一种钻井液用封堵剂及其制备方法与流程

本发明属于油田化学领域，涉及一种钻井液用封堵剂及其制备方法。

背景技术：

1、随着页岩气勘探开发的不断深入，泥页岩气钻井井壁不稳定已经成为钻井过程中的一个重要难题。泥页岩由于含有黏土矿物，容易产生水化作用，而泥页岩水化是造成页岩岩石强度降低，从而造成钻井井壁不稳定的重要因素。页岩气钻井过程中，尤其是钻至水平段，由于储层的层理或裂缝发育、蒙皂石等吸水膨胀性矿物组分含量高，水化作用将更加明显。维持页岩井壁稳定的关键是在钻井液中加入高性能纳米封堵剂加强对微孔、微裂缝及层理等结构的致密丰度，减少滤液侵入剂压力传递效应。

2、传统的钻井液用封堵剂一般为沥青类、超细碳酸钙、弹性石墨等，主要为微米级，难以对泥页岩的微纳米孔缝实现有效封堵。为了提高封堵性能，近年来，国内外的学者着重进行了纳米封堵剂的研究，研究主要集中在无机纳米粒子、有机纳米粒子和无机/有机复合纳米粒子，无机纳米粒子主要以刚性架桥形式对孔缝进行封堵，无法进入孔喉中形成内封堵，随着钻井液不断循环和钻具的频繁作业，不能形成稳定的封堵层。有机纳米粒子的弹性较好，能深入孔缝，然而承压能力较差。无机/有机复合纳米粒子将无机材料的刚性、尺寸稳定性、热稳定性以及聚合物的韧性、多个作用位点等性能相结合，使封堵性能相比于单独的无机纳米粒子和有机纳米粒子得到了大幅提升，已成为纳米封堵剂的主要发展方向。

3、目前，对于采用无机/有机复合纳米粒子作为钻井液用纳米封堵剂的研究主要集中在通过硅烷偶联剂对纳米粒子进行表面改性引入双键，然而与有机聚合物进行自由基聚合反应形成核壳结构，聚合物以苯乙烯-丙烯酸酯类聚合物为主。然而，现有的无机/有机复合纳米封堵剂的抗温性较低，对高温地层的封堵效果并不理想。

技术实现思路

1、本发明提供一种钻井液用封堵剂，该封堵剂为以聚乙二醇为外壳和纳米二氧化硅为内核的新型核壳结构纳米封堵剂，其硬核软壳的结构更有利于通过加压变形进入页岩微孔和微裂缝内部，实现致密封堵，降低页岩渗透率，有效提高裂缝性页岩井壁稳定性，同时基于聚乙二醇的浊点效应，该封堵剂对高温低层具有更为优异的封堵效果。

2、本发明还提供一种钻井液用封堵剂的制备方法，该制备方法通过向纳米二氧化硅的分散液中加入聚乙二醇和二异氰酸酯类化合物对纳米二氧化硅进行表面接枝改性，使聚乙二醇通过化学键与纳米二氧化硅连接形成核壳结构，从而制备得到上述钻井液用封堵剂。

3、本发明第一方面提供一种钻井液用封堵剂，所述封堵剂具有核壳结构，所述核壳结构的壳层为聚乙二醇，所述核壳结构的内核为纳米二氧化硅。

4、如上所述的封堵剂，其中，所述聚乙二醇的分子量为400～4000。

5、如上所述的封堵剂，其中，所述纳米二氧化硅的粒径为5～100nm。

6、如上所述的封堵剂，其中，所述封堵剂的粒径为10～120nm。

7、本发明第二方面提供一种如上所述的钻井液用封堵剂的制备方法，其中，包括以下步骤：

8、将纳米二氧化硅分散于溶剂中，得到分散液；向分散液中加入聚乙二醇、二异氰酸酯类化合物和催化剂对所述纳米二氧化硅进行表面接枝改性，得到所述钻井液用封堵剂。

9、如上所述的制备方法，其中，所述二异氰酸酯类化合物选自六亚甲基二异氰酸酯。

10、如上所述的制备方法，其中，所述催化剂选自二月桂酸二丁基锡。

11、如上所述的制备方法，其中，所述纳米二氧化硅、聚乙二醇和所述二异氰酸酯类化合物的质量比为2：(1～6)：(0.2～0.5)。

12、如上所述的制备方法，其中，所述表面接枝改性的温度为60～80℃，时间为6～8h。

13、如上所述的制备方法，其中，所述溶剂选自环己烷或甲苯。

14、本发明的实施，至少具有以下优势：

15、1、本发明的钻井液用封堵剂，以刚性的纳米二氧化硅为内核、柔性的聚乙二醇为外壳，其硬核软壳大的结构更有利于通过加压变形进入页岩微孔和微裂缝的内部，实现致密封堵，降低页岩渗透率，有效提高裂缝性页岩井壁的稳定性。

16、2、本发明的钻井液用封堵剂，包覆于纳米二氧化硅表面的聚乙二醇具有浊点效应，在高温条件下可析出形成柔性外壳，进入孔隙和裂缝中形成深层致密封堵，对高温地层具有优异的封堵效果。

17、3、本发明的钻井液用封堵剂在水基钻井液中具有良好的分散性，不易聚集沉淀，仍能使水基钻井液维持较好的流变性能。

18、4、本发明的钻井液用封堵剂的制备方法，通过采用二异氰酸酯类化合物作为连接化合物，使聚乙二醇通过化学键接枝改性于纳米二氧化硅的表面，高效简单的完成了上述核壳结构纳米封堵剂的制备。

技术特征：

1.一种钻井液用封堵剂，其特征在于，所述封堵剂具有核壳结构，所述核壳结构的壳层为聚乙二醇，所述核壳结构的内核为纳米二氧化硅。

2.根据权利要求1所述的封堵剂，其特征在于，所述聚乙二醇的分子量为400～4000。

3.根据权利要求1或2任一项所述的封堵剂，其特征在于，所述纳米二氧化硅的粒径为5～100nm。

4.根据权利要求1-3任一项所述的封堵剂，其特征在于，所述封堵剂的粒径为10～120nm。

5.一种权利要求1-4任一项所述的钻井液用封堵剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述二异氰酸酯类化合物选自六亚甲基二异氰酸酯。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述催化剂选自二月桂酸二丁基锡。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述纳米二氧化硅、聚乙二醇和所述二异氰酸酯类化合物的质量比为2：(1～6)：(0.2～0.5)。

9.根据权利要求5-8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述表面接枝改性的温度为60～80℃，时间为6～8h。

10.根据权利要求5-9任一项所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂选自环己烷或甲苯。

技术总结本发明提供一种钻井液用封堵剂及其制备方法。本发明提供一种钻井液用封堵剂，所述封堵剂具有核壳结构，所述核壳结构的壳层为聚乙二醇，所述核壳结构的内核为纳米二氧化硅。本发明的封堵剂兼具纳米二氧化硅的刚性优势和聚乙二醇的柔性优势，具有更好的封堵性能，且由于聚乙二醇具备浊点效应，在高温条件下能够析出形成柔性外壳，进入页岩孔隙或裂缝中形成深层致密封堵，在高温地层中表现出优异的封堵性能。技术研发人员：高世峰,屈沅治,黄宏军,王韧,任晗,袁玥辉,张志磊,张雁,张蝶,杨峥受保护的技术使用者：中国石油天然气集团有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/26