一种膨胀型堵漏材料的制备及其应用的制作方法

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1.本发明属于石油化工领域。特别涉及石油工业中油基钻井液用于堵漏材料的制备。


背景技术：

2.目前，深层页岩地层的钻进大多采用油基钻井液，但油基钻井液在钻井过程中易造成井漏问题，井漏的出现大大延误了钻井作业时间，延长钻井周期，成为钻井工作中的一个巨大挑战。关于油基钻井液堵漏材料相对较少，现有的堵漏材料存在与油基钻井液不配伍的现象，导致堵漏失败，从而引发更为严重的钻井液漏失问题，使得钻井成本和钻井周期大大增加。
3.因此，有必要研发一种适用于油基钻井液的新型堵漏材料，从而实现对深层页岩漏失地层的有效封堵，节省钻井成本。


技术实现要素：

4.鉴于上述存在问题，本发明的目的在于提供一种油基钻井液用膨胀型堵漏材料的制备方法与应用，其具有优异的高温膨胀性，稳定性和抗污染性，对高温漏失地层具有十分优异的封堵效果。
5.为达到上述目的，本发明第一方面提供了一种膨胀型堵漏材料，其中，所述膨胀型堵漏剂其具有遇高温体积可发生显著膨胀的特性，膨胀后该材料具有优异的回弹性、韧性、自润滑、耐磨性等优异特性，且其表面具有十分丰富的微孔结构，具有优异的亲油性；所述膨胀型堵漏剂通过天然鳞片石墨、混合单体、辅助插层剂、氧化剂反应制得。
6.优选地，所述膨胀型堵漏剂按照以下质量比制备：天然鳞片石墨、混合单体、辅助插层剂、氧化剂质量比为：(1
‑
2)：(2
‑
7.5)：(1
‑
4)：(0.03
‑
0.1)，
7.所述的混合单体由由hclo4和hio4按照质量比为(3
‑
4)：(1
‑
2)混合而成。本发明第二方面提供了混合单体，其中，hio4的制备方法包括以下步骤：
8.(1)将h5io6放入真空旋转蒸发仪中，设置一定的反应温度，并打开真空泵装置；
9.(2)待温度升至目标温度，开始计时，待反应一段时间，所得到的物质即为hio4；
10.(3)将所制得的hio4配置成一定浓度的溶液，密封保存。
11.优选地，所述反应温度为68
‑
75℃，反应时间为60
‑
70min，溶液浓度为75％
‑
80％。
12.本发明第二方面提供了一种膨胀型堵漏材料的制备方法包括以下步骤：
13.(1)将辅助插层剂与混合单体在冰浴环境下进行充分混合搅拌一段时间，得到混合液l1；
14.(2)将氧化剂加入到l1溶液中，并将混合液转至水浴反应装置中，恒温混合一段时间，得到混合液l2；
15.(3)在混合液l2的体系中加入一定质量的天然鳞片石墨，恒温搅拌反应一段时间，得到混合体系l3；
16.(4)将l3混合体系水洗离心至中性，室温下阴干，得到第一反应产物p1；
17.(5)将一次水洗的废液收集，补充一定质量的混合单体和辅助插层剂，得到混合体系l4；
18.(6)将产物p1在混合体系l4中进行二次反应一定时间，得混合体系l5；
19.(7)将l5混合体系水洗离心至中性，烘干，得到最终产物p2，即所述膨胀型堵漏材料。
20.优选地，所述反应条件为：反应温度为30
‑
35℃，反应时间为65
‑
75min，
21.所述氧化剂的加入需分多次加入，加入次数为2
‑
4次；
22.所述烘干温度优选为40
‑
50℃；
23.所述二次反应加入混合单体与辅助插层剂的质量比为：3：(0.5
‑
1)。
24.本发明第四方面提供了一种油基钻井液堵漏体系，其特征在于：以白油的质量为基准，所述油基钻井液堵漏体系包括如下组分：白油 20
‑
30％自来水 2％
‑
4％主乳化剂 1％
‑
2％辅助乳化剂 2
‑
4％润湿剂 4
‑
6％有机土 1.5
‑
3％降滤失剂 58
‑
63％重晶石 1.2
‑
2％xnzd
‑
1 1.2
