一種有機(jī)鹽鉆井液用納米封堵劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及石油天然氣領(lǐng)域，具體地涉及一種有機(jī)鹽鉆井液用納米封堵劑及其制 備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鉆井過程中，泥頁巖孔隙壓力傳遞是導(dǎo)致井壁失穩(wěn)的重要原因。因此，維持井壁穩(wěn) 定的關(guān)鍵是阻止孔隙壓力傳遞，而阻止孔隙壓力傳遞則必須加強(qiáng)對微孔、微裂縫的有效封 堵。部分泥頁巖具有極低的滲透率和極小的孔喉尺寸，傳統(tǒng)的封堵劑難以在其表面形成有 效的泥餅以阻止液相侵入，只有微納米級顆粒才能有效封堵孔喉，阻止液相侵入地層，維護(hù) 井壁穩(wěn)定。
[0003] 納米材料巨大的比表面積使其能夠攜帶大量官能團(tuán)來滿足特殊的功能需求，納米 粒子極小的尺寸（比地層孔喉小得多），極易進(jìn)入地層微孔隙，可對地層表面產(chǎn)生物理封堵 及對黏土內(nèi)外表面產(chǎn)生有效化學(xué)抑制，消除地層與鉆井液之間的相互作用，減少地層結(jié)構(gòu) 單元的破壞或變形，增加抵抗井壁坍塌和產(chǎn)生裂縫的能力，拓寬了安全密度窗口，宏觀上增 強(qiáng)井壁穩(wěn)定性。
[0004] 目前，國外已成功將納米技術(shù)應(yīng)用于鉆井液領(lǐng)域中，他們將納米二氧化硅、納米氧 化鎂等納米顆粒直接使用或表面改性后作為封堵劑使用，但該種方法中納米無機(jī)顆粒與表 面有機(jī)分子鏈段只是宏觀上的結(jié)合，封堵劑剛性較大，進(jìn)入地層孔喉后，顆粒與地層、顆粒 與顆粒之間松散接觸，容易再次脫離，影響封堵效果。
[0005] 籠狀多面體低聚倍半硅氧烷(P0SS)是近幾年出現(xiàn)的一種新型納米結(jié)構(gòu)材料，是 由-Si-Ο-組成內(nèi)部無機(jī)骨架，外部連接有機(jī)基團(tuán)的納米級三維結(jié)構(gòu)體系。P0SS基雜化材料 在過去的較短時(shí)間里得到了迅速的發(fā)展，這類雜化材料具有的顯著特點(diǎn)是:P〇SS立體結(jié)構(gòu) 的各個(gè)頂角均可攜帶取代基團(tuán)，可使P0SS這種無機(jī)納米材料與有機(jī)分子實(shí)現(xiàn)真正意義的分 子水平上的結(jié)合，這樣，多官能團(tuán)的P0SS材料就作為一個(gè)納米尺寸的交聯(lián)點(diǎn)被包裹在各個(gè) 分子鏈中。將這樣的材料作為封堵劑，與傳統(tǒng)的改性納米二氧化硅相比，P00S與有機(jī)分子鏈 均勻分布，P0SS被包裹在有機(jī)分子鏈中，進(jìn)入地層孔喉后，P0SS顆粒與地層、P0SS顆粒與 P0SS顆粒之間可通過有機(jī)分子鏈更緊密的連接，防止材料脫落，增強(qiáng)封堵效果。
[0006] 有機(jī)鹽鉆井液是水基鉆井液的一種，它的特點(diǎn)是含鹽量高，具有抑制性強(qiáng)、油氣層 保護(hù)效果好等優(yōu)點(diǎn)，適合于水平井、大位移井等復(fù)雜井的施工。但同時(shí)，有機(jī)鹽鉆井液的高 含鹽量也對處理劑提出了更高的抗鹽要求。P0SS的空間立體結(jié)構(gòu)剛性強(qiáng)、體積大，與有機(jī)分 子結(jié)合后可提高整個(gè)大分子的抗鹽和抗溫能力，可作為封堵劑在有機(jī)鹽鉆井液中使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種有機(jī)鹽鉆井液用納米封堵劑材料及其制備方法，以提高 有機(jī)鹽鉆井液的封堵防塌能力。
