提高地层承压能力的钻井液及其制备方法与应用与流程

2021-02-02 16:02:23|

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本发明涉及石油工业钻井泥浆领域，具体涉及一种提高地层承压能力的钻井液及其制备方法与应用。

背景技术：

在深部地层钻进的过程中，在持续高温作用下，常规钻井液增稠现象严重，流变性与滤失造壁性矛盾突出，易受到盐、膏和钙侵的污染，导致钻井液性能恶化，维护处理复杂，甚至引发一系列井下复杂情况。一般情况下，地层坍塌层位存在大量裂缝，当钻至该地层时，钻井液将沿着这些裂缝快速进入地层，同时泥页岩遇水将发生水花膨胀与分散，导致引发扩径、缩径、坍塌、卡钻等井下复杂情况。地层承压能力低引起井漏是影响实现安全、高效钻井目标的瓶颈。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术存在的薄弱地层或深部地层钻井过程中，由于地层承压能力低而导致的钻进过程中的掉块、粘附卡钻以及井漏等问题，提供一种提供高地层承压能力的钻井液及其制备方法与应用，该钻井液具有高的地层承压能力，用于薄弱地层或深部地层时，具有优异堵漏效果。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种高地层承压能力的钻井液，其中，所述钻井液包含水、膨润土、低粘聚阴离子纤维素、褐煤树脂、抗高温抗盐降滤失剂、硅醇抑制剂、无机微纳米刚性颗粒和乳化沥青；

以100重量份的水为基准，所述膨润土为2-9重量份，所述低粘聚阴离子纤维素为0.1-1.0重量份，所述褐煤树脂为1.0-5.0重量份，所述抗高温抗盐降滤失剂为0.1-2.0重量份，所述硅醇抑制剂为0.1-2.0重量份，所述无机微纳米刚性颗粒为0.5-5重量份，所述乳化沥青为1-10重量份。

本发明第二方面提供一种本发明所述的高地层承压能力的钻井液的制备方法，其中，所述制备方法包括以下步骤：

(1)对膨润土进行预水化处理，得到预水化膨润土浆；

(2)在步骤(1)得到的预水化膨润土浆中加入低粘聚阴离子纤维素、褐煤树脂、抗高温抗盐降滤失剂、硅醇抑制剂、无机微纳米刚性颗粒和乳化沥青，搅拌即得所述钻井液。

本发明第三方面提供一种本发明所述的钻井液在钻井中的应用。

通过上述技术方案，本发明提供一种高地层承压能力的钻井液及其制备方法与应用获得以下有益的效果：

本发明所提供的高地层承压能力的钻井液能够有效提高了钻井液泥饼的强度，使得钻井液体系在钻进过程中的防掉块、防粘卡性能大大增强，从而达到提高地层承压能力的目的，显著改善了钻井液的堵漏性能。

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

本发明第一方面提供了一种高地层承压能力的钻井液，其中，所述钻井液包含水、膨润土、低粘聚阴离子纤维素、褐煤树脂、抗高温抗盐降滤失剂、硅醇抑制剂、无机微纳米刚性颗粒和乳化沥青；

以100重量份的水为基准，所述膨润土的含量为2-9重量份，所述低粘聚阴离子纤维素为0.1-1.0重量份，所述褐煤树脂为1.0-5.0重量份，所述抗高温抗盐降滤失剂为0.1-2.0重量份，所述硅醇抑制剂为0.1-2.0重量份，所述无机微纳米刚性颗粒为0.5-5重量份，所述乳化沥青为1-10重量份。

本发明中，通过严格控制各个组分的含量，使得各个组分之间得以相互作用使得所制备的钻井液在钻井过程中能够发挥出最佳的功效，进而使所制得的钻井液能够实现提高地层的承压能力，防止井壁坍塌掉块失稳，保持井壁稳定，应用效果好。

