[发明专利]一种水基钻井液用纳米封堵剂及其制备方法与钻井液

说明书

本发明涉及一种水基钻井液用纳米封堵剂及其制备方法与钻井液。该水基钻井液用纳米封堵剂是聚苯乙烯磺酸钠共价包覆多壁碳纳米管，其中，所述多壁碳纳米管管径为20～30nm，管长为10～30μm；所述接枝的聚苯乙烯磺酸钠的数均分子量为75kDa，聚合度(DOP)为900；所述钻井液含有100重量份的水，膨润土为1‑8重量份，流型调节剂为4‑10重量份，增粘剂为0.2‑1.2重量份，降滤失剂为4‑10重量份，封堵剂为30‑60重量份，加重剂为10‑50重量份，润滑剂为0.1‑4重量份，pH调节剂的含量为0.1‑0.4重量份。本发明采用聚苯乙烯磺酸钠改性多壁碳纳米管作为封堵剂，能够有效封堵泥页岩井壁的微、纳米尺寸孔隙，特别适用于低空低渗、微孔微裂缝发育以及毛细管效应突出的地层钻井施工。

技术领域

本发明涉及水基钻井液领域，具体涉及一种水基钻井液用纳米封堵剂及其制备方法与钻井液。

背景技术

随着石油与天然气中非常规油气资源的不断开发，例如，页岩气和致密油的开采，硬脆性泥页岩井壁失稳问题成为首先需要解决的问题。泥页岩大多存在闭合或开启的层理和微裂缝，毛管作用力较强。在正压差和毛管压力双重作用下，钻井液容易侵入，导致泥页岩沿着裂缝面或层理面开裂，并且不断沿着裂缝面纵向横向发展。此外，侵入的滤液会使裂缝面或层理面之间的摩擦系数减小，从而增大井壁失稳现象。针对该问题，仅通过提高钻井液抑制性的化学方法是很难解决的，只有通过向钻井液中添加封堵材料，利用多级分布的固体粒子桥塞、填充裂缝并在井壁上形成阻挡层，才能有效阻碍井筒流体侵入地层引起的压力传递，达到稳定井壁的目的。

泥页岩作为孔径最小的岩石类型，其孔喉大小在5～50nm之间，平均孔喉直径在10～30nm，因此，对于稳定井壁的封堵材料，其部分材料的粒径必须处于纳米级才能阻止水侵入地层。目前，常用的纳米封堵剂包括纳米聚合物类、铝络合物类、纳米级胶束类封堵剂、纳米乳液、纳米SiO₂、纳米碳酸钙、氧化铁类等。然而，上述的纳米封堵剂材料虽然粒径达到了纳米级，但由于纳米材料具有粒径小、比表面能大以及易团聚等特点，使其在液相中并不能以纳米级水平分散，难以封堵纳微米孔隙。

因此，如何制备出在钻井液中以纳米级水平均匀分散且封堵效果较好的纳米封堵材料成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的上述问题，针对泥页岩地层时封堵剂封堵效果不佳导致井壁失稳问题，而提供一种水基钻井液用纳米封堵剂及其制备方法与钻井液。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种改性多壁碳纳米管的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

(1)将多壁碳纳米管与对苯乙烯磺酸钠单体溶解于去离子水中；

(2)向步骤(1)溶液中加入过硫酸钾作为自由基聚合引发剂，反应过程中持续通入惰性气体；

(3)将步骤(2)所得溶液离心去除无定形碳与残留的催化剂，过滤上层清液；

(4)干燥得到聚苯乙烯磺酸钠包覆的多壁碳纳米管。

其中，多壁碳纳米管、对苯乙烯磺酸钠单体和过硫酸钾的用量的重量比为1： (90-120)：(0.8-1.2)，优选为1：(95-105)：(0.9-1.1)。

本发明第二方面提供了一种水基钻井液，其中，该水基钻井液含有水、膨润土、流型调节剂、増粘剤、降滤失剂、封堵剂、加重剂、润滑剂和pH调节剂，且以100重量份的水为基准，所述膨润土的含量为1-8重量份，所述流型调节剂的含量为4-10重量份，所述增粘剂的含量为0.2-1.2重量份，所述降滤失剂的含量为4-10重量份，所述封堵剂的含量为30-60重量份，所述加重剂的含量为10- 50重量份，所述润滑剂的含量为0.1-4重量份，所述pH调节剂的含量为0.1-0.4 重量份。

本发明第三方面提供了一种水基钻井液的制备方法，其中该制备方法包括以下步骤：