一种改性碳化硼强吸附封堵剂及油基钻井液

本发明涉及油气田钻井，具体涉及一种改性碳化硼强吸附封堵剂及油基钻井液。

背景技术：

1、我国页岩气资源丰富，在水平井的钻探过程中为了抑制粘土水化膨胀，现阶段主要使用油基钻井液。然而，由于页岩储层中微纳米裂缝发育，钻井液容易侵入裂隙深处，在尖劈效应的作用下，裂缝不断扩展并连通，极易引发井壁失稳。在油基钻井液中加入封堵剂是维持井壁稳定、减少井下复杂情况的有效手段。常规封堵剂粒径较大，无法进入页岩储层的纳米裂缝实现有效封堵，因此，国内外研究者对纳米封堵剂开展了大量的研究，主要包括有机纳米封堵剂如纳米聚合物类、铝络合物类、纳米级胶束类等，无机纳米封堵剂如纳米sio2、改性纳米sio2、纳米碳酸钙、氧化铁类、钙基/铁基纳米颗粒等，以及将刚性和柔性材料相结合的有机/无机复合纳米封堵剂。然而，由于纳米材料具有粒径小、比表面能大的特点，容易产生团聚，使其在液相中并不能以纳米级水平分散，纳米颗粒聚集严重，与页岩基质的相互作用弱，在抽汲和激动压力作用下，在裂缝和孔隙中易产生滑脱，降低封堵效率。因此，为了优化封堵效果，提高井壁稳定性能，有必要研究适用于油基钻井液的强吸附封堵材料。通过提升封堵材料与页岩基质之间的黏附和相互作用能力，形成致密封堵层，以提高封堵能力。

2、cn110819314b公开了一种钻井液纳米封堵剂及其制备方法及含该封堵剂的水基钻井液，其纳米封堵剂中的sio2与siox微晶颗粒混合物被磺化苯乙烯和丁二烯共聚物包裹，可以在钻井液中能形成较好的连续分散封堵膜，形成有效封堵。cn114381243b公开了一种高强度抗盐封堵剂及水基钻井液，其对纳米材料氮化硅进行改性，得到了高强度抗盐封堵材料，粒径150～850nm之间，封堵率88.49％。cn114350330b公开了一种高强度强吸附封堵剂及油基钻井液，其对纳米氮化硅进行改性，引入季铵官能团，得到高强度、强吸附的封堵材料，粒径在103～820nm之间，封堵率87.69％。cn111423860b公开了一种高强度纳米封堵剂，选择不同粒径的无机纳米粒子混合为原料增强封堵剂强度，加入复合改性剂，使制备过程中纳米颗粒不易团聚，获得高强度纳米封堵剂。

3、本发明旨在研究一种粒径小、可进入纳米孔缝且具有强吸附性的纳米封堵剂，以提升钻井效率。选用碳化硼作为封堵材料，因为其本身具有耐高温、硬度高、抗腐蚀、耐磨损等特性，能够在地层高压下保持形状不发生破坏，形成稳定的封堵层。由于纳米材料易团聚，故对纳米碳化硼进行改性，通过引入多个功能性官能团，改善其各项性能。磺酸基团，提升抗盐能力；季铵官能团，增强吸附性能；长疏水链，增加封堵材料的亲油性能，大大改善其分散能力。改性后的封堵材料能够均匀分散在钻井液中，不发生团聚，可进入纳米裂缝实现有效封堵，并且可以在地层岩石孔缝表面形成强吸附，大大提升封堵效果，减少钻井液的损失，对加快钻井周期、减少钻井成本有着重要意义。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种改性碳化硼强吸附封堵剂，其粒径能够达到纳米级，具有强吸附性，能够有效对页岩地层中的纳米孔缝进行封堵，从而达到稳定井壁的目的。

2、本发明公开的一种改性碳化硼强吸附封堵剂，其特征在于，所述改性碳化硼强吸附封堵剂的制备步骤如下：

3、s1、将10～15克纳米碳化硼加入30～50ml去离子水和80～100ml乙醇中，超声分散30～40min，用盐酸调ph值至4～5，加入0.015～0.03摩尔硅烷偶联剂，在80～85℃条件下，反应4～6h，反应完成后冷却，离心分离，用乙醇洗涤3次，60～70℃真空干燥3～6h，得到物质a；

4、s2、将5～10克步骤s1所得物质a加入80～100ml二氯甲烷中，超声分散20～30min，在0℃条件下，分别加入0.01～0.03摩尔三乙胺、0.01～0.03摩尔含双键的酰氯类物质，反应1～2h，升温至20～30℃，反应3～4h，反应完成后离心分离，用乙醇洗涤3次，60～70℃真空干燥3～6h，得到物质b；

