一种超深井钻井液用有机硅微凝胶井眼强化剂及其制备方法与应用

本发明涉及一种超深井钻井液用有机硅微凝胶井眼强化剂及其制备方法与应用，属于石油工业的钻井液化学领域。

背景技术：

1、随着我国对于传统中浅储层油气资源的勘探开发进入中后期阶段，为了缓解这一矛盾，对深层、超深层油气的勘探开发力度逐渐加大。我国深层超深层油气资源储量丰富，以四川盆地和塔里木盆地为例，四川盆地超深层含气储量6×1012m3，塔里木盆地超深层含油储量达1×109t。大量的国内外钻井结果表明，深部、超深部地层面临高温、高压及长距离钻井等苛刻条件是面临的重大挑战。就高温条件而言，钻井液造浆黏土会发生严重的去水化，钻井液处理剂会发生高温降解、解吸附剂高温交联等现象，这些问题会导致钻井液体系流变性能难以调控、滤失量显著增大等严重问题，严重影响井壁稳定性。

2、钻井液封堵剂作为一类在深井超深井钻井液作业中的核心钻井液处理剂之一，已经得到了广泛研究。目前，常用的钻井液处理剂主要分为无机类(碳酸钙、二氧化硅、石墨等)、有机类(聚合物、有机纤维等)及有机-无机杂化类封堵剂。常规无机类封堵剂主要是通过物理充填来封堵地层中的微孔缝来达到阻止钻井液侵入，从而起到稳定井壁作用，但是往往功能性较为单一。有机类封堵剂虽然具有良好的形变封堵性能，但是存在抗温性能较差，深井超深井应用效果差等问题。有机-无机杂化类封堵剂虽然结合了两者的功能特点，可以有效提升对地层微孔缝的封堵效率，但是无法有效提高岩石内聚力，提升井眼稳定性效果有限。

3、专利文献cn118027316a公布了一种抗高温抗饱和盐纳米封堵剂及其制备方法，利用二苯甲烷二异氰酸酯改性纳米sio2，通过表面接枝改性法对纳米sio2表面进行改性，之后通过自由基聚合法制备了抗高温抗饱和盐纳米封堵剂，该封堵剂抗温可达200℃，高温稳定性良好。专利文献cn114381246a公布了一种抗高温改性六方氮化硼纳米封堵剂及水基钻井液，该封堵剂是由以纳米六方氮化硼(80-100nm)、含氨基的硅烷偶联剂、二烯烃醇类化合物、双伯胺类化合物、含烯键的磺酸类化合物为原料制备而成，抗温达150℃，高温后粒径稳定性优异。上述方法均是制备了以无机物为核、有机物为壳的有机无机复合材料，虽然具有良好的高温稳定性，但是对钻井液的性能提升主要还是在封堵降滤失性能，高温下对岩石强度的影响未涉及，作用效果单一。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，尤其是对于超深部地层钻井过程中井底高温(大于180℃)导致的封堵剂性能恶化及高温下钻井液功能性单一问题，本发明提供一种超深井钻井液用有机硅微凝胶井眼强化剂及其制备方法与应用。

2、本发明通过水解缩合反应和自由基聚合反应制备了一种有机硅微凝胶井眼强化剂，适用于超深井钻井液，该强化剂可有效封堵地层微纳米孔缝，延缓钻井液在钻井正压差作用下进入地层的趋势；此外，其具有高玻璃化转变温度，当处于玻璃化转变温度时，会转化为粘性橡胶态从而提升对岩石的胶结固壁作用，提升岩石强度，有效提升井眼稳定性。

3、为了实现上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：

4、一种超深井钻井液用有机硅微凝胶井眼强化剂的制备方法，包括步骤如下：

5、(1)乙烯基有机硅纳米微球制备

6、将乳化剂a、黄原胶依次加入去离子水中，高速搅拌，得混合液，向混合液中加入有机硅混合单体，高速搅拌后，水浴加热反应，反应后离心，得到的固相使用乙醇和石油醚分别清洗离心，获得含有乙烯基的有机硅纳米微球；

