CN116218491A - 一种水凝胶封堵剂、水凝胶封堵剂制备方法及水基钻井液 - Google Patents

一种水凝胶封堵剂、水凝胶封堵剂制备方法及水基钻井液 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水凝胶封堵剂，包括以下重量份原料：黏土矿物40‑50份、硼酸铝晶须复调膨润土改性体10‑20份、改性纳米石墨烯10‑20份、润滑剂2‑5份、增粘剂2‑5份、偶联剂2‑6份、去离子水55‑75份。本发明水凝胶封堵剂采用黏土矿物、润滑剂、增粘剂配合去离子水和硼酸铝晶须复调膨润土改性体、改性纳米石墨烯等原料制成封堵剂，制备的产品具有优异的封堵效果、以及高温和高压性能下封堵效果稳定。

Description

一种水凝胶封堵剂、水凝胶封堵剂制备方法及水基钻井液
技术领域
本发明涉及钻井技术领域，具体涉及一种水凝胶封堵剂、水凝胶封堵剂制备方法及水基钻井液。
背景技术
封堵剂是钻井液中用量较大的一类处理剂，除了具有封堵作用外，还具有调整钻井液动切力、静切力、滤失性和改善泥饼质量的作用，从而对井壁稳定和油层保护等有重要影响。钻井液防塌技术研究表明，钻井液用封堵剂必须满足以下条件才能起到封堵防塌作用：(1)封堵剂本身是能够分散于水中的疏水材料，或者分散于油中的亲水材料；(2)封堵剂颗粒尽可能细小；(3)封堵剂具有在温度压力作用下变软变形的特点；(4)封堵剂组成上应同时具有变软变形填充材料和刚性固体架桥材料。
现有的水凝胶封堵剂通过黏土矿物配合去离子水，加入纳米微粒，提高封堵防塌效果，但是纳米微粒容易团聚，在高温、高压下，封堵效果下降，基于此，本发明对其改进优化处理。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种水凝胶封堵剂、水凝胶封堵剂制备方法及水基钻井液，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明提供了一种水凝胶封堵剂，包括以下重量份原料：
黏土矿物40-50份、硼酸铝晶须复调膨润土改性体10-20份、改性纳米石墨烯10-20份、润滑剂2-5份、增粘剂2-5份、偶联剂2-6份、去离子水55-75份。
优选地，所述水凝胶封堵剂包括以下重量份原料：
黏土矿物45份、硼酸铝晶须复调膨润土改性体15份、改性纳米羟基磷灰石15份、润滑剂3.5份、增粘剂3.5份、偶联剂4份、去离子水60份。
优选地，所述黏土矿物为高岭石。
优选地，所述润滑剂为磺化蓖麻油；所述增粘剂为黄原胶；所述偶联剂为KH560。
优选地，所述硼酸铝晶须复调膨润土改性体的制备方法为：
S11：将硼酸铝晶须按照重量比1:5加入到去离子水中，然后加入盐酸，调节pH至4.5，随后加入硼酸铝晶须总量5-10%的壳聚糖、1-3%的烷基硫酸钠，搅拌均匀，得到硼酸铝晶须液；
S12：将膨润土送入到400-500℃下反应10-20min，反应结束，以1-3℃/s的速率降至50-60℃，最后送入到3-5倍的去离子水中搅拌分散均匀，最后水洗、干燥，得到层间分散膨润土剂；
S13：层间分散膨润土剂、硼酸铝晶须液按照重量比1:5混合，然后再加入层间分散膨润土剂总量2-5%的质量分数5%的稀土氯化镧溶液，搅拌反应，搅拌结束、水洗、干燥，得到硼酸铝晶须复调膨润土改性体。
优选地，所述S13的搅拌反应的温度为40-50℃，搅拌转速为1000-1500r/min，搅拌时间为20-30min。
优选地，所述改性纳米石墨烯的制备方法为：