[0008] 本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0009] -種有機(jī)鹽鉆井液用納米封堵劑，是由包括下述質(zhì)量份的原料制成的：
[0010] 甲基丙烯酸甲酯基籠狀低聚倍半硅氧烷1-8，
[0011] N-異丙基丙烯酰胺 5-15，
[0012] 丙烯酰胺 14-22。
[0013] 該有機(jī)鹽鉆井液用納米封堵劑的制備方法，包括如下步驟：
[0014] 將所述的甲基丙烯酸甲酯基籠狀低聚倍半硅氧烷、N-異丙基丙烯酰胺和丙烯酰胺 加入去離子水中，攪拌均勻;將其加熱至50-60 °C，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，緩慢加入引發(fā)劑，反應(yīng)4-6 小時(shí)，得到膠液，而后烘干粉碎，得到所述的有機(jī)鹽鉆井液用納米封堵劑。
[0015] 上述制備方法中，加入的去離子水和引發(fā)劑的質(zhì)量份如下：
[0016] 去離子水:55-80，
[0017] 引發(fā)劑:〇.〇5-2。
[0018] 所述的引發(fā)劑選自下述任意一種或兩種以上的混合物:過硫酸銨、過硫酸鉀、偶氮 二異丁基脒二鹽酸鹽，優(yōu)選偶氮二異丁基脒二鹽酸鹽。
[0019] 本發(fā)明提供的有機(jī)鹽鉆井液用納米封堵劑的有益效果是：
[0020] 1、所述的有機(jī)鹽鉆井液用納米封堵劑尺寸可調(diào)，具有良好的封堵效果。甲基丙烯 酸甲酯基籠狀低聚倍半硅氧烷的主體結(jié)構(gòu)為低聚倍半硅氧烷，其為六面體納米結(jié)構(gòu)，可進(jìn) 入地層的微孔和微裂縫起到封堵效果。通過八個(gè)頂角上的甲基丙烯酸甲酯基，甲基丙烯酸 甲酯基籠狀低聚倍半硅氧烷與N-異丙基丙烯酰胺和丙烯酰胺相結(jié)合，甲基丙烯酸甲酯基籠 狀低聚倍半硅氧烷作為交聯(lián)點(diǎn)被均勻地分布在大分子的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中。隨甲基丙烯酸甲酯基 籠狀低聚倍半硅氧烷的含量的增大，交聯(lián)點(diǎn)增多，整個(gè)大分子的尺寸可從納米級增長到微 米級，適用于封堵地層中不同孔徑的縫隙。同時(shí)，N-異丙基并酰胺和丙烯酰胺的分子鏈中均 含有大量的酰胺基，酰胺基可與地層中的粘土顆粒相互作用，使整個(gè)封堵劑吸附于地層表 面，防止脫落。
[0021] 2、所述的有機(jī)鹽鉆井液用納米封堵劑具有溫敏性。分子鏈中的N-異丙基丙烯酰胺 由于分子內(nèi)同時(shí)有親水性的酰胺基和疏水性的異丙基，使其均聚物具有溫度敏感性，在臨 界溶解溫度(40-65Γ)以下，溶于水，便于配制鉆井液;臨界溫度以上，大分子鏈中的極性基 團(tuán)水化程度減少，疏水鏈段從溶液中析出，產(chǎn)生分子內(nèi)和分子間締合，呈凝膠狀，與甲基丙 烯酸甲酯基籠狀低聚倍半硅氧烷結(jié)合后進(jìn)一步增強(qiáng)封堵防塌的效果。
[0022] 3、所述的有機(jī)鹽鉆井液用納米封堵劑具有良好的抗溫和抗鹽性。由于低聚倍半硅 氧烷的籠狀結(jié)構(gòu)剛性極強(qiáng)，體積較大，由其制成的大分子在高溫和高鹽的環(huán)境下不易發(fā)生 分解和分子鏈蜷縮，因此產(chǎn)品具有良好的抗溫和抗鹽效果，尤其適用于有機(jī)鹽鉆井液和飽 和鹽水鉆井液等高含鹽量的水基鉆井液體系，提高鉆井液的封堵能力，增強(qiáng)井壁穩(wěn)定性。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。所 述方法如無特別說明均為常規(guī)方法。下述各實(shí)施例中，所述份均為質(zhì)量份數(shù)。所述反應(yīng)物如 無特別說明均能從公開商業(yè)途徑而得。
