一種用于油基鉆井液的納米封堵劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于油基鉆井液的納米封堵劑及其制備方法。按重量份計(jì)，該納米封堵劑包括：苯乙烯10-40份、甲基丙烯酸甲酯20-60份、乳化劑0.3-1.0份、去離子水130-150份、交聯(lián)劑1.0-2.0份、氧化還原引發(fā)劑0.1-0.2份。上述納米封堵劑的制備方法包括：將乳化劑、交聯(lián)劑和去離子水混合，攪拌均勻，得到混合物；向混合物中加入苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯，乳化20-30min，得到預(yù)乳液；向20-35wt％的預(yù)乳液中加入氧化還原引發(fā)劑，升溫至60-80℃反應(yīng)20-30min，滴入剩余預(yù)乳液，繼續(xù)在60-80℃下反應(yīng)2h-5h后，得到所述用于油基鉆井液的納米封堵劑。本發(fā)明提供的用于油基鉆井液的納米封堵劑可有效封堵納米級的微裂縫，解決頁巖氣井的井壁容易坍塌的問題而且該納米封堵劑的制備方法簡單。
【專利說明】一種用于油基鉆井液的納米封堵劑及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種封堵劑及其制備方法，特別涉及一種用于油基鉆井液的納米封堵 劑及其制備方法，屬于石油開采【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 20世紀(jì)以來，中國開始了頁巖氣的勘探與開發(fā)，數(shù)十年來，已鉆幾十口頁巖氣井。 但是，頁巖氣井普遍存在井壁易坍塌的問題，為了防止頁巖氣水平井的井壁坍塌，一般采用 油基鉆井液，但是使用油基或合成基鉆井液都未很好解決井壁坍塌的問題。
[0003] 頁巖氣井井壁坍塌的主要原因是井壁失穩(wěn)，對于具有強(qiáng)抑制能力的油基鉆井液來 說，導(dǎo)致頁巖井壁失穩(wěn)的主要原因是由于壓差作用使鉆井液濾液滲入頁巖微裂縫，通過裂 縫網(wǎng)絡(luò)向深部滲入導(dǎo)致井壁失穩(wěn)；為了解決頁巖井壁失穩(wěn)，必須提高油基鉆井液的封堵性， 特別是對微裂縫的封堵性。
[0004] 目前的封堵材料有多種，但是頁巖氣井的井壁的微裂縫的尺寸一般在納米以內(nèi)， 因而傳統(tǒng)的封堵材料不適用于微裂縫的封堵。
[0005] 因此，提供一種具有足夠剛性、一定彈塑性或膨脹性的納米級的顆粒對頁巖微裂 縫進(jìn)行封堵是本領(lǐng)域亟待解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于油基鉆井液的納米封堵劑， 該納米封堵劑可有效封堵納米級的微裂縫，解決頁巖氣井的井壁容易坍塌的問題。
[0007] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種用于油基鉆井液的納米封堵劑，按重量份 計(jì)，該納米封堵劑包括：苯乙烯10-40份、甲基丙烯酸甲酯20-60份、乳化劑0. 3-1. 0份、水 130-150份、交聯(lián)劑1. 0-2. 0份、氧化還原引發(fā)劑0. 1-0. 2份。
[0008] 本發(fā)明提供的用于油基鉆井液的納米封堵劑，優(yōu)選地，按重量份計(jì)，該納米封堵劑 包括：苯乙烯20份、甲基丙烯酸甲酯40份、乳化劑0. 6份、水140份、交聯(lián)劑1. 8份、氧化還 原引發(fā)劑〇. 12份。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案，采用的苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯的有效含量大于 99. 5%。
[0010] 本發(fā)明提供的用于油基鉆井液的納米封堵劑，優(yōu)選地，采用的乳化劑包括乳化劑 span-80和/或K12 (十二烷基硫酸鈉）。
[0011] 本發(fā)明提供的用于油基鉆井液的納米封堵劑，優(yōu)選地，采用的交聯(lián)劑包括 Ν，Ν' -亞甲基雙丙烯酰胺、二甲基丙烯酸乙二醇酯、N-羥甲基丙烯酰胺、聚乙二醇或三羥甲 基丙烷；更優(yōu)選地，采用的交聯(lián)劑為Ν，Ν'-亞甲基雙丙烯酰胺，采用的Ν，Ν'-亞甲基雙丙烯 酰胺的有效含量大于99. 5%，采用的聚乙二醇的分子量為2000。
