CN114805421B - 改性纳米二氧化硅、抗高温增粘提切剂及其二者的制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种改性纳米二氧化硅、抗高温增粘提切剂及其二者的制备方法与应用，改性纳米二氧化硅的制备方法包括如下步骤：S1：将纳米二氧化硅与含有氨基的硅烷偶联剂在醇类溶剂中进行第一接触反应，得到第一接触反应产物；S2：将所述第一接触反应产物与聚脂肪酸进行第二接触反应，从而得到所述改性纳米二氧化硅，其中，所述聚脂肪酸选自十八碳不饱和脂肪酸二聚体或十八碳不饱和脂肪酸三聚体。本发明的改性纳米二氧化硅、抗高温增粘提切剂能够在极端高温环境下有效提高油包水乳化钻井液体系的结构强度，尤其提高油包水乳化钻井液的动切力和低剪切速率粘度，进而改善油包水乳化钻井液体系的沉降稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及油田开采技术领域，具体涉及一种改性纳米二氧化硅、抗高温增粘提切剂及其二者的制备方法与应用。
背景技术
相对于水基钻井液，油包水乳化钻井液普遍具有更好的高温稳定性，是钻探高温深井的主体钻井液技术。近些年来，随着油气资源勘探开发的不断深入，深井、超深井数量逐渐增加，井底的温度上限也在不断刷新，为油包水乳化钻井液技术带来了越发严峻的挑战。
高温深井普遍伴随较大的井底压力，因此油包水乳化钻井液往往需要添加大量加重材料以获得较高的密度，从而实现地层压力的有效平衡。然而在实际应用过程中，油包水乳化钻井液在高温高压井段通常存在加重材料的沉降问题。加重材料沉降后形成沉积层，会使钻井液密度发生改变，致使井控难度变大。此外，在下套管和完井等操作中，钻井液加重材料的沉降问题会延长非生产时间，增加井下的复杂事故，给钻井带来较大经济损失。
现有技术往往通过添加有机土或脂肪酸衍生物类增粘提切剂来提高油包水乳化钻井液的结构强度(动切力、低剪切速率粘度等)，从而改善体系的固相悬浮能力，防止加重材料的沉降。但现有的增粘提切材料普遍难以在200℃以上的高温环境下发挥作用，如有机土在200℃以上时会由于改性剂热分解而失去提切作用，加量过多还会导致体系因固相含量过高而过度稠化(塑性粘度过高)，影响机械钻速。脂肪酸衍生物类增粘提切剂大多在200℃以上时会因发生热分解而失效，导致钻井液体系结构强度显著降低，引起重晶石等固相沉降。因此，研发优良的抗高温增粘提切材料以提高油包水乳化钻井液在超高温环境下的沉降稳定性是当前阶段抗高温高密度油包水乳化钻井液技术急需解决的核心问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种改性纳米二氧化硅、抗高温增粘提切剂及其二者的制备方法与应用，能够在极端高温环境下有效提高油包水乳化钻井液体系的结构强度，尤其提高油包水乳化钻井液的动切力和低剪切速率粘度，进而改善油包水乳化钻井液体系的沉降稳定性。
为达到上述目的，本发明第一方面提供一种改性纳米二氧化硅的制备方法，包括如下步骤：
S1：将纳米二氧化硅与含有氨基的硅烷偶联剂在醇类溶剂中进行第一接触反应，得到第一接触反应产物；
S2：将所述第一接触反应产物与聚脂肪酸进行第二接触反应，从而得到所述改性纳米二氧化硅，其中，所述聚脂肪酸选自十八碳不饱和脂肪酸二聚体和/或十八碳不饱和脂肪酸三聚体。
本发明的改性纳米二氧化硅的制备方法先由硅烷偶联剂对纳米二氧化硅表面进行修饰，形成-Si-O-Si-键，再用聚脂肪酸再与修饰于二氧化硅表面的硅烷偶联剂的末端的胺基进行酰胺化缩合，使得聚脂肪酸在表面改性的纳米二氧化硅颗粒表面成功接枝。
根据本发明的具体实施方案，上述改性纳米二氧化硅的制备方法中，优选地，所述聚脂肪酸选自十八烷不饱和脂肪酸二聚体和/或三聚甘油单月桂酸酯。
