[发明专利]用于天然气水合物的控温微胶囊及其制备方法与应用以及水基钻井液

说明书

本发明涉及油田化学领域，公开了一种用于天然气水合物的控温微胶囊及其制备方法与应用以及水基钻井液，所述控温微胶囊包括：芯材，以及包覆所述芯材的壁材；其中，所述芯材为含相变材料的溶液，所述壁材为二氧化硅；所述相变材料为四丁基溴化铵。该控温微胶囊具有相变温度低的优势，调温性能好，具有良好的钻井液配伍性，将其加入到水基钻井液中进行天然气水合物钻探开采，能够通过相变储存和释放冷能，保持地层温度稳定，抑制水合物分解，有效保障井壁稳定性，表现出良好热稳定性，此外还具有一定的增黏、降滤失效果。制备工艺简单，成本低。

技术领域

本发明涉及钻井液技术领域，尤其涉及一种用于天然气水合物的控温微胶囊及其制备方法与应用以及水基钻井液。

背景技术

天然气水合物储量丰富，其含碳量约为全球化石燃料总含碳量的两倍，被认为是21世纪最有潜力替代常规油气的清洁能源。超过97％的天然气水合物资源位于海陆边缘，其余的位于大陆永久冻土。尽管目前已进行了多次海洋天然气水合物资源的生产试验，但商业开发尚未实现，还有一系列地质挑战和工程问题需要克服。其中一个重要问题是，钻具切削摩擦产生的热量会使钻井液的温度高于含水合物沉积地层中水合物的相平衡温度，导致地层中固体水合物的分解，当含水合物沉积地层缺乏固体水合物作为骨架支撑时，会导致井筒失稳，甚至发生坍塌和地质灾害。因此，开发一种能在含水合物沉积地层的温度和水合物相平衡温度之间调节钻井液温度的处理剂对解决上述问题具有重要的意义。

相变材料可以预先储存冷能，然后在指定发挥作用的温度下释放冷能进而控制系统的温度变化，由此具有广阔的应用前景。近年来，微胶囊化固-液相变温度控制技术取得了一些进展，例如，脲醛树脂和三聚氰胺树脂已被用于涂覆有机相变材料，如石蜡和癸酸。与有机相变材料相比，无机水合盐相变材料因其潜热大、导热性好、成本低等优点而备受关注。然而，较高的相变温度和高过冷度限制了无机水合盐型相变材料在水合物地层的应用。

CN113025285A公开了一种相变储能微胶囊，包括囊芯以及包覆于所述囊芯外侧的囊壁；所述囊芯的材料为相变材料与导热填料的组合物，所述相变材料选自脂肪酸、脂肪醇、脂肪烃中的任意一种或至少两种的组合，所述囊壁的材料包括二氧化硅。制备方法通过在乳液界面上进行溶胶-凝胶反应得到二氧化硅包覆的相变材料。该微胶囊的相变温度为20-80℃，相变潜热为50-200J/g。相变温度过高，无法满足天然气水合物地层钻探的使用要求。

CN113249097A公开了一种聚丙烯酸酯相变微胶囊及其制备方法。制备方法包括：步骤(1)，将熔点在18-40℃之间的相变材料、聚合单体甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、含有不饱和双键的有机抗紫外线吸收剂、交联剂以及适量的引发剂偶氮二异丁腈混合均匀形成油相，然后将油相加入到含有乳化剂的水相中，乳化，得到油/水乳液；步骤(2)，将上述油/水乳液升温至80-85℃，在氮气保护条件下，聚合反应4-6h，得到聚丙烯酸酯相变微胶囊悬浮液。所制得的聚丙烯酸酯相变微胶囊以烷烃类和酯类相变材料为芯材，以聚丙烯酸酯为壁材，具有较好的密封性能和抗破碎性，相变温度为18-40℃。尽管该微胶囊有较好的包覆效果，但壁材表面残留着大量的可挥发有机物，这给实际应用带来了诸多的安全隐患，同时，该微胶囊的相变温度也较高，无法应用于天然气水合物地层钻探。

因此，亟需提供一种能够满足天然气水合物开采施工需要的相变微胶囊产品。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的用于开采天然气水合物的钻井液无法有效抑制水合物分解的问题，提供一种用于天然气水合物的控温微胶囊及其制备方法与应用以及水基钻井液。

为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种用于天然气水合物的控温微胶囊，所述控温微胶囊包括：芯材，以及包覆所述芯材的壁材；其中，

所述芯材为含相变材料的溶液，所述壁材为二氧化硅；

所述相变材料为四丁基溴化铵。

本发明第二方面提供了一种前述第一方面所述的控温微胶囊的制备方法，包括：