CN114716984A - 一种水基钻井液用胶结封堵型固壁剂及其制备方法与应用 - Google Patents

一种水基钻井液用胶结封堵型固壁剂及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及钻井技术领域，公开了一种胶结封堵型固壁剂及其制备方法与应用。该方法包括：(1)将纳米二氧化硅制得分散体系A，将γ‑(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷制得分散体系B，将分散体系A和分散体系B混合并将pH值调节至8～9，加入吩噻嗪反应，反应结束后过滤并对产物进行洗涤干燥；(2)将步骤(1)制得的改性二氧化硅、丙烯酰胺、丙烯酸、对苯乙烯磺酸钠、二甲基二烯丙基氯化铵、1‑乙基‑(3‑二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺、盐酸多巴胺和水混合，通入保护性气体除氧，加入引发剂反应；(3)对步骤(2)所得产物洗涤、干燥、粉碎，得到固壁剂。本发明固壁剂有利于维持甚至增强岩石强度，从而起到稳定破碎性地层井壁的作用。

Description

一种水基钻井液用胶结封堵型固壁剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及钻井技术领域，具体涉及一种水基钻井液用胶结封堵型固壁剂及其制备方法与应用。
背景技术
破碎性地层微裂缝及裂缝发育，钻井过程中，水基钻井液易沿着孔缝进入地层深部，造成严重的井壁垮塌、卡钻等事故，导致钻井周期较长、钻完井成本居高不下。现有处理技术主要为加入封堵剂封堵破碎性地层孔缝：沥青类封堵剂要求其软化点与地层温度相匹配，且封堵强度不足；碳酸钙类封堵剂封堵强度高，但其形状与尺寸难以与地层孔缝精确匹配，不能有效封堵；聚合物微球类封堵剂能够有效匹配地层孔缝形状与尺寸，但封堵强度不高。
近年来，化学胶结类固壁剂逐渐成为稳定破碎性地层井壁的研究热点，主链上接枝有多巴胺基团的羧甲基壳聚糖(CN104177517A、CN106634878A)、主链上接枝有多巴胺基团的聚合物(CN109679598A、CN108456286 A)能够胶结地层孔缝，但其抗温性和封堵强度不足；环氧树脂类(CN107502322A)能够有效胶结地层孔缝，但其与钻井液配伍性差。
基于此，本发明研制一种抗温效果好、兼顾刚性物理封堵与化学胶结作用的水基钻井液用胶结封堵型固壁剂，对保持破碎性地层井壁稳定具备重大理论及实际意义。
发明内容
为了克服现有技术存在的问题，本发明提供了一种水基钻井液用胶结封堵型固壁剂及其制备方法与应用。本发明所述固壁剂尤其适用于稳定破碎性地层井壁，能够有效胶结并封堵破碎性地层孔缝、抑制页岩水化分散并降低钻井液滤失量，进而有利于维持甚至增强岩石强度，从而起到稳定破碎性地层井壁的作用。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种制备水基钻井液用胶结封堵型固壁剂的方法，该方法包括以下步骤：
(1)改性二氧化硅的制备：将纳米二氧化硅分散于无水乙醇中，得到分散体系A，将γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷分散于水/无水乙醇体系中，得到分散体系B，然后将所述分散体系A和所述分散体系B混合并将pH值调节至8～9，然后加入吩噻嗪进行反应，反应结束后进行过滤并对得到的产物进行洗涤、干燥，得到改性二氧化硅；
(2)将步骤(1)制得的改性二氧化硅、丙烯酰胺、丙烯酸、对苯乙烯磺酸钠、二甲基二烯丙基氯化铵、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺、盐酸多巴胺和水混合，在搅拌加热条件下通入保护性气体除氧，然后加入引发剂进行反应；
(3)反应结束后，对步骤(2)所得产物洗涤、干燥、粉碎，得到胶结封堵型固壁剂。
优选地，在步骤(1)中，所述纳米二氧化硅、所述γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、所述吩噻嗪的重量比为70～80:7～8:1。
