CN113403042A - 一种有机-无机纳米复合水凝胶及水基钻井液 - Google Patents
一种有机-无机纳米复合水凝胶及水基钻井液 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113403042A CN113403042A CN202110693523.9A CN202110693523A CN113403042A CN 113403042 A CN113403042 A CN 113403042A CN 202110693523 A CN202110693523 A CN 202110693523A CN 113403042 A CN113403042 A CN 113403042A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- weight
- organic
- parts
- drilling fluid
- water
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005553 drilling Methods 0.000 title claims abstract description 58
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 title claims abstract description 53
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 title claims abstract description 53
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims abstract description 51
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 34
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 30
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 46
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 46
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims abstract description 18
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 12
- CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N Methacrylic acid Chemical compound CC(=C)C(O)=O CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229940088644 n,n-dimethylacrylamide Drugs 0.000 claims abstract description 10
- YLGYACDQVQQZSW-UHFFFAOYSA-N n,n-dimethylprop-2-enamide Chemical compound CN(C)C(=O)C=C YLGYACDQVQQZSW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000011837 N,N-methylenebisacrylamide Substances 0.000 claims abstract description 7
- ZIUHHBKFKCYYJD-UHFFFAOYSA-N n,n'-methylenebisacrylamide Chemical compound C=CC(=O)NCNC(=O)C=C ZIUHHBKFKCYYJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 18
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000005543 nano-size silicon particle Substances 0.000 claims description 16
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 16
- ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N ammonium persulfate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 12
- 239000000440 bentonite Substances 0.000 claims description 8
- 229910000278 bentonite Inorganic materials 0.000 claims description 8
- SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N bentoquatam Chemical compound O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910001870 ammonium persulfate Inorganic materials 0.000 claims description 6
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L barium sulfate Chemical compound [Ba+2].[O-]S([O-])(=O)=O TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- 239000010428 baryte Substances 0.000 claims description 5
