CN102559155B - 强抑制高效屏蔽暂堵保护储层钻井液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种强抑制高效屏蔽暂堵保护储层钻井液，包括如下重量比组份：新型屏蔽暂堵剂2-5%，无机盐抑制剂3%-7%、有机抑制剂3％-7％、低粘聚阴离子纤维素0.3-0.5%、高粘聚阴离子纤维素0.1-0.3%、提粘提切剂0.1-0.3%、重晶石0%-3%，加入烧碱NaOH将pH调节至9-10之间，余量是水。本发明可以有效的暂时封堵住储层的微裂缝，具有高效的封堵性和浅层性，使得后期的钻井液的一些固相颗粒无法进入到储层中，从而起到保护储层的作用，且抑制性很好，可以平衡地层压力，起到稳定井壁的作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种强抑制高效屏蔽暂堵保护储层钻井液及其制备方法，可以有效的封堵住微裂缝储层的保护储层。
背景技术
现有技术中，储层物性较差，渗透率较低，孔隙吼道的连通性也较差，属于低孔低渗储层，且具有天然微裂缝的性质，微裂缝的发育是油气渗流的主要通道。由于储层敏感性较强，在钻井的过程中，钻井液的与地层水的不配伍常常会引起沉淀，从而堵塞孔隙吼道；另外钻井液中的一些不可溶不可排的固相颗粒也会引起裂缝的堵塞，同时钻井液与裂缝周围储层易发生吸水膨胀等，这些不利的因素都将造成储层的不可逆的伤害。
由于特殊的储层地质条件，且长水平段的特殊钻井工艺，建井周期较长，长裸眼段水平段长期浸泡在钻井液中，储层伤害是不可逆的，都将直接的或间接的影响到后期的石油开采工作。所以针对以上技术难题，提出适合储层微裂缝的屏蔽暂堵技术来保护储层。屏蔽暂堵技术的核心内容是“快速”“浅层”“高效”，目的在于在进入到油层的时候，钻井液中的一些可变形的纤维状粒子快速且高效的暂时填充到裂缝中，把井筒周围的储层的渗透率迅速的降低到零，这样在后期的钻井过程中可以很好的阻止钻井液滤液的侵入，把有害的固相颗粒和一些沉淀阻止在储层外，这样可以有效的保护储层，钻井工作完成后，可以采用酸溶或者压裂的技术手段解除屏蔽暂堵带，恢复储层的渗透率，或者储层本身的地层水排驱压力都可以将这些粒子排除出去，起到解堵的作用。
另外，在水平井的钻井过程中，常常会钻遇到泥岩或者泥页岩互层，这些矿物类与水发生吸水膨胀，导致井眼缩径，起下钻遇阻或钻进时扭矩偏大，严重时井壁发生坍塌，甚至因坍塌引起掉钻具等井下事故。所以要求钻井液在保护储层的同时应该具有很强的抑制性，保证井壁稳定，确保正常安全施工。但现有技术中的钻井液都不能达到上述目的，且现有技术中的屏蔽暂堵剂，由于其粒径比较大，不适合长庆油田陇东地区的低孔低渗微裂缝储层，由于现有的泥页岩抑制性较差，不能很好的抑制泥页岩的水化膨胀，导致井下不顺或者井壁不稳甚至出现井下事故，影响到正常钻进或油田的开发效率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的钻井液存在的上述问题，提供一种强抑制高效屏蔽暂堵保护储层钻井液及其制备方法，本发明可以有效的暂时封堵住储层的微裂缝，具有高效的封堵性和浅层性，使得后期的钻井液的一些固相颗粒无法进入到储层中，从而起到保护储层的作用，且抑制性很好，可以平衡地层压力，起到稳定井壁的作用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种强抑制高效屏蔽暂堵保护储层钻井液，其特征在于，包括如下重量比组份：新型屏蔽暂堵剂2-5%，无机盐抑制剂3%-7%、有机抑制剂3％-7％、低粘聚阴离子纤维素0.3-0.5%、高粘聚阴离子纤维素0.1-0.3%、提粘提切剂0.1-0.3%、重晶石0%-3%，余量是水，且PH值为9-10。