优选地，在步骤(1)中，所述水/无水乙醇分散体系由水与无水乙醇按照体积分数1:8.5～9.5混合制得。
优选地，在步骤(1)中，采用三乙胺调节pH值。
优选地，在步骤(1)中，所述反应的条件为：温度为55～65℃；时间为3～5h。
优选地，所述改性二氧化硅、所述丙烯酰胺、所述丙烯酸、所述对苯乙烯磺酸钠、所述二甲基二烯丙基氯化铵、所述1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺、所述盐酸多巴胺和所述引发剂的重量比为2～5:10～20:2～5:1～2:2～5:0.2～0.5:2～5:0.2～0.5。
优选地，在步骤(2)中，所述引发剂为偶氮二异丁脒盐酸盐、过硫酸钾和过硫酸铵中的至少一种。
优选地，在步骤(2)中，所述除氧条件为：温度为60～70℃；时间为25～40分钟。
优选地，在步骤(2)中，所述反应的条件为：温度为60～70℃；时间为4～5h。
本发明第二方面提供了一种由前文所述的方法制备的胶结封堵型固壁剂。
本发明第三方面提供了一种制备水基钻井液的方法，所述方法包括：在搅拌条件下，向水中加入膨润土、聚丙烯酰胺钾盐、聚阴离子纤维素、磺化褐煤树脂、前文所述的胶结封堵型固壁剂、磺化沥青、油酸甲酯和聚合醇。
优选地，所述方法具体过程包括：在搅拌条件下，向水中加入膨润土，搅拌22～30小时，然后加入聚丙烯酰胺钾盐、聚阴离子纤维素，搅拌25～40分钟，然后加入磺化褐煤树脂，搅拌18～25分钟，然后加入所述胶结封堵型固壁剂，搅拌18～25分钟，然后加入磺化沥青、油酸甲酯，搅拌18～25分钟，然后加入聚合醇，搅拌18～25分钟。
优选地，所述膨润土、所述聚丙烯酰胺钾盐、所述聚阴离子纤维素、所述磺化褐煤树脂、所述胶结封堵型固壁剂、所述磺化沥青、所述油酸甲酯和所述聚合醇的重量比为4:0.1～0.2:0.3～0.5:2～3:0.5～2:2～3:2～3:2～4。
本发明第四方面提供了一种由前文所述的方法制备的胶结封堵型固壁剂或由前文所述的方法制备的水基钻井液在稳定破碎性地层井壁中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下优势：
(1)本发明采用特定方法制得具有特定的双键结构的改性二氧化硅，并以该改性二氧化硅为原料组分与其他特定的有机物组分进行反应，制得具有特定结构的胶结封堵型固壁剂，该胶结封堵型固壁剂同时含有聚合物部分和二氧化硅部分，其中聚合物链段与二氧化硅部分相链接，示意图如图1所示。
(2)所述胶结封堵型固壁剂中改性二氧化硅部分主要提供优异的封堵性，而聚合物部分主要提供较强的胶结功能，同时改性二氧化硅部分增强聚合物部分的抗温性能。
(3)本发明所述胶结封堵型固壁剂可以单独在水中应用；同时所述胶结封堵型固壁剂与钻井液配伍性好，也可以在水基钻井液中应用。
(4)本发明提供的胶结封堵型固壁剂，一方面能够有效的在水中粘附在井壁孔缝上，通过刚性二氧化硅部分在地层孔缝中架桥封堵，并胶结固化；第二方面，该固壁剂在井壁表面胶结固化，能够有效抑制页岩水化分散；第三方面，该固壁剂能够在钻井液滤失形成泥饼的过程中胶结固化，提高泥饼的致密性，有效降低钻井液的滤失量，进而有利于维持甚至增强岩石强度，起到稳定破碎性地层井壁的作用。
(5)将本发明提供的胶结封堵型固壁剂按照本发明所述方法制备的水基钻井液，能够显著增加页岩回收率，抑制破碎性地层井壁页岩的水化分散；能够有效保持页岩的抗压强度，进而防止井壁坍塌、卡钻等，从而强化破碎性地层井壁并减少井下复杂情况，起到稳定破碎性地层井壁的作用。本发明提供的水基钻井液有利于维持甚至增强岩石强度，起到稳定破碎性地层井壁的作用。
附图说明
图1是本发明制备的胶结封堵型固壁剂结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明第一方面提供了一种制备胶结封堵型固壁剂的方法，该方法包括以下步骤：
(1)改性二氧化硅的制备：将纳米二氧化硅分散于无水乙醇中，得到分散体系A，将γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)分散于水/无水乙醇体系中，得到分散体系B，然后将所述分散体系A和所述分散体系B混合并将pH值调节至8～9，然后加入吩噻嗪进行反应，反应结束后进行过滤并对得到的产物进行洗涤、干燥，得到改性二氧化硅；