- 229910052601 baryte Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 5
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 claims description 5
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 5
- 102100021913 Sperm-associated antigen 8 Human genes 0.000 claims description 4
- 101710098579 Sperm-associated antigen 8 Proteins 0.000 claims description 4
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 claims description 4
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 4
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 4
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 claims description 4
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 2
- WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N (3-aminopropyl)triethoxysilane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)CCCN WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxy-5-methylphenyl)ethanamine Chemical compound COC1=CC=C(C)C=C1CCN SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 2-Propenoic acid Natural products OC(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical class [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- QJZYHAIUNVAGQP-UHFFFAOYSA-N 3-nitrobicyclo[2.2.1]hept-5-ene-2,3-dicarboxylic acid Chemical compound C1C2C=CC1C(C(=O)O)C2(C(O)=O)[N+]([O-])=O QJZYHAIUNVAGQP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 claims 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000003995 emulsifying agent Substances 0.000 claims 1
- 239000004021 humic acid Substances 0.000 claims 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 claims 1
- 125000005395 methacrylic acid group Chemical group 0.000 claims 1
- 229920002401 polyacrylamide Polymers 0.000 claims 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 12
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 6
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 abstract description 3
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 7
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 5
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 3
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 3
- 238000011085 pressure filtration Methods 0.000 description 3
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 3
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 230000000887 hydrating effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000004530 micro-emulsion Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 1
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
- C09K8/02—Well-drilling compositions
- C09K8/03—Specific additives for general use in well-drilling compositions
