[发明专利]一种水基钻井液用聚合物纳米封堵剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及钻井液功能材料技术领域，具体涉及一种水基钻井液用聚合 物纳米封堵剂及其制备方法。

背景技术

我国页岩气资源储量丰富，是一种重要的非常规能源。页岩气的开发对 缓解我国油气资源短缺，具有重要意义。页岩气井钻探过程中，需要在泥页 岩地层中钻水平井。目前，主要采用油基钻井液进行钻井。油基钻井液成本 高、污染严重、后续处理程序繁琐、昂贵，因此急需研发适用于页岩气钻井 的水基钻井液体系。

在钻井过程中，水基钻井液中滤液极易渗透井壁进入地层，造成泥页岩 地层吸水膨胀，导致井壁失稳甚至严重井塌等钻井事故。研究表明，防止滤 液侵入泥页岩地层的有效方法是在钻井液添加封堵剂，提高钻井液的封堵性 能。泥页岩地层孔隙尺寸小，处于5-200nm之间，常规封堵剂多处于微米级 以上，尺寸较大，难以对泥页岩地层进行有效封堵。

为了提高水基钻井液对泥页岩地层微小孔隙的封堵性能，纳米二氧化 硅、纳米碳酸钙、纳米三氧化二铁等纳米粒子被引入钻井液，对泥页岩地层 进行封堵，通过纳米封堵剂的微小尺寸，实现了对泥页岩地层的有效封堵。 目前常用的纳米封堵剂主要是无机纳米粒子，该类封堵剂对泥页岩地层的微 小孔吼进行架桥封堵，虽然封堵效果较好，但是纳米粒子和纳米粒子之间， 以及纳米粒子和井壁孔吼之间仍然存在微小孔隙，无法致密封堵。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水基钻井液用聚合物纳米封堵剂，以解决现 有现有封堵剂封堵效果不佳的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种水基钻井液用聚合物纳米封堵剂，包括以下重量份组分：

乳化剂4-16份、温度敏感性单体2-14份、亲水单体10-53份、疏水单 体0.5-10份和引发剂0.05-0.5份。

亲水单体提高聚合物纳米粒子在水基钻井液中的分散性能，当封堵剂进 入井壁地层后，疏水单体提高井壁的疏水性能，进一步防止钻井液中的水进 入地层。

本发明利用聚合物纳米粒子在高温条件下，可压缩变形的特点，实现对 泥页岩井壁微小孔隙的架桥封堵和压缩变形封堵，从而实现对泥页岩地层的 致密封堵，同时利用地层高温条件下，聚合物从亲水状态向疏水状态转变的 特性，使得封堵效果明显增强，有效隔绝了水基钻井液滤液向地层的渗透， 解决了泥页岩井壁失稳和井壁坍塌的难题，为页岩气井的高效、快速钻探具 提供了重要保障。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，包括以下重量份组分：乳化剂 4.7-5.9份、温度敏感性单体2.4-6.9份、亲水单体11.6-23.8份、疏水单 体0.9-2.1份、引发剂0.1-0.49份。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述乳化剂为聚氧乙烯月桂酸酯、 丙二醇单硬脂酸脂、Span-60和Span-65、Span-80中的一种或多种组合。例 如，聚氧乙烯月桂酸酯、丙二醇单硬脂酸脂和Span-60三者任意比组合。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述温度敏感性单体为N-异丙基 丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺或聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯中的一种或多种 组合。例如,N-异丙基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺和聚(乙二醇)甲基丙 烯酸酯中三者任意比组合。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述亲水单体为丙烯酸、甲基丙 烯酸、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和对苯乙烯磺酸钠中一种或 多种组合。例如，丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和对苯乙烯磺酸 钠任意比组合。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述疏水单体为甲基丙烯酸甲酯、 甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异戊酯、苯乙烯和叔丁 基苯乙烯中一种或多种组合。例如，甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙 烯酸甲酯和丙烯酸丁酯任意比组合。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述引发剂为过氧化二苯甲酰、 异丙苯过氧化氢、偶氮二异丁腈和偶氮二异庚腈中的一种或多种组合。例如， 偶氮二异丁腈和偶氮二异庚腈任意比组合。

上水基钻井液用聚合物纳米封堵剂的制备方法，包括：

(1)将配方量的乳化剂溶于有机溶剂中，再依次加入配方量的温度敏 感性单体、亲水单体和疏水单体，在搅拌条件下升温至40-60℃反应1-3h， 制得预乳化溶液；

(2)将配方量的引发剂溶于有机溶剂中，然后逐滴滴加至所述预乳化 溶液中，滴加完成后，升温至70-80℃反应5-8h，制得聚合物纳米封堵剂。