CN116426254A - 一种水基钻井液用纳米封堵剂制备方法及水基钻井液 - Google Patents
一种水基钻井液用纳米封堵剂制备方法及水基钻井液 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种水基钻井液用纳米封堵剂制备方法及水基钻井液，所述纳米封堵剂制备方法包括将蛭石在盐溶液或者H2O2中浸泡1～100h后过滤，后在空气或者保护气氛下加热至150～900℃，并保温1～20h；将上述固体冷却至室温后与水或者有机溶剂按质量体积比为1～10：1混合并超声分散，离心后取上清液即纳米封堵剂。该纳米封堵剂具有硬度高、钢性强、化学和热稳定性好的特点，其尺寸更易进入纳、微米裂缝并通过堆叠形成封堵，制备方法简单易行，容易实现规模化生产，且原料来源丰富、成本较低。
Description
技术领域
本发明属于油气田钻井用功能纳米材料技术领域，具体涉及一种水基钻井液用纳米封堵剂制备方法及水基钻井液。
背景技术
随着我国油气资源需求量的日益增加以及环保压力和成本控制，水基钻井液替代油基钻井液成为必然的发展趋势。然而，在实际开采过程中，特别是深井、超深井等，由于钻井液的滤液深入到地层中极易引起井塌等问题。目前的钻井液中绝大多数的固相粒子大于纳米级，对于富含纳-微米级的孔隙难以沉积形成外泥饼，从而导致滤液进入地层而引起井塌。因此，开发纳米封堵剂是水基钻井液的重点和难点。
纳米材料由于其尺寸效应，其颗粒大小与纳-微米级孔隙大小匹配，被认为是一种有效的纳米封堵剂。近几年来，纳米二氧化硅、氧化锆、石墨烯等都被用于钻井液封堵剂。但是由于地层环境复杂，纳米材料在地层中由于电解质、高温等条件，导致其分散不稳定，易团聚，限制了纳米封堵剂的实际应用。因此，提高纳米封堵剂的分散稳定性，实现纳米级裂缝的有效封堵，对保持井壁稳定，降低井下复杂事故率具有重要的意义。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于开发一种既能与纳米级裂缝相匹配又能稳定分散的纳米封堵剂的制备方法及相应的水基钻井液。
本发明通过下述技术方案实现：
本发明的第一个目的在于提供一种水基钻井液用纳米封堵剂制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将蛭石在盐溶液或者H2O2中浸泡1～100h后过滤，后在空气或者保护气氛下加热至150～900℃，并保温1～20h；
(2)将上述固体冷却至室温后与水或者有机溶剂按质量体积比为1～10：1混合并超声分散，离心后取上清液即纳米封堵剂。
可选地，所述的纳米封堵剂粒径尺寸10～2000nm，厚度为1～20nm。
可选地，所述盐溶液为钾盐、钠盐、镁盐、铝盐、锂盐中的一种或者多种。
可选地，所述保护气氛为氩气、氮气、氦气。
可选地，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、丙二醇、丁醇、丁二醇中的一种或者多种。
可选地，所述超声强度为10～50KHz，超声时间为1～100h，离心转速为500～12000r/min，离心时间为1～60min。
发明的第二个目的，在于提供以上方法制备得到的纳米封堵剂。所述纳米封堵剂在水溶液中稳定分散、无分层、无沉淀的时间超过24h。
本发明的第三个目的，在于提供包含由以上方法制备得到的纳米封堵剂的水基钻井液。
可选地，所述钻井液与纳米封堵剂体积质量比为1：0.1～100，且单位为L/g。
与现有技术相比，本发明的有益效果可包括以下内容中的至少一项：
(1)纳米封堵剂的硬度高、刚性强、化学稳定和热稳定性好；
(2)本发明的制备方法得到的纳米封堵剂为片状，更易进入地层纳、微米级裂缝中，并形成堆叠封堵；
(3)本发明所提供的纳米封堵剂制备方法简单易行，容易实现规模化生产，而且原料来源丰富、成本较低。
附图说明
图1是纳米封堵剂的AFM图。
图2是纳米封堵剂分散在水中的图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
实施例一：将蛭石在1mol/L的硝酸钾溶液中浸泡10h后过滤，后在空气气氛下加热至850℃，并保温2h；将上述固体冷却至室温后与水按质量体积比为5：1混合并在30KHz下超声分散10h，并在8000r/min下离心10min后取上清液即纳米封堵剂。
图1为根据本发明制备得到的纳米封堵剂的AFM图。由图中可以看出，制备的纳米封堵剂呈片状，其最大粒径约为1000nm，厚度为2～3nm。
