水基钻井液用改性纳米二氧化硅封堵剂的制备方法及应用与流程

1.本发明涉及油田封堵剂、水基钻井液及制备方法和应用技术领域，是一种水基钻井液用改性纳米二氧化硅封堵剂及制备方法，还包括一种水基钻井液及其制备方法和应用。

背景技术：

2.随着石油天然气资源勘探开发范围的扩大，油田钻探不断加快，钻井的数量、速度和深度均显著增加，所钻遇的地层也更加复杂多样，裸眼也越来越长，这对钻井液的性能提出了更高的要求。特别是在钻遇泥页岩地层时，泥页岩的吸水膨胀会造成井壁坍塌，进而有可能引起严重井漏、压差卡钻、油层伤害等问题，造成大量的经济损失，甚至严重安全事故。钻井液用封堵剂是封堵地层孔缝，阻止工作液侵入地层的必需产品。开发钻井液用封堵剂在裂缝封堵、井壁稳定等方面发挥着重要作用。
3.工程中常用的钻井液封堵剂有沥青、聚合醇、石蜡及超细碳酸钙类等，这些封堵剂的粒径一般在微米级以上，且不易发生挤压变形，难以进入页岩微裂缝，不能达到封堵的效果。因此，开发能够封堵页岩纳米级孔喉和裂缝的纳米封堵剂已经成为解决页岩井壁失稳的关键技术之一。
4.目前，现有的纳米封堵剂在粒径上已经达到了纳米级，但大部分纳米材料具有粒径小、易团聚的缺点，使其在液相中并不能以纳米级水平分散，难以对微纳米的孔隙进行封堵。而封堵了孔隙的纳米材料由于承压能力差，难以阻止压力传递等很难达到良好的封堵效果。

技术实现要素：

5.本发明提供了一种水基钻井液用改性纳米二氧化硅封堵剂的制备方法及应用，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有封堵剂易团聚，导致难以对微纳米的孔隙进行封堵的问题。
6.本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种水基钻井液用改性纳米二氧化硅封堵剂的制备方法，包括以下步骤：步骤（1），将纳米二氧化硅与硅烷偶联剂在溶剂中接触进行一步改性，得到一步改性产物m-sio2；步骤（2），将一步改性产物m-sio2与丙烯酸、丙烯酸乙酯接触得到混合溶液；步骤（3），在氮气保护下，将混合溶液与引发剂接触，得到的粗产物经过离心分离，洗涤并干燥得到水基钻井液用改性纳米二氧化硅封堵剂（后续简称为改性纳米二氧化硅封堵剂）。
7.本发明的优势在于：本发明所述改性纳米二氧化硅封堵剂可通过架桥和挤压变形进入页岩微孔隙中，形成致密封堵层，且封堵强度较高，可使页岩渗透率降低了两个数量级，具有优良的封堵效果，有效改善了页岩井壁稳定性。
8.下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：作为本发明进一步优选，在步骤（1）中，所述硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种；纳米二氧化硅和硅烷偶联剂的重量比为1：0.05至1，优选为1：0.05至0.5。
9.所选用的硅烷偶联剂以及纳米二氧化硅和硅烷偶联剂比例控制能提高纳米sio2的分散性，引入活性基团，为下一步改性做准备。
10.在步骤（1）中，优选地，所述接触条件包括：反应温度为70 ℃至80 ℃，反应时间为6 h至12 h。
11.作为本发明进一步优选，在步骤（2）中，所述一步改性产物m-sio2与丙烯酸、丙烯酸乙酯的重量比为1：2至5：2至5，优选为1：2至3.5：2至3.5；优选地，所述混合溶液的ph值为7至9。
12.采用上述进一步方案的优势是加入丙烯酸类单体，提高纳米sio2分散性，同时引入弹性结构，使合成的步骤（2）具有刚性内核和弹性外壳。
