一種磁性納米封堵劑及其製備方法與流程

2023-06-19 06:24:36 2

本發明涉及一種鑽井液用磁性納米封堵劑及其製備方法，屬於油氣田納米材料領域。

背景技術：
在鑽井過程中，鑽井液中的流體、固體顆粒和其它添加劑向地層中漏失，會對地層造成傷害，往往導致井壁不穩等問題。如果是在油氣層，還會汙染油氣儲層，甚至堵塞儲層孔隙，降低儲層滲透率。為了防止鑽井液中的流體、固體顆粒和其它添加劑向地層漏失，有效的方法是在鑽井液中加入封堵劑，在鑽井過程中對井壁巖石的孔隙進行有效封堵，進而降低甚至消除鑽井液向地層的漏失。目前，常用的封堵材料，顆粒較大，對孔隙較大的地層能夠有效封堵，但對於微小孔隙、微裂縫地層，特別是泥頁巖地層，難以實現有效封堵。泥頁巖地層是所有地層中孔隙最小的地層，孔徑尺寸大約在納米尺度。因此，要對微孔隙地層，泥頁巖地層進行有效封堵，鑽井液中必須添加納米尺寸的封堵劑，提高封堵劑與地層孔徑尺寸的配伍性，才能實現高效封堵。本發明提出利用表面修飾後的磁性納米粒子作為封堵劑，加入鑽井液中，用於微小孔隙、微裂縫地層，特別是泥頁巖地層的封堵，相應研究結果也表明該納米封堵劑具有良好的封堵性能，能夠取得明顯的封堵效果。

技術實現要素：
本發明的一個目的是提供一種對微小孔隙、微裂縫地層，泥頁巖地層具有高效封堵性能的磁性納米封堵劑，本發明的另一個目的是提供這種磁性納米封堵劑的製備方法。為了達到上述目的，本發明採用以下的技術方案：本發明所述的一種磁性納米封堵劑的製備工藝方法是，將磁性納米粒子加入分散介質中，接著加入表面修飾分子，混合均勻後，在40-90℃，反應1-8小時，然後過濾，所得產物在60-80℃乾燥4-10小時，即製得磁性納米封堵劑。本發明所述的磁性納米粒子的粒徑在1-100納米之間，並且具有超順磁性。本發明所述的磁性納米粒子的通過化學法來製備，優選化學共沉澱法、溶膠-凝膠法、水熱合成法、熱分解法、微乳液法等方法中的一種或幾種。本發明所述的分散介質選自水或有機溶劑，優選水、丁烷、正己烷、正辛烷、乙醇、異丙醇、丁醇、正辛醇、丙酮、丁酮、四氫呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷、N,N-二甲基甲醯胺中的一種或幾種。本發明所述的表面修飾分子選自有機小分子或有機高分子化合物，優選十二烷基三甲基溴化銨、四辛基溴化銨、十二烷基硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉、油酸鈉、油酸、聚乙二醇、聚丙二醇、聚四氫呋喃二醇、聚丙烯醯胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸鈉、聚苯乙烯磺酸鈉、聚2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸中的一種或幾種。本發明的優點是：(1)納米封堵劑製備方法簡單，工藝成本低，容易實現工業化生產。(2)納米粒子的粒徑小，可以實現對微小孔隙地層，裂縫發育地層，特別是泥頁巖地層的高效封堵，能夠有效提高泥頁巖地層鑽井過程中的井壁穩定性能。(3)納米粒子具有磁場響應特性，在鑽井過程中，通過調控磁場的位置可以選擇性對特定地層進行緻密封堵，因此既可以降低封堵劑對儲層的傷害，又可以減少封堵劑的用量，降低成本。(4)磁性納米封堵劑具有超順磁性，加入鑽井液後，在沒有外界磁場時，幾乎沒有磁性，因此納米粒子在流動過程中，所受影響較小，不易團聚，穩定性好。而施加外界磁場後，納米粒子才會在特定地層聚集，對地層微小孔隙的實現緻密封堵，因此該納米封堵劑的加入對鑽井液的性能影響較小，特別是對鑽井液的流變性幾乎沒有影響。具體實施方式下面結合實施例來描述本發明的具體實施方式，但本發明不只局限於以下實施例。實施例1通過化學共沉澱法製備Fe3O4磁性納米粒子，取4.5克分散於50mL水中，在強烈攪拌下加油酸鈉0.8克，升溫到60℃，反應4小時，然後將反應體系過濾，產物在70℃乾燥6小時，即製得磁性納米封堵劑。實施例2通過熱分解法製備Fe2O3磁性納米粒子，取6.8克分散於65mL二氯甲烷中，在強烈攪拌下加聚乙二醇1.2克，升溫到50℃，反應6小時，然後將反應體系過濾，產物在80℃乾燥5小時，即製得磁性納米封堵劑。實施例3通過化學共沉澱法製備Fe2O3磁性納米粒子，取5.2克分散於50mL乙醇中，在強烈攪拌下加聚丙烯酸鈉1.0克，升溫到70℃，反應4小時，然後將反應體系過濾，產物在70℃乾燥6小時，即製得磁性納米封堵劑。