技术领域
本发明涉及一种水基钻井液用多功能纳米封堵剂，属于油气田纳米材料领域。
背景技术
近年来，国内页岩气的开发越来越受到重视。页岩气储藏于泥页岩地层，泥页岩地层极 易吸水膨胀。在钻井过程中，为防止泥页岩吸水膨胀导致井壁失稳、井眼垮塌等钻井事故， 目前在页岩气的开发过程中，主要采用油基钻井液进行钻井。但是，油基钻井液成本高，钻 井过程中危险系数高、环境污染严重，后处理过程繁琐，用水基钻井液代替油基钻井液对页 岩气藏进行钻井是必然趋势。
泥页岩地层孔隙尺寸大约在纳米尺度，目前常规封堵材料颗粒尺寸大，对水基钻井液进 行改性后，无法对泥页岩地层进行有效封堵。因此，需要开发与泥页岩地层孔隙尺寸匹配的 纳米封堵材料。本发明利用温度敏感型、pH值敏感型的智能聚合物修饰的磁性纳米粒子，与 聚乙二醇、聚四氢呋喃二醇等聚醚二元醇反应，制备具有智能响应特性的纳米封堵剂，获得 了封堵性能优异的水基钻井液用纳米封堵材料。
发明内容
针对目前水基钻井液用封堵材料的缺陷，本发明的目的是提供一种水基钻井液用的智能 纳米封堵剂，同时本发明还提供这种智能纳米封堵剂的制备方法。
为了达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：
本发明所述的一种水基钻井液用智能纳米封堵剂，以重量份计包括以下原料组份：智能 高分子修饰的磁性纳米粒子20-82份，聚乙二醇3-45份，聚四氢呋喃二醇0.5-24份。
本发明所述的智能高分子选自聚N-异丙基丙烯酰胺、聚N,N-二甲基甲酰胺、聚N,N-二 乙基甲酰胺、聚丙烯酸、聚4-乙烯基吡啶中的一种。
本发明所述的磁性纳米粒子选自四氧化三铁纳米粒子、三氧化二铁纳米粒子、氧化钴纳 米粒子、铁钴氧化物纳米粒子中的一种或几种，磁性纳米粒子的粒径尺寸在5-100纳米。
本发明所述的聚乙二醇的分子量为5000-180000g/mol。
本发明所述的聚四氢呋喃二醇的分子量为3500-20000g/mol。
本发明所述的智能纳米封堵剂，在应用过程中，当体系温度在20-125℃之间变化，纳米 封堵剂的亲水性能和疏水性能会发生相应变化。
本发明所述的智能纳米封堵剂，在应用过程中，当体系pH值在4.3-10.8之间变化时，纳 米封堵剂的亲水性能和疏水性能会发生相应变化。
本发明所述的智能纳米封堵剂的制备过程是，将智能高分子修饰的磁性纳米粒子加入水 中，在不断搅拌下，加入聚乙二醇，反应3-5小时，再加入聚四氢呋喃二醇，反应4-7小时， 将水蒸发后，在60-75℃干燥4小时，即制得水基钻井液用智能纳米封堵剂。
本发明的优点是：
(1)智能纳米封堵剂的粒径小，与泥页岩地层微小孔隙的尺寸比较接近，将其加入钻 井液后，在钻井过程中，可以实现泥页岩地层的微小孔隙进行高效封堵，同时通过聚乙二醇 和聚四氢呋喃二醇在高温高压下浊点作用、压缩变形作用，对泥页岩地层进行致密封堵，阻 止钻井液中的水向泥页岩地层的渗透。
(2)在地面温度较低时，智能纳米封堵剂表现为亲水性，在水基钻井液中分散性能良 好，当钻井液进入井筒后，随着深度增加，地层温度越高，智能纳米封堵剂从亲水转变为疏 水性，因此，在对井壁微小孔隙进行物理封堵的同时，还具有排斥水分子的作用，抑制水向 井壁的靠近，起到化学抑制的作用，阻水性能显著提高。
(3)通过调节钻井液的pH值，可以调控智能纳米封堵剂的亲水性能和疏水性能，进 而也可以实现对地层微小孔隙的物理封堵和化学抑制。
