一種鉆井液用納米乳液封堵劑及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于油田鉆井液用助劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鉆井液用納米乳液封堵劑 及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 硬脆性泥頁(yè)巖中的微米級(jí)、納米級(jí)微裂縫容易導(dǎo)致井壁失穩(wěn)，因此對(duì)泥頁(yè)巖微裂 縫的封堵有利于保持井壁的穩(wěn)定。常用的鉆井液用封堵劑的顆粒尺寸（通常在微米到毫米 級(jí)范圍）相對(duì)較大，對(duì)微裂縫不能實(shí)現(xiàn)有效的封堵，隨著鉆遇復(fù)雜井的頻率越來(lái)越高，井壁 失穩(wěn)的現(xiàn)象也越來(lái)越頻繁，對(duì)鉆井液處理劑的功能要求也日益多樣，因此急需開(kāi)發(fā)出一種 多功能型的納米級(jí)封堵劑來(lái)解決當(dāng)前因微米級(jí)、納米級(jí)微裂縫導(dǎo)致的井壁失穩(wěn)現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種鉆井液用納米乳液封 堵劑（本文簡(jiǎn)稱(chēng)"ZK-304"），所述納米乳液封堵劑中分散顆粒分布在納米級(jí)，使用方便，無(wú) 毒，無(wú)污染，易降解，成本和效益比低。
[0004] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供上述鉆井液用納米乳液封堵劑的制備方法，其工藝合 理，條件溫和、可控，無(wú)后處理，易于工業(yè)化。
[0005] 本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供上述鉆井液用納米乳液封堵劑的應(yīng)用。
[0006] 為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種鉆井液用納米乳液封堵劑，由至 少兩種含雙鍵的單體分散于含乳化劑、助乳化劑的水中并在弱堿環(huán)境和催化劑作用下聚合 而成，參與反應(yīng)的各原料的重量份數(shù)如下：
[0009] 優(yōu)選情況下，參與反應(yīng)的各反應(yīng)物的重量份數(shù)為：[0010]
[0007]
[0008]
toon] 本發(fā)明中，多種含雙鍵的單體可以以任意比混合，這不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)。作為反 應(yīng)介質(zhì)的水，優(yōu)選為去離子水。
[0012] 進(jìn)一步，所述含雙鍵的單體選自苯乙烯、丙烯腈、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和 醋酸乙烯所組成的組。
[0013] 進(jìn)一步，所述乳化劑為十八烷基三甲基氯化銨、丁二酸二辛酯磺酸鈉、4, 8-二丁基 磺酸鈉、聚山梨酯和聚氧乙烯壬酚醚中的一種或多種。
[0014] 進(jìn)一步，所述助乳化劑為乙二醇、單硬脂酸甘油酯和聚甘油酯中的一種或多種。
[0015] 進(jìn)一步，所述催化劑為過(guò)硫酸鉀、過(guò)硫酸銨或硫代硫酸鈉中的一種。
[0016] 本發(fā)明提供的上述鉆井液用納米乳液封堵劑的制備方法包括以下步驟：
[0017] 按80~90wt %的水作為乳化用水加入到反應(yīng)釜中；
[0018] 按配比將乳化劑加入到反應(yīng)釜中，攪拌使其混合均勻；
[0019] 按配比將助乳化劑加入到反應(yīng)釜中，攪拌使其混合均勻；
[0020] 按配比將含雙鍵的單體加入到反應(yīng)釜中，攪拌10分鐘~30分鐘，使單體分散均 勻；
[0021] 調(diào)節(jié)反應(yīng)釜內(nèi)反應(yīng)體系pH值為7-9 ;
[0022] 將催化劑溶于剩余水中配制成水溶液，將得到的催化劑水溶液加入到反應(yīng)釜中， 攪拌，同時(shí)升溫至50°C~80°C，調(diào)節(jié)反應(yīng)釜壓力至2MPa~3MPa，在該條件下保持反應(yīng)3小 時(shí)~5小時(shí)；
[0023] 反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，并釋放反應(yīng)釜壓力，即得產(chǎn)物鉆井液用納米乳液封堵 劑。
[0024] 進(jìn)一步，將催化劑加入到反應(yīng)釜之前，反應(yīng)釜溫度保持在30°C~50°C之間，優(yōu) 選在35 °C -45 °C之間。加入催化劑以后升溫至50 °C~80 °C，優(yōu)選情況下，反應(yīng)溫度為 60 °C -70 °C 〇
[0025] 進(jìn)一步，將催化劑加入到反應(yīng)釜之前，以200r/min的轉(zhuǎn)速攪拌，加入催化劑后，轉(zhuǎn) 速調(diào)至300r/min。
[0026] 本發(fā)明中，調(diào)節(jié)反應(yīng)體系pH值可采用磷酸氫二鈉、氫氧化鈉、碳酸氫鈉中的一種 或多種組成的混合物。
[0027] 本發(fā)明提供的上述鉆井液用納米乳液封堵劑在應(yīng)用到鉆井液用中時(shí)，以體積百分 含量為2% -3%的用量添加到鉆井液中。
