[发明专利]一种自适应外柔内刚型纳米封堵剂的合成及水基钻井液

说明书

本发明公开了一种自适应外柔内刚型封堵剂及水基钻井液。该水基钻井液所用封堵剂为外柔内刚型封堵剂，所述自适应外柔内刚型封堵剂合成原料包括纳米二氧化硅，2‑丙烯酸‑2‑羟基丙基酯，丙烯酰胺，N,N‑亚甲基双丙烯酰胺；所述钻井液包含有本发明的自适应外柔内刚型纳米封堵剂。本发明的自适应外柔内刚型封堵剂，其粒径分布在45‑820nm之间，可以有效阻止钻井液滤液侵入地层，防止井壁坍塌等事故的发生，特别适用于页岩地层的纳米封堵，其制备方法原理可靠，具有广阔的市场前景。

技术领域

本发明涉及油气田钻井技术领域，具体涉及一种自适应外柔内刚型纳米封堵剂及其包含有该纳米封堵剂的水基钻井液。

背景技术

目前在国内和国外钻井中，经常存在井壁不稳定问题，国内外数百口井的统计说明，所钻泥页岩地层占所钻总地层的70％，而90％以上的井塌发生在泥页岩地层。页岩具有特殊的裂缝一孔隙结构，属超低孔、低渗类型，多为纳米级孔喉。针对页岩气的成藏特征，水平井钻井已成为页岩气开发的主要钻井方式。不管使用水基钻井液体系或者油基钻井液体系钻页岩地层都会出现井壁垮塌的现象，其根本原因是“水力劈裂作用”，钻井液或滤液进入裂缝，使裂缝张开，同时大大降低缝面间摩擦力，使坍塌压力大幅度上升。若不能有效封堵住裂缝阻断泥浆液相进入裂缝，则不能防塌。

目前，采用封堵剂封堵裂缝是解决该问题的关键，但常用封堵剂存在以下弊端：刚性封堵剂强度大，难以有效适应地层孔隙及裂缝的尺寸及形状，难以形成有效封堵；柔性封堵剂能够自适应地层孔隙及裂缝的尺寸及形状，但自身强度不够，容易在压差作用下被推到地层深部，不能在井壁周围形成有效封堵层。

发明内容

针对目前常规封堵剂无法有效封堵泥页岩中的纳米裂缝而导致的井壁失稳问题，本发明提供了一种自适应外柔内刚型纳米封堵剂，其粒径为纳米级，能够有效对泥页岩地层中的纳米级裂缝进行封堵，从而达到稳定井壁的目的。且研制了一种能适用于页岩地层的新型纳米封堵水基钻井液替代油基钻井液能够解决井壁稳定、储层污染等问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种自适应外柔内刚型纳米封堵剂及其水基钻井液。所述自适应外柔内刚型纳米封堵剂的原料包括为纳米二氧化硅， 2-丙烯酸-2-羟基丙基酯，丙烯酰胺，所述自适应外柔内刚型纳米封堵剂的制备步骤如下：

(1)纳米二氧化硅的改性：将纳米二氧化硅置于75-80℃真空干燥箱中干燥10-12h，准确称取干燥后的纳米二氧化硅2-3g，加入到40-50mL乙醇/水的分散液中，超声分散40-50min，然后边搅拌边滴加2-3gKH560，在75-80℃反应8-10h 后，用乙醇洗涤，反复3-5次，最后置于55-60℃真空干燥箱中干燥8-10h得到改性纳米二氧化硅。

(2)自适应外柔内刚型纳米封堵剂的合成：

①向反应器中加入改性后的纳米二氧化硅，加超纯水超声分散10-15min；

②加入改性后的纳米二氧化硅、2-丙烯酸-2-羟基丙基酯、丙烯酰胺、N,N- 亚甲基双丙烯酰胺，保持快速搅拌至溶解，通入氮气20-30min；

③将反应体系升温至45-70℃，将过硫酸铵加入到混合体系内，恒温反应3-4h；

④反应完毕后，将反应体系降至20-25℃，制备得的样品用蒸馏水洗涤至中性，接着在烘箱中60-70℃干燥；

⑤将烘干的样品进行研磨，然后密封保存。

所述改性后的纳米二氧化硅的加量为2-丙烯酸-2-羟基丙基酯和丙烯酰胺总重量的5-15％；

所述2-丙烯酸-2-羟基丙基酯的加量为3-3.5g；

所述2-丙烯酸-2-羟基丙基酯与丙烯酰胺的重量比为1：1-1.5；

所述N,N-亚甲基双丙烯酰胺的加量为0.02-0.05g；