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
- C09K8/02—Well-drilling compositions
- C09K8/03—Specific additives for general use in well-drilling compositions
- C09K8/032—Inorganic additives
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
- C09K8/02—Well-drilling compositions
- C09K8/03—Specific additives for general use in well-drilling compositions
- C09K8/035—Organic additives
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
- C09K8/02—Well-drilling compositions
- C09K8/04—Aqueous well-drilling compositions
- C09K8/14—Clay-containing compositions
- C09K8/18—Clay-containing compositions characterised by the organic compounds
- C09K8/22—Synthetic organic compounds
- C09K8/24—Polymers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
- C09K8/42—Compositions for cementing, e.g. for cementing casings into boreholes; Compositions for plugging, e.g. for killing wells
- C09K8/426—Compositions for cementing, e.g. for cementing casings into boreholes; Compositions for plugging, e.g. for killing wells for plugging
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
- C09K8/50—Compositions for plastering borehole walls, i.e. compositions for temporary consolidation of borehole walls
- C09K8/504—Compositions based on water or polar solvents
- C09K8/506—Compositions based on water or polar solvents containing organic compounds
- C09K8/508—Compositions based on water or polar solvents containing organic compounds macromolecular compounds
- C09K8/512—Compositions based on water or polar solvents containing organic compounds macromolecular compounds containing cross-linking agents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
- C09K8/50—Compositions for plastering borehole walls, i.e. compositions for temporary consolidation of borehole walls
- C09K8/504—Compositions based on water or polar solvents
- C09K8/506—Compositions based on water or polar solvents containing organic compounds
- C09K8/508—Compositions based on water or polar solvents containing organic compounds macromolecular compounds
- C09K8/514—Compositions based on water or polar solvents containing organic compounds macromolecular compounds of natural origin, e.g. polysaccharides, cellulose
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K2208/00—Aspects relating to compositions of drilling or well treatment fluids
- C09K2208/10—Nanoparticle-containing well treatment fluids
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种有机‑无机纳米复合水凝胶封堵剂及水基钻井液。该水基钻井液所用封堵剂为有机‑无机纳米复合水凝胶，所述有机‑无机纳米复合水凝胶合成原料包括二氧化硅，甲基丙烯酸，N，N‑二甲基丙烯酰胺，N,N‑亚甲基双丙烯酰胺；所述钻井液包含有本发明的有机‑无机纳米复合水凝胶。本发明的有机‑无机纳米复合水凝胶作为纳米封堵剂，其粒径分布在30‑600nm之间，可以有效阻止钻井液滤液侵入地层，防止井壁坍塌等事故的发生，特别适用于页岩地层的纳米封堵，其制备方法原理可靠，具有广阔的市场前景。