13.作为本发明进一步优选，在步骤（3）中，所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、亚硫酸氧钠中的一种或多种；溶剂与所述引发剂的重量比为10：0.025至0.05；所述接触条件包括：反应温度为40 ℃至60 ℃，反应时间为4 h至6 h。
14.采用上述进一步方案的优势是加入引发剂，提高反应速率，降低能耗。
15.作为本发明进一步优选，在上述制备步骤（1）至（3）中，所述溶剂为去离子水、乙醇、甲醇中的一种或多种。
16.采用上述进一步方案的优势是使用无毒无污染的溶剂，使反应条件更加温和。
17.在步骤（3）中，所述洗涤所用试剂为乙醇、甲醇中的一种或多种。
18.根据上述制备方法制备得到的改性纳米二氧化硅封堵剂为核壳结构，平均粒径为30 nm至100 nm，不发生团聚。该改性纳米二氧化硅封堵剂可以针对裂缝大小与形状进行挤压变形，通过卡堵、架桥与密实过程形成致密封堵层，实现对裂缝和孔喉的自适应多级封堵。
19.本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种水基钻井液，原料包括水、膨润土、碳酸钠、抑制剂、降滤失剂、改性纳米二氧化硅封堵剂、润滑剂和重晶石。
20.其中，膨润土用量为水用量的2 wt%至10 wt%，碳酸钠用量为水用量的0.1 wt%至1 wt%，抑制剂用量为水用量的1 wt%至5 wt%，降滤失剂用量为水用量的2 wt%至8 wt%，改性纳米二氧化硅封堵剂用量为水用量的1 wt%至7 wt%，润滑剂用量为水用量的0.5 wt%至5 wt%，重晶石用量为水用量的10 wt%至50 wt%。
21.下面是对上述发明技术方案之二的进一步优化或/和改进：根据本发明所述的水基钻井液配方，优选情况下，膨润土用量为水用量的3 wt%至8 wt%，碳酸钠用量为水用量的0.2 wt%至0.8 wt%，抑制剂用量为水用量的1 wt%至4 wt%，降滤失剂用量为水用量的3 wt%至7 wt%，改性纳米二氧化硅封堵剂用量为水用量的1 wt%至5 wt%。
22.本发明的技术方案之三是通过以下措施来实现的：一种技术方案之二所述水基钻井液的制备方法，包括下述步骤：步骤（1），将膨润土进行预水化处理制得基浆；
步骤（2），将步骤（1）中的基浆依次与降滤失剂、抑制剂、润滑剂、重晶石和改性纳米二氧化硅封堵剂依次按顺序混合，得到混合液；步骤（3），将混合液的ph值调节至9至11，得到水基钻井液。
23.本发明的技术方案之四是通过以下措施来实现的：一种技术方案之二所述水基钻井液在钻遇破碎型泥岩地层中的应用。
24.本发明所述改性纳米二氧化硅封堵剂粒径较小，但不团聚，且与水基钻井液配伍性良好。在1.5 %的低浓度下即可对泥岩孔喉进行高效封堵，降低泥岩地层渗透率，提高地层承压能力，改善井壁稳定性。
25.本发明所述改性纳米二氧化硅封堵剂能够使水基钻井液具有良好的失水造壁能力；一方面，所述改性纳米二氧化硅封堵剂的合成方法简单，不需进行乳化过程且不需要使用有毒溶剂。另一方面，封堵主要针对微纳米地层，进入泥岩的微纳米级地层孔隙中形成致密封堵层，封堵效果优异，满足泥页岩的油气开采工作。
具体实施方式
26.本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。本发明中所提到各种化学试剂和化学用品如无特殊说明，均为现有技术中公知公用的化学试剂和化学用品；本发明中的百分数如没有特殊说明，均为质量百分数；本发明中的溶液若没有特殊说明，均为溶剂为水的水溶液，例如，盐酸溶液即为盐酸水溶液。
