[发明专利]钻井液用无荧光纳米处理剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于钻井液领域中的纳米材料，尤其是一种用于石油或天然气钻井液的无荧光纳米处理剂及其制备方法。

背景技术

当材料的尺寸减小到纳米的级别时，它会表现出不同于宏观材料的卓越性质，例如小尺寸效应、表面效应和选择吸附性等特殊性能，这些特殊的性能使其应用到钻井液领域中成为可能。这是因为纳米材料的小尺寸效应，可以堵塞纳米级别的孔道；纳米材料大的表面能，可以使其吸附一些高分子聚合物材料，然后通过桥接作用来堵塞比自身尺寸大的地层孔隙，这些都使其形成的泥饼比常规材料所形成的更致密；纳米材料表面的官能团可以参与粘土的网络形成中，起到降滤失的效果；纳米材料有较强的表面吸附性，可以吸附在钻具的表面，在钻具表面形成一层致密的膜，减少摩擦力；易吸附在钻具的磨损的微坑中，起到修复的功能，利用纳米小球的“微轴承”原理，可以降低磨损，防止卡钻，起到润滑的效果。纳米材料的比热比常规材料大很多，如果将其应用到钻井液领域中，可以让其吸收更多的热量，起到改善钻井液内部其它添加剂和高聚物性能的作用,进而稳定钻井液的整体性能，从而提高钻井液的热稳定性。

鉴于以上的分析，如果将纳米材料引入到钻井液领域中，可以解决现存的钻井液领域中的很多问题，有希望成为一类新型的多功能的钻井液处理剂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能显著降低钻井液滤失量且有抑制和润滑功能的钻井液用无荧光纳米处理剂及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种钻井液用无荧光纳米处理剂的制备方法，采用至少一种非水溶性的单体和至少一种水溶性单体，在非氧气环境下，采用乳液聚合的方法合成，纳米处理剂的纳米级别为10nm-5000nm，其表面含有具有羧酸基或羧酸根亲水基团，具有核壳的结构。

所述乳液聚合为种子乳液聚合方法，包括以下步骤：

（1）合成纳米种子乳液，采用至少一种非水溶性单体，在非氧气环境并搅拌的条件下，以水为溶剂采用自由基引发的方式合成出纳米种子，反应温度为20-96℃，时间0.05-2小时，引发剂的质量分数为0.005%-3%，单体的总质量分数在0.1%-50%之间；

（2）然后将至少一种带有羧酸基或羧酸根的单体和至少一种非水溶性单体加入到纳米种子乳液中，使其共存0-2小时，再在非氧气环境并搅拌的条件下，采用自由基引发的方式反应0.1-4小时，即合成纳米钻井液处理剂，引发剂的质量分数为0.005%-3%；反应温度为20-96℃，单体的总质量分数在0.2%-70%之间，所述单体的总质量分数是指步骤（1）、（2）中非水溶性单体和水溶性单体的总和。

所述乳液聚合为乳液共聚的方法，包括以下步骤：把至少一种带有羧酸根或羧酸基的水溶性单体和至少一种非水溶性单体加入到水中，在非氧气环境并搅拌的条件下，采用自由基引发的方式反应0.1-8小时，即合成出纳米钻井液处理剂，引发剂的质量分数为0.005%-3%；反应温度为20-96℃，非水溶性单体的质量分数在0.1%-50%之间；水溶性单体的质量分数在0.1%-30%之间。

所述非水溶性单体为如下结构的单体：

R₁为H或1-4个碳的饱和烷烃取代基；R₂为1-5个碳的烷烃取代基；X为O或S。

所述非水溶性单体为如下结构的单体：

R₁为1-5个碳的烷烃取代基；R₂为1-5个碳的烷烃取代基；X为O或S；Y为O或S；烯烃的构型是顺式或反式。

所述非水溶性单体为苯乙烯、对甲基苯乙烯、对甲氧基苯乙烯和对苯二烯中的一种。

所述水溶性单体为如下结构的单体：

R₁为H或1-4个碳的饱和烷烃取代基；M为H、碱金属或胺基。

所述水溶性单体为如下结构的单体：

M为H、碱金属或胺基；烯烃的构型是顺式或反式。