根据本发明的具体实施方案，上述改性纳米二氧化硅的制备方法中，优选地，所述硅烷偶联剂选自具有式(I)所示通式的化合物，
其中，R1、R2、R3各自独立地选自C1-C6的烷基或C1-C6的烷氧基，并且R1、R2、R3中至少一个选自C1-C6的烷氧基；L1选自C1-C6的亚烷基。
根据本发明的具体实施方案，上述改性纳米二氧化硅的制备方法中，优选地，R1、R2、R3各自独立地选自C1-C4的烷基或C1-C4的烷氧基，并且R1、R2、R3中至少一个选自C1-C4的烷氧基；L1选自C1-C5的亚烷基。
根据本发明的具体实施方案，上述改性纳米二氧化硅的制备方法中，优选地，R1、R2、R3各自独立地选自甲基、乙基、正丙基、甲氧基、乙氧基或正丙氧基，并且R1、R2、R3中至少一个选自甲氧基、乙氧基或正丙氧基；L1选自-CH2-、-CH2-CH2-、-CH2-CH2-CH2-、-CH(CH3)-CH2-、-CH2-CH(CH3)-或-CH2-(CH2)2-CH2-。
根据本发明的具体实施方案，上述改性纳米二氧化硅的制备方法中，优选地，所述纳米二氧化硅的粒径为30-300nm，优选为50-100nm。
根据本发明的具体实施方案，上述改性纳米二氧化硅的制备方法中，优选地，所述醇类溶剂选自甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇中的一种或多种。在本发明中，采用醇类溶剂可促进第一接触反应中硅烷偶联剂对二氧化硅表面的改性。
根据本发明的具体实施方案，上述改性纳米二氧化硅的制备方法中，优选地，相对于1g纳米二氧化硅，所述醇类溶剂的用量为50-150mL。在本发明中，醇类溶剂用量可以在较宽范围内变动。
根据本发明的具体实施方案，上述改性纳米二氧化硅的制备方法中，优选地，所述纳米二氧化硅、所述硅烷偶联剂提供的氨基与所述聚脂肪酸提供的羧基的摩尔比为1:(0.05-1):(0.01-1)，优选为1:(0.1-0.7):(0.05-0.5)，更优选为1:(0.2-0.5):(0.1-0.3)。在本发明中，所述纳米二氧化硅、硅烷偶联剂和聚脂肪酸的用量可以根据所需的改性纳米二氧化硅的结构单元比例进行适当的调整。
根据本发明的具体实施方案，上述改性纳米二氧化硅的制备方法中，优选地，所述第一接触反应的条件包括：温度为50-70℃，时间为1-4h。
根据本发明的具体实施方案，上述改性纳米二氧化硅的制备方法中，优选地，所述第一接触反应的条件包括：温度为55-65℃，时间为2-3h。
根据本发明的具体实施方案，上述改性纳米二氧化硅的制备方法中，优选地，所述第二接触反应的温度为120-220℃，反应直至无水脱出后停止加热。
根据本发明的具体实施方案，上述改性纳米二氧化硅的制备方法中，优选地，所述第二接触反应的温度为150-200℃，反应直至无水脱出后停止加热。
根据本发明的具体实施方案，上述改性纳米二氧化硅的制备方法中，S1中第一接触反应的加料方式可以采用多种形式，优选先将二氧化硅在醇类溶剂中进行分散得到稳定的二氧化硅分散液，再引入硅烷偶联剂进行反应。
根据本发明的具体实施方案，上述改性纳米二氧化硅的制备方法中，优选地，S2中第二接触反应的加料方式为：将聚脂肪酸加入第一接触反应产物中；更优选地，加料温度为70-130℃，并在50-150r/min搅拌条件下进行。这种加料方式可使第二接触反应更加充分。
根据本发明的具体实施方案，上述改性纳米二氧化硅的制备方法中，优选地，所述第二接触反应在惰性气体氛围下进行。
根据本发明的具体实施方案，上述改性纳米二氧化硅的制备方法中，优选地，所述第二接触反应在200-300r/min的搅拌条件下进行，可促进反应进行。
