[发明专利]适用于水基钻井液用氟碳活性剂类超双疏携屑剂的改性二氧化硅材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及油气钻井领域，具体涉及适用于水基钻井液用氟碳活性剂类超双疏携屑剂的改性二氧化硅材料及其制备方法和应用。改性二氧化硅材料的制备方法包括：在含醇和水的混合溶剂中，将二氧化硅和式(1)所示的硅烷偶联剂进行第一接触反应；将所述第一接触反应的产物与式(2)所示的化合物和式(3)所示的化合物进行第二接触反应；将所述第二接触反应的产物与式(4)所示的化合物进行第三接触反应。该改性二氧化硅材料能够在水基钻井液中作为携屑剂使用并获得优良的携屑效果。

技术领域

本发明涉及油气钻井领域，具体涉及适用于水基钻井液用氟碳活性剂类超双疏携屑剂的改性二氧化硅材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着我国常规油田的开采基本进入中后期，勘探开发的油藏条件越来越苛刻，深井、水平井等非常规复杂结构井越来越成为非常规油气田的开发方式。特殊井型对钻井液的性能提出了更高的要求，针对钻高难度井过程中常遇到的携带岩屑困难，易在井下形成岩屑床，进一步造成磨阻、扭矩的增加的问题，更有甚者形成卡钻，造成巨大钻井事故，影响钻井效率，造成巨大的成本消耗。因此，常规的水基钻井液必须具有良好的携屑性能，这又对水基钻井液的流变性提出了很高的要求。

水基钻井液以其环保、低成本的特点而被广泛使用，主要由膨润土、各种聚合物和加重材料组成。为达到较好的携屑效果，水基钻井液中通常加入大量的膨润土和聚合物，而这又会降低钻井的钻进速度并且形成较厚的滤饼，造成黏附卡钻等事故。因此，研发出高效携屑的水基钻井液体系提高钻井速度，解决深井、水平井等复杂结构井的携岩问题，显得十分必要。

目前，国内外研发的水基钻井液携屑剂多使用植物胶分子进行改性，合成具有特殊功能性的聚合物，但这些材料均耐温性能差，高温流变性能不稳定，聚合物合成工艺复杂，产品成本高，难以大规模应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有超双疏性能，能够保持水基钻井液良好流变性，进而能够提高水基钻井液的携屑性能的可作为氟碳活性剂类超双疏携屑剂在水基钻井液中使用的改性二氧化硅材料及其制备方法和应用以及水基钻井液和应用。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种改性二氧化硅材料的制备方法，该方法包括：

1)在含醇和水的混合溶剂中，将二氧化硅粒子和式(1)所示的硅烷偶联剂进行第一接触反应；

2)将所述第一接触反应的产物与式(2)所示的化合物和式(3)所示的化合物进行第二接触反应；

3)将所述第二接触反应的产物与式(4)所示的化合物进行第三接触反应；

式(4)I-R；

R¹、R²、R⁷和R⁸各自独立地选自H和C1-C6的烷基；R³-R⁵各自独立地选自C1-C6的烷基和C1-C6的烷氧基；L¹为-O-L²-或C1-C8的亚烷基，且L²为C1-C8的亚烷基；R⁶选自C4-C20的全氟烷基；R⁹选自H或C1-C6的烷基；R为C1-C6的烷基；X为卤素。

本发明第二方面提供由上述方法制得的改性二氧化硅材料。

本发明第三方面提供一种改性二氧化硅材料，所述改性二氧化硅材料的二氧化硅上连接有式(I)所示的改性基团：

其中，基团A为含有下式(II)所示结构单元的聚合物基团：