将纳米石墨烯先置于5倍的复合剂液中，于65-75℃下反应10-20min，反应转速为300-400r/min，反应结束，然后水洗、干燥，再置于煅烧炉中煅烧处理，煅烧温度为300-400℃，煅烧时间为10-20min，煅烧结束，得到改性纳米石墨烯。
优选地，所述复合剂液包括以下重量份原料：
10-20份质量分数10%的海藻酸钠溶液、2-4份质量分数5%的硅酸钠溶液、1-3份草酸钠。
一种水凝胶封堵剂的制备方法，包括以下步骤：
将润滑剂加热到210-220℃，向润滑剂中加入增粘剂，送入到黏土矿物中，再加入去离子水搅拌，最后再加入硼酸铝晶须复调膨润土改性体、改性纳米石墨烯、偶联剂，搅拌均匀，得到水凝胶封堵剂。
一种水基钻井液，所述水基钻井液包括权利要求1-8任一项中所述的水凝胶封堵剂。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明水凝胶封堵剂采用黏土矿物、润滑剂、增粘剂配合去离子水和硼酸铝晶须复调膨润土改性体、改性纳米石墨烯等原料制成封堵剂，制备的产品具有优异的封堵效果、以及高温和高压性能下封堵效果稳定；通过硼酸铝晶须复调膨润土改性体、改性纳米石墨烯的配合，引入硼酸铝晶须，提高产品的整体稳定性性能，而膨润土具有片层状结构，经过改性后，与硼酸铝晶须协配，同时优化的纳米石墨烯穿插在产品原料中，硼酸铝晶须复调膨润土改性体、改性纳米石墨烯二者协配，共同增强产品的性能稳定性效果，通过偶联剂作为界面改性剂，优化润滑剂、增粘剂的引入效果，进而完善产品的性能效果稳定性。
具体实施方式
下面结合具体实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例的一种水凝胶封堵剂，包括以下重量份原料：
黏土矿物40份、硼酸铝晶须复调膨润土改性体10份、改性纳米石墨烯10份、润滑剂2份、增粘剂2份、偶联剂2份、去离子水55份。
本实施例的黏土矿物为高岭石。
本实施例的润滑剂为磺化蓖麻油；所述增粘剂为黄原胶；所述偶联剂为KH560。
本实施例的硼酸铝晶须复调膨润土改性体的制备方法为：
S11：将硼酸铝晶须按照重量比1:5加入到去离子水中，然后加入盐酸，调节pH至4.5，随后加入硼酸铝晶须总量5%的壳聚糖、1%的烷基硫酸钠，搅拌均匀，得到硼酸铝晶须液；
S12：将膨润土送入到400℃下反应10min，反应结束，以1℃/s的速率降至50℃，最后送入到3倍的去离子水中搅拌分散均匀，最后水洗、干燥，得到层间分散膨润土剂；
S13：层间分散膨润土剂、硼酸铝晶须液按照重量比1:5混合，然后再加入层间分散膨润土剂总量2%的质量分数5%的稀土氯化镧溶液，搅拌反应，搅拌结束、水洗、干燥，得到硼酸铝晶须复调膨润土改性体。
本实施例的述S13的搅拌反应的温度为40℃，搅拌转速为10000r/min，搅拌时间为20min。
本实施例的改性纳米石墨烯的制备方法为：
将纳米石墨烯先置于5倍的复合剂液中，于65℃下反应10min，反应转速为300r/min，反应结束，然后水洗、干燥，再置于煅烧炉中煅烧处理，煅烧温度为300℃，煅烧时间为10min，煅烧结束，得到改性纳米石墨烯。
本实施例的复合剂液包括以下重量份原料：
10份质量分数10%的海藻酸钠溶液、2份质量分数5%的硅酸钠溶液、1份草酸钠。
本实施例的一种水凝胶封堵剂的制备方法，包括以下步骤：
将润滑剂加热到210℃，向润滑剂中加入增粘剂，送入到黏土矿物中，再加入去离子水搅拌，最后再加入硼酸铝晶须复调膨润土改性体、改性纳米石墨烯、偶联剂，搅拌均匀，得到水凝胶封堵剂。