所述新型屏蔽暂堵剂包括325目的碳酸钙粉作为暂堵剂、1250目的碳酸钙粉作为填充粒子和含有纤维成份的乳化石蜡作为可变形粒子，三者的质量比例关系为暂堵剂:填充粒子:可变形粒子=2:1:1。
所述无机盐抑制剂为氯化钾与甲酸钠复配，二者的质量比例关系为氯化钾:甲酸钠=1:1。
所述有机抑制剂可以为聚丙烯酸钾KPAM或者有机胺抑制剂G319-FTJ。
所述提粘提切剂可以为黄原胶XCD或者钻井液用动切力提高剂G310-DQT。
所述烧碱NaOH的加入量没有固定值，具体加量依据PH值情况作相应调整。
一种强抑制高效屏蔽暂堵保护储层钻井液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、通过水的密度与体积相互转化关系，确定水的用量，根据水的重量确定各组份的用量；
b、将新型屏蔽暂堵剂、无机盐抑制剂，有机抑制剂，提粘提切剂，低粘聚阴离子纤维素，高粘聚阴离子纤维素按加料比例混合均匀，测量并记录混合均匀之后的密度；
c、通过密度与体积之间的转化关系式，根据配方比例，计算新型屏蔽暂堵剂的用量，然后根据其用量将混合液加入到水中并搅拌使其充分溶解；
d、根据需要加入重晶石调节密度到所需值；
e、用烧碱NaOH将PH调节至9-10。
采用本发明的优点在于：
一、本发明首先通过加入几种新型的纤维状的屏蔽暂堵剂，配合钻井液的原浆，形成针对陇东地区微裂缝储层的屏蔽暂堵体系，同时再从钻遇泥岩，提高钻井液的抑制性方面考虑，稳定泥页岩段井壁，加入无机盐抑制剂和有机抑制剂，形成强抑制性的高效润滑性能的屏蔽暂堵钻井液体系，最终达到既保护微裂缝储层又保证泥页岩井壁稳定、井下安全的目的。
二、本发明中，低荧光防塌封堵剂系列、裂缝屏蔽暂堵剂和软性填充粒子的协同作用，形成强抑制高效屏蔽暂堵保护储层钻井液体系，这种含有纤维状物质复配的封堵剂，可塑性很强，柔性很强，可以达到逐级填充裂缝的目的。该新型封堵剂在加量为2-5%加量时，其对钻井液其他性能的影响最低，性价比最高。
三、抑制剂主要选择无机盐和有机盐协同作用，在无机抑制剂加量3-7%，有机抑制剂加量3-7%之间时其协同效果最好，抑制性最强，性价比最高。利用其包被和絮凝作用，将部分分散到钻井液中的粘土颗粒絮凝聚结随后利用固控设备除去，达到稳定井壁和降低固相的双重作用，而且通过改变滤液的性质，也达到了储层保护的目的。这样，研制的新体系从多个方面，多个角度保护了储层，并且提高了抑制性，达到稳定井壁的目的。
四、本发明具有快速、浅层、高效的屏蔽暂堵性、防塌抑制能力强、润滑防卡性能好、携屑能力强的特点，能够适应储层长水平段水平井的安全快速钻井的技术要求，同时也解决了该地区储层保护的技术难题，配制工艺简单，性能易于维护和保持。
具体实施方式
实施例1
储层中发育的天然裂缝，对油气运移、聚集成藏有重要作用。裂缝的存在大大提高了储层渗透率，成为低渗透及油气藏勘探成功和经济开发的物质基础。
根据铸体薄片和电镜扫描照片观察，在研究区延长组储层中存在的微裂缝形状多样，广泛发育于岩石碎屑集合体内部，在矿物碎屑内部和填隙物内也发育有微裂缝。微裂缝长度不一，在10～50μm范围内，平均裂缝长度为21.74μm；张开度在1～10μm之间，多在2～4μm范围内，平均张开度为2.7μm。
