改性二氧化硅乳液及其制备方法与应用、纳米成膜材料及其制备方法与应用与流程

本发明涉及油气田钻井及油田化学助剂领域，具体涉及一种改性二氧化硅乳液及其制备方法与应用、纳米成膜材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、钻井液是指用于油气层钻井过程中以其多功能性满足钻井工作需要的循环流体，其主要功能包括携带钻屑、稳定井壁和平衡地层压力、冷却润滑钻头钻具、保护油气层等等，其性能影响钻进效率、井下安全和施工成本，是钻井作业的重要组成部分。

2、成膜封堵是钻井液基本性能之一，通过在井壁形成致密泥饼层，从而防止钻井液漏失、钻井液侵入储层造成储层伤害、提高地层承压能力，解决裂缝发育地层、破碎或弱胶结性地层、低渗储层以及深井长裸眼大段复杂泥页岩等复杂地层的井壁失稳问题。据统计，地层的井壁失稳主要发生在含裂隙的硬脆性泥页岩地层，针对该地层的井壁失稳，仅通过提高钻井液抑制性的化学方法很难有效解决，只有通过向钻井液中添加成膜封堵材料，利用多级分布的固体粒子桥塞、填充裂隙并在井壁上形成致密封堵层，才能有效阻碍井筒流体侵入地层引起的压力传递过程，达到稳定井壁的目的。

3、泥页岩是所有地层岩石中孔径最小的岩石类型，其孔径大小分布在0.001-0.01μm，因此，对于井壁成膜封堵的最后一级封堵材料，其粒径必须处于纳米级才能阻止水进入地层，从而起到稳定井壁作用，然而现有的纳米成膜封堵材料虽然在粒径上达到了纳米级，但是无法兼具刚性封堵与韧性填充的效果，在钻具载荷长时间挤压摩擦下容易出现泥饼穿孔，或因缺少韧性填充材料导致泥饼致密性欠佳，对稳定井壁、防塌防漏、储层保护效果不理想。

4、现有成膜封堵剂主要以沥青类、石蜡类、聚合醇类或硅酸盐类，为了降低对钻井液的流动阻力，一般成膜性能较差，不同程度存在下渗现象，随着环保政策收紧，国内各大油田区块开始限制沥青类、聚合醇类材料的入井，为了满足井壁稳定、成膜封堵的钻井液性能要求，不得不重复添加多种化学处理剂，带来施工成本高，体系维护难度大等问题。

5、cn107686720a公开了一种页岩气地层钻井液用成膜封堵剂及其制备方法，该封堵剂由苯乙烯、丙烯酸、丙烯酸丁酯、阳离子单体、乳化剂、十二碳醇酯在引发剂的作用下制得，可有效封堵微空隙、有效防止水及钻井液向地层和岩屑内部渗透，防止井壁坍塌，维持井壁稳定。但该方法制备工艺复杂，且未对封堵效果、钻井液流型影响、失水、润滑效果进行评价。

6、因此，为了保证钻井液的成膜封堵效果，就对钻井液中的成膜封堵材料的性能提出了较高的要求。

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二氧化硅乳液分散性差，制备成膜材料无法兼具刚性封堵与韧性填充的问题，提供一种改性二氧化硅乳液及其制备方法与应用、纳米成膜材料及其制备方法与应用。该改性二氧化硅乳液中二氧化硅颗粒粒径与泥页岩孔隙匹配度高，粒径分布科学合理，乳液无团聚现象，二氧化硅颗粒分散性较好。该改性二氧化硅乳液与乳化石蜡混合制备纳米成膜材料，具有良好的封堵成膜效果，应用于钻井液体系中可显著改善泥饼质量，提高泥饼致密性，降低钻具粘滞阻力。

2、为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种改性二氧化硅溶液，以重量份计，所述改性二氧化硅乳液包括：100份水、80-120份二氧化硅颗粒、1-4份增粘剂、0.5-1.5份分散剂；

