一种改性二维纳米片强吸附封堵剂及油基钻井液

本发明涉及油气田钻井，具体涉及一种改性二维纳米片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、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。页岩气地层岩性主要以石英矿物为主，脆性指数大，岩石层理、微孔缝发育，井底压力下沿层理孔缝易发生脆性劈裂破坏，造成井壁失稳等。实现对页岩气地层微孔缝的致密封堵，阻缓压力传递，能够有效解决井壁失稳问题。页岩气地层多为微纳米级别的孔缝结构，目前在现场应用的封堵剂粒径大多为微米级，难以有效封堵地层中的纳米孔缝。因此，需要优选适用于油基钻井液的的纳米封堵材料，对地层中的微裂缝进行致密封堵，实现井壁稳定。

2、专利公开号cn113337261a公开了一种有机-无机纳米复合凝胶封堵剂的合成及油基钻井液，以二硫化钼作为材料合成有机-无机复合凝胶封堵剂，能够在压力下变形进入纳米孔缝，刚性内核可以起到支撑架桥的作用，柔性聚合物外壳可以发生形变，起到填充微小孔缝的作用，实现一剂多用的封堵功能。专利公开号cn114350330a公开了一种高强度强吸附封堵剂及油基钻井液，以纳米氮化硅为原料合成高强度强吸附封堵剂，其粒径分布在103～820nm之间，对泥页岩井壁中的纳米级别孔隙可以进行有效封堵。片状二硫化钼和二硫化钨为纳米级材料，具有耐高温、稳定性好、结构坚固、耐磨损的特点。使用片状纳米材料二硫化钼和二硫化钨作为封堵材料，可以在地层裂缝聚集形成封堵层。对二硫化钼和二硫化钨进行改性使其能够均匀分散在钻井液中，改性之后产物结构附带的氨基和苯环加强了亲油性能，季铵盐加强了对地层的吸附性能，可以在高温和高地层压力下保持封堵层的稳定。

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二维纳米片强吸附封堵剂，其粒径能够达到纳米级，能够有效封堵页岩地层中的纳米孔缝，达到维持井壁稳定的目的。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种改性二维纳米片强吸附封堵剂及油基钻井液，其特征在于，所述改性二维纳米片强吸附封堵剂其制备步骤如下：

3、s1、将0.8～2.8g的片状纳米材料分散在20～40ml去离子水和60～90ml乙醇中，用盐酸调ph值至4～6，然后加入0.02～0.05摩尔的硅烷偶联剂，在65～80℃的条件下反应4～6h，反应完毕后，离心分离，用去离子水洗涤3次，60～80℃真空干燥4～8h，得到化合物a；

4、s2、将0.005～0.015摩尔的步骤s1所得化合物a加入50～90ml的无水乙醇中，再加入0.02～0.05摩尔的含双键和苯环的仲胺类化合物，在60～65℃的条件下反应6～8h，反应完毕后，离心分离，用无水乙醇洗涤3次，60～80℃真空干燥4～8h，得到化合物b；

5、s3、将0.005～0.015摩尔的步骤s2所得化合物b加入50～80ml乙醇中，超声分散20～40min，依次加入0.04～0.10摩尔的含苯环的溴代化合物、0.01～0.03摩尔的二乙烯苯类物质和0.02～0.05摩尔的1,3-二氯丙烷，在80～95℃的条件下回流反应14～24h，反应完毕后，离心分离，用无水乙醇洗涤3次，60～80℃真空干燥6～10h，得到改性二维纳米片强吸附封堵剂；

6、其中，片状纳米材料为二硫化钼和二硫化钨中的一种；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和n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种；含双键和苯环的仲胺类化合物为n-烯丙基苄胺和n-苄基-n-(3-丁烯基)胺中的一种；含苯环的溴代化合物为2，4-二甲基溴苯、3，5-二甲基溴苯和4-叔丁基溴苯中的一种，所述的二乙烯基苯类交联剂为二乙烯苯，对二乙烯苯中的一种。

7、步骤s1中片状纳米材料的平均粒径为50nm。

8、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重量份的白油，10～30重量份浓度为25％的cacl2盐水，2～4重量份生石灰，2～5重量份超细碳酸钙，2～4重量份有机土，0.5～1重量份主乳化剂，1～2重量份辅乳化剂，0.5～1重量份润湿剂，6～10重量份降滤失剂，0.5～1.5份改性二维纳米片强吸附封堵剂，若干重量份重晶石粉。

9、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hwwet-1，所述降滤失剂为hwtrol-101，所述封堵剂为改性二维纳米片强吸附封堵剂，所述有机土、超细碳酸钙、主乳化剂、辅乳化剂、润湿剂和降滤失剂均来自商业化公司。

10、所述油基钻井液的密度为1.0-2.2g/cm3。

11、本发明有益效果如下：

12、1.本发明制备的改性二维纳米片强吸附封堵剂的粒径分布在89.4～362.2nm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；

13、2.本发明制备的改性二维纳米片强吸附封堵剂的结构中的氨基和苯环加强了亲油性能；

14、3.本发明制备的改性二维纳米片强吸附封堵剂的结构中的季铵盐可以增强封堵剂对孔喉内壁的吸附力，增强封堵剂的封堵性能；

15、4.本发明制备的改性二维纳米片强吸附封堵剂，具有原料易得，工艺简单的特点，适用于工业化生产。

技术特征：

1.一种改性二维纳米片强吸附封堵剂及油基钻井液，其特征在于，所述改性二维纳米片强吸附封堵剂其制备步骤如下：

2.根据权利要求1所述的改性二维纳米片强吸附封堵剂，其特征在于，所述步骤s1中片状纳米材料的平均粒径为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：70～90重量份的白油，10～30重量份浓度为25％的cacl2盐水，2～4重量份生石灰，2～5重量份超细碳酸钙，2～4重量份有机土，0.5～1重量份主乳化剂，1～2重量份辅乳化剂，0.5～1重量份润湿剂，6～10重量份降滤失剂，0.5～1.5份改性二维纳米片强吸附封堵剂，若干重量份重晶石粉。

4.根据权利要求3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，所述封堵剂为改性二维纳米片强吸附封堵剂，所述有机土、超细碳酸钙、主乳化剂、辅乳化剂、润湿剂和降滤失剂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1.0-2.2g/cm3。

技术总结本发明公开了一种改性二维纳米片强吸附封堵剂及油基钻井液，属于油气田钻井技术领域。改性二维纳米片强吸附封堵剂以片状纳米材料、硅烷偶联剂、含双键和苯环的仲胺类化合物、含苯环的溴代化合物、二乙烯基苯类交联剂和1,3‑二氯丙烷为原料。本发明提供的改性二维纳米片强吸附封堵剂粒径在89.4～362.2nm之间。该封堵剂可直接加入油基钻井液中，对钻井液的流变性能影响较小，油基钻井液的封堵率随着封堵剂的加量增加而增加，当加量为1.0％时，封堵率达到91.37％。改性二维纳米片强吸附封堵剂具有原料易得，工艺简单的特点，适用于工业化生产。技术研发人员：谢刚,邓泽远,黄进军,谷硕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