经过溶蚀作用的改造，有的裂缝不仅被溶蚀变宽，某些靠近裂缝的长石也受到明显的溶蚀。有些裂缝被次生或成岩物质充填而形成充填裂缝，有些无矿物充填且有一定开度为开启裂缝。
裂缝特别是岩屑中的微裂缝对于油气的渗流起到了重要作用。通过铸体薄片镜下观察分析，延长组储层的孔隙类型中，石英和长石中的裂缝并不多，而岩石碎屑中的裂缝发育很好，几乎在所有的岩石碎屑集合体中均发育有较多的裂缝。
用激光粒度仪分析原浆的粒径可知，原浆中主要为粒径为2μm的细颗粒，基本达到保护基块孔喉的目的，但是相对裂缝宽度的粗颗粒基本没有，有效固相颗粒含量不足。因此，这种钻井液不能很好地实现屏蔽暂堵，形成的泥饼渗透率高，造成的储层损害较大。
根据该区原浆特点、储层孔喉与裂缝分布以及暂堵剂的粒度分布，将1#浆进行改性，改性后两种配方如下：1#原浆+3%暂堵剂+1.5%填充粒子、1#原浆+2%屏蔽暂堵剂+1%填充粒子+1%变形粒子。
裂缝暂堵剂是针对裂缝性或裂缝－孔隙性油气藏的油气层保护而开发的一种新型屏蔽式暂堵材料。裂缝暂堵剂由一定比例的纤维和超细碳酸钙组成。加入钻井完井液后会形成多根纤维和固相（碳酸钙或泥浆颗粒）的絮凝团，这种絮凝团在瞬间失水发生时，会在裂缝入口处形成多点接触和桥堵，在裂缝很浅的部位封堵裂缝，阻止泥浆的固相和液相进一步侵入裂缝和基质，从而有效地保护裂缝的导流能力，在射孔后进行小酸量的酸洗连通孔眼与裂缝，就会获得较高的产能。
屏蔽暂堵剂是屏蔽暂堵技术专用屏蔽暂堵材料。它是由一定比例的架桥粒子和超细碳酸钙组成。其粒子的大小与级配与地层的孔隙大小相匹配，能达到对地层孔隙的有效封堵。变形粒子为粉状，粒度中值为2~5um，盐酸不溶物小于等于1%。
实施例2
强抑制高效屏蔽暂堵保护储层钻井液保护储层效果评价
根据工区储层及原浆特点，分别评价了两种不同改性浆的保护储层效果。这两种改性浆的配方如下：1#钻井完井液+2%暂堵剂+1%填充粒子、1#钻井完井液+2%暂堵剂+1%填充粒子+1%变形粒子。实验仪器采用CWCTAcid-I型高温高压酸溶解堵评价仪，实验流体为两种改性浆和延长组地层水，实验岩样为砂岩人工造缝岩样。实验条件：钻井完井液温度T=75℃，压差△P=3.5MPa，剪切速率v=150S-1，时间t=60min；岩心温度T=75℃。
改性浆一配方为：1#钻井完井液+2%暂堵剂+1%填充粒子。
实验结果表明，裂缝宽度为34.27～49.09μm的裂缝岩样，自然返排恢复率为46.47%～69.67%，相同裂缝宽度的范围的裂缝岩样返排恢复率相比改性前有所提高，酸溶后返排恢复率大幅度提高，有两块岩样超过100%，但是有一块岩样返排恢复率降低。这说明，钻井完井液中加入的暂堵材料易酸溶。
改性浆二配方为： 1#钻井完井液+2%暂堵剂+1%填充粒子+1%变形粒子。
缝宽为49μm的岩样用改性浆损害60分钟，累积滤失量为2.65ml，返排恢复率在2MPa时达到最大，为66.44%；缝宽为43μm的裂缝岩样在相同条件下的60分钟累积滤失量为2.99ml，返排恢复率在1.58MPa时达到最大，为47.23%。
缝宽为45μm的岩样用改性浆损害60分钟，滤饼在12MPa压力下的暂堵率为99.98%，能够承受12MPa的压力。这说明改性浆可以形成高强度的屏蔽环。
实施例3
钻井液的抑制防塌性评价
热滚后岩屑的回收率实验（表1）
表1 岩屑的抑制性评价
| 编号 | 样品 | 一次回收率（%） | 二次回收率（%） |