[0012] 本發(fā)明提供的用于油基鉆井液的納米封堵劑，優(yōu)選地，采用的氧化還原引發(fā)劑包 括質(zhì)量比為1:1的亞硫酸氫鈉和過硫酸鉀，采用的亞硫酸氫鈉和過硫酸鉀均為分析純。
[0013] 本發(fā)明提供的用于油基鉆井液的納米封堵劑為具有剛性及柔性的納米顆粒，粒徑 為50nm-300nm，粒徑平均值為100nm。
[0014] 本發(fā)明還提供了用于油基鉆井液的納米封堵劑的制備方法，包括以下步驟：
[0015] 步驟一：將乳化劑、交聯(lián)劑和水混合，攪拌均勻，得到混合物；
[0016] 步驟二：向混合物中加入苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯，在3000r/min-5000r/min的 速率下乳化20-30min，得到預(yù)乳液；
[0017] 步驟三：向20wt% -35wt% (優(yōu)選為20wt% )的預(yù)乳液中加入氧化還原引發(fā)劑， 升溫至60-80°C反應(yīng)20-30min，滴入剩余預(yù)乳液，繼續(xù)在60-80°C下反應(yīng)2h-5h后，得到所述 用于油基鉆井液的納米封堵劑。
[0018] 本發(fā)明制備的用于油基鉆井液的納米封堵劑是一種乳液，不需要經(jīng)過研磨等預(yù)處 理，可直接加入油基鉆井液中使用，實(shí)際應(yīng)用時，在進(jìn)入易坍塌泥頁巖地層之前50m左右， 在鉆井液中加入鉆井液基漿體積的1% -2%的上述納米封堵劑。
[0019] 本發(fā)明提供的用于油基鉆井液的納米封堵劑及其制備方法的有益效果是：
[0020] 本發(fā)明提供的用于油基鉆井液的納米封堵劑的制備方法，是在一定條件下由氧化 還原引發(fā)劑引發(fā)苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯及功能性交聯(lián)單體進(jìn)行聚合反應(yīng)，合成具有一定 剛性、韌性的可變形的粒徑為納米級的顆粒的乳液，該制備方法的操作工藝簡單；
[0021] 本發(fā)明提供的用于油基鉆井液的納米封堵劑可以有效的封堵納米級的微裂縫，在 油基鉆井液中加入本發(fā)明提供的納米封堵劑可以有效地降低鉆井液的API濾失量、高溫高 壓濾失量和巖心封堵率，以期望對頁巖氣微裂縫進(jìn)行封堵，從而有效解決頁巖氣水平井井 壁坍塌問題；
[0022] 使用本發(fā)明提供的用于油基鉆井液的納米封堵劑的制備方法可直接制得納米級 的封堵劑顆粒的乳液，不需要經(jīng)過研磨即可使用；
[0023] 本發(fā)明提供的用于油基鉆井液的納米封堵劑的制作成本低廉且應(yīng)用范圍廣。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 圖1為空白油基鉆井液驅(qū)替作業(yè)的壓力曲線。
[0025] 圖2為含有鉆井液基漿體積的1 %的實(shí)施例4的納米封堵劑的油基鉆井液驅(qū)替作 業(yè)的壓力曲線。

【具體實(shí)施方式】
[0026] 為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對本發(fā)明的技 術(shù)方案進(jìn)行以下詳細(xì)說明，但不能理解為對本發(fā)明的可實(shí)施范圍的限定。
[0027] 實(shí)施例1
[0028] 本實(shí)施例提供了一種用于油基鉆井液的納米封堵劑，該納米封堵劑包括：苯乙烯 40g、甲基丙烯酸甲酯20g、乳化劑十二燒基硫酸鈉0. 6g、去離子水140g、N, Ν' -亞甲基雙丙 烯酰胺1. 8g、亞硫酸氫鈉0. 069g和過硫酸鉀0. 06g。
[0029] 上述用于油基鉆井液的納米封堵劑的制備方法，具體包括以下步驟：
[0030] 步驟一：將乳化劑、N，N' -亞甲基雙丙烯酰胺和去離子水混合，攪拌均勻，得到混 合物；
[0031] 步驟二：向混合物中加入苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯，在攪拌速率為3000r/min下 乳化20-30min，得到預(yù)乳液；
