封堵井壁稳定处理剂及其制备方法和应用与流程

本发明涉及钻井液井壁稳定材料，具体涉及一种封堵井壁稳定处理剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着页岩油气勘探开发的加速、石油勘探开发向深部地层和海上发展，钻遇地层条件越来越复杂，复杂井、深井、超深井、和特殊井数量的增多，复杂地层钻探易发生井漏、垮塌、缩径及造浆严重等井壁失稳问题。局部破碎性地层，薄弱点多，非均质性强，裂隙发育，掉块硬度高，易导致卡钻等事故。钻井作业对钻井液的防塌性能和强化井壁能力要求越来越高，而钻井液防塌处理剂是提高钻井液防塌性能和增加井壁稳定性的关键。

2、钻井液中加入高效井壁稳定处理剂是改善和解决井壁失稳问题的主要方法之一，目前针对硬脆性复杂地层的井壁失稳问题，采用惰性填充封堵是主要技术思路之一。乳化沥青、磺化沥青、氧化沥青等沥青类处理剂如雪佛龙公司的soltex系列产品和progress公司的pro-tex产品，主要利用处理剂中沥青颗粒在软化点附近温度软化变形，在压差作用下，被挤入地层层理的裂隙和孔喉中，封堵井壁的裂缝和孔隙。硅酸盐处理剂可在水中形成不同尺寸的离子、胶体和高分子的纳米级粒子，通过吸附、扩散和化学沉淀等作用，在地层岩石表面形成一层保护膜，封堵地层微裂缝，黏结地层矿物，提高地层的整体胶结能能力，封固井壁。但硅酸盐处理剂对钻井液的ph要求较高，往往在11以上，由于配伍处理剂较少，钻井液的流变性能调控困难，在一定程度上限制了其应用。聚合醇处理剂有效作用温度范围有限，需要其浊点温度与井底循环温度相当，方能有效封堵地层的微裂缝。

3、现有井壁稳定技术对井下复杂主要采用被动处理方式，治理滞后。材料往往加量大，部分需要加量10-20％以上，且难以主动适应地层条件，难以精准高效匹配地层微裂缝，不能完全满足勘探开发需求，已成为制约经济、高效勘探开发的技术瓶颈。高效高性能井壁稳定材料技术已成为今后的主要需求和发展方向。

4、近年来，大家开发了一些针对地层[h+]化学反应型铝基处理剂，如cn106947439a公开了一种ph响应型钻井液铝基防塌处理剂及其制备方法、cn108728064a公开了一种钻井液用铝基封堵处理剂及其制备方法、cn11113904a公开了一种钻井液用温度响应型铝基封堵处理剂及其制备方法。

5、但这些专利仅针对地层环境的单一因素，而在实际钻井工程中，井下环境错综复杂，在多种因素的制约下往往需要同时响应2个因素才能实现对地层微裂缝进行精准判断处理实现对硬脆性泥页岩微裂缝的第一时间快速封堵固壁。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的在多种因素的制约下，当前钻井液材料难以实现对地层微裂缝进行精准判断处理的问题，提供一种封堵井壁稳定处理剂及其制备方法和应用。

2、为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种封堵井壁稳定处理剂，其中，所述处理剂包含多个纳米粒子和键连在每个所述纳米粒子表面的多个改性分子链；其中，所述改性分子链包括：至少一条来自羧酸聚合物的分子链a、至少一条来自聚氧乙烯醚类材料的分子链b和至少一条来自有机硅材料的分子链c中的至少一种。

3、本发明第二方面提供一种封堵井壁稳定处理剂的制备方法，反应步骤如下：

4、(1)将羧酸聚合物、有机溶剂、纳米粒子、聚氧乙烯醚类材料和悬浮稳定剂混合后进行第一反应；

5、(2)将步骤(1)得到的产物与有机硅材料进行第二反应；

6、(3)将步骤(2)得到的产物调节ph值至8-9，得到反应封堵井壁稳定处理剂。

7、优选地，第一反应温度为10-100℃，优选为30-75℃；

8、优选地，第二反应温度为10-100℃，优选为30-75℃。

9、本发明第三方面提供一种钻井液，所述钻井液中含有本发明提供的封堵井壁稳定处理剂。

10、通过上述技术方案，本发明提供的封堵井壁稳定处理剂为钻井液用双重因素响应型反应型井壁稳定处理剂，既含有对地层[h+]响应的聚羧酸链和可进行地层反应的有机硅组分，同时具有可以对地层温度进行响应的聚氧乙烯醚链，通过聚氧乙烯醚的浊点效应在地层表面形成定点吸附封堵微裂缝，因此能够实现对地层温度和[h+]浓度的双重响应，利用形态变化封堵层微裂缝。而且有机硅组分则可以通过与地层矿物发生缩合反应，在地层裂缝表表面和内部发生缩合反应，生成致密的硅氧化物。双重因素响应型反应型井壁稳定处理剂不仅能够利用地层环境[h+]和温度双重因素的激发调控材料的形态变化，还可以地层定向反应实现对微裂缝尺寸的快速匹配，从而阻隔水化作用通道，提高硬脆性地层的井壁稳定性。