27.在本发明中，所述纳米sio2购自上海腾准生物科技有限公司，型号为s817575。该纳米sio2为白粉末状，粒径均值为30 nm、sio2含量为99.5％。
28.所述丙烯酸购自成都市科龙化学品有限公司，型号为05.001.1309。该丙烯酸为无液体，有刺激性气味，酸性较强，可溶于水、乙醇、乙醚、丙酮和氯仿。
29.所述丙烯酸乙酯购自成都市科龙化学品有限公司，型号为05.001.1957。该丙烯酸乙酯为无液体，微溶于水，乙醇和乙醚。
30.所述引发剂过硫酸铵购自北京伊诺凯科技有限公司，型号为248614。
31.所述引发剂过硫酸钾购自北京伊诺凯科技有限公司，型号为216224。
32.所述引发剂亚硫酸氢钠购自成都市科龙化学品有限公司，型号为05.001.1689。
33.所述乙醇购自成都市科龙化学品有限公司，型号为05.001.0170。
34.所述甲醇购自成都市科龙化学品有限公司，型号为05.001.1585。
35.所述膨润土购自天元非金属制品有限公司，成分以蒙脱石为主，为松散的土状，加水后体积可膨胀至20倍至30倍。
36.所述碳酸钠购自北京百灵威科技有限公司，型号为s614555，白无气味的粉末，易溶于水和甘油。
37.所述碳酸氢钠购自成都化夏化学试剂有限公司，型号为p26605。
38.所述纳米碳酸钙购自上海远帆生物科技有限公司，型号为c886288，粒径分布为50 nm至100 nm。
39.所述磺化褐煤树脂购自山东阳谷黄河化工有限公司，型号为spnh，黑褐粉末，耐温可达200℃。
40.所述磺化酚醛树脂购自荣盛化工有限公司，型号为smp-2，棕红粉末，抗钙达
2000 ppm。
41.所述钠羧甲基纤维素购自上海麦克林生化科技有限公司，型号为c6332，白粉末，粘度为1500-3100 mpa
•
s，密度为1.6 g/cm3。
42.所述石墨购自上海贤鼎生物科技有限公司，型号为l-bs705，黑灰粉末，不溶于水、稀酸、稀碱和有机溶剂。
43.所述润滑剂rh-220购自成都西油华巍科技有限公司，型号为9151011466303827x833，棕褐液体。
44.所述润滑剂yrh购自成都西油华巍科技有限公司，型号为9151011466303827x848，棕褐液体。
45.下面结合实施例对本发明作进一步描述：实施例1：该改性纳米二氧化硅封堵剂按下述制备方法制备得到：步骤（1），将纳米二氧化硅与硅烷偶联剂在溶剂中接触进行一步改性，得到一步改性产物m-sio2；步骤（2），将一步改性产物m-sio2与丙烯酸、丙烯酸乙酯接触得到混合溶液；步骤（3），在氮气保护下，将混合溶液与引发剂接触，得到的粗产物经过离心分离，洗涤并干燥得到改性纳米二氧化硅封堵剂。
46.在步骤（1）中，所述硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种；纳米二氧化硅和硅烷偶联剂的重量比为1：0.05至1。
47.在步骤（1）中，所述接触条件包括：反应温度为70 ℃至80 ℃，反应时间为6 h至12 h。
48.在步骤（2）中，所述一步改性产物m-sio2与丙烯酸、丙烯酸乙酯的重量比为1：2至5：2至5，所述混合溶液的ph值为7至9。
49.在步骤（3）中，所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、亚硫酸氧钠中的一种或多种；溶剂与所述引发剂的重量比为10：0.025至0.05；所述接触条件包括：反应温度为40 ℃至60 ℃，反应时间为4 h至6 h。
50.在上述制备步骤（1）至（3）中，所述溶剂为去离子水、乙醇、甲醇中的一种或多种。
