效率以及钻井安全性。并且该钻井方法还具有简单易行以及成本低的优点，适用于广泛推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或相关技术中的技术方案，下面对本发明实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明一些实施方式中井壁稳定剂的形貌图；
图2为本发明实施例1中井壁稳定剂的SEM图；
图3为本发明中未经任何浸泡的岩石样品的SEM图；
图4为经本发明实施例1中的井壁稳定剂浸泡后的岩石样品的SEM图。
附图标记说明：
1：有机内核；
2：改性纳米颗粒包覆层。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明一些实施方式中井壁稳定剂的形貌图。如图1所示，本发明的第一方面提供一种井壁稳定剂，井壁稳定剂包括有机内核1以及覆盖有机内核1的至少部分表面的改性纳米颗粒包覆层2；
改性纳米颗粒为包括疏水基团和/或阳离子基团的纳米颗粒；
井壁稳定剂的粒径为0.1-10μm。
本发明的井壁稳定剂具有核壳结构，该核壳结构通过改性纳米颗粒包覆层2至少部分包覆有机内核1形成。
可以理解，本发明中改性纳米颗粒包覆层2可以包覆在有机内核1的整个外表面或包覆有机内核1的部分外表面，改性纳米颗粒包覆层2可以是连续的或非连续的，改性纳米颗粒包覆层2的厚度可以是均匀或不均匀的。其中，改性纳米颗粒包覆层2是指包括纳米级的改性纳米颗粒的功能层，纳米级具体是指其最大尺寸低于100nm。
本发明对有机内核1和/或改性纳米颗粒包覆层2的形状不做特别限定，只要能够实现改性纳米颗粒包覆层2覆盖有机内核1的至少部分表面即可。例如，有机内核1和/或改性纳米颗粒包覆层2的形状可以为圆形、椭圆形或正方形。
本发明对有机内核1的材料不做特别限定，可以选用本领域常用的有机化合物。
本发明中，疏水基团可以为本领域常用的疏水基团或双疏基团。本发明中，由于改性纳米颗粒包括疏水基团和/或阳离子基团，包括该改性纳米颗粒的井壁稳定剂能够不仅提高岩石的表面疏水性，还能够降低岩石的表面自由能，使岩石的表面自由能低于于水相的表面自由能(通常指的是去离子水)。此外，本发明的井壁稳定剂中，纳米级的改性纳米颗粒包覆层与有机内核之间具有尺寸差，当该井壁稳定剂吸附于岩石表面时，能够提高岩石的表面粗糙度。值得一提的是，基于Cassie理论，在疏水基团和/或阳离子基团使岩石的表面自由能低于水相的表面自由能的基础上，改性纳米颗粒与有机内核的尺寸差导致的表面粗糙度的增加有利于进一步增强岩石的表面疏水性。
可以理解，纳米级的改性纳米颗粒的粒径越小，纳米级的改性纳米颗粒与有机内核之间的尺寸差越大，因此更有利于岩石表面疏水性的增强。
如前述，本发明的井壁稳定剂能够使岩石具有较为优异的表面疏水性，因此一方面该井壁稳定剂应用于钻井过程中时，能够在岩石表面迅速吸附成膜，有利于增强岩石的力学稳定性(岩心单轴抗压强度高)；另一方面，该井壁稳定剂能够更为有效的抑制岩石表面水化，防止因表面水化导致的井壁剥落、掉块等现象产生；同时，疏水性也使岩石孔缝毛细管力转化为水相侵入的阻力，从而抑制水相向岩心中渗吸，有效抑制岩心的渗透水化。
发明人还发现，当改性纳米颗粒为至少包括阳离子基团的纳米颗粒时，能够使该井壁稳定剂带有正电荷，带有正电荷的井壁稳定剂能够中和水化产生的负电荷，有利于抑制岩心的渗透水化。
并且本发明的井壁稳定剂的粒径为0.1-10μm，且井壁稳定剂中包含纳米级的改性纳米颗粒包覆层，因此能够封堵井壁中各种尺寸的缝隙，例如能够实现同时封堵井壁岩石中的微米孔缝以及纳米孔缝，降低PPA滤失量，具有较为优异的封堵性。
本发明的井壁稳定剂能够同时具备较为优异的抑制性(滚动回收率高)、封堵性(PPA滤失量低)以及固壁性(岩心单轴抗压强度高)，一剂多效，将该井壁稳定剂用于钻井过程中可同时起到抑制水化、封堵和固壁三项功效，有利于降低钻井液的组分复杂度，使钻井液具备良好配伍性。
在本发明的一些实施方式中，纳米颗粒的粒径为10-50nm。
本发明中，改性纳米颗粒是对纳米颗粒进行改性处理后得到的，可以忽略改性纳米颗粒的粒径与纳米颗粒的粒径之间的差异。当纳米颗粒的粒径为10-50nm时，该井壁稳定剂用于钻井过程中，能够更好地提高岩心表面的疏水性，有利于更好的抑制岩心表面水化与渗透水化。进一步地，纳米颗粒的粒径为20-30nm。