[0032] 步驟三：向含有20wt%預(yù)乳液的反應(yīng)釜中加入亞硫酸氫鈉和過硫酸鉀，升溫至 60°C反應(yīng)20-30min，滴入剩余預(yù)乳液，在60°C下反應(yīng)3h后，得到平均粒徑為100nm的用于 油基鉆井液的納米封堵劑。
[0033] 本實(shí)施例制備的用于油基鉆井液的納米封堵劑不需要特殊處理，可直接加入油基 鉆井液中使用。
[0034] 實(shí)施例2
[0035] 本實(shí)施例提供了一種用于油基鉆井液的納米封堵劑，該納米封堵劑包括：苯乙烯 30g、甲基丙烯酸甲酯30g、十二燒基硫酸鈉0. 6g、去離子水140g、N, Ν' -亞甲基雙丙烯酰胺 1. 8g、亞硫酸氫鈉0. 069g和過硫酸鉀0. 06g。
[0036] 上述用于油基鉆井液的納米封堵劑的制備方法，具體包括以下步驟：
[0037] 步驟一：同實(shí)施例1;
[0038] 步驟二：概同于實(shí)施例1，區(qū)別在于攪拌速率為4000r/min ;
[0039] 步驟三：概同于實(shí)施例1，區(qū)別在于滴入剩余預(yù)乳液后，在70°C下反應(yīng)4h，得到平 均粒徑為80nm的用于油基鉆井液的納米封堵劑。
[0040] 實(shí)施例3
[0041] 本實(shí)施例提供了一種用于油基鉆井液的納米封堵劑，該納米封堵劑包括：苯乙烯 20g、甲基丙烯酸甲酯40g、十二燒基硫酸鈉0. 6g、去離子水140g、N, Ν' -亞甲基雙丙烯酰胺 1. 8g、亞硫酸氫鈉0. 069g和過硫酸鉀0. 06g。
[0042] 上述用于油基鉆井液的納米封堵劑的制備方法，具體包括以下步驟：
[0043] 步驟一：同實(shí)施例1;
[0044] 步驟二：概同于實(shí)施例1，區(qū)別在于攪拌速率為5000r/min ;
[0045] 步驟三：概同于實(shí)施例1，區(qū)別在于滴入剩余預(yù)乳液后，在80°C下反應(yīng)5h，得到平 均粒徑為60nm的用于油基鉆井液的納米封堵劑。
[0046] 實(shí)施例4
[0047] 本實(shí)施例提供了一種用于油基鉆井液的納米封堵劑，該納米封堵劑包括：苯乙烯 40g、甲基丙烯酸甲酯20g、十二燒基硫酸鈉1. 0g、去離子水140g、N, Ν' -亞甲基雙丙烯酰胺 2. 0g、亞硫酸氫鈉0. 069g和過硫酸鉀0. 06g。
[0048] 上述用于油基鉆井液的納米封堵劑的制備方法同實(shí)施例1，得到平均粒徑為50nm 的用于油基鉆井液的納米封堵劑。
[0049] 實(shí)施例5
[0050] 本實(shí)施例提供了一種用于油基鉆井液的納米封堵劑，該納米封堵劑包括：苯乙烯 30g、甲基丙烯酸甲酯30g、十二燒基硫酸鈉1. 0g、去離子水140g、N, Ν' -亞甲基雙丙烯酰胺 2. 0g、亞硫酸氫鈉0. 069g和過硫酸鉀0. 06g。
[0051] 上述用于油基鉆井液的納米封堵劑的制備方法同實(shí)施例2,得到平均粒徑為50nm 的用于油基鉆井液的納米封堵劑。
[0052] 實(shí)施例6
[0053] 本實(shí)施例提供了一種用于油基鉆井液的納米封堵劑，該納米封堵劑包括：苯乙烯 20g、甲基丙烯酸甲酯40g、十二燒基硫酸鈉1. Og、去離子水140g、N, Ν' -亞甲基雙丙烯酰胺 2. Og、亞硫酸氫鈉0. 069g和過硫酸鉀0. 06g。
[0054] 上述用于油基鉆井液的納米封堵劑的制備方法同實(shí)施例2,得到平均粒徑為50nm 的用于油基鉆井液的納米封堵劑。
[0055] 實(shí)施例7
[0056] 本實(shí)施例將實(shí)施例1-實(shí)施例6提供的用于油基鉆井液的納米封堵劑用于油基鉆 井液中，并進(jìn)行性能測試。
[0057] 1、測試對象
[0058] 空白樣：以5#白油加有機(jī)膨潤土為基漿的鉆井液，其中，有機(jī)膨潤土的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 為2% ;
[0059] 對照樣：在作為空白樣的鉆井液中添加油基鉆井液封堵劑JYW-1，其中，油基鉆井 液封堵劑JYW-1的有效含量為空白樣的鉆井液質(zhì)量的2% ;