本发明第二方面提供一种由上述改性纳米二氧化硅的制备方法制得的改性纳米二氧化硅。
本发明的改性纳米二氧化硅包含纳米二氧化硅、硅烷偶联剂提供的结构单元和聚脂肪酸提供的结构单元。其中，硅烷偶联剂提供的结构单元和聚脂肪酸类提供的结构单元可以理解为：由硅烷偶联剂对纳米二氧化硅表面进行修饰，形成-Si-O-Si-键，然后聚脂肪酸再与修饰在二氧化硅表面的硅烷偶联剂末端的胺基进行酰胺化缩合，使得聚脂肪酸在纳米二氧化硅颗粒表面成功接枝。
本发明第三方面提供一种抗高温增粘提切剂的制备方法，其包括：将上述改性纳米二氧化硅均匀分散于溶剂中，得到所述抗高温增粘提切剂。在本发明中，进行第二接触反应(即接枝聚脂肪酸)后会使改性纳米二氧化硅粘度增大，本发明采用溶剂对改性纳米二氧化硅进行稀释，使其具有更好的流动性，以便钻井现场的实际应用。
根据本发明的具体实施方案，上述抗高温增粘提切剂的制备方法中，优选地，所述溶剂与上述改性纳米二氧化硅的制备方法中所述聚脂肪酸的体积比为(0.8-1.8):1，优选为(0.9-1.7):1，更优选为(1.1-1.5):1。
根据本发明的具体实施方案，上述抗高温增粘提切剂的制备方法中，优选地，所述溶剂选自三乙二醇单丁醚、妥尔油脂肪酸、油酸、正辛醇中的一种或多种。
本发明第四方面提供一种由上述抗高温增粘提切剂的制备方法制得的抗高温增粘提切剂。
本发明提供第五方面提供一种上述改性纳米二氧化硅或上述抗高温增粘提切剂在油气开采中的应用，所述改性纳米二氧化硅或抗高温增粘提切剂用于油包水乳化钻井液的增粘提切。
根据本发明的具体实施方案，优选地，所述油包水乳化钻井液的老化温度为220-260℃。
根据本发明的具体实施方案，上述应用中，优选的，所述抗高温增粘提切剂的用量为油包水乳化钻井液重量的1-5％。
在本发明的应用中，所述油包水乳化钻井液的油相可以由本领域常规采用的油相提供，例如可以为柴油或白油，所述白油优选为3#白油(闪点为220℃、40℃运动粘度为3mm2/s、比重为0.85)或5#白油(闪点为220℃、40℃运动粘度为3.5mm2/s、比重为0.85)；水相则通常可以采用CaCl2的水溶液，优选质量浓度为20-40％的CaCl2的水溶液；其中，油相和水相的重量比优选为(70-90):(10-30)。
在本发明的应用中，所述油包水乳化钻井液还可以含有本领域常规采用的其它处理剂，例如所述油包水乳化钻井液还可以含有主乳化剂、辅乳化剂、有机膨润土、碱度调节剂和加重剂等中的一种或多种。上述处理剂及其用量都可以参照本领域常规的种类和用量进行选择，本发明对此并无特别的限定。
本发明提供技术方案，具有如下有益效果：
本发明通过采用硅烷偶联剂和聚脂肪酸对纳米二氧化硅进行改性，得到改性纳米二氧化硅以及抗高温增粘提切剂。本发明的改性纳米二氧化硅或抗高温增粘提切剂可以在220-260℃极端高温环境下有效提高油包水乳化钻井液的结构强度，尤其是提高钻井液体系的动切力和低剪切速率粘度，从而使油包水乳化钻井液体系具有优良的固相悬浮能力，有效解决超高温条件下油包水乳化钻井液体系的固相沉降问题，满足现阶段深井、超深井的实际应用需求。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
在以下实施例中，如无特别声明，所用化学试剂均为市售。其中，纳米二氧化硅(粒径50-100nm)购自南京保克特新材料有限公司，十八烷不饱和脂肪酸二聚体(纯度98％以上)购自济宁宏明化学试剂有限公司，三聚甘油单月桂酸酯(纯度80％)购自山东优索化学有限公司，氨基硅烷偶联剂KH550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)、无水乙醇均购自萨恩化学技术(上海)有限公司。
