[发明专利]适用于油基钻井液用携屑剂的二氧化硅的超双疏Janus粒子及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及油气钻井领域，具体涉及适用于油基钻井液用携屑剂的二氧化硅的超双疏Janus粒子及其制备方法和应用。该Janus粒子为表面具有不对称改性的二氧化硅纳米粒子，其中，所述Janus粒子的部分表面修饰有式(1)所示的硅烷提供的第一改性基团，以及所述Janus粒子的至少部分剩余表面修饰有式(2)所示的硅烷提供的第二改性基团。本发明结合了Janus粒子结构与性能不对称的特殊性，实现了在乳化油基钻井液中“起泡、稳泡”的作用。而以超双疏Janus粒子携屑剂为核心处理剂形成高效携屑的油基钻井液体系，提高复杂井钻井速度和井眼净化效率，进一步促进非常规油气藏的不断勘探开发。

技术领域

本发明涉及油气钻井领域，具体涉及适用于油基钻井液用携屑剂的二氧化硅的超双疏Janus粒子及其制备方法和应用。

背景技术

随着我国勘探开发越来越向更深地层开发的前提下，对钻井技术提出了更高的要求，更对钻井液的性能提出严苛的要求。在大位移井和复杂井的钻井过程中，水湿性岩屑难以随着油基钻井液运移导致“岩屑床”的形成，特别在弱凝胶强度的无土相油基钻井液中更易造成严重的安全隐患，常规的“优化钻井液流变参数、增加泥浆泵排量、活动钻具”等方法难以解决上述问题，因此需要研发出具有高效携屑效果的油基钻井液体系来提高钻井速度。

目前，国内外研发的油基钻井液携屑剂主要是一些通过改变油基钻井液的流变性能的流型调节剂，常规的流型调节剂主要有有机土和聚合物两大类，有机土是通过有机改性剂改性膨润土由此获得的具备携屑性能的携屑剂，但是此类携屑剂改性剂用量大，成本高；聚合物类主要是通过改善钻井液的流变性能，提高其增粘提切的效果达到携屑提速的效果，但是此类携屑剂存在溶解性能要求苛刻，油溶性聚合物生产工艺复杂等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够在不影响油基钻井液本身流变性能的基础上提高钻井液的起泡效果、稳泡效果及携屑效率的适用于油基钻井液用携屑剂的二氧化硅的超双疏Janus粒子及其制备方法和应用。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种二氧化硅的Janus粒子，该Janus粒子为表面具有不对称改性的二氧化硅纳米粒子，其中，所述Janus粒子的部分表面修饰有式(1)所示的硅烷提供的第一改性基团，以及所述Janus粒子的至少部分剩余表面修饰有式(2)所示的硅烷提供的第二改性基团；

式(1)式(2)

其中，R¹-R⁶各自独立地选自C1-C6的烷基和C1-C6的烷氧基；L¹选自C1-C8的亚烷基；R⁷选自C6-C20的烷基。

本发明第二方面提供一种二氧化硅的Janus粒子的制备方法，该方法包括：

(1)将二氧化硅纳米粒子的部分表面进行保护；

(2)在第一溶剂中，将保护后的二氧化硅纳米粒子与式(1)所示的硅烷进行第一接触反应，而后除去溶剂得到部分表面修饰有式(1)所示的硅烷提供的第一改性基团的二氧化硅纳米粒子；所述第一溶剂为含醇和水的混合溶剂；

(3)暴露被保护的二氧化硅纳米粒子的剩余表面；

(4)在第二溶剂中，将剩余表面暴露的二氧化硅纳米粒子与式(2)所示的硅烷进行第二接触反应以在二氧化硅纳米粒子的至少部分剩余表面修饰上式(2)所示的硅烷提供的第二改性基团；所述第二溶剂为含醇和水的混合溶剂；

式(1)式(2)

其中，R¹-R⁶各自独立地选自C1-C6的烷基和C1-C6的烷氧基；L¹选自C1-C8的亚烷基；R⁷选自C6-C20的烷基。

本发明第三方面提供由上述方法制得的二氧化硅的Janus粒子。