在本发明的一些实施方式中，纳米颗粒选自二氧化硅纳米颗粒和/或二氧化钛纳米颗粒；和/或，
有机内核1选自聚苯乙烯、聚丙烯酸酯或苯乙烯-丙烯酸酯共聚物时，能够更有效的提高井壁稳定剂的抑制性(滚动回收率高)、封堵性(PPA滤失量低)以及固壁性(岩心单轴抗压强度高)。
本发明的第二方面提供一种上述的井壁稳定剂的制备方法，包括：
1)使有机单体与改性纳米颗粒水溶液混合，得到乳液体系；
2)使乳液体系发生Pickering乳液聚合反应，得到井壁稳定剂。
本发明对有机单体不做特别限定，可以选用本领域常用的有机单体。在一些实施方式中，有机单体可以选自苯乙烯和/或丙烯酸酯；当有机单体选自丙烯酸酯时，可以为甲基丙烯酸酯，进一步地，可以为甲基丙烯酸甲酯。
本发明中，将改性纳米颗粒分散在水中可以形成改性纳米颗粒水溶液。
本发明中，将有机单体与改性纳米颗粒水溶液混合得到乳液体系，然后使乳液体系发生Pickering乳液聚合反应，发明人推测，乳液体系在发生Pickering乳液聚合反应过程中，有机单体会聚合形成有机内核1，改性纳米颗粒水溶液会包覆在有机内核1的表面形成水包油的核壳结构，该核壳结构的粒径为0.1-10μm，该核壳结构为本发明的井壁稳定剂。
本发明的井壁稳定剂的制备方法，能够制备出兼具较为优异的抑制性(滚动回收率高)、封堵性(PPA滤失量低)以及固壁性(岩心单轴抗压强度高)的井壁稳定剂，制备工艺简单，成本低廉，适应于广泛应用。
在本发明的一些实施方式中，使用改性剂对纳米颗粒进行改性得到改性纳米颗粒；
改性剂选自脂肪酸、烃基季铵盐和硅烷偶联剂中的至少一种。
进一步地，脂肪酸可以选自油酸和/或十八烷酸；硅烷偶联剂可以选自氨丙基三乙氧基硅烷和/或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
具体地，向乙醇中加入纳米颗粒，然后进行超声处理，得到纳米颗粒醇溶液；向纳米颗粒醇溶液中添加pH调节剂使纳米颗粒醇溶液的pH不在7左右，搅拌均匀，得到待改性纳米颗粒体系；将待改性纳米颗粒体系的温度升高至50-60℃，并向其中加入改性剂，进行搅拌得到改性纳米颗粒溶液；将改性纳米颗粒溶液烘干并研磨得到改性纳米颗粒。
可以理解，本发明中只要使用pH调节剂调节纳米颗粒醇溶液的pH不在7左右即可，在一些实施方式中，pH可以为4-6或9-11，并且pH为4-6或pH为9-11得到的实验结果基本相近。
本发明中，pH调节剂可以为氨水或醋酸。
使用上述改性剂对纳米颗粒进行改性得到改性纳米颗粒，能够更好的将疏水基团和/或阳离子基团接枝在纳米颗粒上，更好的提高井壁稳定剂的疏水性。
在本发明的一些实施方式中，乳液体系还包括乳化剂。
本发明中，乳化剂可以为阳离子乳化剂或脂肪酸，进一步地，阳离子乳化剂可以选自十二烷基三甲基溴化铵和/或十六烷基三甲基氯化铵；肪酸可以选自油酸和/或十八烷酸。
本发明中，乳液体系还包括乳化剂，有利于乳液体系中的有机单体与纳米颗粒水溶液进行Pickering乳液聚合反应，形成稳定性更为优异的井壁稳定剂，能够使稳定剂更充分的发挥抑制性、封堵性和固壁性。
在本发明的一些实施方式中，步骤2)还包括：向乳液体系中加入引发剂引发乳液体系发生Pickering乳液聚合反应，形成井壁稳定剂；
引发剂选自过硫酸铵和/或偶氮二异丁腈。
本发明中，通过使用引发剂引发乳液体系发生Pickering乳液聚合反应，有利于形成稳定性更为优异的井壁稳定剂，能够使稳定剂更充分的发挥抑制性、封堵性和固壁性。在具体的实施方式中引发剂选自偶氮二异丁腈具有更好的引发效果。
本发明中，可以对纳米颗粒、有机单体以及引发剂的质量比进行特定的选择，以期更高效Pickering乳液聚合反应，形成更稳定的井壁稳定剂，能够使稳定剂更充分的发挥抑制性、封堵性和固壁性。在本发明的一些实施方式中，纳米颗粒和有机单体的质量比为(15-30)：(20-30)。
本发明一些实施方式中井壁稳定性的制备方法可以包括：
1)向100g乙醇中加入15-30g纳米颗粒，超声处理10-15min，得到纳米颗粒醇溶液；
2)向纳米颗粒醇溶液中添加1-3mL的pH调节剂至pH为4-6或9-11，低速搅拌均匀，得到待改性纳米颗粒体系；