[0028] 本發(fā)明提供的鉆井液用納米乳液封堵劑其分散顆粒粒徑分布在納米級(jí)，分散顆粒 粒徑小于500nm，顆粒在壓差作用下會(huì)發(fā)生彈性變形，以適應(yīng)不同形狀的孔吼，對(duì)孔吼產(chǎn)生 良好的封堵作用，降低鉆井液向地層濾失。
[0029] 此外，鉆井液用納米乳液封堵劑的顆粒呈正電性，能有效抑制粘土的水化分散，它 可在泥頁(yè)巖表面吸附形成一層吸附膜，同時(shí)降低泥頁(yè)巖的負(fù)電性，有效阻止泥頁(yè)巖水化膨 脹及分散。本發(fā)明提供的上述納米乳液封堵劑的制備工藝合理，條件溫和、可控，無(wú)后處理， 易于工業(yè)化，成本和效益比低。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0031] 納米乳液是一種多功能型材料，它通過(guò)物理和化學(xué)方法制備而成，利用納米材料 具有的表面效應(yīng)和小尺寸效應(yīng)可改變鉆井液膠體的性質(zhì)。研宄表面，以該處理劑為主配制 的鉆井液具有良好的封堵效果，同時(shí)能有效抑制粘土的水化分散。
[0032] 為達(dá)到本發(fā)明的目的，本發(fā)明選用特殊的不飽和單體作為主要反應(yīng)物料，通過(guò)將 單體充分分散于乳化劑、助乳化劑形成的乳液體系中，采用特殊的工藝，如控制反應(yīng)溫度和 反應(yīng)時(shí)間、調(diào)節(jié)反應(yīng)壓力、在合適的pH值和攪拌條件下，從而獲得具有上述功能的納米乳 液封堵劑。
[0033] 以下以實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例中所使用的藥品和試劑均可自市場(chǎng)購(gòu)得。本文中， v/v %表不體積百分含量。
[0034] 實(shí)施例1
[0035] 將36Kg去離子水加入到反應(yīng)釜中，開(kāi)啟加熱裝置，升溫至30°C ;稱(chēng)取2. OKg十八 烷基三甲基氯化銨加入到反應(yīng)釜中，保持溫度在30°C左右，開(kāi)啟攪拌裝置，以200r/min轉(zhuǎn) 速攪拌使其混合均勻；稱(chēng)取I. 2Kg聚甘油酯加入到反應(yīng)釜中，30°C下攪拌使其混合均勻；將 20.0 Kg苯乙烯和20.0 Kg甲基丙烯酸甲酯加入到反應(yīng)釜中，40°C下充分?jǐn)嚢?5分鐘使單體 分散均勻；繼續(xù)將〇.7Kg磷酸氫二鈉加入到反應(yīng)釜中，攪拌均勻后（pH為8)，將0.3Kg過(guò)硫 酸鉀溶于4. OKg水中配制成水溶液后加入到反應(yīng)釜中，以300r/min轉(zhuǎn)速攪拌，同時(shí)升溫至 50°C，調(diào)節(jié)反應(yīng)釜壓力至2. OMPa，保持反應(yīng)4. 0小時(shí)；反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫并釋放反應(yīng) 釜壓力，即可得到產(chǎn)物鉆井液用納米乳液封堵劑ZK-304。經(jīng)檢測(cè)，產(chǎn)物中分散顆粒的直徑為 100nm-300nm〇
[0036] 實(shí)施例2
[0037] 將27. OKg去離子水加入到反應(yīng)釜中，開(kāi)啟加熱裝置，升溫至40°C;稱(chēng)取2. OKg 丁二 酸二辛酯磺酸鈉和2. OKg聚山梨酯加入到反應(yīng)釜中，保持溫度在40°C左右，開(kāi)啟攪拌裝置， 以200r/min轉(zhuǎn)速攪拌使其混合均勻；稱(chēng)取2. 5Kg單硬脂酸甘油酯加入到反應(yīng)釜中，40°C下 攪拌使其混合均勻；將25. OKg丙烯腈和25. OKg甲基丙烯酸甲酯加入到反應(yīng)釜中，40°C下充 分?jǐn)嚢?0分鐘使單體分散均勻；繼續(xù)將0. 5Kg氫氧化鈉加入到反應(yīng)釜中，攪拌均勻后（pH 為9)，將0.1 Kg過(guò)硫酸鉀溶于3. OKg水中制成水溶液后加入到反應(yīng)釜中，以300r/min轉(zhuǎn)速 攪拌，同時(shí)升溫至60°C，調(diào)節(jié)反應(yīng)釜壓力至2. 5MPa，保持反應(yīng)5. 0小時(shí)；反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至 室溫并釋放反應(yīng)釜壓力即可得到產(chǎn)物鉆井液用納米乳液封堵劑ZK-304。經(jīng)檢測(cè)，產(chǎn)物中分 散顆粒的直徑為100nm-300nm〇
[0038] 實(shí)施例3
[0039] 將40.0 Kg去離子水加入到反應(yīng)釜中，開(kāi)啟加熱裝置，升溫至50°C;稱(chēng)取3. OKg聚氧 乙烯壬酚醚和3. OKg 4, 8-二丁基磺酸鈉加入到反應(yīng)釜中，保持溫度在50°C左右，開(kāi)啟攪拌 裝置，以200r/min轉(zhuǎn)速攪拌使其混合均勻；稱(chēng)取4. OKg乙二醇加入到反應(yīng)釜中，50°C下攪拌 使其混合均勻；將30.0 Kg醋酸乙烯和30.0 Kg甲基丙烯酸加入到反應(yīng)釜中，50°C下充分?jǐn)嚢?30分鐘使單體分散均勻；繼續(xù)將LOKg碳酸氫鈉加入到反應(yīng)釜中，攪拌均勻后（pH為7