一种钻井液用纳米乳液封堵剂及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于油田钻井液用助剂技术领域，具体涉及一种钻井液用纳米乳液封堵剂 及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 硬脆性泥页岩中的微米级、纳米级微裂缝容易导致井壁失稳，因此对泥页岩微裂 缝的封堵有利于保持井壁的稳定。常用的钻井液用封堵剂的颗粒尺寸（通常在微米到毫米 级范围）相对较大，对微裂缝不能实现有效的封堵，随着钻遇复杂井的频率越来越高，井壁 失稳的现象也越来越频繁，对钻井液处理剂的功能要求也日益多样，因此急需开发出一种 多功能型的纳米级封堵剂来解决当前因微米级、纳米级微裂缝导致的井壁失稳现象。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术中存在的缺陷，本发明的一个目的是提供一种钻井液用纳米乳液封 堵剂（本文简称"ZK-304"），所述纳米乳液封堵剂中分散颗粒分布在纳米级，使用方便，无 毒，无污染，易降解，成本和效益比低。
[0004] 本发明的另一个目的是提供上述钻井液用纳米乳液封堵剂的制备方法，其工艺合 理，条件温和、可控，无后处理，易于工业化。
[0005] 本发明的第三个目的是提供上述钻井液用纳米乳液封堵剂的应用。
[0006] 为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种钻井液用纳米乳液封堵剂，由至 少两种含双键的单体分散于含乳化剂、助乳化剂的水中并在弱碱环境和催化剂作用下聚合 而成，参与反应的各原料的重量份数如下：
[0009] 优选情况下，参与反应的各反应物的重量份数为：[0010]
[0007]
[0008]
toon] 本发明中，多种含双键的单体可以以任意比混合，这不影响本发明的实质。作为反 应介质的水，优选为去离子水。
[0012] 进一步，所述含双键的单体选自苯乙烯、丙烯腈、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和 醋酸乙烯所组成的组。
[0013] 进一步，所述乳化剂为十八烷基三甲基氯化铵、丁二酸二辛酯磺酸钠、4, 8-二丁基 磺酸钠、聚山梨酯和聚氧乙烯壬酚醚中的一种或多种。
[0014] 进一步，所述助乳化剂为乙二醇、单硬脂酸甘油酯和聚甘油酯中的一种或多种。
[0015] 进一步，所述催化剂为过硫酸钾、过硫酸铵或硫代硫酸钠中的一种。
[0016] 本发明提供的上述钻井液用纳米乳液封堵剂的制备方法包括以下步骤：
[0017] 按80~90wt %的水作为乳化用水加入到反应釜中；
[0018] 按配比将乳化剂加入到反应釜中，搅拌使其混合均匀；
[0019] 按配比将助乳化剂加入到反应釜中，搅拌使其混合均匀；
[0020] 按配比将含双键的单体加入到反应釜中，搅拌10分钟~30分钟，使单体分散均 匀；
[0021] 调节反应釜内反应体系pH值为7-9 ;
[0022] 将催化剂溶于剩余水中配制成水溶液，将得到的催化剂水溶液加入到反应釜中， 搅拌，同时升温至50°C~80°C，调节反应釜压力至2MPa~3MPa，在该条件下保持反应3小 时~5小时；
[0023] 反应结束后，冷却至室温，并释放反应釜压力，即得产物钻井液用纳米乳液封堵 剂。
[0024] 进一步，将催化剂加入到反应釜之前，反应釜温度保持在30°C~50°C之间，优 选在35 °C -45 °C之间。加入催化剂以后升温至50 °C~80 °C，优选情况下，反应温度为 60 °C -70 °C 〇
[0025] 进一步，将催化剂加入到反应釜之前，以200r/min的转速搅拌，加入催化剂后，转 速调至300r/min。
[0026] 本发明中，调节反应体系pH值可采用磷酸氢二钠、氢氧化钠、碳酸氢钠中的一种 或多种组成的混合物。
[0027] 本发明提供的上述钻井液用纳米乳液封堵剂在应用到钻井液用中时，以体积百分 含量为2% -3%的用量添加到钻井液中。