实施例1
本实施例提供一种改性纳米二氧化硅和抗高温增粘提切剂，其制备方法如下：
向100mL无水乙醇中加入2g纳米二氧化硅并超声分散30min，而后加入氨基硅烷偶联剂KH550(以硅计的纳米二氧化硅和氨基硅烷偶联剂KH550的胺基摩尔用量比为1:0.2)混合均匀，并升高温度至50℃，反应90min，而后抽滤得到第一反应产物；将第一反应产物和十八烷不饱和脂肪酸二聚体加入三口烧瓶中(以硅计的纳米二氧化硅和十八烷不饱和脂肪酸二聚体的羧基摩尔用量比为1:0.1)，在通氮气条件下，以100r/min搅拌速度，升温至100℃，维持30min，然后提高搅拌速度至250r/min并将温度迅速升至180℃，反应直至无水脱出后停止加热，得到改性纳米二氧化硅。
向得到改性纳米二氧化硅的反应体系中加入与十八烷不饱和脂肪酸二聚体体积比1：1的三乙二醇单丁醚，搅拌至混合均匀，然后趁热出料，即制得抗高温增粘提切剂DASO-1。
实施例2
本实施例提供一种改性纳米二氧化硅和抗高温增粘提切剂，其制备方法如下：
向100mL无水乙醇中加入2g纳米二氧化硅并超声分散30min，而后加入氨基硅烷偶联剂KH550(以硅计的二氧化硅和氨基硅烷偶联剂KH550的胺基摩尔用量比为1:0.6)混合均匀，并升高温度至60℃反应120min，而后抽滤得到第一反应产物；将第一反应产物和十八烷不饱和脂肪酸二聚体加入三口烧瓶中(以硅计的纳米二氧化硅和十八烷不饱和脂肪酸二聚体的羧基摩尔用量比为1:0.05)，在通氮气条件下，以100r/min搅拌速度，升温至100℃，维持30min，然后提高搅拌速度至250r/min并将温度迅速升至180℃，反应直至无水脱出后停止加热，得到改性纳米二氧化硅。
向得到改性纳米二氧化硅的反应体系中加入与十八烷不饱和脂肪酸二聚体体积比1:1.2的三乙二醇单丁醚，搅拌至混合均匀，然后趁热出料，即制得抗高温增粘提切剂DASO-2。
实施例3
本实施例提供一种改性纳米二氧化硅和抗高温增粘提切剂，其制备方法如下：
向100mL无水乙醇中加入2g纳米二氧化硅并超声分散30min，而后加入氨基硅烷偶联剂KH550(以硅计的纳米二氧化硅和氨基硅烷偶联剂KH550的胺基摩尔用量比为1:0.2)混合均匀，并升高温度至50℃反应90min，而后抽滤得到第一反应产物；将第一反应产物和十八烷不饱和脂肪酸二聚体加入三口烧瓶中(以硅计的纳米二氧化硅和十八烷不饱和脂肪酸二聚体的羧基摩尔用量比为1:0.01)，在通氮气条件下，以100r/min搅拌速度，升温至100℃，维持30min，然后提高搅拌速度至250r/min并将温度迅速升至200℃，反应直至无水脱出后停止加热，得到改性纳米二氧化硅。
向得到改性纳米二氧化硅的反应体系中加入与十八烷不饱和脂肪酸二聚体体积比1:1.5的妥尔油脂肪酸，搅拌至混合均匀，然后趁热出料，即制得抗高温增粘提切剂DASO-3。
实施例4
本实施例提供一种改性纳米二氧化硅和抗高温增粘提切剂，其制备方法如下：
向100mL无水乙醇中加入2g纳米二氧化硅并超声分散30min，而后加入氨基硅烷偶联剂KH550(以硅计的纳米二氧化硅和氨基硅烷偶联剂KH550的胺基摩尔用量比为1:0.5)混合均匀，并升高温度至50℃反应90min，而后抽滤得到第一反应产物；将第一反应产物和十八烷不饱和脂肪酸二聚体加入三口烧瓶中(以硅计的纳米二氧化硅和十八烷不饱和脂肪酸二聚体的羧基摩尔用量比为1:0.3)，在通氮气条件下，以100r/min搅拌速度，升温至100℃，维持30min，然后提高搅拌速度至250r/min并将温度迅速升至200℃，反应直至无水脱出后停止加热，得到改性纳米二氧化硅。