Description
技术领域
本发明涉及油气田钻井技术领域，具体涉及一种有机-无机纳米复合水凝胶封堵剂及其包含有该纳米封堵剂的水基钻井液。
背景技术
目前在国内和国外钻井中，经常存在井壁不稳定问题，国内外数百口井的统计说明，所钻泥页岩地层占所钻总地层的70％，而90％以上的井塌发生在泥页岩地层。页岩具有特殊的裂缝一孔隙结构，属超低孔、低渗类型，多为纳米级孔喉。针对页岩气的成藏特征，水平井钻井已成为页岩气开发的主要钻井方式。不管使用水基钻井液体系或者油基钻井液体系钻页岩地层都会出现井壁垮塌的现象，其根本原因是“水力劈裂作用”，钻井液或滤液进入裂缝，使裂缝张开，同时大大降低缝面间摩擦力，使坍塌压力大幅度上升。若不能有效封堵住裂缝阻断泥浆液相进入裂缝，则不能防塌。
钻井液中常用的磺化沥青或乳化沥青的粒径大多在微米级别，能对微米级别的裂缝进行有效封堵，但对于尺寸一般在纳米-微米之间的裂缝，其粒子只能在裂缝表面沉积，极易被钻井液冲刷，钻具的碰撞等作用破坏，起不到良好的封堵效果。因此对易造成井壁失稳的纳米孔缝进行有效的封堵是保持井壁稳定的重点，也是钻井工程中急需解决的难点
发明内容
针对目前常规封堵剂无法有效封堵泥页岩中的纳米裂缝而导致的井壁失稳问题，本发明提供了一种有机-无机纳米复合水凝胶封堵剂，其粒径为纳米级，能够有效对泥页岩地层中的纳米级裂缝进行封堵，从而达到稳定井壁的目的。且研制了一种能适用于页岩地层的新型纳米封堵水基钻井液替代油基钻井液能够解决井壁稳定、储层污染等问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种有机-无机纳米复合水凝胶封堵剂及其水基钻井液。所述有机-无机纳米复合水凝胶封堵剂的原料包括为二氧化硅，甲基丙烯酸，N，N- 二甲基丙烯酰胺，所述有机-无机纳米复合水凝胶封堵剂的制备步骤如下：
(1)纳米二氧化硅的改性：将纳米二氧化硅置于75-80℃真空干燥箱中干燥10-12h，准确称取干燥后的纳米二氧化硅2-3g，加入到40-50mL乙醇/水的分散液中，超声分散40-50min，然后边搅拌边滴加2-3gKH550，在75-80℃反应8-10h后，用乙醇洗涤，反复3-5次，最后置于55-60℃真空干燥箱中干燥8-10h得到改性纳米二氧化硅。
(2)有机-无机纳米复合水凝胶的制备:
①向反应器中加入改性后的纳米二氧化硅，加超纯水超声分散10-15min；
②加入共聚单体甲基丙烯酸和N，N-二甲基丙烯酰胺，交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，保持快速搅拌至溶解，通入氮气20-30min；
③将反应体系升温至55-60℃，保持搅拌，将过硫酸铵加入到混合体系内，恒温反应3-4h；
④反应完毕后，将反应体系降至20-25℃，制备得的样品用蒸馏水洗涤至中性，接着在烘箱中60-70℃干燥；
⑤将烘干的样品进行研磨，然后密封保存。
所述改性后的纳米二氧化硅的加量为甲基丙烯酸与N，N-二甲基丙烯酰胺总重量的 5-15％；
所述甲基丙烯酸的加量为3-3.5g；
所述甲基丙烯酸与N，N-二甲基丙烯酰胺的重量比为1：1-1.5；
所述N,N-亚甲基双丙烯酰胺的加量为0.02-0.06g；
所述过硫酸铵的加量为0.05-0.12g。
本发明的另一种目的是提供一种水基钻井液，所述钻井液添加有本发明所述的一种有机- 无机纳米复合水凝胶封堵剂。
以重量份计，所述钻井液的组成如下：100重量份的水+2-4重量份膨润土+0.1-0.3重量份 NaOH+0.03-0.05重量份KPAM+0.5-0.8重量份PAC-LV+4-5重量份RSTF+4-6重量份SMP-1+4-5重量份FRH+3-4重量份PPL+4-6重量份FK-10+0.3-0.5重量份SP-80+1-5重量份有机-无机纳米复合水凝胶封堵剂+1-1.5重量份除硫剂+5-15重量份重晶石。
本发明有益效果如下：
本发明所制备的有机-无机纳米复合水凝胶的粒径分布在30-600nm之间，能够有效的对泥页岩地层中的纳米级别裂缝进行封堵，从而达到稳定井壁的效果；本发明所使用的水基钻井液在泥页岩地层条件下的流变性、稳定性以及封堵性等方面性能良好。
附图说明
图1为实施例一中有机-无机纳米复合水凝胶的粒径分布图；
图2为实施例二中有机-无机纳米复合水凝胶的粒径分布图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例中，若无特殊说明，所述的份数均为重量份数。
一、有机-无机纳米复合水凝胶的合成：
实施例1：
纳米二氧化硅的改性：将纳米二氧化硅置于75℃真空干燥箱中干燥12h，准确称取干燥后的纳米二氧化硅2g，加入到40mL乙醇/水的分散液中，超声分散45min，然后边搅拌边滴加2.5gKH550，在75℃反应9h后，用乙醇洗涤，反复4次，最后置于58℃真空干燥箱中干燥10h得到改性纳米二氧化硅。
有机-无机纳米复合水凝胶的制备:向反应器中加入0.3g改性后的纳米二氧化硅，加50ml 超纯水超声分散12min；加入3g共聚单体甲基丙烯酸和3gN，N-二甲基丙烯酰胺，0.04g交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，保持快速搅拌至溶解，通入氮气25min；将反应体系升温至55℃，保持搅拌，将0.06g过硫酸铵加入到混合体系内，恒温反应3h；反应完毕后，将反应体系降至22℃，制备得的样品用蒸馏水洗涤至中性，接着在烘箱中65℃干燥。
实施例2：
纳米二氧化硅的改性：将纳米二氧化硅置于80℃真空干燥箱中干燥12h，准确称取干燥后的纳米二氧化硅2.5g，加入到45mL乙醇/水的分散液中，超声分散50min，然后边搅拌边滴加3gKH550，在80℃反应8h后，用乙醇洗涤，反复5次，最后置于60℃真空干燥箱中干燥9h得到改性纳米二氧化硅。
有机-无机纳米复合水凝胶的制备:向反应器中加入0.65g改性后的纳米二氧化硅，加50ml 超纯水超声分散15min；加入3g共聚单体甲基丙烯酸和3.5gN，N-二甲基丙烯酰胺，0.05g 交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，保持快速搅拌至溶解，通入氮气30min；将反应体系升温至 60℃，保持搅拌，将0.08g过硫酸铵加入到混合体系内，恒温反应4h；反应完毕后，将反应体系降至25℃，制备得的样品用蒸馏水洗涤至中性，接着在烘箱中70℃干燥。
