[发明专利]一种钻井液用基于纳-微米纤维的裂缝封堵剂及制备方法

说明书

本发明涉及一种钻井液用基于纳‑微米纤维的裂缝封堵剂及制备方法，包括如下质量份的成分：纳米纤维32~37、分散剂6~7、微米纤维57~61。制备方法主要包括：甘蔗渣的预处理、微米纤维的制备、纳米纤维的制备和基于纳‑微米纤维的裂缝封堵剂的制备。本发明通过采用甘蔗残渣的烘干、粉碎、提纯、强酸化、透析，在此基础上与微米纤维相结合，形成复合纤维封堵类型，可以有效封堵泥页岩中的纳米孔隙和微裂缝。该封堵剂对钻井液性能影响不大，且无毒，对环境无任何不良影响，急性毒性EC₅₀＞60000，是一种高效的泥页岩微裂缝封堵剂。

技术领域

本发明涉及钻井化工材料领域中的一种钻井液用裂缝封堵剂，具体说在钻井过程中如果钻遇高渗地层或者微裂缝地层，钻井液滤失量将大幅度增加，常规降滤失剂作用不明显，此时需要加入裂缝封堵剂，使其快速形成封堵层，降低滤液侵入，保持井壁稳定和降低滤失量，避免出现相应的复杂事故。

背景技术

随着油气资源勘探范围不断扩大，特别是页岩油气资源的大规模开发，泥页岩段井壁稳定问题越来越突出，在这种地层中，主要含有硬脆性泥页岩，一般而言，这种泥页岩的强度不高，页岩分散性强，组分中的蒙脱石含量不高，主要以伊利石为主，但由于其致密性，导致其应力敏感性很强。在这种地层中主要发育裂缝和微裂缝，在泥页岩段钻井过程中，会钻遇非常多的微裂缝，如果不进行封堵，钻井液中的水相就会沿着微裂缝进入到地层中，与其中的黏土矿物接触后，产生较大的水化应力，从而引发地层失稳。目前在国内外，在对付这种地层时主要采用的方法是加入封堵防塌剂，如改性沥青、磺化沥青、聚乙二醇、硅酸铝盐、硅酸钠等封堵剂，但是，这些方法都存在一定缺陷，如，硅酸盐钻井液对pH相当敏感，只有在高pH条件下才能发挥作用，当pH降低至9以下时，钻井液粘度大幅度升高，影响到钻进性能；沥青类材料属于油溶性材料，具有较高荧光，对录井产生较大影响，且对环境影响较大；聚乙二醇主要通过羟基作用产生的浊点效应起作用，具有温度敏感性，应用范围受限。

纤维素是一种非常广的原料，来源于木材、植物（棉花、黄麻、亚麻、大麻、剑麻、椰子壳、苎麻、麻蕉、洋麻和甘蔗等）、海洋生物（如被裹动物）、海藻（如红藻、绿藻、灰藻和黄绿藻）以及细菌等。纤维可以通过拉伸、切断的方法进行超短化，2015年，蔡永茂等在发明专利ZL201310628189.4中提出采用超短纤维的方法来进行油层调剖和封堵，其超短纤维直径为0.5~3.0μm，长度为10~30μm，与水/聚合物水溶液/三元液等形成悬浮液，用以采油中调剖和封堵。没有涉及到在钻井液中的应用，也没有和纳米纤维共同作用。纤维素纳米颗粒包括纤维素纳米纤维和纤维素纳米晶体，可以通过酸解、酶解和机械降解等方法来制备。由于纤维素纳米颗粒的比表面积大、高杨氏模量、低成本、质轻、来源广、可再生和生物降解等性能，因此，其应用领域广泛，包括工程复合物、纸浆、包装膜、生物医学材料、水凝胶、气凝胶、磁性纳米棒和超级电容等。但在石油行业还没有真正的尝试，最近，人们还开始研究纤维素纳米晶在钻井液中的应用，王建全等在发明专利CN201610274343.6中采用纳米纤维素晶须和其他纤维素组合，形成了一种钻井液降滤失剂。但这种降滤失剂并没有涉及到纳米纤维素晶须的酸解和透析，没有涉及到甘蔗方法制备纳米纤维的方法，同时也没有涉及到和微米纤维的协同封堵泥页岩微裂缝作用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术在解决泥页岩钻井过程中存在的井壁失稳问题所存在的不足，提出一种通过纳米-微米颗粒复合，形成高效封堵纳米孔隙和微纳米裂缝的钻井液用基于纳-微米纤维的裂缝封堵剂及制备方法。

本发明采用技术方案如下：

一种钻井液用基于纳-微米纤维的裂缝封堵剂，包括如下质量份的成分：纳米纤维32~37、分散剂6~7、微米纤维57~61。

所述纳米纤维和微米纤维来源于甘蔗渣；所述分散剂为二辛基磺化琥珀酸钠、三辛基磺化琥珀酸钠、二辛基磺化丁二酸钠中的一种或任意两种组合。

前述的钻井液用基于纳-微米纤维的裂缝封堵剂的制备方法包括如下步骤：

1）甘蔗渣的预处理：