一种改性氧化硅纳米线封堵剂及油基钻井液

本发明涉及油气田钻井，具体涉及一种改性氧化硅纳米线封堵剂及油基钻井液。

背景技术：

1、近年来，深井和超深井钻井液技术迅速发展，为深井和超深井油气勘探开发提供了有力支持。然而，这些井段通常位于硬脆性页岩地层，具有特殊的微纳米孔缝结构，属于超低孔隙度和低渗透性类型，其中多为纳米级孔喉。在钻井过程中，由于封堵不及时，钻井液进入地层裂缝，削弱了井壁的结构力，导致页岩气水平井遇阻、卡钻、掉块和井壁失稳等问题更加严重。这种情况在很大程度上是由于钻井液的封堵性能和抗高温性能不足所致。其根本原因在于"水力劈裂作用"，钻井液的滤液会渗透到页岩地层的微纳米孔缝中，引起井壁断裂和塌陷，导致严重的井壁失稳。目前，钻井液封堵材料主要是微米级的，难以有效封堵页岩的纳米孔缝。常用的刚性封堵剂具有较强的承压能力，但当地层孔隙在压力下开启和闭合时，形成的封堵层容易失效。柔性材料可以在压力下发生变形并进入孔隙中进行封堵，但其承压能力较弱，在高温高压条件下容易发生封堵失效的情况。因此，有效封堵易造成井壁失稳的纳米孔缝是保持井壁稳定的关键，也是急需解决的难题。

2、公开号为cn113736435b的中国专利，提供了一种纳米微乳液型封堵剂，其以刚性结构为支撑，柔性聚合物链为辅助填充微小孔缝，从而实现有效封堵。公开号为cn110819314b的中国专利，提供一种采用刚性材料做支撑、聚合物材料做包裹的钻井液纳米封堵剂，在钻井液中能分散成连续分散膜而形成有效封堵。常规的刚性材料支撑、柔性聚合物包裹的封堵剂可以形成有效的封堵层，但在抽汲压力和激动压力下封堵层不稳定。氧化硅纳米线是一种抗压能力很强的刚性材料，而经过改性后的氧化硅纳米线，不仅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，还能加强对地层的吸附性。

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失稳问题，本发明提供了一种改性氧化硅纳米线封堵剂，其粒径为纳米级，能够有效对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。且结合改性氧化硅纳米线封堵剂，研制了一种能适用于页岩地层的新型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：一种改性氧化硅纳米线封堵剂及油基钻井液，其特征在于，所述改性氧化硅纳米线封堵剂其制备步骤如下：

3、s1、在20～40ml的去离子水和60～80ml乙醇中加入2～4g氧化硅纳米线，使用盐酸将ph调至4～5，超声分散20～40min，加入6～10ml含氨基的硅烷偶联剂，在80～90℃回流反应5～7h，反应完成后离心，用去离子水洗涤3次，过滤，干燥4～6h，得到化合物a；

4、s2、将步骤s1制得的化合物a加入180～200ml甲苯中，依次加入0.024～0.030mol含苯环的二丙烯酯类化合物、0.048～0.052mol含双烯键的砜类化合物和0.2～0.4g催化剂钯，在55～65℃的条件下反应40～48h，减压蒸馏2～3h，用甲苯洗涤3次，过滤，干燥4～6h，得到化合物b；

5、s3、将步骤s2制得的化合物b加入120～150ml甲苯中，依次加入0.024～0.030mol喹啉脂类化合物、乙烯基苯类交联剂和0.1～0.2g过硫酸钾，在60～65℃的条件下反应40～48h，减压蒸馏2～3h，用甲苯洗涤3次，过滤，干燥4～6h，得到改性氧化硅纳米线封堵剂；

6、所述氧化硅纳米线的平均粒径在范围为20～50nm之间

7、所述的含氨基的硅烷偶联剂为二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷(nq-62)。

8、所述含苯环的二丙烯酯类化合物为对苯二甲酸二丙烯酯，邻苯二甲酸二丙烯酯，4,4'-联苯二醇二丙烯酸酯中的一种；含双烯键的砜类化合物为1,1’-砜基双[4-(2-丙烯)氧基苯]。

9、所述喹啉脂类化合物为2-[3-(r)-[3-[2-(7-氯-2-喹啉基)乙烯基]苯基]-3-羰基丙基]苯甲酸甲酯，[r-(r*,s*)]-3,5-二羟基-7-[2-环丙基-4-(4-氟苯基)-3-喹啉基]-6-庚烯酸乙酯，喹啉-8-基丙烯酸酯中的一种。

10、所述的二乙烯基苯类交联剂为对二乙烯苯。

11、所述钻井液按重量份包括以下组分：70.0～90.0份的白油，10.0～30.0份浓度为25％的cacl2盐水，2.0～4.0份生石灰，2.0～4.0份有机土，0.5～1.0份主乳化剂，1.0～2.0份辅乳化剂，0.5～1.0份润湿剂，6.0～10.0份降滤失剂，2.0～5.0份超细碳酸钙，若干份重晶石粉，0.5～2.0份改性氧化硅纳米线封堵剂。

12、所述白油为3#白油，主乳化剂为hw pmul-1，辅乳化剂为hw smul-1，有机土为hwgel-3，润湿剂为hw wet-1，降滤失剂为hw trol-101；其中，hw pmul-1、hw smul-1、hw wet-1、hw gel-3、hw trol-101来自成都西油华巍科技有限公司。

13、所述油基钻井液用重晶石将密度调节为1.00-2.20g/cm3。

技术特征：

1.一种改性氧化硅纳米线封堵剂及油基钻井液，其特征在于，所述改性氧化硅纳米线封堵剂其制备步骤如下：

2.根据权利要求1所述的改性氧化硅纳米线封堵剂，其特征在于，所述步骤s1中氧化硅纳米线的平均粒径在范围为20～50nm之间。

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：70.0～90.0份的白油，10.0～30.0份浓度为25％的cacl2盐水，2.0～4.0份生石灰，2.0～4.0份有机土，0.5～1.0份主乳化剂，1.0～2.0份辅乳化剂，0.5～1.0份润湿剂，6.0～10.0份降滤失剂，2.0～5.0份超细碳酸钙，若干份重晶石粉，0.5～2.0份改性氧化硅纳米线封堵剂。

4.根据权利要3所述的油基钻井液，其特征在于，所述白油为3#白油，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；其中，hw pmul-1、hw smul-1、hw wet-1、hw gel-3、hw trol-101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氧化硅纳米线封堵剂及油基钻井液，属于油气田钻井技术领域。所述改性氧化硅纳米线封堵剂的原料为氧化硅纳米线、含氨基的硅烷偶联剂、含苯环的二丙烯酯类化合物、含双烯键的砜类化合物、喹啉脂类化合物为原料。本发明提供的改性氧化硅纳米线封堵剂，其粒径在80.4‑296.9nm之间。该封堵剂可直接加入油基钻井液中，对钻井液的流变性影响较小。与未加封堵剂的钻井液相比，加入改性氧化硅纳米线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1.0％时，封堵率可达到92.89％。该封堵剂还具有原料易得，价格便宜等优点，适用于工业化生产。技术研发人员：谢刚,付克明,黄进军,邓泽远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