本发明中，所述无机微纳米刚性颗粒是指粒径为0.1-50μm的无机刚性颗粒，所述无机微纳米刚性颗粒中同时包含纳米颗粒和微米颗粒。

根据本发明，以100重量份的水为基准，所述膨润土的含量为3-5重量份，所述低粘聚阴离子纤维素为0.3-0.7重量份，所述褐煤树脂为1.5-3重量份，所述抗高温抗盐降滤失剂为0.5-1.5重量份，所述硅醇抑制剂为0.5-1.5重量份，所述无机微纳米刚性颗粒为1-3重量份，所述乳化沥青为1.5-5重量份。

本发明中，所述膨润土可以为购自新疆中非夏子街膨润土有限责任公司的新疆夏子街膨润土。

根据本发明，所述低粘聚阴离子纤维素为纤维素醚类衍生物，优选为水溶性纤维素醚类衍生物。

本发明中，所述低粘聚阴离子纤维素可以通过商购获得，例如，可以购自青州市清泉纤维素厂的牌号为pac-hv和/或pac-lv的低粘聚阴离子纤维素；优选地，所述低粘聚阴离子纤维素为pac-lv。

根据本发明，所述褐煤树脂为缩合多环芳香族有机化合物。

本发明中，所述缩合多环芳香族有机化合物包括腐殖酸和腐黑物。本发明中，所述褐煤树脂中含有较多的活性官能团、共轭基团和弱化学键，在引发剂存在下，很容易与有机高聚物的单体(如乙烯、丙烯、丙烯腈、丙烯酰胺等)发生聚合或缩聚反应，形成大分子有机高聚物。具体的，所述褐煤树脂可以通过商购获得，例如，可以购自成都川锋化学工程有限责任公司，型号为spnh。

根据本发明，所述抗高温抗盐降滤失剂为含有来自2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的结构单元的聚合物。

本发明中，所述抗高温抗盐降滤失剂可以通过商购获得，例如，可以购自天津中油渤星工程科技有限公司，型号bdf-100s。

根据本发明，所述硅醇抑制剂是由三级氯硅烷和乙醇制得的。

本发明中，所述硅醇抑制剂是以三级氯硅烷和乙醇经水解、醇解而成的有机硅钻井液抑制剂。能够吸附粘土颗粒及井壁表面，阻止粘土颗粒自由侵入地层，有效地抑制粘土颗粒水化分解及土层水化膨胀，起到稳定井壁的作用。同时，硅醇抑制剂能改善钻井液的流动性及滤饼质量，是一种理想的有机小分子抑制剂。所述的硅醇抑制剂可以通过商购获得，例如，可以购自北京智诚惠鑫新材料有限公司，型号为高效硅醇减粘剂。

根据本发明，所述无机微纳米刚性颗粒由粒径为0.1-10μm的无机微纳米刚性颗粒i和粒径为10-20μm的无机微纳米刚性颗粒ii组成。

本发明中，采用两种不同粒径的无机微纳米刚性颗粒相互配合，能够在井筒和地层之间部形成一种稳定的泥饼结构，进而能够有效地改善地层条件。

进一步地，为了进一步改善地层提交件，优选地，所述无机微纳米刚性颗粒由粒径为1-5μm的无机微纳米刚性颗粒i和粒径为8-16μm的无机微纳米刚性颗粒ii组成。

本发明中，所述无机微纳米刚性颗粒可以通过商购获得，例如，可以购自四川光亚聚合物化工有限公司，型号可以为zd-1和zd-2。

根据本发明，所述无机微纳米刚性颗粒i与所述无机微纳米刚性颗粒ii的重量比为0.8-1.5。

本发明中，采用特定含量配比的两种具有不同粒径的无机微纳米刚性颗粒相互配合，能够在井筒和地层之间部形成一种稳定的泥饼结构，进而能够有效地改善地层条件。

根据本发明，更进一步地，所述无机微纳米刚性颗粒i与所述无机微纳米刚性颗粒ii的重量比为1：1。

本发明中，所述乳化沥青为微米级，且表面带正电，使得沥青微粒极易吸附在带负电的固体颗粒上，参与泥饼的形成，提高泥饼质量，其微粒及阳离子页岩抑制剂可以进入井壁微裂缝中，产生粘附及相互聚集，从而起到封堵、桥接、防膨、防塌、降失水及保护油气层作用。乳化沥青的粒径为10-150μm，优选为30-90μm。