(4)在钻井过程中，磁性纳米封堵剂的位置可以通过外界磁场进行定点调控，因此针对 井眼的特定部位，在磁场调控下，可以实现特定部位的选择性封堵。
具体实施方式
下面结合实施例来描述本发明的具体实施方式，但本发明不只局限于以下实施例。
实施例1
将KH-570修饰的Fe3O4纳米粒子5.2g，N-异丙基丙烯酰胺单体2.3g，分散于35mLN,N- 二甲基甲酰胺中，加引发剂0.1g，在75℃反应3小时，制得聚N-异丙基丙烯酰胺修饰的Fe3O4纳米粒子。取该智能高分子修饰的磁性纳米粒子4.1g，加入180mL水中，在不断搅拌下， 加入分子量为8000g/mol的聚乙二醇1.8g，反应4小时，再加入分子量为5000g/mol的聚四 氢呋喃二醇0.7g，反应6小时，将水蒸发后，在70℃干燥4小时，即制得水基钻井液用智能 纳米封堵剂。
实施例2
在150mL的膨润土基浆(4wt％)中加入实施例1中制备的智能纳米封堵剂3.5g，剧烈 搅拌2小时，制得智能纳米粒子改性水基钻井液。在高温高压滤仪考察该钻井液的性能，测 试结果表明，当温度升高到52℃以上时，智能纳米粒子改性水基钻井液的阻水性能显著提高。
实施例3
将KH-570修饰的Fe3O4纳米粒子8.5g，4-乙烯基吡啶单体4.7g，分散于40mLN,N-二 甲基甲酰胺中，加引发剂0.15g，在75℃反应4小时，制得聚4-乙烯基吡啶修饰的Fe3O4纳 米粒子。取该智能高分子修饰的磁性纳米粒子6.8g，加入145mL水中，在不断搅拌下，加 入分子量为15000g/mol的聚乙二醇2.9g，反应5小时，再加入分子量为8000g/mol的聚四 氢呋喃二醇1.3g，反应4小时，将水蒸发后，在60℃干燥4小时，即制得水基钻井液用智能 纳米封堵剂。
实施例4
将KH-570修饰的Fe2O3纳米粒子15.8g，N,N-二甲基甲酰胺单体9.8g，分散于65mLN,N- 二甲基甲酰胺中，加引发剂0.25g，在75℃反应4小时，制得聚N,N-二甲基甲酰胺修饰的 Fe2O3纳米粒子。取该智能高分子修饰的磁性纳米粒子12.5g，加入210mL水中，在不断搅拌 下，加入分子量为120000g/mol的聚乙二醇4.6g，反应3小时，再加入分子量为10000g/mol 的聚四氢呋喃二醇1.8g，反应5小时，将水蒸发后，在65℃干燥4小时，即制得水基钻井液 用智能纳米封堵剂。
实施例5
将KH-570修饰的Fe3O4纳米粒子7.3g，N,N-二乙基甲酰胺单体3.8g，分散于45mLN,N- 二甲基甲酰胺中，加引发剂0.18g，在75℃反应4小时，制得聚N,N-二乙基甲酰胺修饰的Fe3O4纳米粒子。取该智能高分子修饰的磁性纳米粒子5.6g，加入180mL水中，在不断搅拌下， 加入分子量为6000g/mol的聚乙二醇4.9g，反应3小时，再加入分子量为150000g/mol的聚 四氢呋喃二醇0.8g，反应7小时，将水蒸发后，在70℃干燥4小时，即制得水基钻井液用智 能纳米封堵剂。
实施例6
将KH-570修饰的Fe2O3纳米粒子25.6g，丙烯酸单体23.2g，分散于135mLN,N-二甲 基甲酰胺中，加引发剂0.3g，在75℃反应4小时，制得聚丙烯酸修饰的Fe2O3纳米粒子。取 该智能高分子修饰的磁性纳米粒子33.5g，加入295mL水中，在不断搅拌下，加入分子量为 10000g/mol的聚乙二醇19.5g，反应5小时，再加入分子量为6000g/mol的聚四氢呋喃二醇 9.6g，反应7小时，将水蒸发后，在75℃干燥4小时，即制得水基钻井液用智能纳米封堵剂。