(2)将步骤(1)制得的改性二氧化硅、丙烯酰胺、丙烯酸、对苯乙烯磺酸钠、二甲基二烯丙基氯化铵、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺、盐酸多巴胺和水混合，在搅拌加热条件下通入保护性气体除氧，然后加入引发剂进行反应；
(3)反应结束后，对步骤(2)所得产物洗涤、干燥、粉碎，得到胶结封堵型固壁剂。
在本发明所述方法中，按照步骤(1)所述方法制备的改性二氧化硅具有双键结构，可以和其它单体发生聚合反应，形成接枝聚合物长链的二氧化硅，而且该改性二氧化硅具有优异的封堵性，同时该改性二氧化硅能够增强聚合物部分的抗温性能。
本发明所述方法制备的胶结封堵型固壁剂中，刚性改性二氧化硅部分提供封堵性，同时增强聚合物部分的抗温性能，丙烯酰胺、丙烯酸、对苯乙烯磺酸钠、二甲基二烯丙基氯化铵、盐酸多巴胺反应形成聚合物链部分，对苯乙烯磺酸钠可以增强聚合物链部分的抗温性能，丙烯酰胺形成聚合物链部分的主链结构、丙烯酸和二甲基二烯丙基氯化铵可以增强聚合物链部分对井壁岩石的吸附，盐酸多巴胺使得聚合物链部分具有较强的胶结功能。
在具体实施方式中，在步骤(1)中，所述纳米二氧化硅、所述γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、所述吩噻嗪的重量比可以为70～80:7～8:1，例如70:7:1、70:7.5:1、70:8:1、75:7:1、75:7.5:1、75:8:1、80:7:1、80:7.5:1或80:8:1。
在本发明步骤(1)中，制备分散体系A的具体过程为：将纳米二氧化硅加入无水乙醇中，搅拌，使纳米二氧化硅充分分散，其中，所述纳米二氧化硅与无水乙醇的重量比为14～16:100。
在本发明步骤(1)中，制备分散体系B的具体过程为：将γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)加入水/无水乙醇体系中，搅拌，使γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷充分分散，其中，所述γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷与所述水/无水乙醇分散体系的重量比为1.4～1.6:100。
为了提供γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)的分散程度，在优选实施方式中，在步骤(1)中，所述水/无水乙醇分散体系由水与无水乙醇按照体积分数1:8.5～9.5(例如1:8.5、1:9或1:9.5)混合制得。
在制备改性二氧化硅的方法中，为了使反应更有效的进行，需要通过调节pH值将反应体系的pH值变化程度控制在适当范围内。在优选实施方式中，在步骤(1)中，采用三乙胺调节pH值。在三乙胺调节下体系pH值变化较小，用氢氧化钠等调节剂容易使得体系碱性过大。
在步骤(1)中，所述反应方式不限，可以为本领域的常规选择。在优选实施方式中，所述反应为回流反应。
在本发明中，为了制得具有本发明所述所需结构的改性二氧化硅，需要在适当范围内进行反应。在具体实施方式中，在步骤(1)中，所述反应的温度为55～65℃，例如可以为55℃、60℃或65℃。在具体实施方式中，在步骤(1)中，所述反应的时间为3～5h，例如可以为3h、4h或5h。
在步骤(1)中，反应结束后进行过滤并对得到的产物进行洗涤、干燥的具体操作为：反应结束后过滤，得到粉末状产物，用乙醇洗涤后再次过滤，重复洗涤2～3次后，将产物在室温下真空干燥或室温下晾干，即制得改性二氧化硅。
在本发明中，为了制得既具有优异封堵性，又具有较强胶结功能的固壁剂，需要将本发明所述胶结封堵型固壁剂各个原料的用量控制在适当范围内。水的用量没有特别要求，只要能使反应正常进行即可。
在具体实施方式中，所述改性二氧化硅、所述丙烯酰胺、所述丙烯酸、所述对苯乙烯磺酸钠、所述二甲基二烯丙基氯化铵、所述1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺、所述盐酸多巴胺和所述引发剂的重量比为2～5:10～20:2～5:1～2:2～5:0.2～0.5:2～5:0.2～0.5。
