[发明专利]一种改性二氧化钛纳米封堵剂及水基钻井液

说明书

一种改性二氧化钛纳米封堵剂及水基钻井液，属于油气田钻井技术领域，所述改性二氧化钛纳米封堵剂以羟基化纳米二氧化钛(5‑10nm)、含氨基的硅烷偶联剂、丁二烯类化合物、双氨丙基苯类化合物、含烯键的磺酸类化合物为原料。本发明提供的抗高温改性二氧化钛制成的封堵剂，其粒径在70‑280nm之间，封堵性能相比于同类封堵剂性能有显著提升，除了其封堵性能之外，其外部的磺酸基团还具有较强的抗盐性能，该封堵剂可直接加入水基钻井液中，其配伍性能良好，能够有效稳定井壁，可应用于深井、超深井中。该封堵剂还具有原料易得，价格便宜等优点，所提供的合成方法稳定可靠，简单快捷，适用于工业化生产。

技术领域

本发明涉及油气田钻井技术领域，具体涉及一种改性二氧化钛纳米封堵剂及水基钻井液。

背景技术

目前在国内和国外钻井中，经常存在井壁不稳定问题，国内外数百口井的统计说明，所钻页岩地层占所钻总地层的70％，而90％以上的井塌发生在页岩地层。页岩具有特殊的微纳米孔缝结构，属超低孔、低渗类型，多为纳米级孔喉。针对页岩气的成藏特征，水平井钻井已成为页岩气开发的主要钻井方式。不管使用水基钻井液体系或者油基钻井液体系钻页岩地层都会出现井壁垮塌的现象，其根本原因是“水力劈裂作用”，钻井液或滤液进入裂缝，使裂缝张开，同时大大降低缝面间摩擦力，使坍塌压力大幅度上升。若不能有效封堵住裂缝阻断泥浆液相进入裂缝，则不能防塌。

钻井液中常用的磺化沥青或乳化沥青的粒径大多在微米级别，能对微米级别的微裂缝进行有效封堵，但对于尺寸一般在纳米-微米之间的裂缝，其粒径、形状与页岩纳米孔隙不匹配，其粒子只能在裂缝表面沉积，极易被钻井液冲刷，钻具的碰撞等作用破坏，起不到良好的封堵效果。因此对易造成井壁失稳的纳米孔缝进行有效的封堵是保持井壁稳定的重点，也是钻井工程中急需解决的难点。

发明内容

针对目前常规封堵剂无法有效封堵泥页岩中的纳米裂缝而导致的井壁失稳问题，本发明提供了一种改性二氧化钛纳米封堵剂，其粒径为纳米级，能够有效对泥页岩地层中的纳米级裂缝进行封堵，从而达到稳定井壁的目的。且结合改性二氧化钛纳米封堵剂，研制了一种能适用于页岩地层的新型纳米封堵水基钻井液替代油基钻井液能够解决井壁稳定、储层污染等问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种改性二氧化钛纳米封堵剂，所述封堵剂由改性纳米二氧化钛与水混合配制而成。所述改性二氧化钛纳米封堵剂以羟基化纳米二氧化钛(30-50nm)、含氨基的硅烷偶联剂、丁二烯类化合物、双氨丙基苯类化合物、含烯键的磺酸类化合物为原料，采用如下步骤合成：

S1、将0.5-0.6mol羟基化二氧化钛加入120mL甲苯溶液中，将升温至80-90℃边搅拌边加入0.1-0.2mol含氨基的硅烷偶联剂，使羟基化二氧化钛和含氨基的硅烷偶联剂反应5h，减压蒸馏2h得到粗产品，用甲苯洗涤、过滤，除去未反应的单体，真空干燥2h，得到改性纳米二氧化钛，将改性纳米二氧化钛用100-110mL甲苯分散，加入0.3-0.35mol丁二烯类化合物，在60-70℃的条件下反应24h，减压蒸馏2h，用甲苯洗涤、过滤，除去未反应的单体，真空干燥2h，取0.3-0.35mol干燥后的产品加入到100-110mL甲苯中，搅拌至分散，保持通入氮气20-30min，缓慢加入0.3-0.35mol双氨丙基苯类化合物，升温至10℃，反应48h后，减压蒸馏并用甲苯洗涤、过滤，除去未反应的单体，真空干燥2h，得到末端官团能为胺的化合物；

S2、将S1制得的末端官能团为胺的化合物用100-110mL甲苯分散，加入0.3-0.35mol含烯键的磺酸类化合物，在65-70℃的条件下反应48h，减压蒸馏2h，用甲苯洗涤、过滤，除去未反应的单体，真空干燥2h，将烘干的样品研磨，得到改性二氧化钛化合物(70-280nm)。

所述的含氨基的含氨基的硅烷偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)，3-氨丙基三甲氧基硅烷(KH540)中的一种。