3)将待改性纳米颗粒体系的温度升高至50-60℃，并向其中加入2-4g改性剂，在100r/min-400r/min的转速下反应5-10h，得到改性纳米颗粒溶液；
4)对改性纳米颗粒溶液依次进行烘干处理以及研磨处理得到改性纳米颗粒，烘干处理的温度为70℃，烘干处理的时间为5h；
5)将改性纳米颗粒加入100g去离子水中，超声处理10-15min；
6)在低速搅拌状态下，缓慢加入0.2-0.5g阳离子乳化剂、0.1-0.3g脂肪酸以及20-30g有机单体，在300-400r/min的转速下搅拌30min，其中，反应在氮气保护下进行，反应完毕后将反应容器内的气体排出；
7)向反应容器中加入0.2-0.5g引发剂，将反应温度提高至55-70℃，在200r/min-400r/min的转速下进行Pickering乳液聚合反应，得到井壁稳定剂，其中，反应时间为8-12h。
本发明的第三方面提供一种钻井液，该钻井液包括上述的井壁稳定剂，或该钻井液包括上述的制备方法得到的井壁稳定剂。
具体地，可以将上述井壁稳定剂通过剪切漏斗加入至水基钻井液中得到钻井液。本发明的钻井液不仅具有较为优异的流变性能；而且在钻进过程中，本发明的钻井液会自发吸附在井壁上，抑制井壁水化，并且本发明的钻井液会封堵井壁的微裂缝，减少液相渗入井壁岩石中，本发明的钻井液还会吸附在井壁上形成实体膜，加强井壁的稳固性。
值得一提的是，由于钻井液中的井壁稳定剂还会吸附钻井液中的钻屑，抑制钻屑水化分散，该钻井液中的钻屑易于通过后续筛分、离心去除。
在本发明的一些实施方式中，为了在节约成本的前提下，提高钻井效果，可以对钻井液中井壁稳定的的质量进行进一步限定，例如，基于钻井液的总质量，井壁稳定剂的质量百分含量为0.5-3％。
以下，将结合具体的实施例进行对本发明的技术方案进行进一步说明。
实施例1
本实施例的井壁稳定剂的制备方法包括：
1)在100g乙醇中加入20g二氧化硅纳米颗粒，超声处理10min，得到纳米颗粒醇溶液，其中，二氧化硅纳米颗粒的粒径为30nm；
2)向纳米颗粒醇溶液中添加3mL的氨水，搅拌均匀，得到待改性纳米颗粒体系；
3)将改性纳米颗粒体系的温度升高至55℃，并向其中加入3g氨丙基三乙氧基硅烷，在300r/min的转速下反应6h，得到改性纳米颗粒溶液；
4)对改性纳米颗粒溶液依次进行烘干处理以及研磨处理得到改性纳米颗粒，烘干处理的温度为70℃，烘干处理的时间为5h；
5)将改性纳米颗粒加入100g去离子水中，超声处理10min；
6)在搅拌状态下，缓慢加入0.3g十二烷基三甲基溴化铵、0.2g油酸以及25g苯乙烯，在350r/min的转速下搅拌30min，其中，反应在氮气保护下进行，反应完毕将反应容器内的气体排出；
7)向反应容器中加入0.4g偶氮二异丁腈，将反应温度提高至65℃，在300r/min的转速下进行Pickering乳液聚合反应，得到井壁稳定剂，其中，反应时间为10h，井壁稳定剂的粒径为5μm。
使用SEM观察本实施例中的井壁稳定剂的形貌，如图2所示，本实施例的井壁稳定剂在有机内核的表面具有细小的颗粒(改性纳米颗粒)，因此为核壳结构，井壁稳定剂的平均粒径为5μm。
实施例2
本实施例的井壁稳定剂的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：
将步骤3)中的氨丙基三乙氧基硅烷替换为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；
步骤6)中不添加0.3g十二烷基三甲基溴化铵以及0.2g油酸。
实施例3
本实施例的井壁稳定剂的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：
将步骤6)中的油酸替换为十八烷酸；
将步骤7)中的偶氮二异丁腈替换为过硫酸铵。
实施例4
本实施例的井壁稳定剂的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：
将步骤6)中的苯乙烯替换为甲基丙烯酸甲酯。
实施例5
本实施例的井壁稳定剂的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：
将步骤7)中的反应温度设置为70℃。
实施例6