[0028] 本发明提供的钻井液用纳米乳液封堵剂其分散颗粒粒径分布在纳米级，分散颗粒 粒径小于500nm，颗粒在压差作用下会发生弹性变形，以适应不同形状的孔吼，对孔吼产生 良好的封堵作用，降低钻井液向地层滤失。
[0029] 此外，钻井液用纳米乳液封堵剂的颗粒呈正电性，能有效抑制粘土的水化分散，它 可在泥页岩表面吸附形成一层吸附膜，同时降低泥页岩的负电性，有效阻止泥页岩水化膨 胀及分散。本发明提供的上述纳米乳液封堵剂的制备工艺合理，条件温和、可控，无后处理， 易于工业化，成本和效益比低。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步描述。
[0031] 纳米乳液是一种多功能型材料，它通过物理和化学方法制备而成，利用纳米材料 具有的表面效应和小尺寸效应可改变钻井液胶体的性质。研宄表面，以该处理剂为主配制 的钻井液具有良好的封堵效果，同时能有效抑制粘土的水化分散。
[0032] 为达到本发明的目的，本发明选用特殊的不饱和单体作为主要反应物料，通过将 单体充分分散于乳化剂、助乳化剂形成的乳液体系中，采用特殊的工艺，如控制反应温度和 反应时间、调节反应压力、在合适的pH值和搅拌条件下，从而获得具有上述功能的纳米乳 液封堵剂。
[0033] 以下以实施例详细说明。实施例中所使用的药品和试剂均可自市场购得。本文中， v/v %表不体积百分含量。
[0034] 实施例1
[0035] 将36Kg去离子水加入到反应釜中，开启加热装置，升温至30°C ;称取2. OKg十八 烷基三甲基氯化铵加入到反应釜中，保持温度在30°C左右，开启搅拌装置，以200r/min转 速搅拌使其混合均匀；称取I. 2Kg聚甘油酯加入到反应釜中，30°C下搅拌使其混合均匀；将 20.0 Kg苯乙烯和20.0 Kg甲基丙烯酸甲酯加入到反应釜中，40°C下充分搅拌15分钟使单体 分散均匀；继续将〇.7Kg磷酸氢二钠加入到反应釜中，搅拌均匀后（pH为8)，将0.3Kg过硫 酸钾溶于4. OKg水中配制成水溶液后加入到反应釜中，以300r/min转速搅拌，同时升温至 50°C，调节反应釜压力至2. OMPa，保持反应4. 0小时；反应结束后，冷却至室温并释放反应 釜压力，即可得到产物钻井液用纳米乳液封堵剂ZK-304。经检测，产物中分散颗粒的直径为 100nm-300nm〇
[0036] 实施例2
[0037] 将27. OKg去离子水加入到反应釜中，开启加热装置，升温至40°C;称取2. OKg 丁二 酸二辛酯磺酸钠和2. OKg聚山梨酯加入到反应釜中，保持温度在40°C左右，开启搅拌装置， 以200r/min转速搅拌使其混合均匀；称取2. 5Kg单硬脂酸甘油酯加入到反应釜中，40°C下 搅拌使其混合均匀；将25. OKg丙烯腈和25. OKg甲基丙烯酸甲酯加入到反应釜中，40°C下充 分搅拌20分钟使单体分散均匀；继续将0. 5Kg氢氧化钠加入到反应釜中，搅拌均匀后（pH 为9)，将0.1 Kg过硫酸钾溶于3. OKg水中制成水溶液后加入到反应釜中，以300r/min转速 搅拌，同时升温至60°C，调节反应釜压力至2. 5MPa，保持反应5. 0小时；反应结束后，冷却至 室温并释放反应釜压力即可得到产物钻井液用纳米乳液封堵剂ZK-304。经检测，产物中分 散颗粒的直径为100nm-300nm〇
[0038] 实施例3
[0039] 将40.0 Kg去离子水加入到反应釜中，开启加热装置，升温至50°C;称取3. OKg聚氧 乙烯壬酚醚和3. OKg 4, 8-二丁基磺酸钠加入到反应釜中，保持温度在50°C左右，开启搅拌 装置，以200r/min转速搅拌使其混合均匀；称取4. OKg乙二醇加入到反应釜中，50°C下搅拌 使其混合均匀；将30.0 Kg醋酸乙烯和30.0 Kg甲基丙烯酸加入到反应釜中，50°C下充分搅拌 30分钟使单体分散均匀；继续将LOKg碳酸氢钠加入到反应釜中，搅拌均匀后（pH为7