51.实施例2：该水基钻井液，原料包括水、膨润土、碳酸钠、抑制剂、降滤失剂、改性纳米二氧化硅封堵剂、润滑剂和重晶石。
52.其中，膨润土用量为水用量的2 wt%至10 wt%，碳酸钠用量为水用量的0.1 wt%至1 wt%，抑制剂用量为水用量的1 wt%至5 wt%，降滤失剂用量为水用量的2 wt%至8 wt%，改性纳米二氧化硅封堵剂用量为水用量的1 wt%至7 wt%，润滑剂用量为水用量的0.5 wt%至5 wt%，重晶石用量为水用量的10 wt%至50 wt%。
53.所述抑制剂为有机硅-胺类抑制剂。所述有机硅-胺类抑制剂分子量较低，具有多个吸附点，能够与粘土层紧密结合在一起，抑制粘土水化。
54.所述降滤失剂为磺化褐煤树脂、磺化酚醛树脂、聚丙烯酸盐聚合物和钠羧甲基纤维素中的一种或几种。
55.所述聚丙烯酸盐聚合物为自制聚合物，白粉末，耐温可达220℃。
56.所述润滑剂为石墨、rh-220和yrh中的一种或几种。
57.实施例3：该水基钻井液的制备方法，该方法包括：（z1）将膨润土进行预水化处理制得基浆；（z2）将（1）中的基浆依次与降滤失剂、抑制剂、润滑剂、重晶石和改性纳米二氧化硅封堵剂依次按顺序混合，得到混合液；（z3）将混合液的ph值调节至9至11。
58.在步骤（z1）中，预水化处理的条件包括：将膨润土、碳酸钠加入水中后，在1000 r/min转速下搅拌4 h后，静置24 h。
59.在步骤（z2）中，混合条件包括：将所述添加剂依次加入基浆后，在2000 r/min转速下搅拌混合均匀。
60.在步骤（z3）中，采用碳酸氢钠调节混合液ph值。
61.实例sz-1（1）78℃下，将1.5 g纳米二氧化硅与0.1 g γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷在80 ml无水乙醇和10 ml水的混合溶剂中接触6 h进行一步改性，得到一步改性产物m-sio2；（2）将0.3 g m-sio2与0.6 g丙烯酸、0.6 g丙烯酸乙酯于40 ml去离子水中接触得到混合溶液；（3）在氮气保护下，将混合溶液与0.08 g过硫酸钾接触，接触反应条件：45℃，4h，得到的粗产物经过离心分离，无水乙醇洗涤并于60℃下干燥得到改性纳米二氧化硅封堵剂ms-1，ms-1为核壳结构，粒径中值为49nm；（4）将4 g的膨润土、0.2 g的碳酸钠加入100 ml水中搅拌4 h，静置24 h，得到钻井液基浆；（5）将基浆依次与2 g磺化褐煤树脂、2g 磺化酚醛树脂、0.8 g聚丙烯酸盐聚合物、1 g有机硅-胺类抑制剂、0.5 g rh-220、20 g重晶石和1.5 g改性纳米二氧化硅封堵剂ms-1依次按顺序混合，得到混合液；（6）加入碳酸氢钠将混合液ph值调节至10，得到水基钻井液sz-1。
62.实例sz-2（1）78℃下，将1.5 g纳米二氧化硅与0.3 g γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷在80 ml无水乙醇和10 ml水的混合溶剂中接触8 h进行一步改性，得到一步改性产物m-sio2；（2）将0.3 g m-sio2与0.6 g丙烯酸、0.6 g丙烯酸乙酯于40 ml去离子水中接触得到混合溶液；（3）在氮气保护下，将混合溶液与0.08 g过硫酸钾接触，接触反应条件：50℃，4h，得到的粗产物经过离心分离，无水乙醇洗涤并于60℃下干燥得到改性纳米二氧化硅封堵剂ms-2，ms-2为核壳结构，粒径中值为56 nm；（4）将4 g的膨润土、0.2 g的碳酸钠加入100 ml水中搅拌4 h，静置24 h，得到钻井液基浆；（5）将基浆依次与2 g磺化褐煤树脂、2 g 磺化酚醛树脂、0.8 g聚丙烯酸盐聚合物、1 g有机硅-胺类抑制剂、0.5 g rh-220、20 g重晶石和1.5 g改性纳米二氧化硅封堵剂ms-1依次按顺序混合，得到混合液；
