一種水基鉆井液用智能納米封堵劑的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水基鉆井液用多功能納米封堵劑，屬于油氣田納米材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，國內(nèi)頁巖氣的開發(fā)越來越受到重視。頁巖氣儲(chǔ)藏于泥頁巖地層，泥頁巖地層極易吸水膨脹。在鉆井過程中，為防止泥頁巖吸水膨脹導(dǎo)致井壁失穩(wěn)、井眼垮塌等鉆井事故，目前在頁巖氣的開發(fā)過程中，主要采用油基鉆井液進(jìn)行鉆井。但是，油基鉆井液成本高，鉆井過程中危險(xiǎn)系數(shù)高、環(huán)境污染嚴(yán)重，后處理過程繁瑣，用水基鉆井液代替油基鉆井液對頁巖氣藏進(jìn)行鉆井是必然趨勢。
[0003]泥頁巖地層孔隙尺寸大約在納米尺度，目前常規(guī)封堵材料顆粒尺寸大，對水基鉆井液進(jìn)行改性后，無法對泥頁巖地層進(jìn)行有效封堵。因此，需要開發(fā)與泥頁巖地層孔隙尺寸匹配的納米封堵材料。本發(fā)明利用溫度敏感型、pH值敏感型的智能聚合物修飾的磁性納米粒子，與聚乙二醇、聚四氫呋喃二醇等聚醚二元醇反應(yīng)，制備具有智能響應(yīng)特性的納米封堵劑，獲得了封堵性能優(yōu)異的水基鉆井液用納米封堵材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對目前水基鉆井液用封堵材料的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種水基鉆井液用的智能納米封堵劑，同時(shí)本發(fā)明還提供這種智能納米封堵劑的制備方法。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案:
[0006]本發(fā)明所述的一種水基鉆井液用智能納米封堵劑，以重量份計(jì)包括以下原料組份:智能高分子修飾的磁性納米粒子20-82份，聚乙二醇3-45份，聚四氫呋喃二醇0.5-24份。
[0007]本發(fā)明所述的智能高分子選自聚N-異丙基丙烯酰胺、聚N，N-二甲基甲酰胺、聚N, N-二乙基甲酰胺、聚丙烯酸、聚4-乙烯基吡啶中的一種。
[0008]本發(fā)明所述的磁性納米粒子選自四氧化三鐵納米粒子、三氧化二鐵納米粒子、氧化鈷納米粒子、鐵鈷氧化物納米粒子中的一種或幾種，磁性納米粒子的粒徑尺寸在5-100納米。
[0009]本發(fā)明所述的聚乙二醇的分子量為5000-180000g/mol。
[0010]本發(fā)明所述的聚四氫呋喃二醇的分子量為3500-20000g/mol。
[0011]本發(fā)明所述的智能納米封堵劑，在應(yīng)用過程中，當(dāng)體系溫度在20-125Γ之間變化，納米封堵劑的親水性能和疏水性能會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。
[0012]本發(fā)明所述的智能納米封堵劑，在應(yīng)用過程中，當(dāng)體系pH值在4.3-10.8之間變化時(shí)，納米封堵劑的親水性能和疏水性能會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。
[0013]本發(fā)明所述的智能納米封堵劑的制備過程是，將智能高分子修飾的磁性納米粒子加入水中，在不斷攪拌下，加入聚乙二醇，反應(yīng)3-5小時(shí)，再加入聚四氫呋喃二醇，反應(yīng)4-7小時(shí)，將水蒸發(fā)后，在60-75°C干燥4小時(shí)，即制得水基鉆井液用智能納米封堵劑。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0015](I)智能納米封堵劑的粒徑小，與泥頁巖地層微小孔隙的尺寸比較接近，將其加入鉆井液后，在鉆井過程中，可以實(shí)現(xiàn)泥頁巖地層的微小孔隙進(jìn)行高效封堵，同時(shí)通過聚乙二醇和聚四氫呋喃二醇在高溫高壓下濁點(diǎn)作用、壓縮變形作用，對泥頁巖地層進(jìn)行致密封堵，阻止鉆井液中的水向泥頁巖地層的滲透。
[0016](2)在地面溫度較低時(shí)，智能納米封堵劑表現(xiàn)為親水性，在水基鉆井液中分散性能良好，當(dāng)鉆井液進(jìn)入井筒后，隨著深度增加，地層溫度越高，智能納米封堵劑從親水轉(zhuǎn)變?yōu)槭杷?，因此，在對井壁微小孔隙進(jìn)行物理封堵的同時(shí)，還具有排斥水分子的作用，抑制水向井壁的靠近，起到化學(xué)抑制的作用，阻水性能顯著提高。