3、在25℃下，所述改性二氧化硅乳液的表观粘度为35-55mpa·s；

4、所述二氧化硅颗粒的粒径为50-500nm；

5、所述改性二氧化硅乳液的ph值为6-10。

6、本发明第二方面提供一种前述的改性二氧化硅乳液的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

7、向水中加入二氧化硅颗粒、增粘剂、分散剂搅拌混合，过程中控制物料温度不高于50℃，得到改性二氧化硅乳液；

8、其中，搅拌过程中调节ph值在6-10。

9、本发明第三方面提供一种纳米成膜材料，其中，所述纳米成膜材料包括改性二氧化硅乳液和乳化石蜡；

10、所述改性二氧化硅乳液为前述的改性二氧化硅乳液；

11、所述改性二氧化硅乳液与所述乳化石蜡的重量比为1：0.5-3；

12、优选地，所述纳米成膜材料经热稳定性测试后，析出比例≤8％，沉降比例≤8％。

13、本发明第四方面提供一种前述的纳米成膜材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

14、将乳化石蜡与改性二氧化硅乳液搅拌混合，得到纳米成膜材料。

15、本发明第五方面提供一种前述的改性二氧化硅乳液或前述的纳米成膜材料在钻井液中的应用。

16、通过上述技术方案，本发明所取得的有益技术效果如下：

17、(1)本发明提供的改性二氧化硅乳液无团聚现象、分散性好，具有粒径分布合理、空隙度适应性好，具有悬浮稳定性好、刚性强、滚动润滑性好的特点；

18、(2)本发明提供的纳米成膜材料以均匀稳定的悬浮液形式存在，热稳定性好，能表现出较高的均一稳定性；

19、(3)本发明提供的纳米成膜材料具有良好的封堵成膜效果，既能够封堵纳米级空隙，又能够通过其成膜作用对微米级空隙实现有效封堵，纳米成膜材料制备所需的原材料来源广泛，成本较低，容易实现工业化生产，制得的产品稳定性高，可以与水任意比例混溶；

20、(4)本发明所述纳米成膜材料应用于钻井液体系，能够封堵微空隙，有效防止钻井液滤液对泥页岩井壁的渗透侵入作用，缓解地层水化作用，防止井壁坍塌，维持井壁稳定。适用于180℃及以下的地层温度，可有效改善泥饼质量，降低钻具与地层的摩擦阻力。

技术特征：

1.一种改性二氧化硅乳液，其特征在于，以重量份计，所述改性二氧化硅乳液包括：100份水、80-120份二氧化硅颗粒、1-4份增粘剂、0.5-1.5份分散剂；

2.根据权利要求1所述的改性二氧化硅乳液，其中，以重量份计，所述改性二氧化硅乳液包括：100份水、90-110份二氧化硅颗粒、2-3份增粘剂、0.7-1份分散剂；

3.根据权利要求1或2所述的改性二氧化硅乳液，其中，所述水的电导率小于等于5s/m，优选为去离子水；

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的改性二氧化硅乳液，其中，所述分散剂为酯类聚合物分散剂；

5.一种权利要求1-4所述的改性二氧化硅乳液的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其中，所述搅拌混合的过程采用搅拌球磨工艺；

7.一种纳米成膜材料，其特征在于，所述纳米成膜材料包括改性二氧化硅乳液和乳化石蜡；

8.根据权利要求7所述的纳米成膜材料，其中，所述改性二氧化硅乳液与所述乳化石蜡的重量比为1：1-2；

9.一种权利要求7或8所述的纳米成膜材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

10.一种权利要求1-4中任意一项所述的改性二氧化硅乳液或权利要求7或8所述的纳米成膜材料在钻井液中的应用。

技术总结本发明涉及油气田钻井及油田化学助剂领域，公开了一种改性二氧化硅乳液及其制备方法与应用、纳米成膜材料及其制备方法与应用。该改性二氧化硅乳液，以重量份计，所述改性二氧化硅乳液包括：100份水、80‑120份二氧化硅颗粒、1‑4份增粘剂、0.5‑1.5份分散剂；所述改性二氧化硅乳液中，表观粘度为35‑55mPa·S，二氧化硅颗粒的粒径为50‑500nm；所述改性二氧化硅乳液的pH值为6‑10。该改性二氧化硅乳液中二氧化硅颗粒分散性好，与钻井液用乳化石蜡混合制备纳米成膜材料，可显著改善泥饼质量，提高泥饼致密性，降低钻具粘滞阻力。技术研发人员：邱在磊,聂育志,梁影,李洁,肖承钰,陈红壮,马鹏,董国峰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