（6）加入碳酸氢钠将混合液ph值调节至10，得到水基钻井液sz-2。
63.实例sz-3（1）78℃下，将1.5 g纳米二氧化硅与0.85 g γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷在80 ml无水乙醇和10 ml水的混合溶剂中接触9 h进行一步改性，得到一步改性产物m-sio2；（2）将0.3 g m-sio2与1.0 g丙烯酸、0.6 g丙烯酸乙酯于40 ml去离子水中接触得到混合溶液；（3）在氮气保护下，将混合溶液与0.08 g过硫酸钾接触，接触反应条件：40℃，6h得到的粗产物经过离心分离，无水乙醇洗涤并于60℃下干燥得到改性纳米二氧化硅封堵剂ms-3，ms-3为核壳结构，粒径中值为64 nm；（4）将4 g的膨润土、0.2 g的碳酸钠加入100 ml水中搅拌4 h，静置24 h，得到钻井液基浆；（5）将基浆依次与2 g磺化褐煤树脂、2 g 磺化酚醛树脂、0.8 g聚丙烯酸盐聚合物、1.0 g有机硅-胺类抑制剂、0.5 g rh-220、20 g重晶石和1.5 g改性纳米二氧化硅封堵剂ms-1依次按顺序混合，得到混合液；（6）加入碳酸氢钠将混合液ph值调节至10，得到水基钻井液sz-3。
64.实例sz-4（1）78℃下，将1.5 g纳米二氧化硅与0.1 g γ-氨丙基三乙氧基硅烷在80 ml无水乙醇和10 ml水的混合溶剂中接触7 h进行一步改性，得到一步改性产物m-sio2；（2）将0.3 g m-sio2与0.9 g丙烯酸、0.6 g丙烯酸乙酯于40 ml去离子水中接触得到混合溶液；（3）在氮气保护下，将混合溶液与0.08 g过硫酸钾接触，接触反应条件：50℃，6h，得到的粗产物经过离心分离，无水乙醇洗涤并于60℃下干燥得到改性纳米二氧化硅封堵剂ms-4，ms-4为核壳结构，粒径中值为49nm；（4）将4 g的膨润土、0.2 g的碳酸钠加入100 ml水中搅拌4 h，静置24 h，得到钻井液基浆；（5）将基浆依次与2 g磺化褐煤树脂、2 g 磺化酚醛树脂、0.8 g聚丙烯酸盐聚合物、1 g有机硅-胺类抑制剂、0.5 g rh-220、20 g重晶石和1 g改性纳米二氧化硅封堵剂ms-1依次按顺序混合，得到混合液；（6）加入碳酸氢钠将混合液ph值调节至10，得到水基钻井液sz-4。
65.实例sz-5（1）78℃下，将1.5 g纳米二氧化硅与0.1 g γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷在80 ml无水乙醇和10 ml水的混合溶剂中接触10 h进行一步改性，得到一步改性产物m-sio2；（2）将0.3 g m-sio2与0.7 g丙烯酸、0.6 g丙烯酸乙酯于40 ml去离子水中接触得到混合溶液；（3）在氮气保护下，将混合溶液与0.08 g过硫酸钾接触，接触反应条件：55℃，6h，得到的粗产物经过离心分离，无水乙醇洗涤并于60℃下干燥得到改性纳米二氧化硅封堵剂ms-5，ms-5为核壳结构，粒径中值为49nm；
（4）将4 g的膨润土、0.2 g的碳酸钠加入100 ml水中搅拌4 h，静置24 h，得到钻井液基浆；（5）将基浆依次与2 g磺化褐煤树脂、2 g 磺化酚醛树脂、0.8 g聚丙烯酸盐聚合物、1 g有机硅-胺类抑制剂、0.5 g rh-220、20 g重晶石和2 g改性纳米二氧化硅封堵剂ms-1依次按顺序混合，得到混合液；（6）加入碳酸氢钠将混合液ph值调节至10，得到水基钻井液sz-5。