实施例2
本实施例的一种水凝胶封堵剂，包括以下重量份原料：
黏土矿物50份、硼酸铝晶须复调膨润土改性体20份、改性纳米石墨烯20份、润滑剂5份、增粘剂5份、偶联剂6份、去离子水75份。
本实施例的黏土矿物为高岭石。
本实施例的润滑剂为磺化蓖麻油；所述增粘剂为黄原胶；所述偶联剂为KH560。
本实施例的硼酸铝晶须复调膨润土改性体的制备方法为：
S11：将硼酸铝晶须按照重量比1:5加入到去离子水中，然后加入盐酸，调节pH至4.5，随后加入硼酸铝晶须总量10%的壳聚糖、1-3%的烷基硫酸钠，搅拌均匀，得到硼酸铝晶须液；
S12：将膨润土送入到500℃下反应20min，反应结束，以3℃/s的速率降至60℃，最后送入到5倍的去离子水中搅拌分散均匀，最后水洗、干燥，得到层间分散膨润土剂；
S13：层间分散膨润土剂、硼酸铝晶须液按照重量比1:5混合，然后再加入层间分散膨润土剂总量5%的质量分数5%的稀土氯化镧溶液，搅拌反应，搅拌结束、水洗、干燥，得到硼酸铝晶须复调膨润土改性体。
本实施例的述S13的搅拌反应的温度为50℃，搅拌转速为1500r/min，搅拌时间为30min。
本实施例的改性纳米石墨烯的制备方法为：
将纳米石墨烯先置于5倍的复合剂液中，于75℃下反应20min，反应转速为400r/min，反应结束，然后水洗、干燥，再置于煅烧炉中煅烧处理，煅烧温度为400℃，煅烧时间为20min，煅烧结束，得到改性纳米石墨烯。
本实施例的复合剂液包括以下重量份原料：
20份质量分数10%的海藻酸钠溶液、4份质量分数5%的硅酸钠溶液、3份草酸钠。
本实施例的一种水凝胶封堵剂的制备方法，包括以下步骤：
将润滑剂加热到220℃，向润滑剂中加入增粘剂，送入到黏土矿物中，再加入去离子水搅拌，最后再加入硼酸铝晶须复调膨润土改性体、改性纳米石墨烯、偶联剂，搅拌均匀，得到水凝胶封堵剂。
实施例3
本实施例的一种水凝胶封堵剂，包括以下重量份原料：
黏土矿物45份、硼酸铝晶须复调膨润土改性体15份、改性纳米羟基磷灰石15份、润滑剂3.5份、增粘剂3.5份、偶联剂4份、去离子水60份。
本实施例的黏土矿物为高岭石。
本实施例的润滑剂为磺化蓖麻油；所述增粘剂为黄原胶；所述偶联剂为KH560。
本实施例的硼酸铝晶须复调膨润土改性体的制备方法为：
S11：将硼酸铝晶须按照重量比1:5加入到去离子水中，然后加入盐酸，调节pH至4.5，随后加入硼酸铝晶须总量7.5%的壳聚糖、2%的烷基硫酸钠，搅拌均匀，得到硼酸铝晶须液；
S12：将膨润土送入到450℃下反应15min，反应结束，以1-3℃/s的速率降至50-60℃，最后送入到3-5倍的去离子水中搅拌分散均匀，最后水洗、干燥，得到层间分散膨润土剂；
S13：层间分散膨润土剂、硼酸铝晶须液按照重量比1:5混合，然后再加入层间分散膨润土剂总量3.5%的质量分数5%的稀土氯化镧溶液，搅拌反应，搅拌结束、水洗、干燥，得到硼酸铝晶须复调膨润土改性体。
本实施例的述S13的搅拌反应的温度为45℃，搅拌转速为1250r/min，搅拌时间为25min。
本实施例的改性纳米石墨烯的制备方法为：
将纳米石墨烯先置于5倍的复合剂液中，于70℃下反应15min，反应转速为350r/min，反应结束，然后水洗、干燥，再置于煅烧炉中煅烧处理，煅烧温度为350℃，煅烧时间为15min，煅烧结束，得到改性纳米石墨烯。
本实施例的复合剂液包括以下重量份原料：
15份质量分数10%的海藻酸钠溶液、3份质量分数5%的硅酸钠溶液、2份草酸钠。
本实施例的一种水凝胶封堵剂的制备方法，包括以下步骤：