[0060] 測試樣1-6 :分別為在作為空白樣的鉆井液中分別添加本發(fā)明實(shí)施例1-實(shí)施例 6提供的納米封堵劑，所述納米封堵劑的質(zhì)量為空白樣的鉆井液質(zhì)量的2%，分別制得樣品 1、樣品2、樣品3、樣品4、樣品5和樣品6。
[0061] 2、測試方法：
[0062] (1):流變性能和濾失量的測定：
[0063] 將測試對象高速攪拌20分鐘后，65°C下測其流變性能（表觀粘度、塑性粘度及動 切力）、API濾失量及破乳電壓（E s)。
[0064] 然后將測試對象裝入老化罐中在150°C下熱滾16小時，冷卻至室溫，移入攪拌罐 中高速攪拌5分鐘，65°C下測其流變性能、API濾失量、高溫高壓濾失量（HTHP *FL)及破乳 電壓（Es)，其中高溫高壓濾失量的測量溫度為150°C、壓差為3. 5MPa。
[0065] 流變性能、API濾失量及高溫高壓濾失量均根據(jù)國標(biāo)GB/T16783. 1-2006中規(guī)定的 方法測定，測試結(jié)果參見表1。
[0066] 表1各測試對象的流變性等參數(shù)的測試結(jié)果
[0067]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于油基鉆井液的納米封堵劑，按重量份計(jì)，該納米封堵劑包括：苯乙烯10-40 份、甲基丙烯酸甲酯20-60份、乳化劑0. 3-1. 0份、水130-150份、交聯(lián)劑1. 0-2. 0份、氧化 還原引發(fā)劑0. 1-0. 2份。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米封堵劑，其特征在于，按重量份計(jì)，該納米封堵劑包括： 苯乙烯20份、甲基丙烯酸甲酯40份、乳化劑0. 6份、水140份、交聯(lián)劑1. 8份、氧化還原引 發(fā)劑0. 12份。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的納米封堵劑，其特征在于，所述乳化劑包括span-80和/ 或十-燒基硫酸納。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的納米封堵劑，其特征在于，所述交聯(lián)劑包括Ν，Ν' -亞甲 基雙丙烯酰胺、二甲基丙烯酸乙二醇酯、Ν-羥甲基丙烯酰胺、聚乙二醇或三羥甲基丙烷。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的納米封堵劑，其特征在于，所述氧化還原引發(fā)劑包括質(zhì)量 比為1:1的亞硫酸氫鈉和過硫酸鉀。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的納米封堵劑，其特征在于，該納米封堵劑的粒徑為 50nm-300nm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的納米封堵劑，其特征在于，該納米封堵劑為乳液。
8. 權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的用于油基鉆井液的納米封堵劑的制備方法，包括以下步 驟： 步驟一：將乳化劑、交聯(lián)劑和水混合，攪拌均勻，得到混合物； 步驟二：向混合物中加入苯乙烯和甲基丙烯酸甲酉旨，在3000r/min-5000r/min的速率 下乳化20-30min，得到預(yù)乳液； 步驟三：向20wt% -35wt%的預(yù)乳液中加入氧化還原引發(fā)劑，升溫至60-80°C反應(yīng) 20-30min，滴入剩余預(yù)乳液，繼續(xù)在60-80°C下反應(yīng)2h-5h后，得到所述用于油基鉆井液的 納米封堵劑。
【文檔編號】C08F212/08GK104194750SQ201410369887
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月30日
【發(fā)明者】王建華, 李建男, 閆麗麗, 王立輝, 張延麗, 李爽, 楊海軍, 馮杰, 鄭建龍, 王發(fā)云, 季一輝 申請人:中國石油天然氣集團(tuán)公司, 中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院