[发明专利]一种低密度有机硅纳米水基钻井液

说明书

本发明的目的，提供一种有机硅纳米低密度水基钻井液,由按质量百分比计的以下组分：2～4.5％膨润土，0.2～1.5％羧甲基纤维素，1～2％磺化褐煤，1.5～3.0％磺化酚醛树脂，0.5％～1.5％氯化钾，0.5～2.0％聚丙烯酰胺和0.3～1.0％封堵剂组成，余量为水。本发明钻井液能有效抑制水分子在纳米孔道中的渗流，并且在常温与120℃条件下均具备良好的流变性能。

技术领域

本发明涉及石油与天然气工程领域，特别是涉及一种低密度有机硅纳米水基钻井液及其制备方法。

背景技术

在使用常规水基钻井液钻井时，钻井液中的水分易通过井眼周围孔隙侵入岩层。特别地是，对于泥页岩岩层,遇水水化效应十分明显,附加的水化应力将破坏井眼原有稳定状态。若不即时制止,泥页岩水化将逐渐加剧且最终造成井眼崩塌。

因此,基于水分子渗流机理，可采用封堵剂堵塞水分子岩层渗流通道，即阻止水分子侵入岩层。然而,随着钻井的深入，地层孔隙已由最初的微米级孔隙演变为纳米级孔隙，也就是说，渗流通道孔径已到纳米级别。近年来，关于纳米封堵剂的报道甚多,主要分为无机纳米与有机纳米两大类。其中，无机纳米封堵剂具有分选好，尺度均一等特点。然而，无机纳米弹塑性性能差，填充孔隙后仍存在较大剩余空间。有机纳米随虽具有良好弹塑性，但强度过低，所成封堵压力不能满足一般施工要求。因此,发明综合考虑无机与有机纳米的优缺点,合成了一种有机硅纳米低密度水基钻井液,能有效抑制水分子在纳米孔道中的渗流，并且在常温与120℃条件下均具备良好的流变性能。

发明内容

本发明的目的，提供一种有机硅纳米低密度水基钻井液,能有效抑制水分子在纳米孔道中的渗流，并且在常温与120℃条件下均具备良好的流变性能。

本发明所述有机硅纳米水基钻井液，由按质量百分比计的以下组分：2～4.5％膨润土，0.2～1.5％羧甲基纤维素，1～2％磺化褐煤，1.5～3.0％磺化酚醛树脂，0.5％～1.5％氯化钾，0.5～2.0％聚丙烯酰胺和0.3～1.0％封堵剂组成，余量为水。

本发明还提供了有机硅纳米水基钻井液的制备方法，具体包括以下步骤：包括以下步骤：

1、基液的制备：将膨润土与水混合,45～52℃低速搅拌40～55min后,加入氯化钾搅拌10～20min,之后加入羧甲基纤维素，通氮气搅拌30min,最后35℃恒温养护5～6h即为基液；

2、封堵剂的制备：将质量分数为15％的双十八烷基二甲基氯化铵水溶液,超声搅拌20～30min,加入质量分数为10％纳米二氧化硅,105～110℃下,蒸馏10～12h即为封堵剂；

3、稳定液的制备：首先,取少量聚丙烯酰胺与水混溶,得到聚丙烯酰胺胶液；之后,按照质量比为1:1.5加入磺化褐煤及磺化树脂,55～65℃水浴搅拌4～5h得到稳定液；

4、将基液开封后迅速导入泥浆搅拌池,搅拌功率为正常作业功率,然后将封堵剂与水混溶形成透明态硅胶液后,加入到基液中，封堵剂与基液作用时间为3～5h,最后,加入稳定剂养护3～5h即得有机硅纳米水机钻井液。

本发明所述膨润土为细分散有机改性纳米蒙脱土,通过在蒙脱土负电性外表面接枝聚丙烯亚胺,经油浴旋蒸24h得到干黏土粉,并利用纳米粉碎将黏土粉碾磨至纳米级。

本发明在步骤2封堵剂的制备中，优选进一步利用纳米粉碎机进一步细化封堵剂纳米颗粒,使封堵剂水溶液颗粒粒径为50～60nm。

本发明稳定剂的加入，是保证纳米液中的纳米颗粒不沉降、不聚结。首先,取少量聚丙烯酰胺与水混溶,得到聚丙烯酰胺胶液；之后,按照质量比为1:1.5加入磺化褐煤及磺化树脂,两者不仅可以提高体系稳定性还可增强体系克服异常高温的能力。