复合层状双氢氧化物纳米材料及制备方法和应用与流程

本发明涉及油田钻井，具体涉及一种复合层状双氢氧化物纳米材料及制备方法和应用。

背景技术：

1、页岩中含有大量的膨润土矿物与硬脆性矿物，在页岩油气资源勘探开发过程中，使用水基钻井液会遇到一些严峻的挑战，特别是页岩中的粘土矿物与钻井液相遇后易水化膨胀，继而导致井壁失稳坍塌。为了解决这一问题，科研人员开发了一系列处理剂用来抑制页岩水化膨胀。目前常用的页岩抑制剂一般为kcl以及小分子聚醚胺，但是仍存在一定的不足，高浓度kcl不利于环保，聚醚胺抗温不足。因此仍持续研究新型的页岩抑制剂十分必要。

2、层状双氢氧化物是一种无机层状材料，具有典型的层状结构，类似于水镁石的八面体结构。其中金属离子位于八面体结构中心，六个顶点为oh-，相邻的八面体通过共边的形式构成层板，层与层再通过对顶的方式叠在一起沿晶体学ab平面上扩展；层间存在着可交换性的阴离子和结晶水。层状双氢氧化物具有一定的阴离子交换性能、可剥离性和热性能等。但是现有的层状双氢氧化物起到抑制粘土水化膨胀作用不好且抗温不足，因此研究一种在去水中剥离效果好的且抗高温性能的层状双氢氧化物材料作为页岩抑制剂尤为重要。

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钻井液页岩抑制剂抗温不足问题，提供一种复合层状双氢氧化物纳米材料及制备方法和应用。

2、为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种复合层状双氢氧化物纳米材料，其中，所述纳米材料具有以下通式所示的化学组成：[mg2+1-xal3+x(oh)2]x+(a-)x·mh2o，其中，0.2≤x≤0.4，m为1-3；

3、a-具有式(1)、式(2)或式(3)所示的化学结构，ho-r1-so3-  式(1)，

4、其中r1为c3-c6的直链或支链亚烷基，r2-r9各自独立地为氢或甲基。

5、本发明第二方面提供一种复合层状双氢氧化物纳米材料的制备方法，其中，制备方法包括：

6、(1)将mg源、al源、沉淀剂和含有a-离子的水溶液混合进行老化反应，得到中间产物；

7、(2)将含有a-离子的醇溶液与所述中间产物接触进行静置反应，得到所述复合层状双氢氧化物纳米材料；

8、其中，a-离子具有式(1)、式(2)或式(3)所示的化学结构，ho-r1-so3-  式(1)，

9、其中r1为c3-c6的直链或支链亚烷基，r2-r9各自独立地为氢或甲基。

10、通过上述技术方案，本发明制备的复合层状双氢氧化物纳米材料可在去离子水中剥离，剥离分散不需使用其它有机溶剂；本发明制备的复合层状双氢氧化物纳米材料用作钻井液页岩抑制剂，具有环保、高效、抗高温的特点，可有效抑制膨润土分散造浆，能应用于较高温度的地层。

技术特征：

1.一种复合层状双氢氧化物纳米材料，其特征在于，所述纳米材料具有以下通式所示的化学组成：[mg2+1-xal3+x(oh)2]x+(a-)x·mh2o，其中，0.2≤x≤0.4，m为1-3；

2.根据权利要求1所述的纳米材料，其特征在于，所述纳米材料的层间距为0.9-1.5nm。

3.一种复合层状双氢氧化物纳米材料的制备方法，其特征在于，制备方法包括：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述mg源选自氯化镁和/或硝酸镁；

5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述老化反应的温度为70-90℃，所述老化反应的时间为4-12h。

6.根据权利要求3-5中任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述静置反应的温度为45-55℃，所述静置反应的时间为12-36h。

7.根据权利要求3-6中任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述含有a-离子的水溶液中a-离子通过第一提供a-离子化合物提供；mg源为5-20重量份，al源为5-20重量份，沉淀剂为0.5-5重量份，第一提供a-离子化合物为1-10重量份；

8.根据权利要求3-7中任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述含有a-离子的醇溶液中a-离子通过第二提供a-离子化合物提供；醇为100重量份，第二提供a-离子化合物为1-10重量份，中间产物以干基计为5-20重量份；

9.一种权利要求3-8中任意一项所述的制备方法得到的复合层状双氢氧化物纳米材料。

10.根据权利要求1-2和9任意一项所述的复合层状双氢氧化物纳米材料作为钻井液页岩抑制剂的应用。

技术总结本发明涉及油田钻井技术领域，公开了一种复合层状双氢氧化物纳米材料及制备方法和应用，所述纳米材料具有以下通式所示的化学组成：[Mg2+1‑xAl3+x(OH)2]x+(A‑)x·mH2O，其中，0.2≤x≤0.4，m为1‑3；A‑具有式(1)、式(2)或式(3)所示的化学结构，HO‑R1‑SO3‑式(1)，其中R1为C3‑C6的直链或支链亚烷基，R2‑R9各自独立地为氢或甲基。本发明制备的复合层状双氢氧化物纳米材料可在去离子水中剥离，剥离分散不需使用其它有机溶剂；该纳米材料用作钻井液页岩抑制剂，具有环保、高效、抗高温的特点，可有效抑制膨润土分散造浆，能应用于较高温度的地层。技术研发人员：胡子乔,金军斌,高书阳,李涛,张亚云,韩子轩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