[发明专利]一种高强度抗盐封堵剂及水基钻井液

说明书

本发明公开了一种高强度抗盐封堵剂及水基钻井液，属于油气田钻井技术领域。所述高强度抗盐封堵剂的原料为纳米氮化硅、硅烷偶联剂KH‑570、含2个双键的醇类化合物、含双键的丙胺类单体、含羟基的丁烯酸类单体和含双键的磺酸盐，具有多个磺酸官能团。其中，封堵剂的合成原料易得，合成方法简单可靠。合成的高强度抗盐封堵剂粒径分布大致在150～850nm之间，能够进入纳米孔隙进行有效封堵。该封堵剂可直接加入水基钻井液中，其配伍性能良好，能够有效阻止钻井液向地层内部渗透，进而稳定井壁、防止坍塌，具有良好的封堵降滤失效果。

技术领域

本发明涉及油气田钻井技术领域，具体涉及一种高强度抗盐封堵剂及包含有该封堵剂的水基钻井液。

背景技术

页岩气的开采一直是石油与天然气行业研究的重点。在钻井作业过程中，面对地层微裂缝发育的硬脆性和破碎性地层，钻井液封堵性能至关重要。在正压差驱动下，钻井液容易侵入这些微裂隙而产生水力尖劈作用，使裂缝不断扩展变大并连通。常规的封堵剂对微米级别的孔缝能够起到较好的封堵效果，但针对纳米级别的孔缝，没有与之相对应的封堵材料进行有效封堵，导致井壁失稳现象在复杂地层频发。研究表明，钻井液滤失量过大时，滤液易侵入深部地层，地层岩石强度降低显著，容易导致井壁失稳，出现井漏、遇阻、掉块等井下复杂情况。现有的水基钻井液封堵材料多为微米封堵材料，无法这针对纳米孔缝进行有效封堵，使得钻井液滤失量无法进一步降低。因此，研究了适用于水基钻井液的封堵材料-高强度抗盐封堵剂。

纳米氮化硅一种无机物，是一种重要的结构陶瓷材料，硬度大，本身具有润滑性，并且耐磨损。使用纳米氮化硅作为封堵材料，能够在地层高压下保持结构的完整，能够形成稳定的封堵层。对纳米氮化硅进行改性使其能够均匀分散在钻井液中。纳米氮化硅本身具有耐高温的性能，合成的高强度抗盐封堵剂含有磺酸官能团，具有优异的抗盐性能，在高盐环境中能够稳定的发挥封堵作用。纳米氮化硅为纳米级材料，可进入纳米级的孔缝实现有效封堵，对加快钻进周期，降低钻井成本有着重要的意义。

发明内容

针对目前常规封堵剂无法有效封堵地层中的纳米孔缝而导致的井壁失稳问题，本发明提供了一种高强度抗盐封堵剂，其粒径能够达到纳米级，能够有效对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。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种高强度抗盐封堵剂，其特征在于，所述高强度抗盐封堵剂其制备步骤如下：

S1、称取0.5～1.0摩尔的纳米氮化硅在150mL无水乙醇中，超声分散30～45min，加入盐酸溶液调节pH值至4～5，再加入2～4摩尔的硅烷偶联剂KH-570得到混合液，将混合液在50～70℃条件下搅拌3～4h，反应结束后放入离心机中，以5000rpm的转速离心5min，然后过滤，之后用去离子水和无水乙醇洗涤固体物质3次，最后，将固体置于60℃烘箱中真空干燥24h，得到改性纳米氮化硅；

S2、将0.1～0.5摩尔的改性纳米氮化硅分散在100-150ml的去离子水中，依次加入1.0～2.0摩尔含双键的丙胺类单体，1.0～2.0摩尔含双键的磺酸盐，2.0～4.0摩尔含羟基的丁烯酸类单体，1.0～2.0摩尔的含2个双键的醇类化合物，0.05～0.1摩尔NaHCO₃，在室温下以350rpm的搅拌速度搅拌1-1.5h后将其用氮气脱气30-40min得到混合液，之后将混合液在水浴中保持在60-70℃，搅拌速度为350rpm，同时将0.05～0.1摩尔的重铬酸钾添加到混合液中，20-40min后再添加0.05～0.1摩尔的重铬酸钾，在60-70℃的水浴中保持8-10h；最后将产物离心并用乙醇和去离子水洗涤3次除去杂质，并60℃真空干燥24h，之后研磨分散，由此获得高强度抗盐封堵剂。

所述步骤S2中含双键的丙胺类单体包括二甲基烯丙基胺、N-甲基二烯丙基胺、N，N-二乙基烯丙胺和三烯丙基胺中的一种。

所述步骤S2中的含双键的磺酸盐为乙烯基磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠、烯丙基磺酸钠和甲基丙烯酸3-磺酸丙酯钾盐的一种。