[发明专利]一种温度和pH双重刺激响应纳米水凝胶的合成及水基钻井液

说明书

本发明公开了一种温度和pH双重刺激响应纳米水凝胶的合成及水基钻井液。该水基钻井液所用封堵剂为温度和pH双重刺激响应纳米水凝胶，所述温度和pH双重刺激响应纳米水凝胶合成原料包括纳米二氧化硅、温度响应性单体、pH响应性单体、交联剂、引发剂；所述水基钻井液包含有本发明的温度和pH双重刺激响应纳米水凝胶。本发明的温度和pH双重刺激响应纳米水凝胶作为纳米封堵剂，粒径分布在20‑75nm之间，能够有效的封堵泥页岩井壁中纳米尺寸的孔隙，从而可以有效稳定井壁、防止垮塌；本发明所使用的水基钻井液在泥页岩地层条件下的流变性、稳定性以及封堵性等方面性能良好。

技术领域

本发明涉及油气田钻井技术领域，具体涉及一种温度和pH双重刺激响应纳米水凝胶其包含有该纳米封堵剂的水基钻井液。

背景技术

在页岩气水平井钻井的过程中，井壁失稳问题一直是困扰石油钻井的技术难题。由于页岩的水敏性强，地层裂缝发育，如何通过钻井液技术抑制泥页岩黏土水化膨胀、封堵页岩微细、微纳米孔缝，防止钻井液或者滤液进入地层，降低因水化或毛细管力对页岩地层造成的影响，防止页岩井壁坍塌从根本上解决页岩钻井中的井壁稳定问题。因此，有效的抑制水化和封堵裂缝便成了目前页岩水基钻井液研究的难点。

泥页岩地层孔隙尺寸小，渗透率低。钻井过程中，对近井壁的纳米裂缝进行有效封堵是避免井壁失稳的有效手段之一。泥页岩地层的孔隙尺寸属于纳米级尺度，要实现对纳米级孔隙的有效封堵就必须采用纳米级尺寸的封堵材料。而目前国内外钻井工程常用的是沥青类和乳化石蜡封堵剂，这类材料颗粒粒度都较大，对于裂缝缝隙尺寸较大的地层封堵效果较好，但是与纳米裂缝之间不能形成尺寸匹配，不能形成良好的内泥饼，所以不能实现对纳米裂缝地层的有效封堵。

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，本发明提供了一种温度和pH双重刺激响应纳米水凝胶封堵剂，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：温度和pH双重刺激响应纳米水凝胶封堵剂，所述温度和pH双重刺激响应纳米水凝胶的原料包括温度响应性单体、pH响应性单体、交联剂、引发剂，所述温度和pH双重刺激响应纳米水凝胶的制备步骤如下：

纳米二氧化硅的改性：将纳米二氧化硅置于70-80℃真空干燥箱中干燥12-14h，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2-3g KH570，在70-80℃反应12h后，用乙醇洗涤反复3-5次，最后置于50-60℃真空干燥箱中干燥6-8h得到改性纳米二氧化硅。

温度和pH双重刺激响应纳米水凝胶：将纳米二氧化硅置于烧杯中，加入蒸馏水并超声分散10-20min后转入反应器中，将温度响应性单体、pH响应性单体、交联剂分别溶于去离子水中后转入反应器中，磁力搅拌2-3h；将反应器升温至50-80℃后，向反应体系中加入引发剂反应6-8h；待反应体系自然冷却后，用蒸馏水洗涤至pH为6-7之间，并用蒸馏水浸泡3-4天，每天定时换水3-5次，即得温度和pH双重刺激响应纳米水凝胶。

所述透析袋的截留分子量为8000-10000。

所述温度响应性单体为N-异丙基丙烯酰胺、N-叔丁基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺中的一种。

所述pH响应性单体为丙烯酸、烯丙胺、甲基丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯酰化磺胺嘧啶中的一种。

所述交联剂为N,N-亚甲基丙烯酰胺、N,N-八亚甲基双丙烯酰胺、N,N-十二烷亚甲基双丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺中的一种。

所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵、偶氮二异丁腈、偶氮二异戊腈、偶氮二异庚腈中的一种。