将润滑剂加热到215℃，向润滑剂中加入增粘剂，送入到黏土矿物中，再加入去离子水搅拌，最后再加入硼酸铝晶须复调膨润土改性体、改性纳米石墨烯、偶联剂，搅拌均匀，得到水凝胶封堵剂。
实施例4
本实施例的一种水凝胶封堵剂，包括以下重量份原料：
黏土矿物42份、硼酸铝晶须复调膨润土改性体12份、改性纳米石墨烯12份、润滑剂3份、增粘剂3份、偶联剂3份、去离子水60份。
本实施例的黏土矿物为高岭石。
本实施例的润滑剂为磺化蓖麻油；所述增粘剂为黄原胶；所述偶联剂为KH560。
本实施例的硼酸铝晶须复调膨润土改性体的制备方法为：
S11：将硼酸铝晶须按照重量比1:5加入到去离子水中，然后加入盐酸，调节pH至4.5，随后加入硼酸铝晶须总量6%的壳聚糖、2%的烷基硫酸钠，搅拌均匀，得到硼酸铝晶须液；
S12：将膨润土送入到410℃下反应12min，反应结束，以2℃/s的速率降至52℃，最后送入到4倍的去离子水中搅拌分散均匀，最后水洗、干燥，得到层间分散膨润土剂；
S13：层间分散膨润土剂、硼酸铝晶须液按照重量比1:5混合，然后再加入层间分散膨润土剂总量3%的质量分数5%的稀土氯化镧溶液，搅拌反应，搅拌结束、水洗、干燥，得到硼酸铝晶须复调膨润土改性体。
本实施例的述S13的搅拌反应的温度为42℃，搅拌转速为1200r/min，搅拌时间为22min。
本实施例的改性纳米石墨烯的制备方法为：
将纳米石墨烯先置于5倍的复合剂液中，于67℃下反应12min，反应转速为320r/min，反应结束，然后水洗、干燥，再置于煅烧炉中煅烧处理，煅烧温度为320℃，煅烧时间为12min，煅烧结束，得到改性纳米石墨烯。
本实施例的复合剂液包括以下重量份原料：
12份质量分数10%的海藻酸钠溶液、3份质量分数5%的硅酸钠溶液、2份草酸钠。
本实施例的一种水凝胶封堵剂的制备方法，包括以下步骤：
将润滑剂加热到215℃，向润滑剂中加入增粘剂，送入到黏土矿物中，再加入去离子水搅拌，最后再加入硼酸铝晶须复调膨润土改性体、改性纳米石墨烯、偶联剂，搅拌均匀，得到水凝胶封堵剂。
对比例1
与实施例3不同是未加入硼酸铝晶须复调膨润土改性体。
对比例2
与实施例3不同是硼酸铝晶须复调膨润土改性体制备中未加入层间分散膨润土剂。
对比例3
与实施例3不同是硼酸铝晶须复调膨润土改性体制备中未加入硼酸铝晶须液。
对比例4
与实施例3不同是硼酸铝晶须复调膨润土改性体制备中未加入稀土氯化镧溶液。
对比例5
与实施例3不同是未添加改性纳米石墨烯。
对比例6
与实施例3不同是改性纳米石墨烯采用纳米石墨烯代替。
对比例7
与实施例3不同是未添加润滑剂、增粘剂。
模拟裂缝封堵装置中测试，分别在（160℃，3.5Pa）条件，以及在（160℃，3.5Pa）条件基础上采用2%的盐溶液处理2h，本发明实施例1-4及对比例1-7的产品性能如下
（160℃，3.5Pa）渗透率（10-6um2） 2%的盐溶液处理2h渗透率（10-6um2）
实施例1 0.251 0.272
实施例2 0.243 0.253
实施例3 0.240 0.249
实施例4 0.246 0.258
对比例1 0.412 1.235
对比例2 0.378 1.124
对比例3 0.312 1.056
对比例4 0.302 1.002
对比例5 0.402 1.178
对比例6 0.396 1.132
对比例7 0.389 1.782
从实施例1-4及对比例1-7可看出，本发明产品具有优异的耐温、耐压性能，同时产品在盐溶液中性能依旧稳定；
