[发明专利]一种纳米有机硅成膜疏水页岩表面水化抑制剂及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种纳米有机硅成膜疏水页岩表面水化抑制剂及其制备方法与应用，所述抑制剂是通过使用长链有机硅和表面活性剂对纳米颗粒进行疏水改性得到的。上述疏水页岩表面水化抑制剂的制备方法，包括步骤：搅拌条件下，将纳米颗粒加入溶剂中，之后进行超声分散；待超声结束后，调节体系的pH至9‑11，得到混合液A；将有机硅溶液滴加至混合液A中，搅拌进行反应，得到混合液B；将表面活性剂加入混合液B中，搅拌进行反应；反应完成后除去部分溶剂，即得。本发明的抑制剂使用有机硅和表面活性剂双重疏水改性，疏水效果优异，从而具有优异抑制性能、减缓岩石抗压强度性能以及抗温性能。

技术领域

本发明涉及一种纳米有机硅成膜疏水页岩表面水化抑制剂及其制备方法与应用，属于石油工业的油田化学领域。

背景技术

油气钻井钻遇地层75％属于泥页岩地层，并且90％的井壁不稳定复杂情况发生在泥页岩地层，特别是硬脆性泥页岩地层。泥页岩是由粘土与非粘土矿物组成的不均质体，粘土矿物是泥页岩的主要成分。钻井液滤液侵入地层后，由于粘土矿物对流体敏感性强，泥页岩易水化膨胀，使泥页岩强度减弱，导致井壁失稳，井壁失稳会导致钻井速度慢、建井周期长，增加钻井成本和井下复杂事故、影响固井质量，严重时甚至导致井眼报废。因此，泥页岩地层井壁稳定性对于安全高效钻井十分重要。

泥页岩水化膨胀分为表面水化和渗透水化二个阶段，表面水化是泥页岩水化的第一阶段，包括粘土表面通过氢键直接吸附水分子和所吸附的可交换性阳离子间接吸附水分子，表面水化是短距离范围内的粘土与水的相互作用，驱动力是页岩表面自由能，表面吸附的水分子厚度大约为4个水分子，膨胀量小，膨胀压极大；渗透水化是黏土水化的第二阶段，在表面水化后发生，只有在黏土矿物的阳离子交换能力大时，才会出现明显的渗透水化现象，由于晶层之间的阳离子浓度与溶液中存在浓度差，形成驱动力(双电层排斥和渗透排斥力)，驱使水进入晶层，层间距增加形成扩散双层，渗透水化阶段膨胀压力小，作用距离长(达10nm以上)。

对于中国西南地区页岩气地层，黏土矿物主要是伊利石为主。此外，深部泥页岩地层通常伊利石含量较高，蒙脱石含量小或者没有蒙脱石。伊利石主要以表面水化为主，表面活性大，水化速度和膨胀应力大，膨胀量小，但膨胀压极大。因此伊利石含量较高的硬脆性泥页岩地层缩颈现象少，主要以剥落掉块、坍塌为主。对于蒙脱石含量高的泥页岩，表面水化的抑制也非常重要。因此表面水化的抑制对泥页岩地层井壁稳定有重要的作用。

泥页岩表面水化的驱动力是表面自由能，因此，可以通过降低页岩表面的亲水性来降低岩石表面自由能，从而抑制页岩表面水化。但是目前水基钻井液抑制剂存在以下缺点：(1)目前大多数页岩抑制剂不能改变岩石表面的亲水性(不能改变岩石表面水相的接触角)，或者是润湿性改变较小，难以起到抑制表面水化的效果，而硬脆性泥页岩地层伊利石含量高，主要以表面水化为主，这类抑制剂对于硬脆性泥页岩地层的抑制效果有限；(2)改变润湿性型页岩抑制剂虽然可以通过降低页岩表面的亲水性来降低岩石表面自由能，抑制页岩表面水化，但是现有的改变润湿性类页岩抑制剂存在润湿性改变程度不足，与钻井液配伍性差等、抑制性能不佳等问题，并且目前能够改性润湿性的抑制剂多为表面活性剂类，例如；长链季铵盐表面活性剂，但是表面活性剂类抑制剂在钻井液中容易起泡、影响钻井液滤失性；(3)目前的页岩抑制剂还存在抗温性能差的不足，例如聚醚胺类抑制剂，高温条件下醚键断裂，抑制性能不足。

因此，亟需制备一种能够抑制页岩表面水化的抗高温抑制剂。

发明内容

针对现有技术的不足，尤其是现有的改变润湿性类页岩抑制剂润湿性改变程度不足、配伍性差等、抑制性能差的不足，本发明提供了一种纳米有机硅成膜疏水页岩表面水化抑制剂及其制备方法与应用。

本发明的技术方案如下：