技术特征：

1.一种封堵井壁稳定处理剂，其特征在于，所述处理剂包含多个纳米粒子和键连在每个所述纳米粒子表面的多个改性分子链；其中，所述改性分子链包括：至少一条来自羧酸聚合物的分子链a、至少一条来自聚氧乙烯醚类材料的分子链b和至少一条来自有机硅材料的分子链c中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的处理剂，其特征在于，所述分子链a通过一端的碳、所述分子链b通过一端的碳、所述分子链c通过一端的氧与所述纳米粒子的表面键连。

3.根据权利要求1或2所述的处理剂，其特征在于，所述纳米粒子选自纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米氧化钛、纳米氧化锌中的一种或几种；

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的处理剂，其特征在于，所述羧酸聚合物选自丙烯酸聚合物、丙烯酸酯聚合物、甲基丙烯酸聚合物、甲基丙烯酸酯聚合物、丙烯酸-丙烯酸酯共聚物、聚丙交酯-乙交酯-二甲基丙烯酸酯、马来酸-丙烯酸共聚物、氯乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物中的一种或几种。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的处理剂，其特征在于，所述聚氧乙烯醚类材料选自聚氧乙烯醚，聚(氧乙烯)十六烷基醚、十二烷基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、仲辛基酚聚氧乙烯醚、三丁基酚聚氧乙烯醚、苯乙烯基苯酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚烯丙基琥珀酸双酯磺酸钠、烯丙基聚氧乙烯醚中的一种或几种。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的处理剂，其特征在于，所述有机硅材料选自甲基三氯硅烷、甲基苯基二甲氧基硅烷、二甲基二氯硅烷、苯基氯硅烷、甲基乙烯基氯硅烷、甲基苯基二氯硅烷、乙基三氯硅烷、丙基三氯硅烷、乙烯基三氯硅烷、γ-氯丙基三氯硅烷中的一种或几种。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的处理剂，其特征在于，所述分子链a：分子链b：分子链c的重量比为：1:0.5-4:0.2-2，优选为1:0.5-4:0.5-1；

8.一种封堵井壁稳定处理剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂选自甲醇、乙醇、乙二醇、呋喃、四氢呋喃、丙醇、丙酮、丁醇、丙二醇、异丙醇、乙酸乙酯、二氧六环、乙腈、甲苯和二甲苯中的一种或几种。

10.根据权利要求8或9所述的制备方法，其特征在于，所述悬浮稳定剂选自预糊化淀粉、氧化淀粉、羧甲基淀粉、羧丙基淀粉、羧甲基纤维素钠、聚阴离子纤维素、羟乙基甲基纤维素、乙基纤维素、苄基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、黄原胶、羧甲基羟乙基纤维素中的一种或几种。

11.根据权利要求8-10中任意一项所述的制备方法，其特征在于，第一反应温度为10-100℃，优选为30-75℃；

12.根据权利要求8-11中任意一项所述的制备方法，其特征在于，羧酸聚合物为100重量份，聚氧乙烯醚类材料为50-400重量份，悬浮稳定剂为0.1-10重量份，纳米粒子为1-100重量份，有机溶剂为50-1000重量份，有机硅材料为20-200重量份；

13.一种钻井液，其特征在于，所述钻井液中含有权利要求1-7中任意一项所述的封堵井壁稳定处理剂或权利要求8-12中任意一项所述的制备方法制得的封堵井壁稳定处理剂。

技术总结本发明涉及钻井液井壁稳定材料技术领域，公开了一种封堵井壁稳定处理剂，所述处理剂包含多个纳米粒子和键连在每个所述纳米粒子表面的多个改性分子链；其中，所述改性分子链包括：至少一条来自羧酸聚合物的分子链a、至少一条来自聚氧乙烯醚类材料的分子链b和至少一条来自有机硅材料的分子链c中的至少一种。该材料既含有对地层[H<supgt;+</supgt;]响应的聚羧酸片断和可进行地层反应的有机硅组分，同时具有可以地层温度进行响应的聚氧乙烯醚片断，可实现对地层温度和[H<supgt;+</supgt;]的双重响应，利用形态变化封堵地层微裂缝，提高硬脆性地层的井壁稳定性。技术研发人员：孔勇,金军斌,林永学,杨帆,李大奇,褚奇,徐江受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/9