5、s3、将4～6克步骤s2所得物质b加入100～120ml甲醇中，超声分散20～30min，分别加入0.02～0.04摩尔含磺酸基团和含羟基的仲胺类物质、0.2～0.4毫摩尔催化剂乙酰丙酮酸铜，在40～50℃条件下，反应10～12h，反应结束后离心分离，用甲醇洗涤3次，60～70℃真空干燥3～6h，得到物质c；

6、s4、将5～8克步骤s3所得物质c加入80～85ml乙醇中，超声分散20～30min，加入0.02～0.04摩尔长链溴代物质，在80～90℃条件下，反应20～24h，反应结束后冷却，离心分离，用乙醚洗涤3次，60～70℃真空干燥3～6h，得到改性碳化硼强吸附封堵剂；

7、其中，硅烷偶联剂为3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种；含双键的酰氯类物质为丙烯酰氯、4-戊烯酰氯、丁-3-烯酰氯中的一种；含磺酸基团和羟基的叔胺类物质为三羟甲基甲胺基丙磺酸和2-[[三(羟甲基)甲基]氨基]乙磺酸中的一种；长链溴代物质为溴代十四烷、溴代十六烷和溴代十八烷中的一种。

8、所述步骤s1中纳米碳化硼的平均粒径为50nm。

9、所述油基钻井液按重量份包括以下组分：80份的基础油，20份的cacl2盐水，0.5～1.0份的主乳化剂，1～2份的辅乳化剂，2～4份的有机土，0.5～1.0份的润湿剂，2～4份的生石灰，6～10份的降滤失剂，2.0～5.0份的超细碳酸钙，0.5～1.5份的权利要求1所述的改性碳化硼强吸附封堵剂，若干份的重晶石。

10、所述油基钻井液中，基础油为3#白油，cacl2盐水浓度为25％，主乳化剂为hwpmul-1，辅乳化剂为hw smul-1，有机土为hw gel-3，润湿剂为hw wet-1，降滤失剂为hwtrol-101，均来自成都西油华巍科技有限公司。

11、所述油基钻井液用重晶石将密度调节为1.00-2.20g/cm3。

12、本发明的技术效果在于：

13、1、本发明所制备的改性碳化硼强吸附封堵剂的粒径分布在65.6～176.4nm之间，能够有效的对页岩地层中的纳米孔缝进行有效封堵，达到稳定井壁的效果；

14、2、本发明制备的封堵剂含有季铵官能团、磺酸官能团、羟基以及长疏水链，能显著提高封堵剂的吸附性、亲油性和抗温性；

15、3、本发明制备的封堵剂可直接添加到油基钻井液中，对钻井液流变性能影响较小，可以对地层纳米孔缝进行有效封堵；

16、4、本发明提供的产品，生产工艺简单，可实现大规模工业化应用。

技术特征：

1.一种改性碳化硼强吸附封堵剂及油基钻井液，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的改性碳化硼强吸附封堵剂，其特征在于，所述步骤s1中纳米碳化硼的平均粒径为50nm。

3.一种油基钻井液，其特征在于，所述钻井液按重量份包括以下组分：80份的基础油，20份的cacl2盐水，0.5～1.0份的主乳化剂，1～2份的辅乳化剂，2～4份的有机土，0.5～1.0份的润湿剂，2～4份的生石灰，6～10份的降滤失剂，2.0～5.0份的超细碳酸钙，0.5～1.5份权利要求1所述的改性碳化硼强吸附封堵剂，若干份的重晶石。

4.根据权利要求3所述的油基钻井液，其特征在于，基础油为3#白油，cacl2盐水浓度为25％，主乳化剂为hw pmul-1，辅乳化剂为hw smul-1，有机土为hw gel-3，润湿剂为hw wet-1，降滤失剂为hw trol-101，均来自成都西油华巍科技有限公司。

5.根据权利要求3所述的油基钻井液，其特征在于，所述油基钻井液用重晶石将密度调节为1.00-2.20g/cm3。

技术总结本发明公开了一种改性碳化硼强吸附封堵剂及油基钻井液，属于油气田钻井技术领域。所述改性碳化硼强吸附封堵剂的原料为纳米碳化硼、硅烷偶联剂、含双键的酰氯类物质、含磺酸基团和羟基的仲胺类物质、长链溴代烷烃类物质。本发明提供的改性碳化硼强吸附封堵剂，粒径在65.6～176.4nm之间。封堵剂可直接添加到油基钻井液中使用，对钻井液的流变性能影响较小。与未添加封堵剂的钻井液相比，加入改性碳化硼强吸附封堵剂的钻井液封堵性能有显著提升，岩心封堵率随封堵剂加量的增加而增加，当封堵剂加量为1.0％时，封堵率达90.77％。改性碳化硼强吸附封堵剂封堵性能优良，能有效维持井壁稳定，降低钻井周期，节约钻井成本。技术研发人员：谢刚,付丽,夏绿,谷硕,汪若兰受保护的技术使用者：西南石油大学技术研发日：技术公布日：2024/5/16