[0024] 實(shí)施例1
[0025]在裝有機(jī)械攪拌器的四口瓶中加入1份甲基丙烯酸甲酯基籠狀低聚倍半硅氧烷，5 份N-異丙基丙烯酰胺和14份丙烯酰胺，80份去離子水，60°C攪拌均勻;在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，緩慢 加入0.05份偶氮二異丁基脒二鹽酸鹽，60°C加熱反應(yīng)4小時(shí)，得到膠液，而后烘干粉碎，得到 所述的有機(jī)鹽鉆井液用納米封堵劑，具體性能列于表1和表2中。
[0026] 實(shí)施例2
[0027] 在裝有機(jī)械攪拌器的四口瓶中加入5份甲基丙烯酸甲酯基籠狀低聚倍半硅氧烷， 15份N-異丙基丙烯酰胺和15份丙烯酰胺，65份去離子水，60°C攪拌均勻;在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，緩 慢加入0.1份偶氮二異丁基脒二鹽酸鹽，60°C加熱反應(yīng)6小時(shí)，得到膠液，而后烘干粉碎，得 到所述的有機(jī)鹽鉆井液用納米封堵劑，具體性能列于表1和表2中。
[0028] 實(shí)施例3
[0029] 在裝有機(jī)械攪拌器的四口瓶中加入7份甲基丙烯酸甲酯基籠狀低聚倍半硅氧烷， 13份N-異丙基丙烯酰胺和20份丙烯酰胺，60份去離子水，50°C攪拌均勻;在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，緩 慢加入1份過硫酸鉀，50°C加熱反應(yīng)4小時(shí)，得到膠液，而后烘干粉碎，得到所述的有機(jī)鹽鉆 井液用納米封堵劑，具體性能列于表1和表2中。
[0030] 實(shí)施例4
[0031] 在裝有機(jī)械攪拌器的四口瓶中加入8份甲基丙烯酸甲酯基籠狀低聚倍半硅氧烷， 15份N-異丙基丙烯酰胺和22份丙烯酰胺，55份去離子水，50°C攪拌均勻;在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，緩 慢加入2份過硫酸銨，50°C加熱反應(yīng)4小時(shí)，得到膠液，而后烘干粉碎，得到所述的有機(jī)鹽鉆 井液用納米封堵劑，具體性能列于表1和表2中。
[0032] 采用滲透性封堵儀對所述的有機(jī)鹽鉆井液用納米封堵劑在有機(jī)鹽鉆井液體系中 進(jìn)行封堵性能評價(jià)，加量為2%，所用沙盤平均孔徑為5微米。
[0033] 有機(jī)鹽鉆井液井漿配方為：4001111^20+0.3%似2〇)3+2%膨潤土粉+0.15%黃原膠+ 1.5%低粘聚陰離子纖維素+2%改性淀粉+60%甲酸鈉+200%重晶石，以上各組分以水的質(zhì) 量計(jì)。
[0034] 表1.有機(jī)鹽鉆井液用納米封堵劑在有機(jī)鹽鉆井液中的性能評價(jià)
[0035]
[0036] 從表1中可以看出，所述的有機(jī)鹽鉆井液用納米封堵劑在有機(jī)鹽鉆井液中，均具有 較好的封堵性能，其中以實(shí)施例2效果最優(yōu)。
[0037] 采用中壓濾失儀對所述的有機(jī)鹽鉆井液用納米封堵劑在飽和鹽水基漿中進(jìn)行性 能評價(jià)，通過濾失量來考察其封堵和抗溫抗鹽效果。
[0038] 1)將350ml飽和鹽水置于高攪杯中，加入1.00gNaHC03和35.00g評價(jià)土，攪拌 20min，中間至少停兩次刮壁。24± 3°C密閉養(yǎng)護(hù)24h，得到飽和鹽水基漿;攪拌20min，測六速 及濾失量。