‑
2％xnzd
‑
2 1.2
‑
2％xnzd
‑
3 1.5
‑
3％微细复合堵漏剂 0.8
‑
1.5％膨胀型堵漏剂。
25.在本发明中，使用油基钻井液其基液为油，可有效的防止硬脆性页岩地层的水化作用而产生的水化应力，对于具有高温的深层地层环境，油基钻井液其也能表现出良好的抗高温性能，满足钻井需求。本发明的油基钻井液体系通过控制钻井液中各组份及组分含量，使得各个组分之间得以相互作用，因而所制备的钻井液在钻井过程中能够发挥出最佳的功效，进而使所制得的钻井液能够对微纳米裂缝有效封堵，防止井壁坍塌掉块失稳，保持井壁稳定，应用效果好。
具体实施方式：
26.在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
27.制备例1：
28.hio4的制备
29.(1)将h5io6放入真空旋转蒸发仪中，设置一定的反应温度，并打开真空泵装置；
30.(2)待温度升至目标温度，开始计时，待反应一段时间，所得到的物质即为hio4；
31.(3)将所制得的hio4配置成一定浓度的溶液，密封保存。
32.制备例2：
33.膨胀型堵漏剂的制备
34.(1)将辅助插层剂与混合单体在冰浴环境下进行充分混合搅拌一段时间，得到混合液l1；
35.(2)将氧化剂加入到l1溶液中，并将混合液转至水浴反应装置中，恒温混合一段时间，得到混合液l2；
36.(3)在混合液l2的体系中加入一定质量的天然鳞片石墨，恒温搅拌反应一段时间，
得到混合体系l3；
37.(4)将l3混合体系水洗离心至中性，室温下阴干，得到第一反应产物p1；
38.(5)将一次水洗的废液收集，补充一定质量的混合单体和辅助插层剂，得到混合体系l4；
39.(6)将产物p1在混合体系l4中进行二次反应一定时间，得混合体系l5；
40.(7)将l5混合体系水洗离心至中性，烘干，得到最终产物p2，即所述膨胀型堵漏材料。
41.实施例1：
42.按照与制备例1的方法制备hio4，其中，反应温度为70℃，反应时间为65min，hio4的浓度为80％。
43.按照与制备例2的方法制备膨胀型堵漏剂，其中，天然鳞片石墨、混合单体、辅助插层剂、氧化剂质量比为：1：6.5：2：0.05，所述的混合单体由hclo4和hio4按照质量比为3：1混合而成。
44.其中，反应温度为35℃，反应时间为72min；步骤(6)中，二次反应加入混合单体与辅助插层剂的质量比为3：1。
45.制得的膨胀型堵漏剂e1。
46.实施例2
47.采用与实施例1相同的方法制备膨胀型堵漏剂，不同的是：天然鳞片石墨、混合单体、辅助插层剂、氧化剂质量比为：0.8：1：0.5：0.01，制得的膨胀型堵漏剂e2。
48.实施例3：
49.采用与实施例1相同的方法制备膨胀型堵漏剂，不同的是：天然鳞片石墨、混合单体、辅助插层剂、氧化剂质量比为：4：10：6：0.5，制得的膨胀型堵漏剂e3。
50.实施例4：
51.采用与实施例1相同的方法制备膨胀型堵漏剂，不同的是：混合单体由hclo4和hio4按照质量比为：1：0.3混合而成，制得的膨胀型堵漏剂e4。
52.实施例5：
53.采用与实施例1相同的方法制备膨胀型堵漏剂，不同的是：混合单体由hclo4和hio4按照质量比为：6：4混合而成，制得的膨胀型堵漏剂e5。
54.实施例6：
55.采用与实施例1相同的方法制备膨胀型堵漏剂，不同的是：二次反应加入的混合单体与辅助氧化剂的质量比为：3：0.5混合而成，制得的膨胀型堵漏剂e6。
56.实施例7：
57.取白油100g，以白油的质量为基准，加入25％自来水高速搅拌15min，再一次加入3％主乳化剂、1％辅助乳化剂、3％润湿剂、6％有机土、2％降滤失剂、62％重晶石、1.6％xnzd
‑
