[发明专利]一种钻井液纳米封堵剂及其制备方法及含该封堵剂的水基钻井液

说明书

本发明公开了一种钻井液纳米封堵剂及其制备方法及含该封堵剂的水基钻井液，所述纳米封堵剂包括以下重量份的各组分：SiO₂与SiOx微晶颗粒混合物10‑20份、磺化苯乙烯和丁二烯共聚物乳液60‑70份、改性沥青粉末10‑20份、无定形土5‑10份，所述SiO₂与SiOx微晶颗粒混合物为粒径在100‑300纳米的二氧化硅与N‑(2‑氨乙基)‑3‑氨丙基三甲氧基硅烷按照重量比20：1的比例混合后搅拌均匀后制得，SiOx中x的取值范围为0＜x＜2。本发明纳米封堵剂中的SiO₂与SiOx微晶颗粒混合物能够被磺化苯乙烯和丁二烯共聚物包裹，在钻井液中能形成较好的连续分散封堵膜，采用本发明的纳米封堵剂制备得到的钻井液具有良好的封堵性能，对钻井井筒形成有效的支撑。

技术领域

本发明属于水基钻井液技术领域，具体涉及一种钻井液纳米封堵剂及其制备方法及含该封堵剂的水基钻井液。

背景技术

目前在常规及非常规油气(如页岩油(气))定向井、水平井钻探中，由于钻井过程中遇到泥页岩地层时，脆性页岩微裂缝较多，孔径非常小，传统的水基钻井液很难对其形成有效封堵，因此常引起井壁失稳掉块和坍塌、井漏、压差粘附卡钻、产油产气储层伤害等复杂和事故的发生，导致严重的井下、设备的安全事故，造成巨大的经济损失。所以为了解决这些问题，目前国内外往往选用油基泥，油基泥浆的润滑性，抑制性很好。但油基泥浆在钻进中产生的钻屑，污水，废泥浆等对环境污染严重，处理工艺复杂，成本极高。

上述问题仅通过化学方法不能完全解决，需要使用物理方法加入纳米尺寸的颗粒对裂缝形成有效封堵，阻止压力传递，可有效稳定泥岩和页岩、提高岩屑的完整性和提高机械钻井速度、降低井下钻具的扭矩和阻力，减少滑动钻进中的托压问题。与油基钻井液相比，纳米封堵剂可大幅度节省钻井总成本，并有效地解决油基钻井液与环境保护和废弃物处理问题。传统纳米封堵剂有聚合物类或刚性封堵剂，比如氧化铁、碳酸钙等，此类封堵剂或不能形成有效支撑，或不能形成连续分散膜，都具有一定的局限性。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种采用刚性材料做支撑、聚合物材料做包裹的钻井液纳米封堵剂，在钻井液中能分散成连续分散膜而形成有效封堵。此外，本发明还要提供一种新型钻井纳米封堵剂的制备方法及包含该纳米封堵剂的水基钻井液。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的第一方面，提供一种钻井液纳米封堵剂，包括以下重量份的各组分：SiO₂与SiOx微晶颗粒混合物10-20份、磺化苯乙烯和丁二烯共聚物乳液60-70份、改性沥青粉末10-20份、无定形土5-10份，所述SiO₂与SiOx微晶颗粒混合物为粒径在100-300纳米的二氧化硅与N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷按照重量比20：1的比例混合后搅拌均匀后制得，SiOx中x的取值范围为0＜x＜2。

作为优选的技术方案，所述磺化苯乙烯和丁二烯共聚物乳液中的磺化苯乙烯和丁二烯共聚物制备方法如下：等摩尔的苯乙烯和丁二烯在75-85摄氏度下反应2小时，再用甲醇溶剂润洗，得到白色粉末，即苯乙烯丁二烯共聚物，将反应制得的白色粉末以DMF作溶剂，加入三氧化硫吡啶溶液进行磺酸化1.5小时，固体析出后加入氢氧化钠溶液中和，过滤烘干后得到白色固体磺化苯乙烯和丁二烯共聚物。

作为优选的技术方案，所述磺化苯乙烯和丁二烯共聚物乳液包括以下重量份的各组分：磺化苯乙烯和丁二烯共聚物60份、水40份。

作为优选的技术方案，所述改性沥青粉末为由天然沥青粉通过聚季铵盐聚合物改性得到，其粒径为50-200微米。

作为优选的技术方案，所述无定形土为具有亲油性质的粘土粉末。

本发明的第二方面，提供一种钻井液纳米封堵剂的制备方法，用于制备上述的钻井液纳米封堵剂，包括以下步骤：