在优选实施方式中，所述改性二氧化硅、所述丙烯酰胺、所述丙烯酸、所述对苯乙烯磺酸钠、所述二甲基二烯丙基氯化铵、所述1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺、所述盐酸多巴胺和所述引发剂的重量比为2.5:15：3.5:1.5:2.5:0.2:2～5:0.35。
在本发明中，所述1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺为活化剂。在本发明中，所述引发剂可以为本领域的常规选择。在具体实施方式中，在步骤(2)中，所述引发剂为偶氮二异丁脒盐酸盐(V50)、过硫酸钾和过硫酸铵中的至少一种。在优选实施方式中，所述引发剂为偶氮二异丁脒盐酸盐。
在本发明所述制备胶结封堵型固壁剂的方法中，在步骤(2)中，除氧和反应均在加热条件下进行。在具体实施方式中，所述加热方式可以采用本领域的常规选择。在优选实施方式中，采用水浴加热，且除氧和反应在相同的温度下进行。
在具体实施方式中，在步骤(2)中，所述除氧条件为：温度为60～70℃，例如可以为60℃、65℃或70℃；时间为25～40分钟，例如可以为25分钟、30分钟、35分钟或40分钟。
在具体实施方式中，在步骤(2)中，所述反应的条件为：温度为60～70℃，例如可以为60℃、65℃或70℃；时间为4～5h，例如可以为4h、4.5h或5h。
与现有技术相比，采用本发明所述方法制备的胶结封堵型固壁剂与钻井液配伍性更好，有利于维持甚至增强岩石强度，起到稳定破碎性地层井壁的作用。
本发明第二方面提供了一种由前文所述的方法制备的胶结封堵型固壁剂。所述胶结封堵型固壁剂同时含有聚合物部分和二氧化硅部分，所述胶结封堵型固壁剂中改性二氧化硅部分主要提供优异的封堵性，而聚合物部分主要提供较强的胶结功能，同时改性二氧化硅部分增强聚合物部分的抗温性能。
本发明第三方面提供了一种制备水基钻井液的方法，所述方法包括：在搅拌条件下，向水中加入膨润土、聚丙烯酰胺钾盐、聚阴离子纤维素、磺化褐煤树脂、前文所述的胶结封堵型固壁剂、磺化沥青、油酸甲酯和聚合醇。
在具体实施方式中，所述方法具体过程包括：在搅拌条件下，向水中加入膨润土，搅拌22～30小时，然后加入聚丙烯酰胺钾盐、聚阴离子纤维素，搅拌25～40分钟，然后加入磺化褐煤树脂，搅拌18～25分钟，然后加入所述胶结封堵型固壁剂，搅拌18～25分钟，然后加入磺化沥青、油酸甲酯，搅拌18～25分钟，然后加入聚合醇，搅拌18～25分钟。
在具体实施方式中，在本发明所述制备水基钻井液的过程可以在高搅杯中进行，全程在低速搅拌下进行。在优选实施方式中，所述搅拌速率为4000～6000转/分，例如4000转/分、5000转/分或6000转/分。
在优选实施方式中，所述膨润土、所述聚丙烯酰胺钾盐、所述聚阴离子纤维素、所述磺化褐煤树脂、所述胶结封堵型固壁剂、所述磺化沥青、所述油酸甲酯和所述聚合醇的重量比为4:0.1～0.2:0.3～0.5:2～3:0.5～2:2～3:2～3:2～4。在更为优选的实施方式中，所述膨润土、所述聚丙烯酰胺钾盐、所述聚阴离子纤维素、所述磺化褐煤树脂、所述胶结封堵型固壁剂、所述磺化沥青、所述油酸甲酯和所述聚合醇的重量比为4:0.2:0.5:3:2:3:3:4。
本发明第四方面提供了一种由前文所述的方法制备的胶结封堵型固壁剂或由前文所述的方法制备的水基钻井液在稳定破碎性地层井壁中的应用。具体应用于胶结封堵型固壁剂或水基钻井液胶结破碎性地层井壁、封堵地层孔缝、抑制页岩水化分散及降低滤失量，进而保持岩石强度。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。以下制备例、实施例和对比例中，如无特别说明，所用材料均可商购获得，所用的方法均为本领域的常规方法。
二氧化硅、丙烯酰胺、丙烯酸、对苯乙烯磺酸钠、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺、二甲基二烯丙基氯化铵、KH570、聚丙烯酰胺钾盐、聚阴离子纤维素、盐酸多巴胺由山东聚鑫新材料有限公司提供。磺化褐煤树脂、磺化沥青、油酸甲酯、聚合醇为中石油工程技术研究院有限公司提供。