图2为根据本发明制备得到的纳米封堵剂分散与水中的图。由图可以看出，纳米封堵剂分散均匀，且经激光照射后出现了丁达尔效应。
实施例二：将蛭石在2mol/L的H2O2溶液中浸泡20h后过滤，后在氮气气氛下加热至450℃，并保温10h；将上述固体冷却至室温后与水按质量体积比为8：1混合并在40KHz下超声分散20h，并在8000r/min下离心10min后取上清液即纳米封堵剂。
实施例二：将蛭石在1mol/L的氯化锂溶液中浸泡5h后过滤，后在氩气气氛下加热至650℃，并保温5h；将上述固体冷却至室温后与水按质量体积比为5：1混合并在30KHz下超声分散10h，并在8000r/min下离心10min后取上清液即纳米封堵剂。
为了评价不同实施例纳米封堵剂的封堵效果，表1中给出了采用滤饼渗透率实验评价纳米封堵剂在钻井液中的封堵性能。
首先是滤饼的制备。在200mL的清水中加入16wt％的膨润土以及膨润土量5wt％的碳酸钠，搅拌均匀后静置24h。在上述浆料中加入160g重晶石，40g碳酸钙，2g聚丙烯酰胺。将上述溶液搅伴均匀后倒入GGS42-2型高温高压滤失仪，在105℃下调整压力3.5MPa，失水30min。
封堵性能测试如下：用制备的滤饼作为过滤介质，将清水和添加量为0.5％的纳米封堵剂(实施例一、实施例二、实施例三和市售聚合物封堵剂)加入高温高压滤失仪，在105℃、3.5MPa下测定30min滤失量。之后在同样条件下用水测试滤饼的渗透率，计算各实验组中滤饼的渗透率，其结果如表1所示。
采用滤饼平均渗透率(K)公式进行计算，公式如下：
K＝QμL/AΔP。
其中，K为渗透率，单位10-1μm2；Q为单位时间内水的滤失量，单位为cm3/s；L为滤饼的平均厚度，单位为cm；μ为水的粘度，单位为mPa·S；A为滤饼的面积，单位为cm2；ΔP为滤失压差，单位为MPa。
表1.不同纳米封堵剂的封堵性能
由以上实验例可知，由此方法制备的纳米封堵剂具有较低的渗透率，表明其优异的封堵效果，同时其稳定性较好。
本发明的另一方面提供了一种纳米封堵剂。所述纳米封堵剂可以采用如上文各个实施例中所述的制备方法制备得到。
本发明的在一方面提供了一种水基钻井液。所述水基钻井液包含采用如上所述的制备方法制得的纳米封堵剂，体积质量比可为1：0.1～100，且单位为L/g，即每升钻井液中加入0.1～100g的纳米封堵剂。
本发明各实施例中未提及的过程、方法及设备均为已知技术。在此不进行详述。
以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种水基钻井液用纳米封堵剂制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将蛭石在盐溶液或者H2O2中浸泡1～100h后过滤，后在空气或者保护气氛下加热至150～900℃，并保温1～20h；
(2)将上述固体冷却至室温后与水或者有机溶剂按质量体积比为1～10：1混合并超声分散，
离心后取上清液即纳米封堵剂。
2.根据权利要求1所述的一种水基钻井液用纳米封堵剂制备方法，其特征在于，所述的纳米封堵剂粒径尺寸10～2000nm，厚度为1～20nm。
3.根据权利要求1所述的一种水基钻井液用纳米封堵剂制备方法，其特征在于，所述盐溶液为钾盐、钠盐、镁盐、铝盐、锂盐中的一种或者多种。
4.根据权利要求1所述的一种水基钻井液用纳米封堵剂制备方法，其特征在于，所述保护气氛为氩气、氮气、氦气。
5.根据权利要求1所述的一种水基钻井液用纳米封堵剂制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、丙二醇、丁醇、丁二醇中的一种或者多种。
6.根据权利要求1所述的一种水基钻井液用纳米封堵剂制备方法，其特征在于，所述超声强度为10～50KHz，超声时间为1～100h，离心转速为500～12000r/min，离心时间为1～60min。
7.一种水基钻井液用纳米封堵剂，其特征在于，所述纳米封堵剂采用如权利要求1～6中任意一项所述的制备方法得到。
8.根据权利要求7所述的一种水基钻井液用纳米封堵剂，其特征在于，所述纳米封堵剂在水溶液中稳定分散、无分层、无沉淀的时间超过24h。
9.一种水基钻井液，其特征在于，所述钻井液包含如权利要求1～6中任意一项所述制备方法制备得到的纳米封堵剂。
10.根据权利要求9所述的水基钻井液，其特征在于，所述钻井液与纳米封堵剂体积质量比为1：0.1～100，且单位为L/g。
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