專利名稱：：一種抑制泥頁巖膨脹的改性納米鉆井液處理劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于石油及天然氣鉆井領(lǐng)域中的抑制泥頁巖膨脹的改性納米鉆井液處理劑。
背景技術(shù)：
：在石油天然氣鉆井過程中，常鉆遇泥頁巖層，泥頁巖易水化膨脹，水基鉆井液會加大泥頁巖的水化膨脹程度，而其它類型的鉆井液如油基鉆井液、聚合物鉆井液等大多能防止泥頁巖的水化膨脹。目前水基鉆井液防止泥頁巖膨脹的方法主要是加入甲酸鹽、使用正電膠等，都是通過鉆井液中的正電荷中和泥頁巖表面的負(fù)電荷來達(dá)到抑制目的。這些鉆井液一旦要求抑制效果好，則成本必然升高，油田上希望找到一種效果優(yōu)良，且能很好的控制成本的泥頁巖膨脹抑制處理劑。而通過改性納米材料，使納米顆粒進(jìn)入微小的井壁巖石孔隙中，并吸附在孔道中，在孔道口附近形成橋架，在孔道口外形成致密的泥餅，封堵鉆井液中的水等使井壁不穩(wěn)定的因素，因而能起到減少鉆井液對油氣層長時間浸泡產(chǎn)生的巖壁不穩(wěn)定性。在復(fù)雜地層、極端環(huán)境和超深井鉆探中，納米材料應(yīng)使工作液滿足極端條件如高溫、高鹽等，獲得多功能性和適應(yīng)性，這種方式達(dá)到抑制泥頁巖膨脹鮮見報道。本發(fā)明針對納米顆粒，通過一系列實驗手段改性納米顆粒，形成納米處理劑，發(fā)揮納米處理劑在抑制泥頁巖水化膨脹方面的優(yōu)勢。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于用分散劑降低納米SiO2的表面能，使其能夠分散在鉆井液中而不發(fā)生聚集，利用改性后的納米SiO2作為鉆井液處理劑添加到鉆井液中，使納米顆粒進(jìn)入微小的井壁巖石孔隙中，并吸附在孔道中，在孔道口附近形成橋架，在孔道口外形成致密的泥餅，封堵鉆井液中的水等使井壁不穩(wěn)定的因素，因而能起到有效保護(hù)井壁、減少鉆井液對油氣層長時問浸泡產(chǎn)生的巖壁不穩(wěn)定性，特提供一種抑制泥頁巖膨脹的改性納米鉆井液處理劑。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用硅烷偶聯(lián)劑接枝在納米SiO2上，并接枝聚合丙烯酰胺，形成長鏈的接枝納米SiO2,稱為改性納米Si02。這些大分子量聚合物形成的空間電位排斥效應(yīng)，使納米SiO2顆粒均勻、穩(wěn)定的分散在鉆井液中形成改性納米鉆井液。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種抑制泥頁巖膨脹的改性納米鉆井液處理劑，其特征是該鉆井液處理劑由納米SiO2、丙烯酰胺、硅烷偶聯(lián)劑KH-550、過硫酸銨、甲苯、蒸餾水構(gòu)成，各原料的質(zhì)量以克為單位及部分性能為納米Si025-10g，密度2.33、比表面積150m2/g、粒徑20-40nm(粉體粒徑小于IOOnm的屬于納米顆粒)；丙烯酰胺8g，分子量71.08；硅烷偶聯(lián)劑KH-5500.8g；過硫酸銨引發(fā)劑0.2g；甲苯300ml；蒸餾水500g。其制備方法是先稱取5-10g納米SiO2粉體裝入燒杯中，加入300g甲苯、0.8g硅烷偶聯(lián)劑KH-550，高速攪拌lOmin，放入超聲波震蕩清洗儀中分散30min；再將上述經(jīng)超聲波震蕩的混合液倒入三口瓶中，放入恒溫水浴鍋內(nèi)，攪拌升溫至60°C，反應(yīng)Ih；再將上面反應(yīng)后制得的混合物，用真空泵抽濾，依次用蒸餾水、無水乙醇清洗沉淀3-5次，將沉淀烘干研細(xì)；后在三口瓶中加入500g蒸餾水，將上面烘干研細(xì)的沉淀加入到盛水三口瓶中，再加入丙烯酰胺8g，用NaOH調(diào)節(jié)pH值為8-8.5，在三口瓶中持續(xù)通入氮氣30min，放入恒溫水浴鍋攪拌，水浴溫度為15_20°C；最后加入0.2g過硫酸銨作引發(fā)劑、恒溫反應(yīng)3h后，抽濾，得到白色固體，干燥研細(xì)，即為本鉆井液處理劑產(chǎn)品。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果(1)該改性納米處理劑分散性、與地層配伍性良好；(2)加入納米處理劑使泥餅質(zhì)量更好，泥餅更薄，韌性好，表面光滑平整，能顯著降低濾失量；(3)加入納米處理劑后，原來成本較高的泥頁巖抑制劑有了新的改進(jìn)辦法，不在單一的采用中和泥頁巖表面負(fù)電荷的方法，結(jié)合孔隙堵塞的技術(shù)，防止泥頁巖膨脹效果更明顯，成本更低。具體實施例方式實例1抑制泥頁巖膨脹的改性納米鉆井液處理劑及其制備方法(1)實驗配方及條件該抑制泥頁巖膨脹改性納米鉆井液處理劑由納米SiO2、丙烯酰胺、硅烷偶聯(lián)劑KH-550、過硫酸銨、甲苯、蒸餾水制備而成，各原料的質(zhì)量以克為單位及部分性能為納米Si025-10g,密度2.33、比表面積150m2/g、粒徑20_40nm(粉體粒徑小于IOOnm的屬于納米顆粒)；丙烯酰胺8g，分子量71.08；硅烷偶聯(lián)劑KH-5500.Sg；過硫酸銨引發(fā)劑0.2g；甲苯300g；蒸餾水500g；氮氣氣氛30min，pH值調(diào)至88.5，水浴鍋控制溫度1520°C。(2)抑制泥頁巖膨脹改性納米處理劑的制備方法先稱取5-10g納米SiO2粉體裝入燒杯中，加入300g甲苯、0.8g硅烷偶聯(lián)劑KH-550，高速攪拌lOmin，放入超聲波震蕩清洗儀中分散30min;再將上述經(jīng)超聲波震蕩的混合液倒入三口瓶中，放入恒溫水浴鍋內(nèi)，攪拌升溫至60°C，反應(yīng)Ih；再將上面反應(yīng)后制得的混合物，用真空泵抽濾，依次用蒸餾水、無水乙醇清洗沉淀3-5次，將沉淀烘干研細(xì)；后在三口瓶中加入500g蒸餾水，將上面烘干研細(xì)的沉淀加入到盛水三口瓶中，再加入丙烯酰胺8g，用NaOH調(diào)節(jié)pH值為8-8.5，在三口瓶中持續(xù)通入氮氣30min，放入恒溫水浴鍋攪拌，水浴溫度為15-20°C;最后加入0.2g過硫酸銨作引發(fā)劑、恒溫反應(yīng)3h后，抽濾，得到白色固體，干燥研細(xì)，即為本鉆井液處理劑產(chǎn)品。實例2防止泥頁巖膨脹測試配置KCl-PAM鉆井液，室內(nèi)用高溫高壓頁巖膨脹儀對該配方的鉆井液體系對頁巖的抑制性進(jìn)行評價。稱取IOg巖屑粉，在壓片機(jī)上用4MPa壓力維持5min制得樣品片，再用所配350mL溶液浸泡，并在頁巖膨脹儀上測定浸泡過程中的線性膨脹高度。用膨脹率計算公式(1-1)計算線性膨脹率，實驗結(jié)果見表1-1。VH=Rt/HX100%(1-1)Rt-時間t時的線性膨脹量，mm；H-巖芯的原始高度，mm。表1-1不同介質(zhì)中頁巖滾動分散的結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>注I-KCl-PAM鉆井液；2-丙烯酰胺接枝聚合改性納米SiO2-KCl-PAM鉆井液；由表1-1可以看出，接枝聚合的處理劑能明顯抑制泥頁巖水化膨脹，2小時的線性膨脹率為4%，比清水和KCl-PAM鉆井液分別降低了42.8%和20%，16小時的線性膨脹率為16%，較清水和KCl-PAM鉆井液分別降低了60%和11.1%?？梢娂尤爰{米處理劑后的鉆井液能顯著降低泥頁巖水化膨脹量，也能防止因泥頁巖水化膨脹造成的井壁不穩(wěn)定。權(quán)利要求一種抑制泥頁巖膨脹的改性納米鉆井液處理劑，其特征是該鉆井液處理劑由納米SiO2、丙烯酰胺、硅烷偶聯(lián)劑KH-550、過硫酸銨、甲苯、蒸餾水構(gòu)成，各原料的質(zhì)量以克為單位及部分性能為納米SiO25-10g，密度2.33、比表面積150m2/g、粒徑20-40nm；丙烯酰胺8g，分子量71.08；硅烷偶聯(lián)劑KH-550，0.8g；過硫酸銨引發(fā)劑0.2g；甲苯300g；蒸餾水500g。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井液處理劑，其特征是該鉆井液處理劑的制備方法先稱取5-10g納米SiO2粉體裝入燒杯中，加入300g甲苯、0.8g硅烷偶聯(lián)劑KH-550，高速攪拌lOmin，放入超聲波震蕩清洗儀中分散30min；再將上述經(jīng)超聲波震蕩的混合液倒入三口瓶中，放入恒溫水浴鍋內(nèi)，攪拌升溫到60°C，反應(yīng)Ih;再將上面反應(yīng)后制得的混合物，用真空泵抽濾，依次用蒸餾水、無水乙醇清洗沉淀3-5次，將沉淀烘干研細(xì)；后在三口瓶中加入500g蒸餾水，將上面烘干研細(xì)的沉淀加入到盛水三口瓶中，再加入丙烯酰胺8g，用NaOH調(diào)節(jié)PH值為8-8.5，在三口瓶中持續(xù)通入氮氣30min，放入恒溫水浴鍋攪拌，水浴溫度為15-200C；最后加入0.2g過硫酸銨作引發(fā)劑、恒溫反應(yīng)3h后，抽濾，得到白色固體，干燥研細(xì)，即為本鉆井液處理劑產(chǎn)品。全文摘要本發(fā)明涉及一種用于石油及天然氣鉆井中的抑制泥頁巖膨脹的改性納米鉆井液處理劑。它能在井下孔道口形成致密泥餅，有效保護(hù)井壁。其技術(shù)方案是該處理劑所用原料的質(zhì)量以克為單位及部分性能為，納米SiO25-10g，密度2.33、比表面積150m2/g、粒徑20-40nm；丙烯酰胺8g、分子量71.08；硅烷偶聯(lián)劑KH-5500.8g；過硫酸銨0.2g；甲苯300g；蒸餾水500g。本發(fā)明是用硅烷偶聯(lián)劑接枝在納米SiO2上，并接枝聚合丙烯酰胺，形成長鏈的接枝納米SiO2，稱為改性納米SiO2，將該納米SiO2顆粒均勻、穩(wěn)定的分散在鉆井液中形成改性納米鉆井液。本處理劑使泥餅質(zhì)量更好，泥餅更薄，韌性好，能顯著降低濾失量，防治泥頁巖膨脹效果明顯，用于鉆井領(lǐng)域作處理劑。文檔編號C09K8/03GK101818050SQ20101013185公開日2010年9月1日申請日期2010年3月19日優(yōu)先權(quán)日2010年3月19日發(fā)明者劉道杰,杜旭東,楊志剛,王霞,趙竹軒,陳玉祥申請人:西南石油大學(xué)