本实施例的井壁稳定剂的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：
步骤1)中二氧化硅纳米颗粒的添加量为10g。
实施例7
本实施例的井壁稳定剂的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：
步骤1)中二氧化硅纳米颗粒的粒径为60nm。
对比例1
本对比例的井壁稳定剂的制备方法包括：
1)在100g去离子水中分别加入3mL氨水、3g的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、0.3g十二烷基三甲基溴化铵、0.2g油酸以及25g苯乙烯，在350r/min的转速搅拌30min，其中，反应在氮气保护下进行，反应完毕将反应容器内的气体排出；
2)向反应容器中加入0.4g偶氮二异丁腈，将反应温度提高至65℃，在300r/min的转速下进行Pickering乳液聚合反应，得到井壁稳定剂，其中，反应时间为10h，井壁稳定剂的粒径为5μm。
对比例2
本对比例的井壁稳定性的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：
不对二氧化硅纳米颗粒进行改性(不进行步骤1)-步骤4))，步骤5)直接将二氧化硅纳米颗粒加入至100g去离子水中进行反应。
对比例3
本对比例的井壁稳定性的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：
使用步骤3)中得到的改性纳米颗粒溶液作为井壁稳定剂。
对比例4
本对比例的井壁稳定性的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：
将步骤5)中的去离子水更换为乙醇，则步骤7)中发生溶液聚合形成粘稠的井壁稳定剂溶液。
性能测试
对实施例和对比例中的井壁稳定剂进行以下表征，表征结果见表1。
1、疏水性
向100mL去离子水中加入1g实施例1中的井壁稳定剂，在400r/min下高速搅拌10min，得到井壁稳定剂水溶液；取四川龙马溪页岩露头，加工成直径为4厘米左右的圆形薄片得到岩心片；利用接触角测量仪测试未经处理的岩心片的表面接触角。
实验例：将岩心片浸泡于井壁稳定剂水溶液中10min，取出浸泡后的岩心片并将其置于100℃烘箱中烘干1h，利用接触角测量仪测试烘干后的岩心片的表面接触角。
对照例：与实验例基本相同，不同之处在于将岩心片浸泡于去离子水中。
其它实施例和对比例中的井壁稳定剂的疏水性测试方法参照实验例的测试方法。
2.滚动回收率
实验例：将1中的岩心片浸泡于1中的井壁稳定剂水溶液中10min；
对照例：将1中的岩心片浸泡于去离子水中10min。
按照标准SY/T 5613《泥页岩理化性能方法》第6部分关于泥页岩分散试验描述的内容对实验例和对照例中的样品进行测试。
其它实施例和对比例中的井壁稳定剂的滚动回收率测试方法参照实验例的测试方法。
3.PPA滤失实验
按照标准GBT29170《石油天然气钻井液实验室测试》中描述方法配制预水化膨润土基浆。之后在预水化膨润土基浆中加入1wt％的实施例或对比例中的井壁稳定剂，在11000r/min下搅拌20min，之后在100℃、3.5MPa下采用Fann-389 PPA渗透封堵仪评价井壁稳定剂封堵效果，选用渗透率为3μm的低渗砂盘作为滤过介质；同时按照上述方法测试预水化膨润土基浆的PPA滤失量。
4.单轴抗压强度
取龙马溪页岩露头，加工成
Figure BDA0003619938180000121
圆柱体得到岩心柱。
实验例：将岩心柱浸泡于1中的井壁稳定剂水溶液中，在120℃烘箱中浸泡72h。将浸泡后的岩心柱取出，按照GB/T 23561.7-2009《煤和岩石物理力学性质测定方法》第7部分关于单轴抗压强度测定及软化系数计算方法的内容测试其单轴抗压强度。为保证测试精度，浸泡4根岩心柱，分别测试4根岩心柱的单轴应力值，然后计算平均值作为该组样品的单轴抗压强度测试结果。
对照例：与实验例基本相同，不同之处在于将岩心样品浸泡于去离子水中。
按照实验例的方法测试未经浸泡的岩心柱的单轴抗压强度，其它实施例和对比例中的井壁稳定剂的单轴抗压强度的测试方法参照实验例的测试方法。
