[发明专利]一种钻井液用温度敏感型智能纳米粒子及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种石油钻井过程中钻井液用温度敏感型智能纳米粒子及其制备方法，用于钻井液施工中，属于石油钻探领域。

技术背景：

20世纪90年代前，国内外对非常规天然气资源的关注重点在煤层气与致密砂岩气。近几年，在水平井钻井、连续油管射孔和水力压裂等技术进步的推动下，美国和加拿大等国率先对页岩气进行商业性开发，获得了巨大的成功。据估计全球最终页岩气资源量超过1000×10¹²m³。在北美地区页岩气产量的增长速度惊人，2011年美国页岩气产量已经占其天然气产量的15％，且页岩气藏的勘探开发正由北美向全球迅速扩展，有可能成为全球油气勘探开发的新亮点。

我国页岩气资源预测技术可采储量达10.3×10¹²～47×10¹²m³，具有良好的勘探开发前景，当前我国页岩气资源勘探开发备受重视，针对页岩气的成藏特征，页岩气开发以大位移井、丛式水平井布井为主。由于页岩地层发育微裂隙、水敏性强，长水平段钻井中易发生严重的井壁稳定问题，严重制约了页岩气勘探开发进程。暗色富有机质页岩性脆、质硬，层理、微裂缝十分发育，呈三维网络状分布。钻遇裂缝性页岩地层后，在井底压差、毛细管力、化学势差等驱动力作用下，钻井液滤液优先沿着微裂缝或层理面侵入页岩内部，造成近井壁地层孔隙压力增加，削弱了钻井液液柱压力对井壁的有效力学支撑；钻井液滤液侵入改变了地层原有的物理化学平衡，发生水化作用，同时，钻井液滤液的“楔入”作用促使微裂缝的开裂、扩展、分叉、再扩展，直至相互贯通，最终发生宏观破坏。因此，维持井壁稳定的关键是加强对微孔、微裂隙的封堵，减少滤液侵入及压力传递效应。

据统计分析，我国页岩气储层孔隙尺寸多处于微纳米尺度，孔径主体分布范围为5-200nm。沥青类、乳化石蜡类、聚合醇类等常规钻井液封堵剂粒径偏大难以在页岩表面形成有效的泥饼阻止液相侵入，只有纳米级颗粒才能封堵页岩的孔喉，阻止液相侵入地层，维护井壁稳定，保护储层。

近20年来，纳米材料的研究在许多领域得到了很大发展，纳米光学材料、纳米半导体、纳米生物医用材料、纳米增强材料、纳米改性表面等基础理论和应用技术研究已经具有很高水平。纳米材料的多功能化及高性能化成为材料领域研究的热点，研究最多、最广泛的是通过将具有环境刺激(温度、pH值、电解质浓度、磁场强度、电场强度等)响应行为的智能高分子与纳米粒子结合，实现纳米粒子的智能化。

本文提出将温敏型智能高分子通过表面化学修饰的方法，修饰到纳米粒子表面，制备在水基钻井液中长期稳定分散，并且兼具物理封堵和化学抑制双重功能的智能纳米粒子，还可通过亲/疏水单体的引入来调控温敏型智能高分子的相转变温度，得到在不同温度下发生亲/疏水转变的智能纳米粒子来适应不同温度的地层。本研究将为页岩地层高性能水基钻井液的研发，页岩地层井壁稳定和储层保护，提供新的思路和方法。

发明内容：

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种钻井液用温度敏感型智能纳米粒子及其制备方法。可以提高钻井液阻缓压力传递的能力，还可以大幅度提高钻井液改善泥岩半透膜性质的能力，利于保持页岩井壁稳定，降低钻井成本。

本发明的目的之一是提供一种钻井液用温度敏感型智能纳米粒子。

本发明的目的之二是提供一种钻井液用温度敏感型智能纳米粒子的制备方法。

本发明技术方案如下：

一种钻井液用温度敏感型智能纳米粒子的制备方法，包括步骤如下：

(1)纳米SiO₂粉体的表面改性

将纳米SiO₂粉体在真空干燥箱内120℃干燥24h，称取一定量的SiO₂分散于无水乙醇，一定功率下超声分散0.5-1h，另取适量偶联剂溶于无水乙醇中，将两者混合，继续超声处理1-2h后转入四口烧瓶中，N₂气氛、均匀搅拌及85℃下超声振荡条件下反应2-4h，反应完毕后将产物离心，用无水乙醇洗涤数次，置于60℃真空干燥箱中烘干备用。

(2)温度敏感型智能纳米粒子的制备

将温度敏感型单体、亲水型单体、助溶剂加入装有水的反应釜中，加入适量的表面改性纳米SiO₂，高速搅拌形成稳定分散体系，水浴加热密闭反应釜，加入引发剂引发聚合反应，所述引发剂加量为单体总质量的0.2-0.8％；控制反应时间2-4小时，反应结束后将产物离心，用无水乙醇洗涤数次，置于60℃真空干燥箱中烘干。