为了进一步说明本发明有机-无机纳米复合水凝胶封堵剂以及水基钻井液的效果，对实施例1、实施例2制备的有机-无机纳米复合水凝胶封堵剂以及水基钻井液进行性能测试。
二、性能测试
1、有机-无机纳米复合水凝胶封堵剂粒径测试
利用美国布鲁克海文仪器公司生产的BI-200SM型激光散射仪对纳米微乳液封堵剂进行粒径测试，两个实施例中制备的有机-无机纳米复合水凝胶封堵剂粒径测试结果分别如图1、图2所示。本发明有机-无机纳米复合水凝胶封堵剂的粒径分布在30-600nm之间，平均粒径为77nm，说明本发明合成的封堵剂是纳米尺寸的，且该封堵剂分布范围宽，能有效封堵不同纳米尺寸的纳米裂缝。
2.钻井液流变性能和失水造壁性能测试
本发明主要以以下具体配方对有机-无机纳米复合水凝胶封堵剂的应用方式进行说明。以100质量份的水为基准，具体配方为：以重量份计，所述钻井液的组成如下：100重量份的水 +2-4重量份膨润土+0.1-0.3重量份NaOH+0.03-0.05重量份KPAM+0.5-0.8重量份PAC-LV+4-5 重量份RSTF+4-6重量份SMP-1+4-5重量份FRH+3-4重量份PPL+4-6重量份FK-10+0.3-0.5 重量份SP-80+1-5重量份有机-无机纳米复合水凝胶封堵剂+1-1.5重量份除硫剂+5-15重量份重晶石。
具体配制过程如下∶
(1)、预水化膨润土浆
在100质量份温度为70℃的自来水中加入3质量份的膨润土，在室温下搅拌均匀后加入 0.25质量份的NaOH，充分搅拌30min后，密封静置水化24h。
(2)、钻井液的配制
分别取400mL预水化土膨润土浆4份，再依次加入0.3重量份NaOH，0.05重量份KPAM， 0.7重量份PAC-LV，5重量份RSTF，6重量份SMP-1，5重量份FRH，4重量份PPL，5重量份FK-10，0.5重量份SP-80，1.4重量份除硫剂，14重量份重晶石。每加入一种物质，需搅拌10～15min。
搅拌均匀后，分别向4份膨润土浆中加入0、4g、8g、12g、16g上述方式制备的有机-无机纳米复合水凝胶封堵剂，制得含有机-无机纳米复合水凝胶封堵剂添加量不同的五种钻井液，分别命名为钻井液1、钻井液2、钻井液3、钻井液4和钻井液5，其中钻井液1不含有机-无机纳米复合水凝胶封堵剂，作为空白实验组。
依据中华人民共和国国家标准GB/T 16783.1-2014《石油天然气工业钻井液现场测试第1 部分∶水基钻井液》，分别对步骤配制好的钻井液进行老化前后钻井液流变性和失水造壁性进行测试，结果记录在表1中。
表1钻井液流变性能及滤失性能记录表
注∶AV—表观黏度，单位为mPa·s；PV—塑性黏度，单位为mPa·s；YP—动切力，单位为Pa；API—常温中压滤失量，单位为mL；HTHP—高温高压滤失量，单位为mL。
由表1所示的结果可以看出，与不加有机-无机纳米复合水凝胶封堵剂的钻井液相比，当有机-无机纳米复合水凝胶在钻井液中加量为4-16质量份时，钻井液性能未受到明显的影响，表明该钻井液封堵剂具有良好的配伍性能。随着有机-无机纳米复合水凝胶封堵剂加量的增加，在同一实验条件下钻井液的表观黏度、塑性黏度逐渐增大，对切力的影响较小。在150℃下老化16h后的钻井液，随着有机-无机纳米复合水凝胶封堵剂加量的增加，高温高压滤失量逐渐减小，且在加量为12质量份时高温高压滤失量最小，说明有机-无机纳米复合水凝胶封堵剂具有良好的流变性能和失水造壁性能，能有效降低钻井液高温高压滤失量，在高温环境下也能提供较好的封堵性能，有效阻止滤液进入地层，提高井壁稳定性。
3、钻井液封堵性能测试
使用人造岩芯模拟地层纳微米裂缝地层，通过测量钻井液体系在人造岩芯中的平均流量，通过达西公式，计算加入有机-无机纳米复合水凝胶封堵剂前后，人造岩芯的渗透率 K＝Qμl/(AΔP)，从而计算得到有机-无机纳米复合水凝胶封堵剂对人造岩芯的封堵率，评价其封堵性能。表2所示为有机-无机纳米复合水凝胶对人造岩芯封堵效果记录表。
表2人造岩芯封堵性的评价实验数据表
注∶岩芯长度为5cm，直径为2.5cm。
由表2所表示的结果可知，与不加有机-无机纳米复合水凝胶封堵剂的基浆相比，加入不同比例有机-无机纳米复合水凝胶封堵剂后，对岩芯的封堵率增加了，且当加入有机-无机纳米复合水凝胶封堵剂为12g时，对岩芯的封堵率均达到95％，这表明有机-无机纳米复合水凝胶封堵剂可以对微裂缝实现有效的封堵，进而阻止钻井液进入岩芯。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (5)
1.一种有机-无机纳米复合水凝胶封堵剂及水基钻井液，其特征在于，所述一种有机-无机纳米复合水凝胶的原料为二氧化硅(15+5nm)，甲基丙烯酸，N，N-二甲基丙烯酰胺，采用步骤如下制备而成：
(1)纳米二氧化硅的改性：将纳米二氧化硅置于75-80℃真空干燥箱中干燥10-12h，准确称取干燥后的纳米二氧化硅2-3g，加入到40-50mL乙醇/水的分散液中，超声分散40-50min，然后边搅拌边滴加3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)2-3g，在75-80℃反应8-10h后，用乙醇洗涤，反复3-5次，最后置于55-60℃真空干燥箱中干燥8-10h得到改性纳米二氧化硅；
(2)有机-无机纳米复合水凝胶的制备:
①向反应器中加入改性后的纳米二氧化硅，加超纯水超声分散10-15min；
②加入共聚单体甲基丙烯酸和N，N-二甲基丙烯酰胺，交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，保持快速搅拌至溶解，通入氮气20-30min；
③将反应体系升温至55-60℃，保持搅拌，将过硫酸铵加入到混合体系内，恒温反应3-4h；
④反应完毕后，将反应体系降至20-25℃，制备得的样品用蒸馏水洗涤至中性，接着在烘箱中60-70℃干燥；
⑤将烘干的样品进行研磨，然后密封保存。
