[发明专利]一种改性二氧化锰纳米水凝胶封堵剂及水基钻井液

说明书

本发明公开了一种改性二氧化锰纳米水凝胶封堵剂及水基钻井液，所述改性二氧化锰纳米水凝胶封堵剂合成原料包括纳米二氧化锰(50nm)，苯乙烯，丙烯酸苯酯类化合物，硅基丙烯醇类化合物，烷基丙烯酰胺类化合物，硅烷偶联剂，交联剂，引发剂；所述钻井液包含有本发明的改性二氧化锰纳米水凝胶封堵剂。本发明的改性二氧化锰纳米水凝胶封堵剂，其粒径分布在80‑180nm之间，能够有效的封堵泥页岩井壁中纳米尺寸的孔隙，从而可以有效稳定井壁、防止垮塌，同时其制备方法原理可靠，具有广阔的市场前景；本发明所使用的水基钻井液在泥页岩地层条件下的流变性、稳定性以及封堵性等方面性能良好。

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锰纳米水凝胶封堵剂及其包含有该纳米封堵剂的水基钻井液。

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，所钻泥页岩地层占所钻总地层的70％，而90％以上的井塌发生在泥页岩地层。页岩具有特殊的孔缝一孔隙结构，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”，钻井液或滤液进入孔缝，使孔缝张开，同时大大降低缝面间摩擦力，使坍塌压力大幅度上升。若不能有效封堵住孔缝阻断泥浆液相进入孔缝，则不能防塌。

目前，采用封堵剂封堵裂缝是解决该问题的关键，裂缝或层理发育的页岩地层，目前已有的封堵剂在微米级别的页岩孔缝中取得了很好的封堵效果，但在封堵纳米级孔缝方面，其封堵效果亟待进一步提升。因此，针对页岩中的纳米级别的孔缝不能有效封堵而导致的井壁失稳的问题，合成一种具有纳米尺寸的封堵剂去提高水基钻井液的封堵效果将是一个很好的选择。

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孔缝而导致的井壁失稳问题，本发明提供了一种改性二氧化锰纳米水凝胶封堵剂，其粒径为纳米级，能够有效对泥页岩地层中的纳米级孔缝进行封堵，从而达到稳定井壁的目的。且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：一种改性二氧化锰纳米水凝胶封堵剂及其水基钻井液。所述改性二氧化锰纳米水凝胶封堵剂的原料包括为纳米二氧化锰(50nm)，苯乙烯，丙烯酸苯酯类化合物，硅基丙烯醇类化合物，烷基丙烯酰胺类化合物，所述改性二氧化锰纳米水凝胶封堵剂的制备步骤如下：

将纳米二氧化锰置于70-80℃条件下真空干燥，取干燥后的纳米二氧化锰加入到乙醇的分散液中进行超声分散，然后边搅拌边滴加加硅烷偶联剂，然后置于在60-70℃反应，后用去离子水洗涤，反复3-5次，最后置于70-80℃条件下真空干燥，得到改性纳米二氧化锰，然后，取改性纳米二氧化锰加入去离子水后进行超声分散，取分散液置于反应器中，通氮气20-30min后，再称取丙烯酸苯酯类化合物，硅基丙烯醇类化合物于反应器中，并用20％-25％的NaOH水溶液将体系pH值调节到6.5-7.5之间，升温至60-70℃，反应2-3h，再称取苯乙烯，烷基丙烯酰胺类化合物于反应器中，搅拌20-30min，再加入交联剂及引发剂反应4-5h，反应完毕后，冷却至室温，制备得的样品用蒸馏水洗涤至中性，接着置于50-60℃条件下真空干燥，将烘干的样品进行研磨，得到改性二氧化锰纳米水凝胶封堵剂(80-180nm)。

所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷(KH540)，3-0氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)，N-2-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷(KH-792)中的一种；

所述丙烯酸苯酯类化合物为丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸苯酯中的一种；

所述硅基丙烯醇类化合物为对3-三甲基硅基丙烯醇，反式-3-(三甲基硅基)烯丙醇中的一种；

所述烷基丙烯酰胺类化合物为N-异丙基丙烯酰胺、N-乙基丙烯酰胺中的一种；