向得到改性纳米二氧化硅的反应体系中加入与十八烷不饱和脂肪酸二聚体体积比1:1.5的妥尔油脂肪酸，搅拌至混合均匀，然后趁热出料，即制得抗高温增粘提切剂DASO-3。
实施例5
本实施例提供一种改性纳米二氧化硅和抗高温增粘提切剂，其制备方法如下：
向100mL无水乙醇中加入2g纳米二氧化硅并超声分散30min，而后加入氨基硅烷偶联剂KH550(以硅计的纳米二氧化硅和氨基硅烷偶联剂KH550的胺基摩尔用量比为1:0.2)混合均匀，并升高温度至60℃反应120min，而后抽滤得到第一反应产物；将第一反应产物和三聚甘油单月桂酸酯加入三口烧瓶中(以硅计的纳米二氧化硅和三聚甘油单月桂酸酯的羧基摩尔用量比为1:0.1)，在通氮气条件下，以100r/min搅拌速度，升温至100℃，维持30min，然后提高搅拌速度至250r/min并将温度迅速升至200℃，反应直至无水脱出后停止加热，得到改性纳米二氧化硅。
向得到改性纳米二氧化硅的反应体系中加入与三聚甘油单月桂酸酯体积比1:1.3的三乙二醇单丁醚，搅拌至混合均匀，然后趁热出料，即制得抗高温增粘提切剂DASO-4。
实施例6
本实施例提供一种改性纳米二氧化硅和抗高温增粘提切剂，其制备方法如下：
向100mL无水乙醇中加入2g纳米二氧化硅并超声分散30min，而后加入氨基硅烷偶联剂KH550(以硅计的纳米二氧化硅和氨基硅烷偶联剂KH550的胺基摩尔用量比为1:0.2)混合均匀，并升高温度至60℃反应120min，而后抽滤得到第一反应产物；将第一反应产物和质量比为1:1的十八烷不饱和脂肪酸二聚体、三聚甘油单月桂酸酯的混合物加入三口烧瓶中(以硅计的纳米二氧化硅和聚脂肪酸混合物的羧基摩尔用量比为1:0.1)，在通氮气条件下，以100r/min搅拌速度，升温至100℃，维持30min，然后提高搅拌速度至250r/min并将温度迅速升至200℃，反应直至无水脱出后停止加热，得到改性纳米二氧化硅。
向得到改性纳米二氧化硅的反应体系中加入与聚脂肪酸混合物体积比1:1.2的三乙二醇单丁醚，搅拌至混合均匀，然后趁热出料，即制得抗高温增粘提切剂DASO-5。
实施例7
本实施例提供一种改性纳米二氧化硅和抗高温增粘提切剂，其制备方法如下：
向100mL无水乙醇中加入2g纳米二氧化硅并超声分散30min，而后加入KH550(以硅计的纳米二氧化硅和氨基硅烷偶联剂KH550的胺基摩尔用量比为1:0.2)混合均匀，并升高温度至60℃反应120min，而后抽滤得到第一反应产物；将第一反应产物和质量比为3:1的十八烷不饱和脂肪酸二聚体、三聚甘油单月桂酸酯的混合物加入三口烧瓶中(以硅计的纳米二氧化硅和聚脂肪酸混合物的羧基摩尔用量比为1:0.1)，在通氮气条件下，以100r/min搅拌速度，升温至100℃，维持30min，然后提高搅拌速度至250r/min并将温度迅速升至200℃，反应直至无水脱出后停止加热，得到改性纳米二氧化硅。
向得到改性纳米二氧化硅的反应体系中加入与聚脂肪酸混合物体积比1:1.2的三乙二醇单丁醚，搅拌至混合均匀，然后趁热出料，即制得抗高温增粘提切剂DASO-6。
对比例1
本对比例提供一种抗高温增粘提切剂，其制备方法与实施例1相同，区别仅在在于，本对比例不添加十八烷不饱和脂肪酸二聚体，仅由胺基硅烷偶联剂KH550对纳米二氧化硅表面修饰制得的第一反应产物，即为本对比例的抗高温增粘提切剂DDASO-1。
测试例1
本测试例用于测试实施例1-6和对比例1所的抗高温增粘提切剂对油包水乳化钻井液的增粘提切效果。
将实施例1-6和对比例1中制备的抗高温增粘提切剂加入油包水乳化钻井液基础配方中，在高温老化前后进行流变性测试，并与市售有机土和脂肪酸衍生物类增粘提切剂进行对比。
