钻井液用纳米聚合物封堵剂的研制

2022-11-21刘锰钰

技术与市场 2022年11期

景瑞，刘锰钰，白净，向军

(西安长庆化工集团有限公司，陕西西安 710000)

0 引言

在页岩油开采钻井过程中，井壁失稳会导致井漏、井喷、井塌、卡钻等一系列井下复杂事故，导致钻井速度降低、钻井周期延长、钻井成本上升。针对钻井液通过滤饼微漏失造成页岩井壁失稳的情况，常规封堵剂粒径太大不易浸入页岩微裂缝起到封堵效果。本文合成了2种纳米聚合物封堵剂，在一定粒径条件下，配合常规钻井液降滤失剂可达到进一步降低页岩微孔隙滤失量的目的。

1 实验部分

1.1 纳米封堵剂原理

有学者认为纳米材料的表面活性高，且表面缺陷多，表面原子容易和其他原子结合而稳定，其具有很高的化学活性。同时，纳米材料的颗粒大小为纳米级，粒子分布均匀，易进入岩层毛细管及微裂缝中，对其进行填充和补强，使裂缝全部封堵死，并使得泥页岩的渗透率无限接近于0，形成致密的封堵层，防止水进入岩层。

1.2 实验仪器及试剂

主要试剂： AM、AA、AMPS、纳米二氧化硅，上海麦克林生化科技有限公司所产，均为工业级；分散剂1、功能性单体1、功能性单体2、交联剂A、改性剂A、氢氧化钠，引发剂A、引发剂B均为分析纯；去离子水(Ⅲ级)。

BT-1600图像颗粒分析系统、78HW-1型恒温磁力搅拌器、JM1002型电子天平、GJSS-B12K型变频高速搅拌机、NP-01型常温常压膨胀量测定仪、SD-6型多联中压滤失仪、PHS-3C型精密pH计、Zetasizer Nano ZS-90 激光粒度仪、KQ2200超声波清洗器。

1.3 钻井液用纳米聚合物封堵剂的合成

1.3.1 纳米二氧化硅改性

将一定量纳米二氧化硅与分散剂1混合，加入一定比例改性剂A，放入超声波清洗机中超声30 min，取出静置后将分散处理后的上层分散均匀的纳米悬浮液倒出，最后把烧杯底部的沉淀一并放入烘箱中，烘干即为改性纳米二氧化硅。

1.3.2 合成方法

粉剂纳米封堵剂合成：称取一定量的改性纳米二氧化硅、AM、功能性单体1、去离子水加入烧杯中。所有单体加入完毕，放入超声波清洗机内至纳米二氧化硅完全分散。随后将烧杯移入50℃恒温水浴并持续搅拌，待溶液升温至50℃，加入引发剂A，恒温搅拌反应3～4 h。反应结束后，造粒、烘干得到产物。

乳液纳米封堵剂合成：称取一定量的AMPS、AA，改性纳米二氧化硅、去离子水加入烧杯中，用氢氧化钠调节pH作为A剂。称取一定量交联剂A、去离子水、功能性单体2混合作为B剂。将A剂加入B剂升温至55℃并搅拌均匀，待溶液温度升至55℃加入引发剂B，恒温反应3.5h，即可。

1.4 基浆的配制

在400 mL蒸馏水中，加入0.175%碳酸钠、4%钻井液用配浆土在11 000 r/min下搅拌20 min，密闭养护24 h。配方如下：

基浆：0.175%碳酸钠+4%钻井液用配浆土。

2 结果与讨论

2.1 微观形态分析

采用BT-1600图像颗粒分析系统对两种产物进行微观形态分析(400倍)。

配置溶液：0.5%粉剂封堵剂+99.5%去离子水、0.5%乳液封堵剂+99.5%去离子水。

由图1、图2可知，在400倍显微镜下粉剂封堵剂尺寸较为均匀、乳液封堵剂尺寸有差异，形状均为球状形态。

图1 粉剂纳米聚合物封堵剂微观形态

图2 乳液纳米聚合物封堵剂微观形态

2.2 粒径分析

采用激光粒度仪对2种反应产物进行粒径分析。

配置溶液：0.5%粉剂封堵剂+99.5%去离子水；0.5%乳液封堵剂+99.5%去离子水。

由图3可知，粉剂封堵剂粒径分布较为集中，曲线呈尖峰型抛物线，分布在100～600 nm。由图4可知乳液封堵剂粒径分析较为均匀，曲线为2种圆弧型抛物线，分布在20～800 nm。结合微观形态分析，粉剂封堵剂粒径分布较为集中，适用于地层孔隙度差异度不大的地层；乳液封堵剂粒径分布较为均匀，适用于地层孔隙度差异较大的地层。