以下实施例中使用的改性二氧化硅按照下列方法制备：
1)称取15g纳米二氧化硅加入100g无水乙醇中，磁力搅拌使纳米二氧化硅充分分散，得到分散体系A；
2)称取1.5g KH570加入100g水/无水乙醇体系中，磁力搅拌使KH570充分分散，得到分散体系B，其中，所述水/无水乙醇分散体系由水与无水乙醇按体积分数1:9均匀混合制得；
3)将所述分散体系A和所述分散体系B倒入烧瓶中，用三乙胺调节pH值为8.5，加入0.2重量份吩噻嗪，60℃回流反应4h；
4)反应结束后将反应产物取出过滤，将粉末状产物用乙醇洗涤后再次过滤，重复洗涤2-3次后，将产物在室温下真空干燥或室温下晾干，即制得改性二氧化硅。
实施例1-4用于说明固壁剂A1-A4的制备过程。
实施例1
取2.5g改性二氧化硅、15g丙烯酰胺、3.5g丙烯酸、1.5g对苯乙烯磺酸钠、2.5g二甲基二烯丙基氯化铵、0.2g 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺、5g盐酸多巴胺分别加入装有150g水的烧瓶中，搅拌至充分分散；将烧瓶水浴加热至60℃，保持搅拌加热，用氮气除氧30分钟；向烧瓶中加入0.35g V50，维持反应4h；反应结束后将粘稠产物取出，用丙酮洗涤3次，烘干粉碎后即为固壁剂A1。
实施例2
取2.5g改性二氧化硅、16g丙烯酰胺、3g丙烯酸、1.8g对苯乙烯磺酸钠、3g二甲基二烯丙基氯化铵、0.3g 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺、3.5g盐酸多巴胺分别加入装有160g水的烧瓶中，搅拌至充分分散；将烧瓶水浴加热至65℃，保持搅拌加热，用氮气除氧30分钟；向烧瓶中加入0.3gV50，维持反应5h；反应结束后将粘稠产物取出，用丙酮洗涤3次，烘干粉碎后即为固壁剂A2。
实施例3
取2.5g改性二氧化硅、14g丙烯酰胺、4g丙烯酸、1.3g对苯乙烯磺酸钠、4g二甲基二烯丙基氯化铵、0.4g 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺、2g盐酸多巴胺分别加入装有170g水的烧瓶中，搅拌至充分分散；将烧瓶水域加热至70℃，保持搅拌加热，用氮气除氧30分钟；向烧瓶中加入0.4g V50，维持反应4.5h；将粘稠反应产物取出，用丙酮洗涤3次，烘干粉碎后即为固壁剂A3。
实施例4
按照实施例1的方法实施，不同的是，将引发剂0.35g V50替换为0.35g过硫酸钾，得到固壁剂A4。
实施例5-8用于说明钻井液F1-F4的制备过程。
实施例5
在高搅杯中加入100g水，在5000转/分搅拌条件下加入4g膨润土，搅拌24小时，然后加入0.2g聚丙烯酰胺钾盐、0.5g聚阴离子纤维素，搅拌30分钟，然后加入3g磺化褐煤树脂，搅拌20分钟，然后加入2g固壁剂A1，搅拌20分钟，然后加入3g磺化沥青、3g油酸甲酯，搅拌20分钟，然后加入4g聚合醇，搅拌20分钟，得到钻井液F1。
实施例6
在高搅杯中加入110g水，在5000转/分搅拌条件下加入4g膨润土，搅拌25小时，然后加入0.18g聚丙烯酰胺钾盐、0.5g聚阴离子纤维素，搅拌25分钟，然后加入3g磺化褐煤树脂，搅拌18分钟，然后加入1.8g固壁剂A2，搅拌22分钟，然后加入3g磺化沥青、2.8g油酸甲酯，搅拌25分钟，然后加入4g聚合醇，搅拌24分钟，得到钻井液F2。
实施例7
在高搅杯中加入105g水，在5000转/分搅拌条件下加入4g膨润土，搅拌23小时，然后加入0.2g聚丙烯酰胺钾盐、0.45g聚阴离子纤维素，搅拌35分钟，然后加入3g磺化褐煤树脂，搅拌22分钟，然后加入2g固壁剂A3，搅拌18分钟，然后加入2.8g磺化沥青、3g油酸甲酯，搅拌25分钟，然后加入4g聚合醇，搅拌19分钟，得到钻井液F3。
实施例8
在高搅杯中加入100g水，在5000转/分搅拌条件下加入4g膨润土，搅拌22小时，然后加入0.2g聚丙烯酰胺钾盐、0.5g聚阴离子纤维素，搅拌40分钟，然后加入3g磺化褐煤树脂，搅拌18分钟，然后加入2g固壁剂A4，搅拌25分钟，然后加入3g磺化沥青、3g油酸甲酯，搅拌22分钟，然后加入4g聚合醇，搅拌24分钟，得到钻井液F4。