| 1 | 清水+岩屑 | 26.50 | 23.58 |
| 2 | 原浆+岩屑 | 19.68 | 18.12 |
| 3 | 改性1#泥浆+岩屑 | 95.04 | 75.28 |
| 4 | 改性2#泥浆+岩屑 | 94.22 | 82.6 |
从表中可以看出，原浆的一次回收率和二次回收率都很低，低于清水的一次和二次回收率。分别对加入暂堵剂后的泥浆加入7%的无机抑制剂和5%有机抑制剂后的回收率的实验，可以看出，改性后的2#泥浆对岩屑表现出了良好的抑制性，一次和二次回收率都很高。
实施例4
本发明的是由上述材料、上述混合比例配制而成。混合配制要求在常温常压下进行。配制方法如下：
②、根据计算用量，将新型屏蔽暂堵剂、无机盐抑制剂，有机抑制剂，提粘提切剂，低粘聚阴离子纤维素，高粘聚阴离子纤维素以上述加料比例混合均匀，测量并记录混合均匀之后的密度。
③、通过密度与体积之间的转化关系式，根据配方比例，计算新型屏蔽暂堵剂的用量，然后根据其用量将产品加入到溶液中并搅拌使其充分溶解；
④、视需要，加入重晶石调节密度到所需值；
⑤、用烧碱NaOH将PH调节至9-10。
通过本发明配制好的钻井液，根据美国API（American Petroleum Institute）钻井液测试标准检验，其性能达到正常钻进要求。
实施例5
一种强抑制高效屏蔽暂堵保护储层钻井液，包括如下重量比组份：新型屏蔽暂堵剂2%、无机盐抑制剂3%、有机抑制剂3％、低粘聚阴离子纤维素0.3%、高粘聚阴离子纤维素0.1%、提粘提切剂0.1%、重晶石3%，余量是水，且PH值为9-10。
所述新型屏蔽暂堵剂包括325目的碳酸钙粉作为暂堵剂、1250目的碳酸钙粉作为填充粒子和含有纤维成份的乳化石蜡作为可变形粒子，三者的质量比例关系为暂堵剂:填充粒子:可变形粒子=2:1:1。含有纤维成份的乳化石蜡为现有技术中可购买到的产品。
所述无机盐抑制剂为氯化钾与甲酸钠复配，二者的质量比例关系为氯化钾:甲酸钠=1:1。
所述有机抑制剂可以为聚丙烯酸钾KPAM或者有机胺抑制剂G319-FTJ。
所述提粘提切剂可以为黄原胶XCD或者钻井液用动切力提高剂G310-DQT。
一种强抑制高效屏蔽暂堵保护储层钻井液的制备方法，包括如下步骤：
a、通过水的密度与体积相互转化关系，确定水的用量，根据水的重量确定各组份的用量；
b、将新型屏蔽暂堵剂、无机盐抑制剂，有机抑制剂，提粘提切剂，低粘聚阴离子纤维素，高粘聚阴离子纤维素按加料比例混合均匀，测量并记录混合均匀之后的密度；
c、通过密度与体积之间的转化关系式，根据配方比例，计算新型屏蔽暂堵剂的用量，然后根据其用量将混合液加入到水中并搅拌使其充分溶解；
d、根据需要加入重晶石调节密度到所需值；
e、用烧碱NaOH将PH调节至9-10。
所述烧碱NaOH的加入量没有固定值，具体加量依据PH值情况作相应调整。
实施例6
一种强抑制高效屏蔽暂堵保护储层钻井液，包括如下重量比组份：新型屏蔽暂堵剂5%，无机盐抑制剂7%、有机抑制剂7％、低粘聚阴离子纤维素0.5%、高粘聚阴离子纤维素0.3%、提粘提切剂0.3%、重晶石1%，余量是水，且PH值为9-10。
所述新型屏蔽暂堵剂包括325目的碳酸钙粉作为暂堵剂、1250目的碳酸钙粉作为填充粒子和含有纤维成份的乳化石蜡作为可变形粒子，三者的质量比例关系为暂堵剂:填充粒子:可变形粒子=2:1:1。
所述无机盐抑制剂为氯化钾与甲酸钠复配，二者的质量比例关系为氯化钾:甲酸钠=1:1。
