一种磷酸酯类季铵改性氧化石墨烯封堵剂及其制备方法及水基钻井液

    专利2026-09-11  21


    本发明涉及封堵材料,具体而言,涉及一种磷酸酯类季铵改性氧化石墨烯封堵剂及水基钻井液。


    背景技术:

    1、随着国内外油气勘探区域的不断拓展,尤其是非常规油气田勘探区域的不断增加,对钻井液的技术要求也越来越高,传统的钻井液也越来越难以满足现代钻井的需要。在开发页岩气的钻井过程中,井壁稳定始终是全世界都需要解决的难题之一。井壁失稳会导致漏、喷、卡、斜等一系列井下复杂情况,延长钻井周期,增加钻井成本。

    2、页岩纳米级裂缝、孔隙十分发育,目前国内外普遍使用油基钻井液和常规封堵剂,能够有效防止页岩水化,但是其环保性较差,而目前广泛使用的常规钻井液成分也不能对纳米孔隙实现有效封堵。因此,合成一种具有纳米尺寸的封堵剂并应用到水基钻井液中对页岩气开发具有非常重要的意义。


    技术实现思路

    1、本发明提供了一种钻井液封堵材料及其制备方法及水基钻井液,能够有效解决上述问题。

    2、本发明第一方面提供了一种钻井液封堵材料的制备方法,包括如下步骤:

    3、s1、称取氧化石墨烯并置于纯水中,超声分散20-40min,得到氧化石墨烯的悬浮液,然后向其中加入磷酸铵类物质,再在20-25℃下搅拌并滴加丙基磷酸酐,1.5h内滴加完成,将反应混合物进一步搅拌反应6-8h,反应完成后用水洗涤、干燥,得到产物中间体a;

    4、s2、在20-25℃下将产物中间体a分散在纯水中,向其中加入氢氧化钠和硝酸银,使其反应2-3h,反应结束后分离沉淀物,然后再向其中加入磷酸三(2-氯乙基)酯充分反应2-3h,反应完成后用水洗涤、干燥,得到产物中间体b;

    5、s3、将步骤s2所得产物中间体b分散在纯水中,向其中加入氢氧化钠调节ph为8-9,再向其中滴加十六烷基三甲基溴化铵,然后向其中加入(2-羟乙基)三甲基氯化铵,在20-25℃下搅拌反应2-4h,反应完成后用水洗涤、干燥,得所述磷酸酯类季铵改性氧化石墨烯封堵剂。

    6、其中:步骤s1中的磷酸铵类物质为乙醇胺磷酸酯、磷酸二氢氨基丙酯中的一种;

    7、步骤s2中,按质量比计,产物中间体a:磷酸三(2-氯乙基)酯=1:(3.6-4);

    8、步骤s3中,按质量比计,产物中间体b:(2-羟乙基)三甲基氯化铵=1:(1.7-2)。

    9、本发明第二方面提供了一种由上述制备方法制得的钻井液封堵材料。

    10、本发明第三方面提供了一种水基钻井液,其特征在于,所述钻井液包括以下组分:水、膨润土、无水碳酸钠、降滤失剂smp-1、降滤失剂smc、降滤失剂hf-1、毫微重晶石粉、磷酸酯类季铵改性氧化石墨烯封堵剂。

    11、其中,按质量比计,水:膨润土:无水碳酸钠:降滤失剂smp-1:降滤失剂smc:降滤失剂hf-1:毫微重晶石粉:磷酸酯类季铵改性氧化石墨烯封堵剂=1000:(55-60):(5-7):(40-50):(40-50):(1.2-1.8):(90-100):(10-40)。

    12、本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果:

    13、本发明所提供的钻井液封堵材料的制备方法,将石墨烯接枝磷酸基团,利用磷酸基团的亲水性,增加其在水中的分散性,在钻井液中不易团聚,粒径分布在37.81-80.6nm之间,能够对纳米级裂缝实现有效封堵,同时季铵的引入也可以在一定程度抑制页岩水化;本发明所使用的水基钻井液在泥页岩地层条件下流变性、稳定性以及封堵性等方面性能良好。



    技术特征:

    1.一种磷酸酯类季铵改性氧化石墨烯封堵剂及其制备方法及水基钻井液,其特征在于,所述磷酸酯类季铵改性氧化石墨烯封堵剂的原料主要是:氧化石墨烯、磷酸铵类物质、磷酸三(2-氯乙基)酯、(2-羟乙基)三甲基氯化铵,制备包括如下步骤:

    2.根据权利要求1所述的磷酸酯类季铵改性氧化石墨烯封堵剂的制备方法,其特征在于,步骤s1中的磷酸铵类物质为乙醇胺磷酸酯、磷酸二氢氨基丙酯中的一种。

    3.根据权利要求1所述的磷酸酯类季铵改性氧化石墨烯封堵剂的制备方法,其特征在于,步骤s2中,按质量比计,产物中间体a:磷酸三(2-氯乙基)酯=1:(3-3.5)。

    4.根据权利要求1所述的磷酸酯类季铵改性氧化石墨烯封堵剂的制备方法,其特征在于,步骤s3中,按质量比计,产物中间体b:(2-羟乙基)三甲基氯化铵=1:(1.2-1.5)。

    5.一种由权利要求1-4任意一项所述的磷酸酯类季铵改性氧化石墨烯封堵剂的制备方法制得而成的封堵剂。

    6.一种水基钻井液,其特征在于,所述钻井液添加有权利要求1-4任一项所述的磷酸酯类季铵改性氧化石墨烯封堵剂。

    7.根据权利要求6所述的水基钻井液,其特征在于,所述钻井液包括以下组分:水、膨润土、无水碳酸钠、降滤失剂smp-1、降滤失剂smc、降滤失剂hf-1、毫微重晶石粉、磷酸酯类季铵改性氧化石墨烯封堵剂。

    8.根据权利要求6所述的水基钻井液,其特征在于,以重量份计,水:膨润土:无水碳酸钠:降滤失剂smp-1:降滤失剂smc:降滤失剂hf-1:毫微重晶石粉:磷酸酯类季铵改性氧化石墨烯封堵剂=1000:(55-60):(5-7):(40-50):(40-50):(1.2-1.8):(90-100):(10-40)。


    技术总结
    本发明涉及封堵材料技术领域,具体而言,涉及一种磷酸酯类季铵改性氧化石墨烯封堵剂及其制备方法及水基钻井液,所述磷酸酯类季铵改性氧化石墨烯封堵剂的制备包括如下步骤:S1、将氧化石墨烯与磷酸铵类物质反应得到产物中间体A;S2、将步骤S1所得产物中间体A与磷酸三(2‑氯乙基)酯反应得产物中间体B;S3、将步骤S2所得产物中间体B与(2‑羟乙基)三甲基氯化铵反应得所述磷酸酯类季铵改性氧化石墨烯封堵剂。所述钻井液包含本发明的磷酸酯类季铵改性氧化石墨烯封堵剂,其粒径大致分布在73.81‑80.6nm之间。本发明所提供的钻井液封堵材料的制备方法,将石墨烯接枝磷酸基团,利用磷酸基团的亲水性,增加其在水中的分散性能,提升了封堵效果。

    技术研发人员:白杨,郝一平,谢刚,王韧,李道雄
    受保护的技术使用者:西南石油大学
    技术研发日:
    技术公布日:2024/4/29
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