所用油包水乳化钻井液基础配方(油水比90:10，密度2.2g/cm3)组成如下：270mL基础油+30mLCaCl2水溶液(浓度25wt％)+9g主乳化剂+9g辅乳化剂+15gCaO粉末+4％氧化沥青+756g重晶石，其中基础油为3#白油，购自广东茂名石化公司，主乳化剂、辅乳化剂、氧化沥青和重晶石均取自中国石油集团工程技术研究院有限公司，有机土HFGEL120购自浙江丰虹新材料有限公司，脂肪酸衍生物类油基钻井液增粘提切剂HRP购自MI-SWACO公司。
将配制的油包水乳化钻井液装入老化罐中，在220-260℃下老化16h后，冷却至室温后开罐用玻璃棒探查钻井液的沉降状况，其中：硬沉指重晶石沉降彻底，堆积较致密，导致玻璃棒无法触及老化罐底部；软沉指老化罐中钻井液存在密度差，重晶石沉降程度较弱，堆积较疏松，玻璃棒可以触及老化罐底部；无沉降指老化后罐中钻井液上下不存在密度差。而后将老化罐内钻井液在12000rpm下高速搅拌10min，然后加热至65℃，使用ZNN-D6型六速旋转粘度计测试600转、300转、6转、3转的刻度读数，并根据以下公式计算钻井液的流变参数：
表观粘度：AV＝1/2×600r/min(读数)mPa.s
塑性粘度：PV＝600r/min(读数)-300r/min(读数)mPa.s
动切力：YP＝1/2×(300r/min(读数)-PV)Pa
测试结果如表1-表3所示，其中，表1为基础配方老化前后性能对比，表2为添加有机土HFGEL120或脂肪酸衍生物HRP后基础配方老化前后性能对比，表3为添加实施例1-6、对比例1的增粘提切剂的后基础配方在220-260℃温度条件下老化前后性能对比，其中，在基础配方中增粘提切剂的用量为1.5％。
表1基础配方老化前后性能
由表1可知，未添加任何增粘提切材料的基础配方老化前具有较低的动切力和低剪切速率粘度，在220-260℃老化后均出现硬沉，老化后的动切力和低剪切速率粘度几乎归零，表明基础配方结构力较弱，难以悬浮重晶石。
表2添加有机土HFGEL120或脂肪酸衍生物HRP后基础配方老化前后性能
由表2可知，添加2％HFGEL120和1％HRP后，体系在老化前动切力和低剪切速率粘度显著增加，但高温老化后粘度切力下降明显，随着老化温度升高，体系的沉降现象逐渐加剧，表明有机土HFGEL120和脂肪酸衍生物HRP难以在220-260℃发挥作用。
表3添加实施例1-6及对比例1的增粘提切剂后基础配方220-260℃老化前后性能
由表3可知，本发明实施例1-7制备得到的抗高温增粘提切剂在高温老化前后均可以有效提高钻井液体系的动切力和低剪切速率粘度，因而可以大幅改善油包水乳化钻井液的沉降稳定性，其抗温可以达到260℃，相比于目前常用的油包水乳化钻井液增粘提切材料如有机土和脂肪酸衍生物等具有较大的优势。对比例1因未添加聚脂肪酸，二氧化硅表面无相关结构单元，对油包水乳化钻井液几乎不具有增粘提切作用，而且体系发生沉降。
此外，如实施例2，当胺基硅烷偶联剂加量较多时，硅烷偶联剂在二氧化硅表面覆盖度过高，导致二氧化硅表面裸露硅羟基较少，难以和乳液滴及固相通过氢键吸附形成凝胶网络，因此增粘提切能力相对较弱。如实施例3，当聚脂肪酸加量较低，所制备的增粘提切剂因缺乏聚脂肪酸提供的复杂碳链结构单元，难以在油包水乳化钻井液体系中形成足够的空间网络结构，因此增粘提切能力相对较弱。
综上，本发明提供的改性纳米二氧化硅及可以应用于油包水乳化钻井液体系中，有效提高高温老化前后钻井液体系的结构力，特别是动切力和低剪切速率粘度，提高体系的抗高温沉降稳定性，其抗温性可达260℃。
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 (21)
1.一种改性纳米二氧化硅的制备方法，包括如下步骤：