5、SEM测试
使用SEM测试1中未经任何浸泡的岩心片的表面形貌以及经实施例1中的井壁稳定剂浸泡后的岩心片的表面形貌。
图3为本发明中未经任何浸泡的样品的SEM图，图4为经本发明实施例1中的井壁稳定剂浸泡后的样品的SEM图。从图3和图4可以看出，使用本发明实施例1中的井壁稳定剂浸泡后的样品的表面粗糙度大于未经任何浸泡的样品的表面粗糙度。
表1
类别 接触角/° 滚动回收率/％ PPA/mL 单轴抗压强度/MPa
未经任何浸泡的样品 32 / / 180.2
用水浸泡后样品 36 19 / 140.5
预水化膨润土基浆 / / 41 /
实施例1 167 73 12 184.4
实施例2 164 71 15 182.7
实施例3 155 69 19 174.5
实施例4 162 70 14 180.9
实施例5 164 72 15 181.3
实施例6 147 67 22 165.7
实施例7 140 62 14 162.9
对比例1 57 21 34 142.5
对比例2 114 42 16 151.7
对比例3 132 49 41 159.7
对比例4 69 35 32 148.4
从表1可以看出：
1、与对比例以及将岩心样品使用去离子水处理相比，岩心样品经本发明实施例的井壁稳定剂处理后，岩心表面的水相接触角大幅提高，达到或基本接近超疏水状态(接触角＞150°)；
2、与对比例以及去离子水中岩屑的滚动回收率相比，经实施例的井壁稳定剂处理后岩屑的滚动回收率大幅提高，说明本发明制备的井壁稳定剂具有较为优异的抑制性；
3、与对比例以及预水化膨润土基浆的PPA滤失量相比，经实施例中井壁稳定剂处理后的预水化膨润土基浆的PPA滤失量明显降低(PPA滤失量在12至22mL之间)，表明本发明的井壁稳定剂封堵性能良好；
4、与对比例以及将岩心样品使用去离子水处理相比，岩心样品经本发明实施例的井壁稳定剂处理后，岩心样品的单轴抗压强度明显增加，表明本发明的井壁稳定剂具有较为优异的固壁效应，能够提高井壁的力学稳定性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种井壁稳定剂，其特征在于，所述井壁稳定剂包括有机内核以及覆盖所述有机内核的至少部分表面的改性纳米颗粒包覆层；
改性纳米颗粒为包括疏水基团和/或阳离子基团的纳米颗粒；
所述井壁稳定剂的粒径为0.1-10μm。
2.根据权利要求1所述的井壁稳定剂，其特征在于，所述纳米颗粒的粒径为10-50nm。
3.根据权利要求1或2所述的井壁稳定剂，其特征在于，所述纳米颗粒选自二氧化硅纳米颗粒和/或二氧化钛纳米颗粒；和/或，
所述有机内核选自聚苯乙烯、聚丙烯酸酯或苯乙烯-丙烯酸酯共聚物。
4.一种权利要求1-3任一项所述的井壁稳定剂的制备方法，其特征在于，包括：
1)使有机单体与改性纳米颗粒水溶液混合，得到乳液体系；
2)使所述乳液体系发生Pickering乳液聚合反应，得到井壁稳定剂。
5.根据权利要求4所述的井壁稳定剂，其特征在于，步骤1)之前还包括：使用改性剂对所述纳米颗粒进行改性得到改性纳米颗粒；
所述改性剂选自脂肪酸、烃基季铵盐和硅烷偶联剂中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述乳液体系还包括乳化剂。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，步骤2)还包括：向乳液体系加入引发剂引发所述乳液体系发生Pickering乳液聚合反应，得到井壁稳定剂；
所述引发剂选自过硫酸铵和/或偶氮二异丁腈。
8.根据权利要求5-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述纳米颗粒以及所述有机单体的质量比为(15-30)：(20-30)。
9.一种钻井液，其特征在于，所述钻井液包括权利要求1-3任一项所述的井壁稳定剂，或所述钻井液包括权利要求4-8任一项所述的制备方法得到的井壁稳定剂。
10.根据权利要求9所述的钻井液，其特征在于，基于所述钻井液的总质量，所述井壁稳定剂的质量百分含量为0.5-3％。
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