66.实例sz-6（1）78℃下，将1.5 g纳米二氧化硅与0.1 g γ-氨丙基三甲氧基硅烷在80 ml无水乙醇和10 ml水的混合溶剂中接触12 h进行一步改性，得到一步改性产物m-sio2；（2）将0.3 g m-sio2与1.2 g丙烯酸、0.6 g丙烯酸乙酯于40 ml去离子水中接触得到混合溶液；（3）在氮气保护下，将混合溶液与0.08 g过硫酸钾接触，接触反应条件：45℃，6h，得到的粗产物经过离心分离，无水乙醇洗涤并于60℃下干燥得到改性纳米二氧化硅封堵剂ms-6，ms-6为核壳结构，粒径中值为49nm；（4）将4 g的膨润土、0.2 g的碳酸钠加入100 ml水中搅拌4 h，静置24 h，得到钻井液基浆；（5）将基浆依次与2 g磺化褐煤树脂、2 g 磺化酚醛树脂、1 g聚丙烯酸盐聚合物、1.5 g有机硅-胺类抑制剂、1 g rh-220、20 g重晶石和1.5 g改性纳米二氧化硅封堵剂ms-1依次按顺序混合，得到混合液；（6）加入碳酸氢钠将混合液ph值调节至10，得到水基钻井液sz-6。
67.实例sz-7（1）75℃下，将1.5 g纳米二氧化硅与0.1 gγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷在80 ml无水乙醇和10 ml水的混合溶剂中接触6 h进行一步改性，得到一步改性产物m-sio2；（2）将0.3 g m-sio2与0.6 g丙烯酸、0.6 g丙烯酸乙酯于40 ml去离子水中接触得到混合溶液；（3）在氮气保护下，将混合溶液与0.08 g过硫酸钾接触，接触反应条件：40℃，6h，得到的粗产物经过离心分离，无水乙醇洗涤并于60℃下干燥得到改性纳米二氧化硅封堵剂ms-7，ms-7为核壳结构，粒径中值为49nm；（4）将4 g的膨润土、0.2 g的碳酸钠加入100 ml水中搅拌4 h，静置24 h，得到钻井液基浆；（5）将基浆依次与3 g磺化褐煤树脂、2 g 磺化酚醛树脂、0.8 g聚丙烯酸盐聚合物、1.0 g有机硅-胺类抑制剂、0.5 g rh-220、20 g重晶石和1.5 g改性纳米二氧化硅封堵剂ms-1依次按顺序混合，得到混合液；（6）加入碳酸氢钠将混合液ph值调节至10，得到水基钻井液sz-7。
68.实例sz-8（1）78℃下，将1.5 g纳米二氧化硅与0.1 gγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷在80 ml无水乙醇和10 ml水的混合溶剂中接触8 h进行一步改性，得到一步改性产物m-sio2；
（2）将0.3 g m-sio2与0.8 g丙烯酸、0.6 g丙烯酸乙酯于40 ml去离子水中接触得到混合溶液；（3）在氮气保护下，将混合溶液与0.08 g过硫酸钾接触，接触反应条件：55℃，4h，得到的粗产物经过离心分离，无水乙醇洗涤并于60℃下干燥得到改性纳米二氧化硅封堵剂ms-8，ms-8为核壳结构，粒径中值为49nm；（4）将4 g的膨润土、0.2 g的碳酸钠加入100 ml水中搅拌4 h，静置24 h，得到钻井液基浆；（5）将基浆依次与2 g磺化褐煤树脂、2 g 磺化酚醛树脂、0.8 g聚丙烯酸盐聚合物、1 g有机硅-胺类抑制剂、1 g rh-220、20 g重晶石和1.5 g改性纳米二氧化硅封堵剂ms-1依次按顺序混合，得到混合液；（6）加入碳酸氢钠将混合液ph值调节至10，得到水基钻井液sz-8。