所述有机抑制剂可以为聚丙烯酸钾KPAM或者有机胺抑制剂G319-FTJ。
所述提粘提切剂可以为黄原胶XCD或者钻井液用动切力提高剂G310-DQT。
所述烧碱NaOH的加入量没有固定值，具体加量依据PH值情况作相应调整。
一种强抑制高效屏蔽暂堵保护储层钻井液的制备方法，包括如下步骤：
a、通过水的密度与体积相互转化关系，确定水的用量，根据水的重量确定各组份的用量；
b、将新型屏蔽暂堵剂、无机盐抑制剂，有机抑制剂，提粘提切剂，低粘聚阴离子纤维素，高粘聚阴离子纤维素按加料比例混合均匀，测量并记录混合均匀之后的密度；
c、通过密度与体积之间的转化关系式，根据配方比例，计算新型屏蔽暂堵剂的用量，然后根据其用量将混合液加入到水中并搅拌使其充分溶解；
d、根据需要加入重晶石调节密度到所需值；
e、用烧碱NaOH将PH调节至9-10。
实施例7
一种强抑制高效屏蔽暂堵保护储层钻井液，包括如下重量比组份：新型屏蔽暂堵剂3%，无机盐抑制剂5%、有机抑制剂5％、低粘聚阴离子纤维素0.4%、高粘聚阴离子纤维素0.2%、提粘提切剂0.2%，余量是水，且PH值为9-10。
所述新型屏蔽暂堵剂包括325目的碳酸钙粉作为暂堵剂、1250目的碳酸钙粉作为填充粒子和含有纤维成份的乳化石蜡作为可变形粒子，三者的质量比例关系为暂堵剂:填充粒子:可变形粒子=2:1:1。
所述无机盐抑制剂为氯化钾与甲酸钠复配，二者的质量比例关系为氯化钾:甲酸钠=1:1。
所述有机抑制剂可以为聚丙烯酸钾KPAM或者有机胺抑制剂G319-FTJ。
所述提粘提切剂可以为黄原胶XCD或者钻井液用动切力提高剂G310-DQT。
所述烧碱NaOH的加入量没有固定值，具体加量依据PH值情况作相应调整。
一种强抑制高效屏蔽暂堵保护储层钻井液的制备方法，包括如下步骤：
a、通过水的密度与体积相互转化关系，确定水的用量，根据水的重量确定各组份的用量；
b、将新型屏蔽暂堵剂、无机盐抑制剂，有机抑制剂，提粘提切剂，低粘聚阴离子纤维素，高粘聚阴离子纤维素按加料比例混合均匀，测量并记录混合均匀之后的密度；
c、通过密度与体积之间的转化关系式，根据配方比例，计算新型屏蔽暂堵剂的用量，然后根据其用量将混合液加入到水中并搅拌使其充分溶解；
d、根据需要加入重晶石调节密度到所需值；
e、用烧碱NaOH将PH调节至9-10。
Claims (4)
1.一种强抑制高效屏蔽暂堵保护储层钻井液，其特征在于，包括如下重量比组份：新型屏蔽暂堵剂2-5%、无机盐抑制剂3%-7%、有机抑制剂3％-7％、低粘聚阴离子纤维素0.3-0.5%、高粘聚阴离子纤维素0.1-0.3%、提粘提切剂0.1-0.3%、重晶石0%-3%，余量是水，且pH值为9-10；所述新型屏蔽暂堵剂包括325目的碳酸钙粉作为暂堵剂、1250目的碳酸钙粉作为填充粒子和含有纤维成份的乳化石蜡作为可变形粒子，三者的质量比例关系为暂堵剂:填充粒子:可变形粒子=2:1:1。
2.根据权利要求1所述的强抑制高效屏蔽暂堵保护储层钻井液，其特征在于：所述无机盐抑制剂为氯化钾与甲酸钠复配，二者的质量比例关系为氯化钾:甲酸钠=1:1。
3.根据权利要求2所述的强抑制高效屏蔽暂堵保护储层钻井液，其特征在于：所述有机抑制剂为聚丙烯酸钾KPAM。
4.根据权利要求1、2或3所述的强抑制高效屏蔽暂堵保护储层钻井液，其特征在于：所述提粘提切剂为黄原胶XCD。
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