产品未加入硼酸铝晶须复调膨润土改性体，产品的耐温、耐压性能显著降低，以及盐溶液下的稳定性显著变差，同时未添加改性纳米石墨烯，产品的性能变差明显；未加入润滑剂、增粘剂，产品在盐环境下稳定性发生显著变差，采用原料的配比可实现产品的耐盐稳定性效果。
此外，硼酸铝晶须复调膨润土改性体制备中未加入层间分散膨润土剂、未加入硼酸铝晶须液等，产品的性能均有变差趋势，只有采用本发明的方法制备的硼酸铝晶须复调膨润土改性体制备协配改性纳米石墨烯，产品的性能效果显著。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种水凝胶封堵剂，其特征在于，包括以下重量份原料：
黏土矿物40-50份、硼酸铝晶须复调膨润土改性体10-20份、改性纳米石墨烯10-20份、润滑剂2-5份、增粘剂2-5份、偶联剂2-6份、去离子水55-75份。
2.根据权利要求1所述的水凝胶封堵剂，其特征在于，所述水凝胶封堵剂包括以下重量份原料：
黏土矿物45份、硼酸铝晶须复调膨润土改性体15份、改性纳米羟基磷灰石15份、润滑剂3.5份、增粘剂3.5份、偶联剂4份、去离子水60份。
3.根据权利要求1所述的水凝胶封堵剂，其特征在于，所述黏土矿物为高岭石。
4.根据权利要求1所述的水凝胶封堵剂，其特征在于，所述润滑剂为磺化蓖麻油；所述增粘剂为黄原胶；所述偶联剂为KH560。
5.根据权利要求1所述的水凝胶封堵剂，其特征在于，所述硼酸铝晶须复调膨润土改性体的制备方法为：
S11：将硼酸铝晶须按照重量比1:5加入到去离子水中，然后加入盐酸，调节pH至4.5，随后加入硼酸铝晶须总量5-10%的壳聚糖、1-3%的烷基硫酸钠，搅拌均匀，得到硼酸铝晶须液；
S12：将膨润土送入到400-500℃下反应10-20min，反应结束，以1-3℃/s的速率降至50-60℃，最后送入到3-5倍的去离子水中搅拌分散均匀，最后水洗、干燥，得到层间分散膨润土剂；
S13：层间分散膨润土剂、硼酸铝晶须液按照重量比1:5混合，然后再加入层间分散膨润土剂总量2-5%的质量分数5%的稀土氯化镧溶液，搅拌反应，搅拌结束、水洗、干燥，得到硼酸铝晶须复调膨润土改性体。
6.根据权利要求5所述的水凝胶封堵剂，其特征在于，所述S13的搅拌反应的温度为40-50℃，搅拌转速为1000-1500r/min，搅拌时间为20-30min。
7.根据权利要1所述的水凝胶封堵剂，其特征在于，所述改性纳米石墨烯的制备方法为：
将纳米石墨烯先置于5倍的复合剂液中，于65-75℃下反应10-20min，反应转速为300-400r/min，反应结束，然后水洗、干燥，再置于煅烧炉中煅烧处理，煅烧温度为300-400℃，煅烧时间为10-20min，煅烧结束，得到改性纳米石墨烯。
8.根据权利要7所述的水凝胶封堵剂，其特征在于，所述复合剂液包括以下重量份原料：
10-20份质量分数10%的海藻酸钠溶液、2-4份质量分数5%的硅酸钠溶液、1-3份草酸钠。
9.一种如权利要求1-8任一项所述水凝胶封堵剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将润滑剂加热到210-220℃，向润滑剂中加入增粘剂，送入到黏土矿物中，再加入去离子水搅拌，最后再加入硼酸铝晶须复调膨润土改性体、改性纳米石墨烯、偶联剂，搅拌均匀，得到水凝胶封堵剂。
10.一种水基钻井液，其特征在于，所述水基钻井液包括如权利要求1-8任一项中所述的水凝胶封堵剂。
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