專利名稱：一種基于納米二氧化硅材料的泡沫鉆井液的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種油氣鉆井與地質(zhì)鉆探等領域所使用的鉆井液，具體屬于一種可循環(huán)使用的三相水基泡沫鉆井液。
背景技術：
在低壓漏失地層鉆進過程中，使用傳統(tǒng)的水基鉆井液無法實現(xiàn)近平衡或欠平衡鉆進，且會對儲層存在不同程度的傷害；采用空氣鉆進對儲層傷害小，但實施工藝復雜且成本較高。泡沫鉆井液是采用某些表面活性劑與聚合物結(jié)合在一起產(chǎn)生泡沫，形成一種可以阻止或延緩鉆井液侵入地層的泡沫網(wǎng)絡。它的低密度與低液柱壓力特性，可以與地層壓力具有很好的適應性。另外，泡沫鉆井液具有良好的防漏堵漏的效果，固井質(zhì)量高。
泡沫鉆井液的的兩個基本參數(shù)是發(fā)泡體積和半衰期。為了使泡沫鉆井液具有較大的發(fā)泡體積和較長的半衰期，通常會添加各種表面活性劑作為發(fā)泡劑并同時添加高分子聚合物作為穩(wěn)泡劑。但是隨著地質(zhì)鉆探工作往鉆孔更深、地質(zhì)條件更復雜的方向發(fā)展，普通的泡沫鉆井液無法滿足一些鉆探工程中的嚴格要求。
目前，中國發(fā)明專利(專利號201210310014.4)公開了一種泡沫鉆井液，包括如下組分，各組分按質(zhì)量百分比計:發(fā)泡劑為0.5 2.0%、穩(wěn)泡劑為0.2 0.5%、泥頁巖抑制劑為2 10%、泥頁巖穩(wěn)定劑為0.2 1.0%，余量為水；且泡沫鉆井液的pH值為8 10。但是，該體系中并不含有納米材料；
中國發(fā)明專利(專利號ZL201010131856.4)公開了一種抑制泥頁巖膨脹的改性納米鉆井液處理劑，該發(fā)明是用硅烷偶聯(lián)劑接枝在納米SiO2上，并接枝聚合丙烯酰胺，形成長鏈的接枝納米SiO2，稱為改性納米SiO2，將該納米SiO2顆粒均勻、穩(wěn)定的分散在鉆井液中形成改性納米鉆井液。不過,該鉆井液并非泡沫鉆井液,而且納米SiO2主要起降濾失、抑制泥頁巖膨脹的作用。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種基于納米二氧化硅材料的泡沫鉆井液，納米二氧化硅可以增加泡沫鉆井液的發(fā)泡體積和半衰期、封堵地層納米級孔隙以減小水分對巖石的侵蝕，同時這種泡沫鉆井液具有較好的流變性和防漏堵漏性能，可以滿足低壓地層鉆進巖屑攜帶和井壁穩(wěn)定的要求。
實現(xiàn)本發(fā)明上述目的所采用的技術方案為:
一種基于納米二氧化硅材料的泡沫鉆井液，至少包括以下組分，各組分的質(zhì)量百分比為:發(fā)泡劑0.1 0.3%，穩(wěn)泡劑0.1 0.3%，納米材料0.05 0.125%，余量為水，所述的納米材料為粒徑為10 20nm的納米二氧化硅顆粒。
發(fā)泡劑為十二烷基苯橫酸納或十二烷基硫酸納。
穩(wěn)泡劑為羧甲基纖維素或黃原膠。
納米二氧化硅顆粒以納米二氧化硅的分散液的形式添加于鉆井液中，且納米二氧化硅的分散液中納米二氧化硅顆粒的質(zhì)量百分比為28 32%。納米材料在鉆井液中的質(zhì)量百分比為0.075%。本發(fā)明中所提供的泡沫鉆井液由于添加有納米材料，納米材料能封堵地層的納米級孔喉，因此可以減少水分對巖石的侵蝕；納米材料同時還能夠增加泡沫鉆井液的發(fā)泡體積并且延長泡沫的半衰期。該泡沫鉆井液在鉆進時與地層壓力相適應相平衡，并且流變性好，滿足巖屑攜帶要求，適用于低壓底層鉆進。


圖1為實施例1中納米二氧化硅含量對發(fā)泡體積和半衰期的影響曲線；圖2為實施例2中納米二氧化硅含量對發(fā)泡體積和半衰期的影響曲線；圖3為實施例3中納米二氧化硅含量對發(fā)泡體積和半衰期的影響曲線；圖4為實施例4中納米二氧化硅含量對發(fā)泡體積和半衰期的影響曲線；圖5為實施例5中納米二氧化硅含量對發(fā)泡體積和半衰期的影響曲線；圖6為實施例6中納米二氧化硅含量對發(fā)泡體積和半衰期的影響曲線；圖7為實施例7中納米二氧化硅含量對發(fā)泡體積和半衰期的影響曲線；圖8為實施例8中納米二氧化硅含量對發(fā)泡體積和半衰期的影響曲線。