69.实例sz-9（1）80℃下，将1.5 g纳米二氧化硅与0.1 gγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷在80 ml无水乙醇和10 ml水的混合溶剂中接触9 h进行一步改性，得到一步改性产物m-sio2；（2）将0.3 g m-sio2与1.2 g丙烯酸、0.6 g丙烯酸乙酯于40 ml去离子水中接触得到混合溶液；（3）在氮气保护下，将混合溶液与0.08 g过硫酸钾接触，接触反应条件：40℃，4h，得到的粗产物经过离心分离，无水乙醇洗涤并于60℃下干燥得到改性纳米二氧化硅封堵剂ms-9，ms-9为核壳结构，粒径中值为49nm；（4）将4 g的膨润土、0.2 g的碳酸钠加入100 ml水中搅拌4 h，静置24 h，得到钻井液基浆；（5）将基浆依次与2 g磺化褐煤树脂、2 g 磺化酚醛树脂、0.8 g聚丙烯酸盐聚合物、1.0 g有机硅-胺类抑制剂、0.5 g rh-220、15 g重晶石和1.5 g改性纳米二氧化硅封堵剂ms-1依次按顺序混合，得到混合液；（6）加入碳酸氢钠将混合液ph值调节至10，得到水基钻井液sz-9。
70.对比例dl-1钻井液配方、制备方法与实例sz-1相同，不同之处有：采用纳米碳酸钙来替代实例sz-1中的改性纳米二氧化硅封堵剂ms-1，得到水基钻井液dl-1。
71.对比例dl-2钻井液配方、制备方法与实例sz-2相同，不同之处有：采用未改性纳米二氧化硅来替代实例sz-1中的封堵剂ms-2，得到水基钻井液dl-2。
72.对比例dl-3钻井液配方、制备方法与实例sz-6相同，不同之处有：钻井液配方中未加入封堵剂，得到水基钻井液dl-3。
73.上述实例sz-1至实例sz-1制备的水基钻井液均具有具有良好的失水造壁能力，各自得到的改性纳米二氧化硅（ms-1至ms-9）具有了优良的封堵效果。
74.改性纳米二氧化硅封堵剂ms-1的渗透率小于对比例dl-1所述封堵剂ms-1，封堵效果优于对比例dl-1所述封堵剂ms-1。改性纳米二氧化硅封堵剂ms-2、改性纳米二氧化硅封
堵剂ms-6封堵效果分别优于对比例dl-2所述封堵剂ms-2、对比例dl-3所述封堵剂ms-3。
75.以下以水基钻井液sz-6和dl-3进行对比说明。
76.封堵性能测试以sz-6和dl-3为例，将泥页岩制备成标准的岩心柱，采用压力传递实验来测试封堵剂在模拟地层中的渗透率，分析封堵剂阻缓泥页岩压力传递和滤液侵入的能力，从而评价封堵剂对泥页岩的封堵性能。结果如表1所示。
77.由表1可知，在压力传递实验中，实施例sz-6的渗透率低（0.029
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μm2），封堵率高（99.3%），封堵性优异。而对比例dl-3的封堵率只有15.97%，说明未加入封堵剂的钻井液基本没有封堵效果，证明了封堵剂能够有效阻止钻井液进入泥页岩，提高井壁稳定性。
78.以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

技术特征：