对比例1
按照实施例1的方法实施，不同的是，不加入改性二氧化硅，得到固壁剂DA1。
对比例2
按照实施例1的方法实施，不同的是，在制备改性二氧化硅的方法中不加入吩噻嗪，得到固壁剂DA2。
对比例3
按照实施例5的方法实施，不同的是，将2g固壁剂A1替换为2g固壁剂DA1，得到钻井液DFl。
对比例4
按照实施例5的方法实施，不同的是，将2g固壁剂A1替换为2g固壁剂DA2，得到钻井液DF2。
对比例5
按照实施例5的方法实施，不同的是，钻井液中不加入固壁剂，即按照以下配方配制钻井液DF3：膨润土4g，聚丙烯酰胺钾盐0.2g，聚阴离子纤维素0.5g，磺化褐煤树脂3g，磺化沥青3g，油酸甲酯3g，聚合醇4g。
对比例6
按照实施例5的方法实施，不同的是，将2g固壁剂A1替换为2g环氧树脂，即按照以下配方配制钻井液DF4：膨润土4g，聚丙烯酰胺钾盐0.2g，聚阴离子纤维素0.5g，磺化褐煤树脂3g，环氧树脂0.5g，磺化沥青3g，油酸甲酯3g，聚合醇4g。
测试例1
取10目页岩岩屑30克放入压模器(D＝15mm)中，加入3ml蒸馏水，在2MPa条件下压5分钟，取出岩心；将表1中不同样品分别配置成浓度为0.5wt％的不同溶液，将岩心置于不同溶液中浸泡24h，观察岩心完整性，见表1。
表1岩心在不同溶液中浸泡24h后的完整性
Figure BDA0003595943470000131
Figure BDA0003595943470000141
通过表1的数据可以看出，本发明提供的固壁剂能够有效胶结岩石，进而有效胶结地层孔缝，起到稳定破碎性地层井壁的目的。
测试例2
流变性能测试：分别取400mL上述钻井液Fl-F4和DF1-DF4，在5000rpm下搅拌20min后，装入老化罐，放入滚子炉中，在140℃下，恒温滚动16小时后，取出冷却至室温，再在5000rpm下搅拌20min，然后按照GB/T16783.1-2006分别测定上述钻井液的表观粘度(AV，mPa.s)、塑性粘度(PV，mPa.s)、动切力(YP，Pa)、10s和10min静切力、中压API失水(FL，mL)、高温高压失水(FLHTHP，mL，140℃)、砂床侵入深度(100目)，结果见表2。
表2钻井液性能
Figure BDA0003595943470000142
Figure BDA0003595943470000151
通过表2的数据可以看出，采用本发明所述方法制备的钻井液砂床侵入深度≤1.0；API滤失量≤3.4；HTHP滤失量≤12.0。由此可见，本发明制备的钻井液能够有效降低水基钻井液API滤失量、HTHP滤失量，提高地层孔缝的封堵性，起到稳定破碎性地层井壁的目的。
测试例3
将页岩粉碎，筛选6-10目的页岩颗粒，在202-OA型电热恒温干燥箱中80℃下干燥6h，干燥器中冷却2h后，分别在400mL上述钻井液Fl-F4和DF1-DF4及蒸馏水中做滚动回收率实验(140℃下热滚16h)。实验结果见表3。
表3钻井液抑制页岩分散性能
Figure BDA0003595943470000152
Figure BDA0003595943470000161
通过表3的数据可以看出，采用本发明所述方法制备的钻井液页岩回收率≥98.6％。由此可见，本发明制备的水基钻井液能够显著增加页岩回收率，抑制破碎性地层井壁页岩的水化分散。
测试例4
分别用6块页岩岩心(25cm×50cm)在钻井液Fl-F4和DF1-DF4及蒸馏水中浸泡24h后进行页岩抗压强度测定实验，同时用一块岩心测定页岩原始抗压强度，结果如表4所示。
表4页岩抗压强度
钻井液 抗压强度,MPa
Fl 64.33
F2 63.45
F3 63.27
F4 64.25
DFl 48.26
DF2 56.95
DF3 24.46
DF4 23.64
蒸馏水 18.42
原始页岩 65.23