具體實施例方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做詳細具體的說明。以下實施例主要反映:(I)納米材料穩(wěn)定的泡沫鉆井液的流變參數(shù)；(2)納米二氧化硅加量對泡沫鉆井液發(fā)泡體積和半衰期的影響。實施例1:本實施例中所提供的基于納米二氧化硅材料的泡沫鉆井液包括水、發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑和粒徑為10 20nm的納米二氧化硅顆粒，其中發(fā)泡劑選用十二烷基苯磺酸鈉，穩(wěn)泡劑選用羧甲基纖維素。本實施例中提供的基于納米二氧化硅材料的泡沫鉆井液的制備方法如下:首先按照以下質(zhì)量百分比:發(fā)泡劑0.1%，穩(wěn)泡劑0.1%，納米材料0.05 0.125%，水余量，稱取水、發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑和納米材料；然后在攪拌裝置中先加入水，再依次加入發(fā)泡齊U、穩(wěn)泡劑和納米材料，在10000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速條件下攪拌60s后，得到基于納米二氧化硅材料的泡沫鉆井液。在本實施例中，為了探討納米二氧化硅的添加量對泡沫鉆井液發(fā)泡體積和半衰期的影響，納米二氧化硅的添加量分別選取0、0.05%,0.075%,0.1%、0.125%，在室溫條件(IO0C)測試發(fā)泡體積和泡沫半衰期，分析評價不同添加量的納米二氧化硅對泡沫穩(wěn)定性改善的效果，結(jié)果如圖1所示。由圖1可以看出:含有納米二氧化硅的泡沫鉆井液發(fā)泡體積更高，半衰期更長(穩(wěn)定性更好)，發(fā)泡體積的增幅在10 15%之間，半衰期的增幅在14.2 26.18%之間；而且納米二氧化硅的添加量在0.05 0.1%時，納米二氧化硅穩(wěn)定泡沫的效果明顯，且添加量為
0.075%時性能最優(yōu)。本實施例中納米材料的添加量為0.075%時所制得的泡沫鉆井液性能最優(yōu)，在室溫條件下(10°c )測試該泡沫鉆井液的流變性能參數(shù)，見下表。
權(quán)利要求
1.一種基于納米二氧化硅材料的泡沫鉆井液，其特征在于至少包括以下組分，各組分的質(zhì)量百分比為:發(fā)泡劑0.1 0.3%，穩(wěn)泡劑0.1 0.3%，納米材料0.05 0.125%，余量為水，所述的納米材料為粒徑為10 20nm的納米二氧化硅顆粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于納米二氧化硅材料的泡沫鉆井液，其特征在于:發(fā)泡劑為十二烷基苯磺酸鈉或十二烷基硫酸鈉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于納米二氧化硅材料的泡沫鉆井液，其特征在于:穩(wěn)泡劑為羧甲基纖維素或黃原膠。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于納米二氧化硅材料的泡沫鉆井液，其特征在于:納米二氧化硅顆粒以納米二氧化硅的分散液的形式添加于鉆井液中，且納米二氧化硅的分散液中納米二氧化硅顆粒的質(zhì)量百分比為28 32%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于納米二氧化硅材料的泡沫鉆井液，其特征在于:納米材料在鉆井液中的質(zhì)量百分比為0. 075%。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于納米二氧化硅材料的泡沫鉆井液，至少包括以下組分，各組分的質(zhì)量百分比為發(fā)泡劑0.1～0.3%，穩(wěn)泡劑0.1～0.3%，納米材料0.05～0.125%，余量為水，所述的納米材料為粒徑為10～20nm的納米二氧化硅顆粒。納米二氧化硅材料能封堵地層的納米級孔喉，可以減少水分對巖石的侵蝕，同時可以增加泡沫鉆井液的發(fā)泡體積和延長泡沫的半衰期；基于納米二氧化硅材料的泡沫鉆井液粘度和切力參數(shù)較高，完全可以滿足低壓地層巖屑攜帶和井壁穩(wěn)定的要求。
文檔編號C09K8/38GK103194191SQ201310107839
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月29日
發(fā)明者蔡記華, 袁野, 曹偉建 申請人:中國地質(zhì)大學(武漢)