[发明专利]一种基于纳米二氧化硅强吸附抗盐封堵剂及水基钻井液

说明书

本发明公开了一种基于纳米二氧化硅强吸附抗盐封堵剂及水基钻井液，属于油气田钻井技术领域。所述基于纳米二氧化硅强吸附抗盐封堵剂的原料为纳米二氧化硅、含氨基的硅烷偶联剂、D‑丙氨酸甲酯盐酸盐、含双键的氯代物和含磺酸官能团的胺类化合物，通过分步法制备得来，含有季铵官能团和磺酸官能团，具有较强的吸附性能和抗温抗盐性能。其中，封堵剂的合成原料易得，合成方法简单可靠。合成的基于纳米二氧化硅强吸附抗盐封堵剂粒径分布在146‑843nm之间，能够对泥页岩井壁中的纳米级孔缝进行有效封堵。该封堵剂可直接加入水基钻井液中，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，具体涉及基于纳米二氧化硅强吸附抗盐封堵剂及包含有该封堵剂的水基钻井液。

背景技术

页岩气的开采一直是石油与天然气行业研究的重点。在钻井作业过程中，面对地层微裂缝发育的硬脆性和破碎性地层，钻井液封堵性能至关重要。在正压差驱动下，钻井液容易侵入这些微裂隙而产生水力尖劈作用，使裂缝不断扩展变大并连通。常规的封堵剂对微米级别的孔缝能够起到较好的封堵效果，但针对纳米级别的孔缝，没有与之相对应的封堵材料进行有效封堵，导致井壁失稳现象在复杂地层频发。研究表明，钻井液滤失量过大时，滤液易侵入深部地层，地层岩石强度降低显著，容易导致井壁失稳，出现井漏、遇阻、掉块等井下复杂情况。现有的水基钻井液封堵材料多为微米封堵材料，无法这针对纳米孔缝进行有效封堵，使得钻井液滤失量无法进一步降低。因此，研究了适用于水基钻井液的封堵材料-基于纳米二氧化硅强吸附抗盐封堵剂。

纳米二氧化硅是一种强度较高且性价比好的纳米材料，在各个领域得到了广泛运用。对纳米二氧化硅进行改性使其能够均匀分散在钻井液中。纳米二氧化硅本身具有耐高温的性能，在其基础上接枝磺酸官能团可以增加其抗盐能力，在高盐环境中也能保持良好的封堵效果；季铵官能团能够加强封堵剂对地层的吸附能力，在激动压力或抽汲压力下更容易保持形成的封堵层的稳定性。纳米二氧化硅为纳米级材料，不仅可以进入纳米级的孔缝实现有效封堵，还可以进入微米孔缝参与架桥填充，起到良好的封堵效果，对维持井壁稳定，加快钻进周期，降低钻井成本有着重要的意义。

发明内容

针对目前常规封堵剂无法有效封堵页岩中的纳米孔缝而导致的井壁失稳问题，本发明提供了一种基于纳米二氧化硅强吸附抗盐封堵剂，其粒径为纳米级，能够有效对页岩地层中的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：一种基于纳米二氧化硅强吸附抗盐封堵剂，其特征在于，所述基于纳米二氧化硅强吸附抗盐封堵剂其制备步骤如下：

S1、称取0.5～1摩尔的纳米二氧化硅在100～150mL无水乙醇中，超声分散30～45min，加入盐酸溶液调节pH值至4～5，再加入2～3摩尔的含氨基的硅烷偶联剂得到混合液，将混合液在50～70℃条件下搅拌3～4h，反应结束后放入离心机中，以5000rpm的转速离心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，将固体置于60℃烘箱中真空干燥24h，得到改性纳米二氧化硅；

S2、将120-150ml的乙酸甲酯引入250mL圆底三颈瓶中，加入0.5～1摩尔的改性纳米二氧化硅，并超声分散30-40min，再分别加入1～3摩尔D-丙氨酸甲酯盐酸盐，随后加入0.5～1摩尔的O-(7-氮杂苯并三唑-1-基)-N,N,N',N'-四甲基脲四氟硼酸季铵盐，在50～70℃下冷却回流5～7小时，之后用去离子水和无水乙醇洗涤固体物质3次，最后，将固体置于60℃烘箱中真空干燥24h，得到改性纳米二氧化硅接枝聚合物；

S3、将0.5～1摩尔改性纳米二氧化硅接枝聚合物分散于100～150mL的蒸馏水中，加入1～5mL浓度为36％的浓盐酸，1～3摩尔的含双键的氯代物，冷凝回流5～8小时，将得到的产物用去离子水和无水乙醇洗涤固体物质3次，最后，将固体置于60℃烘箱中真空干燥24h，得到季铵化改性纳米二氧化硅；