一种介孔二氧化硅接枝全氟酯纳米封堵剂及油基钻井液

本发明涉及油气田钻井，具体涉及一种介孔二氧化硅接枝全氟酯纳米封堵剂及油基钻井液。

背景技术：

1、页岩气是蕴藏于页岩层可供开采的天然气资源，我国具有的页岩气可采储量巨大。然而，在国内外的钻井过程中，由于页岩气地层力学性能极差，经常遇到井壁垮塌的问题。根据对在川内数百口井的统计分析，所钻井中的页岩地层占总地层的70％，而超过90％的井壁垮塌事件发生在页岩地层上。页岩地层具有特殊的孔隙结构，属于超低孔隙度和低渗透性类型，多数为纳米级孔隙喉道。为了保障页岩气的经济开发，水平井钻探已成为主要的页岩气开发方式，同时采用油基钻井液开发页岩气井可以减少对页岩层的破坏，但在实际生产过程中依旧会发生井壁垮塌问题。这一问题的根本原因是"水力劈裂作用"，即钻井液或滤液进入孔隙裂缝，使其张开，同时大大降低了裂缝面间的摩擦力，从而导致坍塌压力显著增加。因此急需研制纳米级的封堵材料以提高钻井液封堵性，减少钻井液进入地层，避免井壁垮塌，提高油气开采效率。

2、cn114196384b公开了一种钻井液用纳米封堵材料，该封堵剂由碳改性纳米二氧化硅以二氧化硅为基体，碳材料分布在基体外表面，在不同加量下加量为1％时最高的封堵率为85％。cn113355069b公开了一种改性纳米二氧化硅封堵剂及油基钻井液，其最终封堵率仅为83.64％，且本发明中采用的介孔二氧化硅具有更大的比表面，更利于改性中的接枝反应，在加量为1.0％时封堵率即可达到85％以上。cn113292973b公布了一种抗高温二氧化硅接枝叔胺纳米封堵剂及水基钻井液，其产品为亲水性，不宜采用到油基钻井液中。介孔二氧化硅是一种具有较好的强度、热稳定性及高比面积的材料，使用其作为封堵材料，能保证封堵剂在深井超深井中保持形状不被破坏。同时通过改性和接枝使其具有柔性外壳，在地层中能更好的贴合孔隙内壁，更好的封堵页岩地层中的纳米孔缝，维持井壁稳定。

技术实现思路

1、针对目前常规封堵剂无法有效封堵泥页岩中的纳米裂缝而导致的井壁垮塌问题，本发明提供了一种介孔二氧化硅接枝全氟酯纳米封堵剂，其粒径为纳米级，并且具有外柔内刚的特性，其外部柔性外壳能够在流体的压力和孔喉内壁的反作用力下能够产生部分形变，导致其更加贴合孔隙内壁，有效对泥页岩地层中的纳米级裂缝进行封堵，从而达到稳定井壁的目的。且研制了一种能适用于页岩地层的新型纳米封堵油基钻井液能够解决井壁稳定问题。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种介孔二氧化硅接枝全氟酯纳米封堵剂及油基钻井液，其特征在于，所述介孔二氧化硅接枝全氟酯纳米封堵剂其制备步骤如下：

3、s1、将6.00～9.00g介孔二氧化硅加入140～180ml甲苯中，超声分散15～30min，用盐酸调ph值至4～5，加入150～225ml浓度为14％的含氨基的硅烷偶联剂，超声分散15～30min，在70～80℃的条件下反应5.0～6.0h，反应结束后，减压蒸馏1.5～2.0h，用乙醇洗涤3次，60～65℃真空干燥22.0～24.0h，得到化合物a；

4、s2、将16.25～24.37g的步骤s1所得化合物a加入200～240ml甲醇中，再加入0.15～0.30mol含烯键的双酚类化合物，在氮气保护下升温至50～55℃，反应20.0～24.0h，反应结束后，离心分离，用甲醇洗涤3次，60～65℃真空干燥22.0～24.0h，取0.05～0.10mol干燥后的产品加入到200～250ml甲苯中，超声分散15～30min，再缓慢加入0.15～0.30mol含双烯键的砜类化合物，通入氮气0.5～1.0h，升温至60～65℃，反应42.0～48.0h，反应结束后，减压蒸馏1.5～2.0h，用乙醇洗涤3次，60～65℃真空干燥22.0～24.0h，得到化合物b；

5、s3、将83.80～128.11g的步骤s2所得化合物b加入300～360ml甲苯中，再加入0.09～0.18mol含烯键的全氟酯类化合物和乙烯基苯类交联剂，升温至60～65℃，超声分散15～30min，加入0.001～0.002mol的催化剂过硫酸钾反应42.0～48.0h，减压蒸馏1.5～2.0h，反应结束后，用乙醇洗涤3次，60～65℃真空干燥22.0～24.0h，得到介孔二氧化硅接枝全氟酯纳米封堵剂；