1.一种水基钻井液用改性纳米二氧化硅封堵剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤（1），将纳米二氧化硅与硅烷偶联剂在溶剂中接触进行一步改性，得到一步改性产物m-sio2；步骤（2），将一步改性产物m-sio2与丙烯酸、丙烯酸乙酯接触得到混合溶液；步骤（3），在氮气保护下，将混合溶液与引发剂接触，得到的粗产物经过离心分离，洗涤并干燥得到水基钻井液用改性纳米二氧化硅封堵剂。2.根据权利要求1所述的水基钻井液用改性纳米二氧化硅封堵剂的制备方法，其特征在于硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种；纳米二氧化硅和硅烷偶联剂的重量比为1：0.05至1。3.根据权利要求2所述的水基钻井液用改性纳米二氧化硅封堵剂的制备方法，其特征在于纳米二氧化硅和硅烷偶联剂的重量比为1：0.05至0.5；或/和，步骤（1）中，所述接触条件包括：反应温度为70 ℃至80 ℃，反应时间为6 h至12 h。4.根据权利要求1或2或3所述的水基钻井液用改性纳米二氧化硅封堵剂的制备方法，其特征在于步骤（2）中，所述一步改性产物m-sio2与丙烯酸、丙烯酸乙酯的重量比为1：2至5：2至5。5.根据权利要求4所述的水基钻井液用改性纳米二氧化硅封堵剂的制备方法，其特征在于一步改性产物m-sio2与丙烯酸、丙烯酸乙酯的重量比为1：2至3.5：2至3.5；或/和，所述混合溶液的ph值为7至9。6.根据权利要求1至5任意一项所述的水基钻井液用改性纳米二氧化硅封堵剂的制备方法，其特征在于所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、亚硫酸氧钠中的一种或多种；或/和，溶剂与所述引发剂的重量比为10：0.025至0.05；或/和，所述接触条件包括：反应温度为40 ℃至60 ℃，反应时间为4 h至6 h；或/和，步骤（1）至（3）中，所述溶剂为去离子水、乙醇、甲醇中的一种或多种。7.一种根据权利要求1至6任意一项所述的水基钻井液用改性纳米二氧化硅封堵剂的制备方法制备得到的水基钻井液用改性纳米二氧化硅封堵剂。8.一种包括权利要求7所述水基钻井液用改性纳米二氧化硅封堵剂的水基钻井液，其特征在于原料包括水、膨润土、碳酸钠、抑制剂、降滤失剂、水基钻井液用改性纳米二氧化硅封堵剂、润滑剂和重晶石；其中，膨润土用量为水用量的2 wt%至10 wt%，碳酸钠用量为水用量的0.1 wt%至1 wt%，抑制剂用量为水用量的1 wt%至5 wt%，降滤失剂用量为水用量的2 wt%至8 wt%，水基钻井液用改性纳米二氧化硅封堵剂用量为水用量的1 wt%至7 wt%，润滑剂用量为水用量的0.5 wt%至5 wt%，重晶石用量为水用量的10 wt%至50 wt%。9.一种根据权利要求8所述的水基钻井液的制备方法，其特征在于包括下述步骤：步骤（1），将膨润土进行预水化处理制得基浆；步骤（2），将步骤（1）中的基浆依次与降滤失剂、抑制剂、润滑剂、重晶石和改性纳米二氧化硅封堵剂依次按顺序混合，得到混合液；步骤（3），将混合液的ph值调节至9至11，得到水基钻井液。10.一种根据权利要求8所述的水基钻井液在钻遇破碎型泥岩地层中的应用。

技术总结

本发明涉及油田封堵剂、水基钻井液及制备方法和应用技术领域，是一种水基钻井液用改性纳米二氧化硅封堵剂的制备方法及应用，该水基钻井液用改性纳米二氧化硅封堵剂，包括纳米二氧化硅与硅烷偶联剂在溶剂中接触进行一步改性；将一步改性产物与丙烯酸、丙烯酸乙酯接触得到混合溶液；在氮气保护下，将混合溶液与引发剂接触反应，得到的粗产物经分离、干燥等步骤后得到水基钻井液用改性纳米二氧化硅封堵剂。本发明所述改性纳米二氧化硅封堵剂粒径较小，但不团聚，且与水基钻井液配伍性良好。低浓度下即可对泥岩孔喉进行高效封堵，降低泥岩地层渗透率，提高地层承压能力，改善井壁稳定性；其能够使水基钻井液具有良好的失水造壁能力。其能够使水基钻井液具有良好的失水造壁能力。