[发明专利]一种弹性石墨强吸附封堵剂及油基钻井液

说明书

本发明公开了一种弹性石墨强吸附封堵剂及油基钻井液，属于油气田钻井技术领域。所述弹性石墨强吸附封堵剂主要由弹性石墨、N,N‑二甲基1，3‑丙二胺、环氧氯丙烷和长链烷基二甲基叔胺为主，通过分步法制备得来，含有多个季铵官能团，对井壁具有极强的吸附性能。其中，封堵剂的合成原料易得，合成方法简单可靠。合成的弹性石墨强吸附封堵剂粒径分布在0.5‑28μm之间，能够对泥页岩井壁中的纳、微米孔缝进行有效封堵。该封堵剂可直接加入油基钻井液中，其配伍性能良好，能够有效阻止钻井液向地层内部渗透，进而稳定井壁、防止坍塌，具有良好的封堵降滤失效果。

技术领域

本发明涉及油气田钻井技术领域，具体涉及一种弹性石墨强吸附封堵剂及包含有该封堵剂的油基钻井液。

背景技术

在石油与天然气资源开发的过程中，深层页岩气的开采一直是研究人员的研究热点。对于一些层理和微孔缝发育的硬脆性和破碎性地层，油基钻井液滤液的侵入会带来地层的不稳定因素。此外，水力压力通过微孔缝传递也会导致井壁失稳，因此，必须加强油基钻井液对微孔缝的封堵性。目前，油基钻井液的封堵剂种类少，使用的封堵材料多是仅具亲水性能的桥塞类随钻防漏材料，在油基钻井液中的适应性差，粒径匹配能力不足。同时，井筒压力的变化将引起孔缝大小的变化，孔缝动态变形会对封堵层造成破坏，非弹性封堵剂形成的封堵层不能适应孔缝变形，这将影响封堵效果；弹性封堵剂能够更好地适应孔缝变形，封堵效果稳定。同时，上提钻柱时，由于抽汲作用使井内液柱压力降低，当封堵材料对井壁的吸附性不强时，孔缝中的封堵材料有可能在抽汲压力的作用下被驱替出来，因此，研究了适用于油基钻井液的封堵材料-弹性石墨强吸附封堵剂。

弹性石墨是一种具有密度小、能被高度压缩、失去压力后又能回复的新型石墨材料，能够在压力下变形进入微孔缝实现封堵功能，兼备刚性材料和柔性材料的特性。对弹性石墨进行亲油改性便能很好的分散在钻井液中，弹性石墨本身具有耐高温的性能，改性后的弹性石墨含有多个季铵官能团，多季铵官能团的引入能够增强封堵剂对地层的吸附能力，提高弹性石墨在大孔缝中的架桥能力和小孔缝中的封堵性能；同时也可以在岩层表面形成滤膜，减少液体的入侵。

发明内容

针对目前常规封堵剂无法有效封堵页岩中的微孔缝而导致的井壁失稳问题，本发明提供了一种弹性石墨强吸附封堵剂，其粒径最小能够达到纳米级，能够有效对页岩地层中的微米级、纳米级孔缝进行封堵，从而达到稳定井壁的目的。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种弹性石墨强吸附封堵剂，其特征在于，所述弹性石墨强吸附封堵剂其制备步骤如下：

S1、a.称取2.5-3g研磨至200nm的弹性石墨粉，加入60-80ml浓硫酸在温度为-2～0℃冰浴中搅拌反应25-35min，然后加入2-2.5g硝酸钠继续搅拌25-35min；b.缓慢加入8-10g高锰酸钾，控制温度不超过20℃，搅拌2-2.5h；c.将温度升高至30-40℃，放置2-2.5h，然后滴加150mL去离子水，再将温度升至95-100℃，待出现金黄色悬浮液后，加入18-20mL的双氧水，之后加入150mL的去离子水，超声分散1h；d.反应结束后，放入离心机中，使用5000rpm离心5min，然后过滤，之后用去离子水和无水乙醇洗涤固体物质3次，最后，将固体60℃真空干燥24h，得到氧化弹性石墨；

S2、a.将0.5-0.8g氧化弹性石墨分散于100mL蒸馏水中，用超声处理1h，得到均匀溶液；b.在氧化弹性石墨溶液中加入6-10g NaOH和5-8g氯乙酸，水浴超声2h，加入浓度为8％的稀盐酸100-150mL得到均匀分散的水溶液；c.将溶液过滤，用去离子水洗涤固体物质3次，最后，将固体60℃真空干燥24h，得到羧基化弹性石墨；d.取干燥后的固体0.1-0.2g，使其分散在100mL的N,N-二甲基甲酰胺中，在25-30℃机械搅拌下超声1h，然后加入30-40mLN,N-二甲基-1,3-丙二胺反应1h；e.向溶液中加入30-40mg的偶联剂，转入60℃的水浴中冷却回流6h，用1500-1800mL的乙醇稀释产物，然后过滤，之后用去离子水洗涤固体物质3次，最后，将固体60℃真空干燥24h，得到改性弹性石墨；