[发明专利]一种支化氨基磺酸纳米封堵剂及水基钻井液

说明书

本发明公开了一种支化氨基磺酸纳米封堵剂及水基钻井液，属于油气田钻井技术领域，所述支化氨基磺酸纳米封堵剂主要以氨基磺酸类化合物和含双烯键的化合物为原料，通过“迈克尔加成”反应制备得来。其中，该纳米封堵剂合成原料易得，合成方法简单可靠，适合工业化生产。合成的支化氨基磺酸纳米封堵剂的粒径在20～100nm之间，适合于裂缝特别是纳米级别微裂缝的封堵，该纳米封堵剂可直接加入水基钻井液中，与其他钻井液处理剂配伍性能良好，能有效阻止水及钻井液向地层内部渗透，防止井壁坍塌，具有良好的封堵将滤失效果。

技术领域

本发明涉及油气田钻井液技术领域，具体涉及一种支化氨基磺酸纳米封堵剂及水基钻井液。

背景技术

随着石油天然气勘探开发力度的不断加强，泥页岩井壁不稳定问题成为可世界范围内最为常见和最难处理的与钻井液有关的技术难题。泥页岩极易发生水化膨胀，并且渗透率较低，在井壁周围难以有效的形成致密的滤饼，导致钻井液易侵入地层，从而导致井壁失稳。通常情况下，井壁不稳定将会导致井壁坍塌、缩径、卡钻等井下复杂事故的发生，导致钻井施工无法正常进行，增加钻井时间和成本。有研究表明，泥页岩孔喉大小10nm～10μm之间，且大多存在闭合或开启的层理和微裂缝，毛管作用力较强。在正压差与毛管压力作用下，钻井液更容易侵入，导致泥页岩沿着裂缝面或者层理面开裂，并且不断沿着裂缝面纵向横向发展。侵入的滤液使裂缝面和层理面之间的摩擦系数减小，从而加剧井壁失稳的发生。

普通的钻井液封堵剂粒径太大，难以进入泥页岩形成内滤饼封堵层。因此，纳米级泥页岩封堵剂的研制和使用成为了解决泥页岩井壁失稳的关键。据了解常规钻井液封堵剂的颗粒粒径在0.1～100μm之间，主要适用于封堵0.1～1mm的地层孔喉和裂缝。自2009年人们发现将未改性的纳米二氧化硅加入井底，可以降低泥页岩地层的渗透率，延缓孔隙压力传递，就认为纳米封堵剂能够封堵泥页岩孔喉。于是，国内外学者相继展开了大量关于纳米封堵剂的研究。

纳米封堵剂的作用机理是纳米颗粒吸附在裂缝面或者孔喉处，改变岩石表面润湿性，进而达到延缓钻井液侵入，当大量的纳米颗粒聚集在裂缝面时会起到架桥封堵的作用。为解决泥页岩井壁失稳问题，近年来，国内外学者已经研制并成功应用了多种类型的纳米封堵剂。从组成上可以分为有机纳米封堵剂、无机纳米封堵剂以及有机/无机纳米封堵剂三类。无机纳米封堵剂主要有纳米SiO₂、改性纳米SiO₂、纳米碳酸钙、氧化铁类、钙基/铁基纳米颗粒；有机纳米封堵剂主要有纳米聚合物类、铝络合物类、纳米级胶束类封堵剂以及纳米乳液等。而有机/无机纳米封堵剂则是有一种刚性材料和一种或几种可变形纳米材料复合而成。虽然研究力度很大，也在现场运用中取得了一些效果，但是不得不注意的是纳米材料，尤其是无机纳米材料，不易分散且极易发生团聚，在进入地层后分子大小不易控制，不易达到真正意义上的纳米级别，这也使无机纳米封堵剂的应用和推广受到了限制。目前常用的纳米封堵剂主要是无机纳米粒子，该类封堵剂对泥页岩地层的微小孔喉进行架桥封堵，虽然封堵效果较好，但是纳米粒子和纳米粒子之间，以及纳米粒子和井壁孔吼之间仍然存在微小孔隙，无法致密封堵。

发明内容

本发明的一个目的就是为了解决上述问题而提供一种页岩地层钻井液用支化氨基磺酸纳米封堵剂，该封堵剂属于有机纳米封堵剂，其在溶剂中具有良好的分散性，同时可以通过调整原料加量、反应时间等因素来控制其支化程度从而达到控制其分子尺寸的目的。本发明的有机纳米材料在一定的温度和压力条件下可发生压缩变形，被挤入纳米微孔缝中，使其在纳米级微孔缝附近形成致密的封堵，阻止钻井液等液体侵入地层，从而实现稳定井壁的目的。此外，由于其具有支化结构，因此在分子末端含有多个活性基团，可以为吸附作用提供更多作用位点，在微裂缝之间形成较强连接力，起到稳定的封堵作用。

为达到上述目的，本发明提供了一种支化氨基磺酸纳米封堵剂，所述支化磺酸纳米封堵剂的合成原料为氨基磺酸类化合物和含两个双键的化合物，具体制备方法如下：