[0017](3)通過調(diào)節(jié)鉆井液的pH值，可以調(diào)控智能納米封堵劑的親水性能和疏水性能，進(jìn)而也可以實(shí)現(xiàn)對地層微小孔隙的物理封堵和化學(xué)抑制。
[0018](4)在鉆井過程中，磁性納米封堵劑的位置可以通過外界磁場進(jìn)行定點(diǎn)調(diào)控，因此針對井眼的特定部位，在磁場調(diào)控下，可以實(shí)現(xiàn)特定部位的選擇性封堵。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合實(shí)施例來描述本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明不只局限于以下實(shí)施例。
[0020]實(shí)施例1
[0021]將KH-570修飾的Fe3O4納米粒子5.2g，N_異丙基丙烯酰胺單體2.3g，分散于35mLN, N- 二甲基甲酰胺中，加引發(fā)劑0.lg，在75°C反應(yīng)3小時(shí)，制得聚N-異丙基丙烯酰胺修飾的Fe3O4納米粒子。取該智能高分子修飾的磁性納米粒子4.1g,加入180mL水中，在不斷攪拌下，加入分子量為8000g/mol的聚乙二醇1.8g，反應(yīng)4小時(shí)，再加入分子量為5000g/mol的聚四氫呋喃二醇0.7g，反應(yīng)6小時(shí)，將水蒸發(fā)后，在70°C干燥4小時(shí)，即制得水基鉆井液用智能納米封堵劑。
[0022]實(shí)施例2
[0023]在150mL的膨潤土基楽(4wt% )中加入實(shí)施例1中制備的智能納米封堵劑3.5g，劇烈攪拌2小時(shí)，制得智能納米粒子改性水基鉆井液。在高溫高壓濾儀考察該鉆井液的性能，測試結(jié)果表明，當(dāng)溫度升高到52°C以上時(shí)，智能納米粒子改性水基鉆井液的阻水性能顯著提高。
[0024]實(shí)施例3
[0025]將KH-570修飾的Fe3O4納米粒子8.5g，4_乙烯基吡啶單體4.7g，分散于40mLN, N- 二甲基甲酰胺中，加引發(fā)劑0.15g，在75°C反應(yīng)4小時(shí)，制得聚4-乙烯基吡啶修飾的Fe3O4納米粒子。取該智能高分子修飾的磁性納米粒子6.8g，加入145mL水中，在不斷攪拌下，加入分子量為15000g/mol的聚乙二醇2.9g，反應(yīng)5小時(shí)，再加入分子量為8000g/mol的聚四氫呋喃二醇1.3g，反應(yīng)4小時(shí)，將水蒸發(fā)后，在60°C干燥4小時(shí)，即制得水基鉆井液用智能納米封堵劑。
[0026]實(shí)施例4
[0027]將KH-570修飾的Fe2O3納米粒子15.8g，N，N-二甲基甲酰胺單體9.8g，分散于65mLN，N- 二甲基甲酰胺中，加引發(fā)劑0.25g，在75 °C反應(yīng)4小時(shí)，制得聚N，N- 二甲基甲酰胺修飾的Fe2O3納米粒子。取該智能高分子修飾的磁性納米粒子12.5g，加入210mL水中，在不斷攪拌下，加入分子量為120000g/mol的聚乙二醇4.6g，反應(yīng)3小時(shí)，再加入分子量為1000g/mo I的聚四氫呋喃二醇1.Sg，反應(yīng)5小時(shí)，將水蒸發(fā)后，在65°C干燥4小時(shí)，即制得水基鉆井液用智能納米封堵劑。
[0028]實(shí)施例5
[0029]將KH-570修飾的Fe3O4納米粒子7.3g，N，N- 二乙基甲酰胺單體3.8g，分散于45mLN，N- 二甲基甲酰胺中，加引發(fā)劑0.18g，在75 0C反應(yīng)4小時(shí)，制得聚N，N- 二乙基甲酰胺修飾的Fe3O4納米粒子。取該智能高分子修飾的磁性納米粒子5.6g，加入180mL水中，在不斷攪拌下，加入分子量為6000g/mol的聚乙二醇4.9g，反應(yīng)3小時(shí)，再加入分子量為150000g/mo I的聚四氫呋喃二醇0.8g，反應(yīng)7小時(shí)，將水蒸發(fā)后，在70°C干燥4小時(shí)，即制得水基鉆井液用智能納米封堵劑。
[0030]實(shí)施例6