S1：将纳米二氧化硅与含有氨基的硅烷偶联剂在醇类溶剂中进行第一接触反应，所述含有氨基的硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷，得到第一接触反应产物；
S2：将所述第一接触反应产物与聚脂肪酸进行第二接触反应，从而得到所述改性纳米二氧化硅，其中，所述聚脂肪酸为十八烷不饱和脂肪酸二聚体和/或三聚甘油单月桂酸酯。
2.根据权利要求1所述的改性纳米二氧化硅的制备方法，其中，所述纳米二氧化硅的粒径为30-300nm。
3.根据权利要求2所述的改性纳米二氧化硅的制备方法，其中，所述纳米二氧化硅的粒径为50-100nm。
4.根据权利要求1所述的改性纳米二氧化硅的制备方法，其中，所述醇类溶剂选自甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的改性纳米二氧化硅的制备方法，其中，所述纳米二氧化硅、所述硅烷偶联剂提供的氨基与所述聚脂肪酸提供的羧基的摩尔比为1:(0.05-1):(0.01-1)。
6.根据权利要求5所述的改性纳米二氧化硅的制备方法，其中，所述纳米二氧化硅、所述硅烷偶联剂提供的氨基与所述聚脂肪酸提供的羧基的摩尔比为1:(0.1-0.7):(0.05-0.5)。
7.根据权利要求5所述的改性纳米二氧化硅的制备方法，其中，所述纳米二氧化硅、所述硅烷偶联剂提供的氨基与所述聚脂肪酸提供的羧基的摩尔比为1:(0.2-0.5):(0.1-0.3)。
8.根据权利要求1所述的改性纳米二氧化硅的制备方法，其中，所述第一接触反应的条件包括：温度为50-70℃，时间为1-4h。
9.根据权利要求8所述的改性纳米二氧化硅的制备方法，其中，所述第一接触反应的条件包括：温度为55-65℃，时间为2-3h。
10.根据权利要求1所述的改性纳米二氧化硅的制备方法，其中，所述第二接触反应的条件包括：温度为120-220℃，反应直至无水脱出后停止加热。
11.根据权利要求10所述的改性纳米二氧化硅的制备方法，其中，所述第二接触反应的温度为150-200℃。
12.一种权利要求1-11任一项所述的改性纳米二氧化硅的制备方法制得的改性纳米二氧化硅。
13.一种抗高温增粘提切剂的制备方法，包括：将权利要求12所述的改性纳米二氧化硅均匀分散于溶剂中，得到所述抗高温增粘提切剂。
14.根据权利要求13所述的抗高温增粘提切剂的制备方法，所述溶剂与权利要求1-11任一项所述的制备方法中的所述聚脂肪酸的体积比为(0.8-1.8):1。
15.根据权利要求14所述的抗高温增粘提切剂的制备方法，所述溶剂与权利要求1-11任一项所述的制备方法中的所述聚脂肪酸的体积比为(0.9-1.7):1。
16.根据权利要求14所述的抗高温增粘提切剂的制备方法，所述溶剂与权利要求1-11任一项所述的制备方法中的所述聚脂肪酸的体积比为(1.1-1.5):1。
17.根据权利要求13所述的抗高温增粘提切剂的制备方法，其中，所述溶剂选自三乙二醇单丁醚、妥尔油脂肪酸、油酸、正辛醇中的一种或多种。
18.一种权利要求13-17任一项所述的抗高温增粘提切剂的制备方法制得的抗高温增粘提切剂。
19.一种权利要求12所述的改性纳米二氧化硅或权利要求18所述的抗高温增粘提切剂在油气开采中的应用，所述改性纳米二氧化硅或抗高温增粘提切剂用于油包水乳化钻井液的增粘提切。
20.根据权利要求19所述的应用，其中，所述油包水乳化钻井液的老化温度为220-260℃。
21.根据权利要求19所述的应用，其中，所述抗高温增粘提切剂的用量为油包水乳化钻井液重量的1-5％。
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