7、(2)有机硅微凝胶井眼强化剂的制备

8、以步骤(1)制得的含有乙烯基的有机硅纳米微球为初级微核，选用功能性单体在乙烯基有机硅纳米微球表面进行接枝共聚，得到有机硅微凝胶井壁强化剂。

9、根据本发明优选的，步骤(1)中，乳化剂a为乳化剂os(ms-1)。

10、根据本发明优选的，步骤(1)中，乳化剂a与去离子水的质量体积比为0.5-2.0：100，单位g/ml。

11、根据本发明优选的，步骤(1)中，黄原胶与乳化剂a的质量比为(0.01-0.04)：(0.5-2.0)。

12、根据本发明优选的，步骤(1)中，有机硅混合单体为乙烯基三乙氧基硅烷和三乙氧基硅烷的混合，乙烯基三乙氧基硅烷与三乙氧基硅烷质量比为1:(2-6)。

13、根据本发明优选的，步骤(1)中，有机硅混合单体与乳化剂a的质量比为(20-30)：(0.5-2.0)。

14、根据本发明优选的，步骤(1)中，高速搅拌转速为800-1500r/min，搅拌时间为10-30min。

15、根据本发明优选的，步骤(1)中，水浴加热温度为30-50℃，加热时间为6-12h。

16、根据本发明优选的，步骤(2)中，在乙烯基有机硅纳米微球表面进行接枝共聚具体方法如下：

17、1)将乳化剂b、苯乙烯磺酸钠、交联剂n n-亚甲基双丙烯酰胺依次加入去离子水中，室温高速搅拌，得到水相；将丙烯酸丁酯、丙烯酸、步骤(1)的含有乙烯基的有机硅纳米微球及乳化剂c混合均匀，得到油相；

18、2)将油相缓慢加入到水相中高速搅拌，待油相全部加入到水相中，高速搅拌，得到稳定的水包油型乳液；将水包油型乳液搅拌加热，加入引发剂，室温反应，得到有机硅微凝胶井壁强化剂。

19、根据本发明优选的，步骤1)中，乳化剂b为吐温80。

20、根据本发明优选的，步骤1)中，乳化剂b、苯乙烯磺酸钠、交联剂n n-亚甲基双丙烯酰胺的质量比为(1.0-2.0)：(2-5)：(0.02-0.05)。

21、根据本发明优选的，步骤1)中，乳化剂b与水的质量体积比为(1.0-2.0)：100，单位g/ml。

22、根据本发明优选的，步骤1)中，丙烯酸丁酯、丙烯酸、含有乙烯基的有机硅纳米微球的质量比为(6-11)：(3-7)：(4-8)。

23、根据本发明优选的，步骤1)中，乳化剂c为司盘80。

24、根据本发明优选的，步骤1)中，含有乙烯基的有机硅纳米微球与乳化剂c的质量比为(4-8)：(0.3-0.7)。

25、根据本发明优选的，步骤1)中，高速搅拌转速为800-1500r/min，搅拌时间为10-30min。

26、根据本发明优选的，步骤2)中，油相全部加入到水相中后，使用剪切乳化剂于3000r/min条件下高速搅拌20min。

27、剪切乳化剂按本领域的现有技术进行。

28、根据本发明优选的，步骤2)中，搅拌加热加热温度为60-80℃，搅拌速度为300r/min。

29、根据本发明优选的，步骤2)中，引发剂为质量分数为30％的偶氮二异丁腈。

30、根据本发明优选的，步骤2)中，含有乙烯基的有机硅纳米微球与引发剂的质量比为(4-8)：(2.5-5)。

31、一种超深井钻井液用有机硅微凝胶井眼强化剂，采用上述方法制得。

32、上述超深井钻井液用有机硅微凝胶井眼强化剂的应用，添加到钻井液中，用于石油钻井作业提升常规井、超深特深井钻井液封堵效果，强化剂的添加量为钻井液重量的2％-4％。

33、本发明的超深井钻井液用有机硅微凝胶井眼强化剂，当井底温度处于井眼强化剂的玻璃化转变温度范围时，其会转变为粘弹态，起到粘结岩石，提升岩石强度的效果。

34、通过上述技术方案，本发明的有益效果：

35、1、本发明的钻井液用有机硅微凝胶井眼强化剂在水基钻井液中，水相是连续相，井眼强化剂颗粒极其分散，在高温下不会粘结在一起，当处于高温井段(即井眼强化剂玻璃化转变温度)时，钻井液在井筒中压差的作用下在井壁形成泥饼，大量井眼强化剂颗粒会聚集在一起从而在高温作用下由玻璃态转变为橡胶态，对井壁岩石产生胶结固壁效果，因此，本发明的井眼强化剂高温老化后颗粒分散稳定性高，220℃老化前后d50变化率仅仅为2.8％，高温分散稳定性优异。

36、2、本发明的钻井液用有机硅微凝胶井眼强化剂粒径处于纳微米尺度(92.3-425.6nm)，能够对不同粒径尺度(0.1-1μm)的微孔滤膜均具有良好的封堵性能；耐高温性能优异，220℃老化16h后仍旧对不同粒径尺度的微孔滤膜具有封堵性能。

37、3、本发明的钻井液用有机硅微凝胶井眼强化剂的玻璃化转变温度为198.6℃，当处理剂处于其玻璃化转变温度时，可以由玻璃态转变为高粘橡胶态，从而提升对井壁的封堵性及胶结岩石性能。