本发明中，所述的乳化沥青可以通过商购获得，例如，可以购自西南石大金牛石油科技公司，型号可以为ep-1和/或ep-2；优选地，所述乳化沥青为ep-2。

本发明中，通过特定含量的两种粒径的无机微纳米刚性颗粒与乳化沥青相互配合，能够在井筒和地层之间部形成一种稳定的泥饼结构，进而能够有效地改善地层条件。

根据本发明，所述钻井液中还包括加重剂。

根据本发明，以100重量份的水为基准，所述加重剂的含量为1-5重量份，优选为1-3重量份。

本发明中，所述加重剂为重晶石，可以通过商购获得，例如，可以购自石家庄鑫波矿产品有限公司，型号为超细硫酸钡。

本发明第二方面提供了一种本发明所述的提高地层承压能力的钻井液的制备方法，其中，所述制备方法包括以下步骤：

(1)对膨润土进行预水化处理，得到预水化膨润土浆；

根据本发明，所述预水化处理的条件包括：在第一搅拌条件下，在100重量份水中加入3-5重量份膨润土，得到混合物；在第二搅拌条件下，在所述混合物中加入纯碱混合并静置，得到预水化膨润土浆。

本发明中，对膨润土进行预水化处理后，能够除去膨润土中的钙离子和/或镁离子，进而显著提高膨润土的造浆率。

根据本发明，所述第一搅拌条件和所述第二搅拌条件各自独立地包括：搅拌速度为500-1500r/min，搅拌时间为2-4小时。

根据本发明，相对于100重量份的水，所述纯碱的用量为0.08-0.12重量份。

根据本发明，所述静置的条件包括：静置温度为20-30℃，静置时间为16-24h。

本发明第三方面提供一种本发明所述的钻井液在钻井中的应用。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，

电子天平，精度0.0001g，购自上海天平仪器厂。

膨润土购自新疆中非夏子街膨润土有限责任公司的新疆夏子街膨润土；

低粘聚阴离子纤维素购自青州市清泉纤维素厂，型号为pac-lv；

褐煤树脂购自成都川锋化学工程有限责任公司，型号为spnh；

抗高温抗盐降滤失剂购自天津中油渤星工程科技有限公司，型号为bdf-100s；

硅醇抑制剂购自北京智诚惠鑫新材料有限公司，型号为高效硅醇减粘剂；

无机微纳米刚性颗粒i，购自四川光亚聚合物化工有限公司，型号为zd-1，平均粒径为3.4μm；

无机微纳米刚性颗粒ii，购自四川光亚聚合物化工有限公司，型号为zd-2，平均粒径为9.23μm；

无机微纳米刚性颗粒iii，购自四川光亚聚合物化工有限公司，型号为gzd-1，平均粒径为15.8μm；

无机微纳米刚性颗粒iv，购自四川光亚聚合物化工有限公司，型号为gzd-2，平均粒径为26.34μm；

乳化沥青购自西南石大金牛石油科技公司，型号为ep-2，平均粒径为43.5μm；

乳化沥青购自西南石大金牛石油科技公司，型号为eqs-1，平均粒径为103.54μm；

加重剂重晶石购自石家庄鑫波矿产品有限公司，型号为超细硫酸钡。

实施例1

量取100重量份水，低速1000r/min电动搅拌下，加入4重量份膨润土，搅拌3小时后加入0.10重量份na2co3，再搅拌3小时，室温条件下静置24h进行预水化处理；在高速5000r/min电动搅拌下加入0.5重量份低粘聚阴离子纤维素pac-lv，搅拌15分钟，加入5重量份降滤失剂smp-ⅱ搅拌10分钟，加入0.2重量份褐煤树脂spnh搅拌10分钟，加入0.8重量份抗高温抗盐降滤失剂bdf-100s、0.5重量份硅醇抑制剂高效硅醇减粘剂，搅拌15分钟，加入1重量份无机微纳米刚性颗粒i、1重量份无机微纳米刚性颗粒ii搅拌15分钟，加入2重量份乳化沥青ep-2搅拌15分钟，加入加重剂重晶石400重量份搅拌15分钟即得所述钻井液。