1、1.6％xnzd
‑
2、1.6xnzd
‑
3、2.5％微细复合堵漏剂、1％实施例1膨胀型堵漏剂e1,整个混合体系在高速搅拌下搅拌60
‑
80min，制得一种油基钻井液堵漏体系f1。
58.实施例8：
59.按照与实施例7相同的方法配制钻井液，不同之处在于：加入1％实施例2膨胀型堵漏剂e2，制得一种油基钻井液堵漏体系f2。
60.实施例9：
61.按照与实施例7相同的方法配制钻井液，不同之处在于：加入1％实施例3膨胀型堵漏剂e3，制得一种油基钻井液堵漏体系f3。
62.实施例10：
63.按照与实施例7相同的方法配制钻井液，不同之处在于：加入1％实施例4膨胀型堵漏剂e4，制得一种油基钻井液堵漏体系f4。
64.实施例11：
65.按照与实施例7相同的方法配制钻井液，不同之处在于：加入1％实施例5膨胀型堵漏剂e5，制得一种油基钻井液堵漏体系f5。
66.实施例12：
67.按照与实施例7相同的方法配制钻井液，不同之处在于：加入1％实施例6膨胀型堵漏剂e6，制得一种油基钻井液堵漏体系f6。
68.对比例1：
69.按照与实施例1相同的方法制备膨胀型堵漏剂，不同之处在于：混合单体由hclo4和hno3混合而成，所制得的膨胀型堵漏剂z1，按照与实施例7相同的方法配制钻井液，制得一种油基钻井液堵漏体系d1。
70.对比例2：
71.按照与实施例1相同的方法制备膨胀型堵漏剂，不同之处在于：混合单体由hclo4和h2so4混合而成，所制得的膨胀型堵漏剂z2，按照与实施例7相同的方法配制钻井液，制得一种油基钻井液堵漏体系d2。
72.对比例3：
73.按照与实施例1相同的方法制备膨胀型堵漏剂，不同之处在于：不进行二次反应，所制得的膨胀型堵漏剂z3，按照与实施例7相同的方法配制钻井液，制得一种油基钻井液堵漏体系d3。
74.对比例4：
75.按照与实施例1不同方法制备得膨胀型堵漏剂z4，按照与实施例7相同的方法配制钻井液，制得一种油基钻井液堵漏体系d4。
76.对比例5：
77.按照与实施例7相同的方法配制钻井液，不同之处在于：加入3％实施例1膨胀型堵漏剂e1，制得一种油基钻井液堵漏体系d5。
78.对比例6：
79.按照与实施例7相同的方法配制钻井液，不同之处在于：加入1％石棉粉，制得一种油基钻井液堵漏体系d6。
80.对比例7：
81.按照与实施例7相同的方法配制钻井液，不同之处在于：加入1％蛭石粉，制得一种油基钻井液堵漏体系d7。
82.对比例8：
83.按照与实施例7相同的方法配制钻井液，不同之处在于：加入1％硅粉，制得一种油基钻井液堵漏体系d8。
84.对比例9：
85.按照与实施例1的方法制备钻井液，不同之处在于：不加膨胀型堵漏剂，所制得的钻井液d9。
86.对以上实施例进行如下的性能和实验测试，其结果如下表1，表2和表3。
87.1、堵漏材料性能评价方法
88.(1)堵漏材料的亲油性测试
89.称取封堵样品300mg，用傅里叶红外压片机将其制作成封堵剂薄片，将一滴白油滴加在封堵剂薄片上，利用接触角sdc
‑
350仪测定白油在封堵材料表面的接触角，接着将白油换成蒸馏水测试，并观察白油在该薄片上的铺展程度记录样品的状态，测试结果如表1所示。
90.(2)堵漏材料高温膨胀性能测试
91.精确称取0.2g堵漏材料放入坩埚中，并记录其未膨胀体积，在高温下20min中取出记录其膨胀体积，其测试结果如表2所示。
92.2、堵漏材料对钻井液性能影响测试
93.将实施例7
‑
12和对比例1
‑
9中所得的油基钻井液逐一放入六速粘度测量仪，利用1103旋转粘度测试仪测量分析钻井液的流变性，并对其密度和破乳电压进行测定，结果见表3。
94.3、堵漏材料封堵性能测试
95.以微裂缝封堵评价装置为基础，对堵漏剂进行封堵性能评价，实验的条件为190℃、30min、3.5mpa，测试结果如表4所示。