2.根据权利要求1所述的一种有机-无机纳米复合水凝胶封堵剂及水基钻井液，其特征在于，所述改性后的纳米二氧化硅的加量为甲基丙烯酸和N,N-二甲基丙烯酰胺总重量的5-15％；所述甲基丙烯酸的加量为3-3.5g，甲基丙烯酸与N,N-二甲基丙烯酰胺的重量比为1：1-1.5，N,N-亚甲基双丙烯酰胺的加量为0.02-0.06g，过硫酸铵的加量为0.05-0.12g。
3.一种水基钻井液，其特征在于，所述钻井液中添加有权利要求1-3任一所述的有机-无机纳米复合水凝胶封堵剂。
4.根据权利要求3所述的水基钻井液，其特征在于，所述钻井液包括以下组分：水，膨润土，NaOH，聚丙烯酰胺钾盐(KPAM)，聚阴离子纤维素(PAC-LV)，腐植酸丙磺酸酰胺多元共聚物(RSTF)，磺化酚醛树脂(SMP-1)，酰胺基胺(FRH)，防卡润滑剂(FK-10)，防卡降滤失剂(PPL)，乳化剂(SP-80)，有机-无机纳米复合水凝胶封堵剂，除硫剂，CaO，重晶石。
5.根据权利要求4所述的水基钻井液，其特征在于，以100重量份的水为基准，所述膨润土的加量为2-4重量份，所述NaOH的加量为0.1-0.3重量份，所述KPAM的加量为0.03-0.05重量份，所述PAC-LV的加量为0.5-0.8重量份，所述RSTF的加量为4-5重量份，所述SMP-1的加量为4-6重量份，所述FRH的加量为4-5重量份，所述PPL的加量为3-4重量份，所述SP-80的加量为0.3-0.5重量份，所述有机-无机纳米复合水凝胶封堵剂的加量为1-5重量份，所述除硫剂的加量为1-1.5重量份，所述重晶石的加量为5-15重量份。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110693523.9A CN113403042A (zh) | 2021-06-22 | 2021-06-22 | 一种有机-无机纳米复合水凝胶及水基钻井液 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110693523.9A CN113403042A (zh) | 2021-06-22 | 2021-06-22 | 一种有机-无机纳米复合水凝胶及水基钻井液 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113403042A true CN113403042A (zh) | 2021-09-17 |
Family
ID=77682376
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110693523.9A Pending CN113403042A (zh) | 2021-06-22 | 2021-06-22 | 一种有机-无机纳米复合水凝胶及水基钻井液 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113403042A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114395379A (zh) * | 2022-01-24 | 2022-04-26 | 西南石油大学 | 一种插层改性纳米碳化钛复合水凝胶封堵剂及水基钻井液 |
| CN117126651A (zh) * | 2023-07-14 | 2023-11-28 | 西安川秦石油科技有限公司 | 一种油井用堵水剂及制备方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102485830A (zh) * | 2010-12-02 | 2012-06-06 | 北京化工大学 | 一种核壳型无机/有机聚合物复合微球调剖驱油剂 |
| US20120238670A1 (en) * | 2009-11-03 | 2012-09-20 | Yulia Fogel | Water-Soluble, Hydrophobically Associating Nanocomposites (As Rheology Modifiers For Applications In Construction Chemistry) |
| CN103214631A (zh) * | 2013-03-22 | 2013-07-24 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种温敏改性二氧化硅纳米微球及其制备方法与应用 |
| CN103725278A (zh) * | 2013-12-10 | 2014-04-16 | 郑州正佳能源环保科技有限公司 | 一种耐温、耐盐的纳米驱油剂的制备方法 |
| CN104628931A (zh) * | 2015-02-12 | 2015-05-20 | 浙江冠旗纳米科技有限公司 | 高膨胀纳米二氧化硅复合微球制备方法 |
| CN105038728A (zh) * | 2015-04-24 | 2015-11-11 | 中国石油大学(华东) | 一种钻井液用温度敏感型智能纳米粒子及其制备方法 |
| US9790415B1 (en) * | 2016-05-11 | 2017-10-17 | China University Of Petroleum (Beijing) | Modified silicon dioxide nano-particles and preparation method thereof, and drilling fluid suitable for shale gas wells |
| CN111440601A (zh) * | 2020-04-07 | 2020-07-24 | 中国石油天然气集团有限公司 | 具有稳定流变特性的高密度除硫钻井液及其制备方法 |
-
2021
- 2021-06-22 CN CN202110693523.9A patent/CN113403042A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120238670A1 (en) * | 2009-11-03 | 2012-09-20 | Yulia Fogel | Water-Soluble, Hydrophobically Associating Nanocomposites (As Rheology Modifiers For Applications In Construction Chemistry) |
