一种改性氮化钛的强吸附封堵剂及油基钻井液

本发明涉及油气田钻井，具体涉及一种改性氮化钛的强吸附封堵剂及包含有该封堵剂的油基钻井液。

背景技术：

1、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。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。国内外钻井液研究工作者主要通过在钻井液中添加封堵剂对储层孔喉进行封堵来维持井壁稳定。例如cn202210080853.5公开了一种抗高温改性纳米氧化铝封堵剂的合成方法，通过纳米氧化铝、含氨基的硅烷偶联剂、含烯键的卤代芳烃类化合物、含烯键和苯环的伯胺类化合物、含烯键的磺酸盐单体分布合成制得，其粒径分布在72-389nm之间，封堵效果良好。cn202210103893.7公开了一种二氧化锆接枝金刚烷纳米封堵剂的制备方法，通过纳米二氧化锆、含氨基的硅烷偶联剂、二烯丙基苯类化合物、含氧的双乙胺类化合物、长链金刚烷基丙烯酸脂类化合物合成制得，其粒径在150-370nm之间，微米孔缝封堵性能良好。但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，使得钻井液仍会沿裂缝侵入地层，导致井壁强度降低，引发井塌、卡钻、遇阻等严重井下复杂。因此，急需研制一种能够进入页岩纳米级缝隙的高性能封堵剂。

2、氮化钛是一种硬度大、化学稳定性好的刚性材料。使用硅烷偶联剂对纳米氮化钛进行改性，通过接枝使其具有强吸附、亲油等特性，形成了改性氮化钛的强吸附封堵剂。改性氮化钛的强吸附封堵剂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。改性和接枝后的纳米氮化钛能够均匀分散在油基钻井液中且含有季铵官能团，加强了对地层的吸附性能，在抽汲压力和激动压力下能够保持封堵层的稳定。纳米氮化钛为纳米级材料，可进入纳米裂缝实现有效封堵，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、针对常规微米封堵剂无法有效封堵页岩中纳米孔缝而导致的井壁失稳难题，本发明提供了一种改性氮化钛的强吸附封堵剂，其粒径能够达到纳米级，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、为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种改性氮化钛的强吸附封堵剂，其特征在于，所述改性氮化钛的强吸附封堵剂其制备步骤如下：

3、s1、将2～6克的纳米氮化钛分散在加入30～50ml去离子水和80～100ml乙醇中，用盐酸调ph值至4～5，然后加入0.005～0.010摩尔的硅烷偶联剂，超声分散20～40min，80～100℃回流反应4～6h，反应结束后离心分离，用去离子水洗涤3次，50～60℃真空干燥12～24h，得到化合物a；

4、s2、将0.005～0.01摩尔的含双键的酰氯类单体加入100～120ml的无水二氯甲烷中，依次加入0.05～0.1摩尔的n,n-二烯丙基乙醇胺、0.006～0.012摩尔的无水三乙胺，在0℃反应5～6h后离心分离，用无水乙醇洗涤3次，50～60℃真空干燥12～24h，得到化合物b；

5、s3、将0.005～0.01摩尔的s1步骤所得化合物a加入80～100ml的去离子水中，缓慢加入0.03～0.06摩尔的s2步骤所得化合物b，在10～30℃条件下反应3～5h，反应结束后离心分离，用去离子水洗涤3次，50～60℃真空干燥12～24h，得到化合物c；

6、s4、将0.005～0.01摩尔的s3步骤所得化合物c加入80～100ml的去离子水中，缓慢加入0.05～0.1摩尔的牛磺酸，再加入0.03～0.05毫摩尔的乙酰丙酮酸铜作为催化剂，反应30～40min，然后在50～70℃条件下反应10～12h，反应结束后离心分离，用去离子水洗涤3次，50～60℃真空干燥12～24h，得到化合物d；

7、s5、将0.005～0.01摩尔的s4步骤所得化合物d加入50～80ml的乙醇中，加入0.05～0.1摩尔的长链溴代化合物，80℃下回流反应6～8h；反应结束后离心分离出固体，用去离子水洗涤固体物质3次，50～60℃真空干燥12～24h，得到改性氮化钛的强吸附封堵剂；

8、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-氨丙基甲基二甲氧基硅烷和n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种；含双键的酰氯类单体为丙烯酰氯、2-丁烯酰氯和十一烯酰氯中的一种；长链溴代化合物为溴代十二烷、溴代十四烷、溴代十六烷和溴代十八烷中的一种。

9、步骤s1中纳米氮化钛的平均粒径为20nm。

10、所述钻井液按重量份包括以下组分：70～90份的白油，10～30份浓度为25％的cacl2盐水，2～4份生石灰，2～4份有机土，0.5～1份主乳化剂，1～2份辅乳化剂，0.5～1份润湿剂，6～10份降滤失剂，2～5份超细碳酸钙，30～320份重晶石粉，1～2份改性氮化钛的强吸附封堵剂

11、所述白油为3#白油，所述有机土为hw gel-3，所述主乳化剂为hw pmul-1，所述辅乳化剂为hw smul-1，所述润湿剂为hw wet-1，所述降滤失剂为hwtrol-101，所述封堵剂为改性氮化钛的强吸附封堵剂，所述有机土、主乳化剂、辅乳化剂、润湿剂、降滤失剂和超细碳酸钙均来自成都西油华巍科技有限公司。

12、所述油基钻井液用重晶石将密度调节为1.50-2.30g/cm3，所述重晶石密度为4.2g/cm3。

技术特征：

1.一种改性氮化钛的强吸附封堵剂，其特征在于，所述改性氮化钛的强吸附封堵剂其制备步骤如下：

2.根据权利要求1所述的改性氮化钛的强吸附封堵剂，其特征在于，所述步骤s1中纳米氮化钛的平均粒径为20nm。

3.根据权利要求1所述的一种油基钻井液，其特征在于，所述钻井液按重量份包括以下组分：70～90份的白油，10～30份浓度为25％的cacl2盐水，2～4份生石灰，2～4份有机土，0.5～1份主乳化剂，1～2份辅乳化剂，0.5～1份润湿剂，6～10份降滤失剂，2～5份超细碳酸钙，30～320份重晶石粉，1～2份改性氮化钛的强吸附封堵剂。

4.根据权利要1所述的油基钻井液，其特征在于，所述白油为3#白油，所述有机土为hwgel-3，所述主乳化剂为hw pmul-1，所述辅乳化剂为hw smul-1，所述润湿剂为hw wet-1，所述降滤失剂为hwtrol-101，所述封堵剂为改性氮化钛的强吸附封堵剂，所述有机土、主乳化剂、辅乳化剂、润湿剂、降滤失剂和超细碳酸钙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1.50-2.30g/cm3，所述重晶石密度为4.2g/cm3。

技术总结本发明公开了一种改性氮化钛的强吸附封堵剂及油基钻井液，属于油气田钻井技术领域。所述改性氮化钛的强吸附封堵剂的原料为纳米氮化钛、硅烷偶联剂、含双键的酰氯类单体、N,N‑二烯丙基乙醇胺、牛磺酸和长链溴代化合物。本发明提出的改性氮化钛的强吸附封堵剂粒径在28.9～351.4nm之间，该封堵剂可直接加入油基钻井液中，加量在0.5～1％时对钻井液的流变性能影响较小，加量为1％时，封堵率能达到93.23％，能够有效地封堵地层中的纳米孔隙。技术研发人员：谢刚,谷硕,黄进军,付克明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