96.表1实施例封堵材料性能评价
97.实验与白油接触角/
°
与蒸馏水接触角/
°
分散程度e1完全铺展116无团聚e2完全铺展120无团聚e3完全铺展133无团聚e4完全铺展125无团聚e5完全铺开100无团聚e6完全铺开108无团聚z1完全铺开103部分沉淀z2完全铺开100部分沉淀z3部分铺开85沉淀z4部分铺开83沉淀
98.表2膨胀型堵漏剂自高温下的膨胀体积
[0099][0100]
表3堵漏材料的加入对油基钻井液的流变性的影响
[0101]
堵漏剂ρg/cm3avmpa.spvmpa.syppayp/pvpa/(mpa.s)esvf11.616339150.385522f21.616043160.372520f31.616347160.363511f41.615942150.357509f51.616140150.375513f61.616648170.354500d11.616849170.347468d21.616846150.326463d31.616542130.31461d41.617349140.286447d51.616045150.333478d61.657752170.327466d71.647450160.32463d81.647651170.333478d91.615039100.256450
[0102]
表4钻井液堵漏剂封堵效果评价
[0103][0104]
由表1可知，按照本发明专利的制备方法制备的膨胀型堵漏剂均具有很好的亲油性，并且具有很好的稳定性，而其他以其他材料、其他制备方法以及其他的堵漏剂其亲油性能均不如本产品，稳定性也不如本产品的稳定性能。
[0105]
由表2可知，膨胀型堵漏剂其0.2g的体积为0.5ml，当温度达到160℃时，由本专利发明的方法制备的膨胀型堵漏剂的膨胀倍率为6ml/g，当温度升至180℃时，其膨胀型堵漏剂的膨胀倍率为35ml/g，其膨胀后的体积为原体积的15倍，当温度升至220℃时，其膨胀型堵漏剂的膨胀倍率为87.5g/ml，其膨胀后的体积为原体积的36倍。由此可见该膨胀型堵漏材料具有很好的膨胀性能。而对比例所制备的堵漏剂，其膨胀性差，温度达190℃时，依然不具有膨胀体积，除z1外，其余的堵漏剂在220℃时依旧达不到其膨胀温度。
[0106]
由表3可以看出，膨胀性堵漏材料对于油基钻井液的流变性能影响不大，堵漏剂的加入还提高了油基钻井液的电稳定性，说明由本发明专利制备的堵漏剂与油基钻井液的配伍性能好，而反观对比例，其加入得堵漏剂对油基钻井液的流变性影响相对来说较大，虽对钻井液的电稳定性有所提高，但整体与油基钻井液的配伍性较差。
[0107]
由表4可知，较对比例d9空白样，f1
‑
f6以及d5实验浆均对微裂缝在0.1
‑
30min内产生了不同程度的封堵，且高温高压滤失量增速随着时间的怎该逐渐降低，其中f1实验浆在整个封堵过程中形成了很强的胶结层，对微裂缝实现了瞬时封堵，表明其与油基钻井液复配及其配伍性十分好。而对于对比例d1
‑
d4和d6
‑
d8其在开始的0.1
‑
5min内并未对微裂缝产生一定的封堵效果，而在10
‑
30min内，其产生了一定的失水造壁作用，对微裂缝产生了一定的封堵性能，但对比f1
‑
f6其对微裂缝的封堵作用较小，表明由本专利发明的膨胀型堵漏剂能很好的满足高温页岩地层的钻井液堵漏需求。
[0108]
以上详细的描述了本地的发明的优选实施方式，但本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行简单变换和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。