6、步骤s1中介孔二氧化硅的平均粒径在范围为40～55nm之间。

7、所述介孔二氧化硅接枝全氟酯纳米封堵剂为油基钻井液用封堵剂。

8、所述含烯键的双酚类化合物为双酚α二甲基丙烯酸酯、双酚a丙三醇双甲基丙烯酸酯中的一种；含氨基的硅烷偶联剂为二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷；含双烯键的砜类化合物为1,1’-砜基双[4-(2-丙烯)氧基苯]；含烯键的全氟酯类化合物为2-(全氟癸基)乙基甲基丙烯酸酯，2-全氟癸基丙烯酸乙酯中的一种；所述二乙烯基苯类交联剂为对二乙烯苯。

9、根据权利要3所述的油基钻井液，其特征在于：70～80重量份的基础油3#白油，20.0～30.0重量份浓度为25％的cacl2盐水，3.0～4.0重量份的主乳化剂hw pmul-1，2.0～2.5重量份的辅乳化剂hw smul-1，3.0～5.0重量份的有机土hw-gel-3，2.0～4.0重量份的润湿剂hw-wet-1，2.0～3.5重量份的生石灰，3.0～4.0重量份的降滤失剂hwlc-1，2.0～5.0重量份的超细碳酸钙，0.5～2.0重量份的介孔二氧化硅接枝全氟酯纳米封堵剂，重晶石若干重量份。

10、所述油基钻井液用重晶石将密度调节为1.0～2.2g/cm3。

11、本发明有益效果如下：

12、1、本发明的合成方法简单，稳定可靠，合成所需化合物来源充足，易于生产。

13、2、本发明提供的页岩封堵剂性能稳定，有良好的抗高温特性和优异的封堵性能，能满足各种复杂井况的钻井要求。

14、3、本发明提供的页岩封堵剂粒径为90.1～325.8nm，改性后具有外柔内刚的特性，其外部柔性外壳能够在流体的压力和孔喉内壁的反作用力下能够产生部分形变，导致其更加贴合孔隙内壁，更好的封堵页岩地层中的纳米孔缝。

技术特征：

1.一种介孔二氧化硅接枝全氟酯纳米封堵剂及油基钻井液，其特征在于，所述的介孔二氧化硅接枝全氟酯纳米封堵剂其制备步骤如下：

2.根据权利要求1所述的介孔二氧化硅接枝全氟酯纳米封堵剂，其特征在于，所述步骤s1中纳米二氧化硅的粒径为40～55nm。

3.根据权利要求1所述的一种介孔二氧化硅接枝全氟酯纳米封堵剂及油基钻井液，其特征在于，所述钻井液包括以下组分：基础油3#白油，浓度为25％的cacl2盐水，主乳化剂hwpmul-1，辅乳化剂hw smul-1，有机土hw-gel-3，润湿剂hw-wet-1，生石灰，超细碳酸钙，降滤失剂hwlc-1，介孔二氧化硅接枝全氟酯纳米封堵剂，重晶石。

4.根据权利要4所述的油基钻井液，其特征在于：70～80重量份的基础油3#白油，20～30重量份浓度为25％的cacl2盐水，3.0～4.0重量份的主乳化剂hw pmul-1，2.0～2.5重量份的辅乳化剂hw smul-1，3.0～5.0重量份的有机土hw-gel-3，2.0～4.0重量份的润湿剂hw-wet-1，2.0～3.5重量份的生石灰，3.0～4.0重量份的降滤失剂hwlc-1，2.0～5.0份超细碳酸钙，0.5～2.0重量份的介孔二氧化硅接枝全氟酯纳米封堵剂，重晶石若干重量份。

5.根据权利要求4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介孔二氧化硅接枝全氟酯纳米封堵剂及油基钻井液，属于油气田钻井技术领域，所述介孔二氧化硅接枝全氟酯纳米封堵剂以介孔二氧化硅、含氨基的硅烷偶联剂、含烯键的双酚类化合物、含双烯键的砜类化合物、含烯键的全氟酯类化合物、二乙烯基苯类交联剂为原料。本发明提供的介孔二氧化硅接枝全氟酯纳米封堵剂，其粒径在90.1～325.8nm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。与未加封堵剂的钻井液相比，加入介孔二氧化硅接枝全氟酯纳米封堵剂的钻井液封堵性能有显著提升，油基钻井液封堵率随着封堵剂的加量增加而增加，当加量为2％时，封堵率达到95.30％。该封堵剂的合成方法稳定可靠，适合工业化生产。技术研发人员：谢刚,王渊,谷硕,付丽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