| CN102485830A (zh) * | 2010-12-02 | 2012-06-06 | 北京化工大学 | 一种核壳型无机/有机聚合物复合微球调剖驱油剂 |
| CN103214631A (zh) * | 2013-03-22 | 2013-07-24 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种温敏改性二氧化硅纳米微球及其制备方法与应用 |
| CN103725278A (zh) * | 2013-12-10 | 2014-04-16 | 郑州正佳能源环保科技有限公司 | 一种耐温、耐盐的纳米驱油剂的制备方法 |
| CN104628931A (zh) * | 2015-02-12 | 2015-05-20 | 浙江冠旗纳米科技有限公司 | 高膨胀纳米二氧化硅复合微球制备方法 |
| CN105038728A (zh) * | 2015-04-24 | 2015-11-11 | 中国石油大学(华东) | 一种钻井液用温度敏感型智能纳米粒子及其制备方法 |
| US9790415B1 (en) * | 2016-05-11 | 2017-10-17 | China University Of Petroleum (Beijing) | Modified silicon dioxide nano-particles and preparation method thereof, and drilling fluid suitable for shale gas wells |
| CN111440601A (zh) * | 2020-04-07 | 2020-07-24 | 中国石油天然气集团有限公司 | 具有稳定流变特性的高密度除硫钻井液及其制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 戴姗姗;陈镇聪;黄志宇;: "一种交联核壳微球的合成及其结构与性能的研究", 应用化工 * |
| 涂伟霞;王崇刚;: "新型孔喉尺度无机-有机聚合物复合微球调剖驱油剂研制", 中国海上油气 * |
| 马成云;宋碧涛;徐同台;彭芳芳;宋涛涛;刘作明;: "钻井液用纳米封堵剂研究进展", 钻井液与完井液 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114395379A (zh) * | 2022-01-24 | 2022-04-26 | 西南石油大学 | 一种插层改性纳米碳化钛复合水凝胶封堵剂及水基钻井液 |
| CN114395379B (zh) * | 2022-01-24 | 2023-07-14 | 西南石油大学 | 一种插层改性纳米碳化钛复合水凝胶封堵剂及水基钻井液 |
| CN117126651A (zh) * | 2023-07-14 | 2023-11-28 | 西安川秦石油科技有限公司 | 一种油井用堵水剂及制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113292973B (zh) | 一种抗高温二氧化硅接枝叔胺纳米封堵剂及水基钻井液 | |
| CN113355069B (zh) | 一种抗高温改性纳米二氧化硅封堵剂及油基钻井液 | |
| CN113337261B (zh) | 一种有机-无机纳米复合凝胶及油基钻井液 | |
| CN113416528B (zh) | 一种有机/无机纳米复合凝胶封堵剂及油基钻井液 | |
| CN103525384B (zh) | 水平穿越钻井用高造浆率触变性膨润土浆液及其制备方法 | |
| CN113403042A (zh) | 一种有机-无机纳米复合水凝胶及水基钻井液 | |
| CN113355073A (zh) | 一种自适应外柔内刚型纳米封堵剂的合成及水基钻井液 | |
| CN113372486A (zh) | 一种温度和pH双重刺激响应纳米水凝胶的合成及水基钻井液 | |
| CN114214046B (zh) | 一种抗高温改性二氧化锰纳米封堵剂及油基钻井液 | |
| CN108774503B (zh) | 一种钻井液用微纳米防塌封堵剂及其制备方法 | |
| CN114381248B (zh) | 一种改性二氧化钛纳米封堵剂及水基钻井液 | |
| CN117304888A (zh) | 一种封堵防塌剂、封堵防塌型水基钻井液及其制备方法 | |
| CN114395378B (zh) | 一种抗高温改性纳米氧化铝封堵剂的合成及油基钻井液 | |
| CN114381242B (zh) | 一种改性二氧化锰纳米水凝胶封堵剂及水基钻井液 | |
| CN118221890A (zh) | 一种油基钻井液用增粘剂及制备方法、应用 | |
| CN114395379B (zh) | 一种插层改性纳米碳化钛复合水凝胶封堵剂及水基钻井液 | |
| CN114381246B (zh) | 一种抗高温改性六方氮化硼纳米封堵剂及水基钻井液 | |
| CN114574182A (zh) | 一种纳米封堵剂的制备方法及纳米封堵剂 | |
| CN114350328B (zh) | 一种改性纳米氧化铝封堵剂及水基钻井液 | |
| CN114350329B (zh) | 一种抗高温插层改性纳米碳化钛复合封堵剂及油基钻井液 | |
| CN116120904B (zh) | 一种无固相防塌钻井液 | |
| CN115449037B (zh) | 一种改性聚合醇钻探冲洗液 | |
| CN116023914B (zh) | 一种凝胶堵漏剂及其制备方法和应用 | |
| CN114774093B (zh) | 提高水基钻井液切力的有机无机复合聚合物及其制备方法 | |
| CN117304886A (zh) | 一种改性碳酸钙、其制备方法及含有其的堵漏剂 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20210917 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |