一種水基鉆井液用頁巖微納米顆粒封堵劑的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種水基鉆井液用頁巖微納米顆粒封堵劑的制備方法，屬于油田化學 鉆井液處理劑技術領域。 技術背景
[0002] 我國頁巖氣資源預測技術可采儲量達10. 3X1012~47X10 12m3,具有良好的勘探 開發前景，一旦成功地規模化勘探開發，能夠有效緩解我國油氣供需矛盾，頁巖氣勘探和開 發已成為"十二五"國家重大戰略。現階段，水平鉆井技術是頁巖氣開發的核心技術之一， 廣泛應用于頁巖氣開發鉆井。為了后期水力壓裂增產，水平井段多分布在天然裂縫發育地 層，且沿最小水平主應力方向鉆進。在鉆井過程中，鉆井液濾液極易侵入頁巖內部，可導致 嚴重的井壁失穩問題。因此，井壁穩定問題成為水平井開發頁巖氣資源的關鍵技術難題之 〇
[0003] 研宄表明，裂縫性頁巖的井壁失穩與其自身的微觀孔隙結構特征具有密切關系， 其中頁巖微裂縫、層理發育是導致井壁失穩的內在主要因素，加強鉆井液的封堵、固結井壁 能力，快速、有效地封堵裂縫性頁巖納米微孔及微裂縫，阻緩壓力傳遞與濾液侵入，是鉆井 液井壁防塌的關鍵。據統計分析，我國頁巖氣儲層孔隙尺寸多處于微納米尺度，孔徑主體分 布范圍為5~200nm。而針對頁巖的極小孔喉尺寸和極低滲透率，瀝青類、乳化石蠟類、聚合 醇類等常規鉆井液封堵劑粒徑偏大，無法進入頁巖內部實現良好的封堵效果。
[0004]同時，油基鉆井液是目前頁巖氣水平井鉆井的首選，但由于其配置成本與環保問 題，其應用范圍受到極大的限制。近年來興起的高性能水基鉆井液體系有望成為油基鉆井 液的理想替代品，而常規水基鉆井液用封堵劑無法滿足頁巖氣地層的特殊封堵需求。因此， 亟需研制水基鉆井液用頁巖微納米顆粒封堵劑，通過剛性納米顆粒的吸附、架橋與可變形 顆粒的填充作用，在頁巖井壁形成致密封堵層，阻緩壓力傳遞與濾液侵入，達到穩定井壁的 目的。
【發明內容】
[0005] 針對現有技術的不足，本發明提供一種適合于裂縫性頁巖地層的水基鉆井液用微 納米顆粒封堵劑的制備方法，制得的封堵劑特別適合于頁巖氣儲層的水基鉆井液用，具有 高效封堵、可變形封堵頁巖納米孔隙與微裂縫的特點。
[0006] 本發明技術方案如下：
[0007] 一種水基鉆井液用頁巖微納米顆粒封堵劑的制備方法，包括步驟如下：
[0008] 將丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯單體、乙烯基單體、助溶劑加入裝有水的反應釜中，高 速攪拌形成穩定分散體系，所述水、助溶劑、丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯單體、乙烯基單體的 質量比為150~300 :80~200 :10~30 :5~20 ;水浴加熱密閉反應釜，加入引發劑引發聚 合反應，所述引發劑加量為單體總質量的0. 2-0. 8% ;控制反應時間2~4小時，反應結束， 自然冷卻即得水基鉆井液用頁巖微納米顆粒封堵劑。
[0009] 所述得微納米顆粒封堵劑粒度分布為D10彡100nm、D50彡165nm、D90彡260nm。 [0010] 所述丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯單體為丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、甲 基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯中的任意一種或幾種。
[0011] 所述乙烯基單體為氯乙稀、苯乙稀、乙酸乙稀醋、對乙烯基苯磺酸鈉中的任意一種 或幾種。
[0012] 所述助溶劑為甲醇、乙醇、丙酮、丙三醇、異丙醇中的任意一種或幾種。
[0013] 所述引發劑為過硫酸鉀、偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈、異丙苯過氧化氫、過氧化 苯甲酰中的任意一種或幾種。
[0014] 所述的水優選為蒸餾水。
[0015] 根據本發明所述的水基鉆井液用頁巖微納米顆粒封堵劑制備方法，優選水浴加熱 溫度為70~100°C。進一步優選，水浴加熱溫度為70~90°C。
[0016] 根據本發明所述的水基鉆井液用頁巖微納米顆粒封堵劑制備方法，優選反應時間 為2. 5~3. 5小時
[0017] 根據本發明所述的水基鉆井液用頁巖微納米顆粒封堵劑制備方法，優選高速攪拌 速度為1000~3000r/min。進一步優選高速攪拌速度為1200~2000r/min。
[0018] 本發明所述的水基鉆井液用頁巖微納米顆粒封堵劑制備方法，進一步優選水、助 溶劑、丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯單體、乙烯基單體的質量比為200~300 :80~150 :15~ 20 :5~15。所述引發劑為單體總質量的0. 3-0. 6%。
[0019] 本發明所述的水基鉆井液用頁巖微納米顆粒封堵劑在應用時直接加入鉆井液基 漿中即可。封堵劑用量為鉆井液基漿重量的2%wt.。
[0020] 本發明采用無皂乳液聚合方法，制備得到的頁巖微納米封堵劑，其膠乳粒子具有 良好的單分散性與耐水性，且表面潔凈；另外，更重要的是本發明方法避免使用乳化劑（表 面活性劑），所制備的頁巖微納米封堵劑（膠乳）加入到水基鉆井液之中，避免水基鉆井液 的起泡問題，因此，本發明所得的頁巖微納米封堵劑特別適用于水基鉆井液，也可用于油基 鉆井液。而傳統技術常規乳液聚合方法制備得到的頁巖微納米封堵劑在水基鉆井液中存在 易起起泡的問題，僅適用于油基鉆井液。
[0021] 按照本發明的制備方法得到的水基鉆井液用頁巖微納米顆粒封堵劑具有良好的 單分散性，平均粒徑分布在160nm左右，穩定性強，能夠均勻分散在淡水、淡水加重、鹽水鉆 井液中，可變形封堵頁巖納米孔隙與微裂縫，起到阻緩壓力傳遞與濾液侵入的作用，增強頁 巖井壁穩定性。此外，所述的鉆井液用頁巖微納米顆粒封堵劑對鉆井液流變性能影響不大， 且有利于降低鉆井液濾失量。作用機理如下：頁巖微納米顆粒封堵劑為一種微納米尺度 的可變形聚合物顆粒，能夠進入頁巖納米孔隙與微裂縫中，通過吸附、架橋與可變形填充作 用，不斷沉降、填充、壓實，在頁巖內部形成連續的致密封堵層，起到阻緩壓力傳遞與濾液侵 入的作用，增強頁巖井壁穩定性。
[0022] 本發明與現有技術相比具有如下優點：
[0023] 1、本發明提供的水基頁巖微納米封堵劑制備方法，是在密閉加熱條件下丙烯酸酯 或甲基丙烯酸酯單體、乙烯基單體的無皂乳液聚合反應，該制備方法操作簡便，工藝簡單；
[0024] 2、本發明提供的水基頁巖微納米顆粒封堵劑為一種微納米尺度的可變形聚合物 膠