通过表4的数据可以看出，本发明所述方法制备的钻井液抗的压强度与原始页岩相当，由此可见，本发明提供的水基钻井液能够有效保持页岩的抗压强度，进而防止井壁坍塌、卡钻等，从而强化破碎性地层井壁并减少井下复杂情况。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种制备水基钻井液用胶结封堵型固壁剂的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)改性二氧化硅的制备：将纳米二氧化硅分散于无水乙醇中，得到分散体系A，将γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷分散于水/无水乙醇体系中，得到分散体系B，然后将所述分散体系A和所述分散体系B混合并将pH值调节至8～9，然后加入吩噻嗪进行反应，反应结束后进行过滤并对得到的产物进行洗涤、干燥，得到改性二氧化硅；
(2)将步骤(1)制得的改性二氧化硅、丙烯酰胺、丙烯酸、对苯乙烯磺酸钠、二甲基二烯丙基氯化铵、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺、盐酸多巴胺和水混合，在搅拌加热条件下通入保护性气体除氧，然后加入引发剂进行反应；
(3)反应结束后，对步骤(2)所得产物洗涤、干燥、粉碎，得到胶结封堵型固壁剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述纳米二氧化硅、所述γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、所述吩噻嗪的重量比为70～80:7～8:1。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述水/无水乙醇分散体系由水与无水乙醇按照体积分数1:8.5～9.5混合制得。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，采用三乙胺调节pH值；
优选地，在步骤(1)中，所述反应的条件为：温度为55～65℃；时间为3～5h。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述改性二氧化硅、所述丙烯酰胺、所述丙烯酸、所述对苯乙烯磺酸钠、所述二甲基二烯丙基氯化铵、所述1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺、所述盐酸多巴胺和所述引发剂的重量比为2～5:10～20:2～5:1～2:2～5:0.2～0.5:2～5:0.2～0.5。
6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述引发剂为偶氮二异丁脒盐酸盐、过硫酸钾和过硫酸铵中的至少一种。
7.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述除氧条件为：温度为60～70℃；时间为25～40分钟；
优选地，在步骤(2)中，所述反应的条件为：温度为60～70℃；时间为4～5h。
8.一种由权利要求1～7中任意一项所述的方法制备的胶结封堵型固壁剂。
9.一种制备水基钻井液的方法，其特征在于，所述方法包括：在搅拌条件下，向水中加入膨润土、聚丙烯酰胺钾盐、聚阴离子纤维素、磺化褐煤树脂、权利要求8所述的胶结封堵型固壁剂、磺化沥青、油酸甲酯和聚合醇。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法具体过程包括：在搅拌条件下，向水中加入膨润土，搅拌22～30小时，然后加入聚丙烯酰胺钾盐、聚阴离子纤维素，搅拌25～40分钟，然后加入磺化褐煤树脂，搅拌18～25分钟，然后加入所述胶结封堵型固壁剂，搅拌18～25分钟，然后加入磺化沥青、油酸甲酯，搅拌18～25分钟，然后加入聚合醇，搅拌18～25分钟；
优选地，所述膨润土、所述聚丙烯酰胺钾盐、所述聚阴离子纤维素、所述磺化褐煤树脂、所述胶结封堵型固壁剂、所述磺化沥青、所述油酸甲酯和所述聚合醇的重量比为4:0.1～0.2:0.3～0.5:2～3:0.5～2:2～3:2～3:2～4。
11.由权利要求1～7中任意一项所述的方法制备的胶结封堵型固壁剂或由权利要求9～10中任意一项所述的方法制备的水基钻井液在稳定破碎性地层井壁中的应用。
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