[发明专利]一种泥页岩稳定剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种泥页岩稳定剂，该泥页岩稳定剂由硅烷偶联剂改性的纳米二氧化硅与树枝状聚合物反应获得。本发明还提供了一种泥页岩稳定剂制备方法，由该方法制备泥页岩稳定剂。本发明借助纳米二氧化硅的刚性封堵与纳米尺寸的树枝状聚合物的变形填充，实现刚柔相济的物理封堵，同时通过树枝状聚合物大量的端基与泥页岩表面的强吸附作用抑制泥页岩的水化膨胀，实现高效化学抑制，本发明实现纳米尺度的物理封堵和化学抑制的双重功能，为稳定泥页岩提供新的思路和方法，具有重要的理论意义和应用价值。

技术领域

本发明属于石油工程油田化学领域，具体涉及一种泥页岩稳定剂及其制备方法。

背景技术

钻井工程中，泥页岩井壁失稳导致的井壁坍塌、卡钻和井漏等一系列井下复杂情况，一直是困扰钻井工程中亟待解决而又未很好解决的世界性工程技术难题。采用水基钻井液钻泥页岩地层时，在水力压差和化学势差等作用下，钻井液和井壁泥页岩之间存在压力传递和滤液侵入作用，由于孔隙压力无法迅速传递出去，少量水的进入将导致孔隙压力显著增加，进而造成钻井液液柱有效支撑应力下降，这是井壁失稳的首要原因。同时，泥页岩中粘土矿物一般具有较强的亲水性，滤液侵入地层之后将产生水化效应，即水化膨胀或约束条件下产生水化应力，引起井壁泥页岩应力状态改变；并且水化效应可引起泥页岩强度降低以及力学参数的改变等。

通过泥页岩井壁失稳机理分析可知，有效控制井壁泥页岩与钻井液之间的压力传递和滤液侵入，是稳定泥页岩的首要和根本性问题。其中，对泥页岩孔隙进行有效的封堵是阻缓压力传递和滤液侵入的主要手段。由于泥页岩渗透率极低(10^-12-10^-6达西)，孔隙尺寸主要分布在微纳米范围，常规钻井液处理剂无法形成致密泥饼阻止液体侵入，而纳米颗粒尺寸小，易挤入纳米级的孔喉中，形成有效架桥封堵，减少液相和固相侵入。因此，近年来尝试采用各种微纳米粒子，如纳米二氧化硅、纳米氧化石墨烯、微乳液和纳米共聚物等对泥页岩进行有效封堵。无机纳米粒子一般为不变形的刚性粒子，刚性粒子对处于纳米级的孔隙进行架桥；有机纳米粒子一般是具有变形变软功能的可变形粒子，可变形粒子对刚性架桥形成的不规则孔隙进行变形填充，最终形成完全阻止水进入地层的隔离层，起稳定井壁和保护储层的作用。根据刚性粒子紧密堆积理论，再小的刚性粒子相互堆积仍然会存在剩余空间，因此，要求最后一级封堵粒子必须是具有变形变软功能的封堵材料(有机纳米粒子)，而单独使用有机纳米粒子又无法实现架桥作用，因为其变形变软的特点使其容易向地层孔隙中渗滤，找不到支撑点，所以有机、无机纳米处理剂必须同时存在(白小东，蒲晓林.有机/无机复合纳米水基钻井液体系研究[J].石油钻探技术，2010,38(2)：47-50.)。

目前常用的纳米封堵剂中，由于纳米颗粒活性高，易发生团聚而丧失其特性，同时对于一些无机纳米颗粒而言，其刚性较大，进入地层孔喉后易发生脱离、运移，从而影响封堵效果。

然而，在大多数情况下，水基钻井液滤液侵入地层难以避免。泥页岩与水分子接触后发生水化，在水化斥力作用下形成水化膨胀压，进而造成孔隙压力增加和近井壁应力状态改变。因此，抑制泥页岩水化同样不可忽视，其重要性被认为仅次于阻止压力传递，这也是目前研究的重点之一。在化学抑制方面，人们研发出不同种类的页岩抑制剂，主要有无机盐类、有机盐类、高分子聚合物、低分子有机胺类、聚合醇类等。这些抑制剂主要通过抑制粘土表面水化、对泥页岩颗粒进行包被、改变泥页岩表面润湿性及控制钻井液水活度等方法，来抑制泥页岩水化膨胀和分散。上述不同种类的抑制剂虽然一定程度上取得了良好的应用效果，但是仍存在不同的局限性，如无机盐和有机盐类抑制剂使用浓度高，低分子有机胺类抗温性不足等。

综上所述可以看出，目前的泥页岩稳定剂作用形式单一，物理封堵和化学抑制往往难以同时兼顾；且部分泥页岩稳定剂与泥页岩之间的作用力较弱，作用时效短，不能发挥长期稳定作用。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种泥页岩稳定剂及其制备方法。