[0031]將KH-570修飾的Fe2O3納米粒子25.6g，丙烯酸單體23.2g，分散于135mL N, N- 二甲基甲酰胺中，加引發(fā)劑0.3g，在75°C反應(yīng)4小時(shí)，制得聚丙烯酸修飾的Fe2O3納米粒子。取該智能高分子修飾的磁性納米粒子33.5g，加入295mL水中，在不斷攪拌下，加入分子量為10000g/mol的聚乙二醇19.5g，反應(yīng)5小時(shí)，再加入分子量為6000g/mol的聚四氫呋喃二醇9.6g，反應(yīng)7小時(shí)，將水蒸發(fā)后，在75°C干燥4小時(shí)，即制得水基鉆井液用智能納米封堵劑。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種水基鉆井液用智能納米封堵劑，其特征在于以重量份計(jì)包括以下原料組份:智能高分子修飾的磁性納米粒子20-82份，聚乙二醇3-45份，聚四氫呋喃二醇0.5-24份。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水基鉆井液用智能納米封堵劑，其特征在于智能高分子選自聚N-異丙基丙烯酰胺、聚N，N-二甲基甲酰胺、聚N，N-二乙基甲酰胺、聚丙烯酸、聚4-乙稀基卩比啶中的一種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水基鉆井液用智能納米封堵劑，其特征在于磁性納米粒子選自四氧化三鐵納米粒子、三氧化二鐵納米粒子、氧化鈷納米粒子、鐵鈷氧化物納米粒子中的一種或幾種，磁性納米粒子的粒徑尺寸在5-100納米。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水基鉆井液用智能納米封堵劑，其特征在于聚乙二醇的分子量為 5000-180000g/mol。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水基鉆井液用智能納米封堵劑，其特征在于聚四氫呋喃二醇的分子量為3500-20000g/mol。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水基鉆井液用智能納米封堵劑，其特征在于當(dāng)體系溫度在20-125°C之間變化，納米封堵劑的親水性能和疏水性能會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水基鉆井液用智能納米封堵劑，其特征在于當(dāng)體系pH值在4.3-10.8之間變化時(shí)，納米封堵劑的親水性能和疏水性能會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水基鉆井液用智能納米封堵劑，其特征在于智能納米封堵劑的制備過程是，將智能高分子修飾的磁性納米粒子加入水中，在不斷攪拌下，加入聚乙二醇，反應(yīng)3-5小時(shí)，再加入聚四氫呋喃二醇，反應(yīng)4-7小時(shí)，將水蒸發(fā)后，在60-75°C干燥4小時(shí)，即制得水基鉆井液用智能納米封堵劑。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種水基鉆井液用的智能納米封堵劑及其制備方法。智能納米封堵劑以重量份計(jì)包括以下原料組份：智能高分子修飾的磁性納米粒子20-82份，聚乙二醇3-45份，聚四氫呋喃二醇0.5-24份。其制備過程是，將智能高分子修飾的磁性納米粒子加入水中，在不斷攪拌下，加入聚乙二醇，反應(yīng)3-5小時(shí)，再加入聚四氫呋喃二醇，反應(yīng)4-7小時(shí)，將水蒸發(fā)后，在60-75℃干燥4小時(shí)，即制得水基鉆井液用智能納米封堵劑。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，智能納米封堵劑的親水性能和疏水性能會(huì)隨著地層溫度、鉆井液pH值的不同，發(fā)生相應(yīng)的變化，因而在泥頁巖地層鉆井過程中，對井壁微小孔隙進(jìn)行物理封堵的同時(shí)，還具有排斥水分子的作用，抑制水向井壁的靠近，起到化學(xué)抑制的作用，鉆井液的阻水性能顯著提高。
【IPC分類】C09K8/16, C09K8/24
【公開號(hào)】CN105199688
【申請?zhí)枴緾N201510605217
【發(fā)明人】武元鵬, 晏柱, 王志豪, 林元華, 楊浩, 周昌亮, 薛詩山
【申請人】西南石油大學(xué)
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年9月22日