[发明专利]一种复合空心微球及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种复合空心微球，所述复合空心微球包括无机空心球，以及在所述无机空心球表面偶联接枝并交联的有机聚合物；其中，所述有机聚合物为热固性树脂。使用该调凝剂可以有效解决解决现有技术中微球类减轻剂韧性差、易破碎以及强度低、耐温耐压性能差的问题，降低钻井液密度并满足不同条件下的施工要求。本发明还提供该复合空心微球制备方法以及含有该复合空心微球的钻井液减轻剂、应用及相应钻井液。

技术领域

本发明涉及石油勘探领域，具体涉及一种复合空心微球及其制备方法，以及一种钻井液减轻剂及其应用，还涉及一种钻井液。

背景技术

随着我国油气资源消耗量的持续增长，一些存在裂缝、溶蚀空洞和张开孔隙、低压低渗透油藏相继投入开发；另一方面，经过几十年的开采，国内不少油田开发都进入中后期，许多高产油田地层压力也逐渐降低，如中国石化东北松南地区营城子组的地层压力为0.77-0.98g/cm³，鄂尔多斯大牛地气田的地层压力小于0.98g/cm³。此类油藏的勘探开发难度大，若钻井液密度过高，将导致钻井液漏失和油气层污染。故为避免漏失和污染，通常使用低密度钻井液，其密度通常要求低于1.0g/cm³。

传统的钻井液减轻剂主要有气体类、泡沫类、及油包水乳液类等。但这些现有减轻剂的使用通常存在着井壁失稳、脉冲信号衰减、常规MWD应用困难、环境污染严重、泵吸困难、钻具腐蚀严重、设备系统复杂、投资和生产成本高等问题。而且现有技术还存在着钻井液本身性能调控难度大、流变性和水力学计算复杂、井眼净化效果不稳定等现实问题。在欠平衡井钻井、大位移井钻井和水平井钻井中，这些问题尤为突出。

为解决上述问题，有必要开发出新的低密度钻井液技术。研究发现，使用空心微球材料作为减轻剂制备低密度钻井液是一种具有发展前景的新技术。该技术既能实现降低钻井液密度之目的，又可避免传统低密度钻井液技术存在的种种问题。

空心微球根据其壳层材料属性不同，可分为无机空心微球和有机空心微球等。无机空心微球刚性大，受到强烈剪切、冲击或研磨时易发生破碎；有机空心微球不易发生破碎，但耐温、耐压等性能差。而且有机空心微球制备过程中技术工艺步骤复杂、反应影响因素多，生产难度大，同时壳层厚度难以控制，聚合物壳层性能不易调控。空心微球材料在隔音隔热轻质填料、化妆品、涂料、药物缓释、传感器等领域已得到广泛应用。但此类材料在石油钻井和完井领域的应用相对较少，原因之一是石油钻井领域的应用环境苛刻，井眼内部温度高(≥90℃)、压力大(≥25MPa)，同时还伴随强烈的剪切、冲击和研磨。常规的空心微球材料难以满足此类环境的应用要求。

现有技术多采用加入空心玻璃微球的方法制备低密度钻井液。近年来，空心玻璃微球低密度水基或油基钻井液已经在美国、俄罗斯、中国的多口低压油气井以及欠平衡井钻井中推广应用(石油钻探技术，2006年第34卷第4期第41-44页；钻井液与完井液，2007年第24卷第1期第26-27页)。但在实际应用过程中，空心玻璃微球在钻井液动态循环过程中发生破碎而导致钻井液密度难以控制、材料消耗量大，成本过高等问题。现有技术中也存在对无机微球进行改性的技术和应用，但是这些改性后的无机微球通常仍无法耐受井下高温条件下同时存在的高压或研磨等严苛的施工环境。为解决上述问题，需要研制耐温、耐压及抗研磨性能更强的钻井液减轻剂。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种复合空心微球及其制备方法。此种复合空心微球，以无机空心球为核，以热固性体型聚合物氨基树脂为壳；不仅强度高，且韧性好，能够耐受高温高压下的严苛环境，具有良好的高温耐磨性能，不易破碎；作为减轻剂可降低钻井液密度并满足不同条件下反复施工的要求。

本发明还提供了一种含有该复合空心微球的钻井液减轻剂及其应用。

进一步地，本发明还提供了一种含有该钻井液减轻剂的钻井液。