[发明专利]抗高温无荧光纳米防塌降滤失剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于钻井液领域中的纳米材料，尤其是一种用于石油或天然气钻井液领域中的抗高温无荧光纳米防塌降滤失剂及其制备方法。

背景技术

钻井过程中井壁失稳问题一直是影响钻井顺利进行的主要因素。一般来说，现场采用同时加入防塌剂和降滤失剂来解决这一问题。目前防塌剂和降滤失剂的抗高温能力普遍不高，一般不超过180℃，且降滤失剂大都是线性高分子聚合物，会在高温情况下增加钻井液的粘度。且防塌剂和降滤失剂的同时加入既增加钻井液成本，又增加了工人的劳动强度，同时使钻井液成分复杂，维护处理难度增加，因此设计合成抗高温的防塌降滤失处理剂势在必行。

纳米技术和纳米材料能为上述问题带来很好的解决方案。因为硬脆性泥页岩中发育的微米级甚至纳米级微裂缝是导致井壁失稳的重要原因。因此，强化对泥页岩微裂缝的封堵有利于降低井下掉块复杂情况的发生率。而纳米材料具有小尺寸效应，可以填充到页岩小的裂缝中，其表面能大，易成膜，具有封堵、防塌和稳定井壁的作用；纳米材料由于尺寸小，可以填充在泥饼中的纳米孔道,形成的泥饼比常规材料所形成的更致密，具有降滤失的作用；纳米材料的比热大，抗高温能力强；同时，纳米材料可以填充到钻具的微坑和损伤部位，起到极压润滑的作用。综上所述，纳米材料具有一剂多功能的效果，同时起到防塌抑制和降滤失的作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种同时兼具抗高温、防塌和降滤失功能的钻井液用无荧光纳米材料及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种抗高温无荧光纳米防塌降滤失剂的制备方法，采用至少一种非水溶性的单体和至少一种带胺基或磺酸基的水溶性单体在非氧气环境并搅拌的条件下，采用乳液聚合的方法合成，纳米防塌降滤失剂的纳米级别为10nm-5000nm，其表面含有抑制功能的胺基、或抗温能力强的磺酸根或磺酸基，且具有核壳结构。

所述乳液聚合的方法为乳液共聚的方法：把至少一种带胺基或磺酸基的水溶性单体和至少一种非水溶性单体加入到水中，在非氧气环境并搅拌的条件下，采用自由基引发剂引发反应，在20-99℃反应温度下反应0.5-8h，得到纳米防塌降滤失剂。

所述水溶性单体的总加量为溶剂质量分数的2%-40%，非水溶性单体的总加量为溶剂质量分数的3%-80%；当水溶性单体为两种或两种以上时，水溶性单体间的比例为任意比例；当非水溶性单体为两种或两种以上时，非水溶性单体间的比例为任意比例。

所述乳液聚合的方法为种子乳液聚合的方法：先将非水溶性单体置于水中，非氧气环境，在20-99℃和搅拌的条件下，利用自由基引发剂来引发反应，反应0.05-2h后合成出纳米球；然后采用合成出的纳米球为种子，同时加入至少一种带胺基或磺酸基的水溶性单体和至少一种非水溶性单体，让其在种子的外围继续生长，反应0.1-5h，得到防塌降滤失纳米处理剂。

初次加入非水溶性单体的质量分数为溶剂质量分数的3%-40%；合成种子后再次加入非水溶性单体的质量分数为溶剂的3%-40%，加入的水溶性单体的质量分数为溶剂的2%-40%；当水溶性单体为两种或两种以上时，水溶性单体间的比例为任意比例；当非水溶性单体为两种或两种以上时，非水溶性单体间的比例为任意比例。

所述带胺基或磺酸基的水溶性单体是指丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、对乙烯基苯磺酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠、对乙烯基苯磺酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钾、对乙烯基苯磺酸钾、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸铵、对乙烯基苯磺酸铵。

所述非水溶性单体是指甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、顺丁烯二酸甲酯、顺丁烯二酸乙酯、顺丁烯二酸丙酯、顺丁烯二酸丁酯、反丁烯二酸甲酯、反丁烯二酸乙酯、反丁烯二酸丙酯、反丁烯二酸丁酯、苯乙烯、对甲基苯乙烯、对甲氧基苯乙烯或对苯二烯。