[0039] 2)向盛有基漿的高腳杯中加入1 %的封堵劑，高速攪拌20min，測定室溫下性能，而 后將鉆井液倒入老化罐中120°C老化16h，取出后高速攪拌5min，測定其性能(見表1)。
[0040] 表2.有機(jī)鹽鉆井液用納米封堵劑在飽和鹽水基漿中的性能評價(jià)
[0041]
[0042]從表2中可以看出，所述的有機(jī)鹽鉆井液用納米封堵劑在飽和鹽水中，120°C老化 16h后依然具有較小的濾失量，說明所述的有機(jī)鹽鉆井液用納米封堵劑在飽和鹽水漿中封 堵效果優(yōu)異，其中以實(shí)施例2效果最優(yōu)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種有機(jī)鹽鉆井液用納米封堵劑，其特征在于:所述的有機(jī)鹽鉆井液用納米封堵劑 是由包括下述質(zhì)量份的原料共聚而成： 甲基丙烯酸甲酯基籠狀低聚倍半硅氧烷 1-8， N-異丙基丙烯酰胺 5-15， 丙烯酰胺 14-22。2. 權(quán)利要求1所述的有機(jī)鹽鉆井液用納米封堵劑的制備方法，其特征在于，包括如下步 驟： 將所述的甲基丙烯酸甲酯基籠狀低聚倍半硅氧烷、N-異丙基丙烯酰胺和丙烯酰胺加入 去離子水中，攪拌均勻;然后將其加熱至50-60°C，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，緩慢加入引發(fā)劑，反應(yīng)4-6 小時(shí)，得到膠液，而后烘干粉碎，得到所述的有機(jī)鹽鉆井液用納米封堵劑。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，所述去離子水和引發(fā)劑的加入量按質(zhì)量份計(jì)為： 去尚子水：55-80， 引發(fā)劑： 0.05-2。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，所述的引發(fā)劑選自下述任意一種或兩種以上的混 合物:過硫酸銨、過硫酸鉀、偶氮二異丁基脒二鹽酸鹽，所述的引發(fā)劑優(yōu)選偶氮二異丁基脒 二鹽酸鹽。5. -種有機(jī)鹽鉆井液用納米封堵劑的應(yīng)用方法，向有機(jī)鹽鉆井液井漿中加入1-2%的 權(quán)利要求1所述的有機(jī)鹽鉆井液用納米封堵劑。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種有機(jī)鹽鉆井液用納米封堵劑及其制備方法，該有機(jī)鹽鉆井液用納米封堵劑是由按照重量份數(shù)計(jì)1-8份的甲基丙烯酸甲酯基籠狀低聚倍半硅氧烷、5-15份的N-異丙基丙烯酰胺，14-22份的丙烯酰胺在引發(fā)劑的作用下共聚，而后干燥處理后得到的無機(jī)有機(jī)雜化共聚物，該納米封堵劑尺寸可調(diào)，具有良好的抗溫、抗鹽以及溫敏性，無機(jī)粒子均勻分布在有機(jī)分子鏈中，進(jìn)入地層孔喉后，無機(jī)粒子與地層、無機(jī)粒子與無機(jī)粒子之間可通過有機(jī)分子鏈更緊密的連接，防止材料脫落，具有較好的封堵效果。
【IPC分類】C08F220/56, C09K8/035, C08F283/12, C08F220/54
【公開號】CN105602535
【申請?zhí)枴緾N201610142877
【發(fā)明人】王磊磊, 李文娟, 張坤, 徐浩然, 孫雙, 馮超, 魏盡然, 王紅芳, 李宗瑋
【申請人】中國石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2016年3月14日