[发明专利]一种聚丙烯酰胺无机纳米复合材料钻井液助剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚丙烯酰胺复合材料的制备方法，特别涉及一种聚丙烯酰胺无机纳米复合材料及其钻井液助剂的制备方法，属于纳米复合材料制备及油气钻井用的钻井液领域。

背景技术

在石油钻井工程中，钻头的及时冷却、润滑、破碎岩屑的清理以及井壁的稳定，都需要使用高性能钻井液介质。聚丙烯酰胺由于显著的增粘、降滤失及良好包被絮凝性质，在钻井工程中用作为钻井液助剂。同时，聚丙烯酰胺是长链有机聚合物，用其取代钙处理钻井液中使用的无机盐抑制剂，能有效抑制地层的造浆，大大提高井壁稳定性，在提高钻速方面也收到显著效果。从最初的水解、部分水解聚丙烯酰胺，已发展到不同分子量聚丙烯酰胺的复配，不同官能团的衍生物或接枝共聚物。这类聚丙烯酰胺产品在钻井工程的应用已对含粘土较高的地层起稳定的抑制与综合作用。但是，随着井深逐步加深及钻遇高温高盐储层时，使用聚丙烯酰胺的钻井液助剂，需加入其它抗温抗盐助剂，以改善钻井液泥饼质量降低高温高压滤失量。由于加入的助剂种类多而加入量大，更增加了井下复杂情况甚至危险事故的发生频率，因此，将导致石油天然气产率的显著下降。

提高聚丙烯酰胺抗温抗盐性的现有技术如：①在聚丙烯酰胺分子主链中引入大侧基或刚性侧基，如引入对盐不敏感的磺酸基等；②在聚丙烯酰胺分子主链中引入可抑制酰胺基水解的单体；③在聚丙烯酰胺分子主链中引入疏水基团；或④聚丙烯酰胺与无机物共混。这些方法在一定程度上能提高聚丙烯酰胺的抗温抗盐性，产生一定的现场应用效果。专利200510027905.9(公开号CN1737053A)公开了一种聚丙烯酰胺基金属纳米复合材料的微波液相制备方法，是采用丙烯酰胺与金属纳米混合物，在微波辐照下引发聚合，该法工艺简单易于工业生产，但主要用于改善聚丙烯酰胺导电性和力学性能。专利97197244.3(公开号CN1227589A)公开了一种含有纤维素纳米级纤丝的钻井液，其在180℃下仍然具有稳定的剪切稀释性能，该专利只是单纯地添加含纳米级纤丝的纤维素到钻井工作液，并未涉及纳米复合问题。专利200510045833.0(公开号CN1814637A)公开了一种聚丙烯酰胺抗温抗盐体系，是采用聚丙烯酰胺与耐盐单体的共聚物体系，并通过微交联方法制得超高分子量体系，用于石油工程采油或驱油的助剂。

上述现有技术主要涉及聚丙烯酰胺的共聚改性以及单纯纳米材料的钻井液应用性能改进。现有技术采用丙烯酰胺单体与另外一种或几种单体经过共聚反应，得到共聚分子结构体系，主要用于石油工程采油中的驱油调驱助剂。现有技术还采用制备单纯纳米材料粉体，然后再与聚丙烯酰胺溶液进行混合复配方法的方法，得到用于石油工程钻井液的助剂，提高钻井过程中的井壁稳定性。

但是，利用聚丙烯酰胺与特定结构的无机相进行有机无机聚合反应的技术，尚未见报道，特别是未见采用该有机无机聚合复合方法提高聚丙烯酰胺抗温抗盐性的报导。本发明采用这种有机无机聚合复合技术，提供一种聚丙烯酰胺无机纳米复合材料，其中30～70nm尺度的无机相对聚丙烯酰胺产生部分交联作用，作为钻井液助剂以提高钻井液的增粘降滤失性，特别是提高钻井液的抗温抗盐、油气储层保护与井壁稳定性，可大幅度提高石油天然气的产率或采收率。

发明内容

本发明目的是提供一种聚丙烯酰胺复合材料的制备方法，特别是提供一种聚丙烯酰胺无机纳米复合材料及其钻井液助剂的制备方法。其特征是聚丙烯酰胺有机相与纳米无机相通过化学反应以化学键合形式复合，得到高性能的钻井液助剂，达到增粘、降滤失作用，特别是抗温抗盐及储层保护与井壁稳定的效果。

本发明的目的由以下技术措施实现。

本发明所述的一种聚丙烯酰胺与无机纳米材料的复合材料钻井液助剂，其特征是各组分按照质量份为：

丙烯酰胺                40.0～60.0

纳米无机相              0.4～6.0

水解剂                  4.0～18.0

助溶剂                  0.4～3.0

络合剂                  0.004～0.3

引发剂                  0.04～0.30

去离子水                100～1000

本发明所述的一种聚丙烯酰胺无机相纳米复合材料钻井液助剂，其特征是按如下方法制备：