CN102676141A

CN102676141A - 一种钻井液用可变形封堵防塌剂

Info

Publication number: CN102676141A
Application number: CN2012101201189A
Authority: CN
Inventors: 王健; 胡进军; 夏小春; 孙强; 冀腾; 段连超; 项涛
Original assignee: China Oilfield Services Ltd; China National Offshore Oil Corp CNOOC
Current assignee: China Oilfield Services Ltd; China National Offshore Oil Corp CNOOC
Priority date: 2012-04-20
Filing date: 2012-04-20
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2032-04-20
Also published as: CN102676141B

Abstract

本发明涉及一种钻井液用可变形封堵防塌剂，其由10-90重量份的不可变形材料、20-80重量份的纳米级可变形可再分散聚合物和10-60重量份的天然高分子改性材料组成。本发明还涉及钻井液用可变形封堵防塌剂的制备方法，其包括将各组分按相应配比混合，在混合搅拌机中混合80-120分钟，过100-300目筛即得。

Description

一种钻井液用可变形封堵防塌剂

技术领域

本发明涉及一种钻井液用添加剂，且具体涉及一种钻井液用可变形封堵防塌剂。

背景技术

在油气田开发过程中，钻井液在钻井作业过程中使用。钻井液的作用是冷却和清洁钻头，将钻屑携带进环空，进行分离。保持裸眼的井壁稳定，降低磨阻。同时，钻井液也设计为，形成薄而坚韧的泥饼，封堵孔喉，微裂缝和其他的渗透性地层。钻井液也用来，通过钻屑，岩心和电缆测井，收集和解读地层信息。

钻井液典型地分类方式，是通过基质进行分类。在水基钻井液中，固体颗粒悬浮在水或者盐水中。

当钻遇页岩时，钻井液方面遇到的突出问题是井壁失稳。当钻井液或者流体侵入页岩，孔隙压力升高，但是井筒内与页岩的压差降低。当压差降到一定程度，页岩将得不到足够的支撑，就会垮塌或者掉块。发生井壁失稳。同时，由于水侵入页岩的基质，导致易水化的软泥岩发生水化，变软，造成井壁不稳定降低钻井液压力传导，是井壁稳定因素方面非常重要的方法之一。一般认为，较大的裸眼压力，会稳定页岩，起到稳定井壁的作用。因此，需要一种特殊的材料或者方法稳定井壁。

对于钻渗透性的砂岩地层或者压力衰竭地层也同样有类似的需求。压力衰竭地层，由于之前高产，造成巨大的压力降，造成孔隙压力低于钻井液的水力学压力。巨大的压差容易引发井下漏失，或者由于漏失较大，形成较厚的泥饼，容易发生压差卡钻。因此，需要部分或者全部封堵住砂岩地层，降低压力传递，减少压差，提高井下安全。

因此，需要一种改进的钻井液用可变形封堵防塌剂。

发明内容

本发明的目的是提供一种钻井液用可变形封堵防塌剂。

本发明的另一个目的是提供一种制备钻井液用可变形封堵防塌剂的方法。

本发明的钻井液用可变形封堵防塌剂由10-90重量份的微米级不可变形材料、20-80重量份的纳米级可变形可再分散聚合物和10-60重量份的天然高分子改性材料组成。

在优选实施方式中，本发明的钻井液用可变形封堵防塌剂由30-80重量份的微米级不可变形材料、20-60重量份的纳米级可变形可再分散聚合物和20-50重量份的天然高分子改性材料组成。

在本发明的钻井液用可变形封堵防塌剂中，微米级不可变形材料选自呈微米级的颗粒形式的木棉短纤维、碳酸钙、重晶石、大理石、云母、蛭石、石英、锯末、亚麻纤维、花生壳、玉米心、纸纤维、甘蔗渣、棉籽壳、石棉粉、稻壳、赛璐珞、玻璃纸和鱼鳞中的一种或多种。它们是市售的，例如可购自北京中科日升科技有限公司。

在本发明的钻井液用可变形封堵防塌剂中，纳米级可变形可再分散聚合物选自纳米级的聚甲基丙烯酸甲酯、聚异戊二烯、聚二甲基硅氧烷和其共聚物、聚乙烯、羧基化的苯乙烯/丁二烯共聚物、苯乙烯/丁二烯共聚物、聚乙酸乙烯酯共聚物、聚乙酸乙烯酯/氯乙烯/乙烯共聚物、乙烯/氯乙烯/醋酸乙烯共聚物、醋酸乙烯酯/高级脂肪酸乙烯酯共聚物、乙烯/氯乙烯/月硅酸乙烯酯三元共聚、乙烯/氯乙烯共聚物、聚乙酸乙烯酯/乙烯共聚物和天然胶乳中的一种或多种。它们可购自天津中海油服化学有限公司。

在本发明的钻井液用可变形封堵防塌剂中，天然高分子改性材料选自腐植酸类改性材料、橡胶类材料、沥青类材料、淀粉类改性材料、木质素类改性材料中一种或多种。其中，腐植酸类改性材料选自腐植酸钾、腐植酸钠、腐植酸羧甲基化产物、腐植酸磺化产物和腐植酸硝化产物。橡胶类材料选自天然橡胶和磺化橡胶。沥青类材料选自天然沥青、磺化沥青和氧化沥青。淀粉类改性材料选自预胶化淀粉、羧甲基淀粉、阳离子淀粉和羟丙基淀粉。木质素类改性材料选自磺化木质素和羧甲基木质素钠中的一种或两种。它们可购自北京中科日升科技有限公司。

本发明的制备钻井液用可变形封堵防塌剂的方法包括下述步骤：将10-90重量份的微米级不可变形材料、20-80重量份的纳米级可变形可再分散聚合物、10-60重量份的天然高分子改性材料按相应配比混合，在混合搅拌机中混合80-120分钟，过100-300目筛即得。

本发明人将纳米级可变形可再分散聚合物应用于石油钻井领域，出人意料地发现本发明的包含纳米级可变形可再分散聚合物的封堵防塌剂通过封堵孔喉和微裂缝，能够实现减小孔隙压力传递的目的。将本发明的封堵防塌剂应用于水基钻井液时，在压力衰竭地层和砂岩地层，能够有效降低钻井液漏失和压差卡钻的风险。另外本发明的封堵防塌剂可以在井下发生变形，形成致密的膜，能够大大降低钻井液滤失，提高钻井液的造壁性和井壁的稳定性。

使用时，通常向钻井液中添加占钻井液总重量的1.0-3.0wt％的本发明的钻井液用可变形封堵防塌剂。

与现有技术相比，本发明的钻井液用可变形封堵防塌剂具有以下显著优点：

1、针对渗透封堵快、封堵带浅，封堵效果好

本发明封堵剂的基本组成组分为微米级不可变形材料，纳米级可变形可再分散聚合物和天然高分子改性材料。微米级不可变形材料韧性好，能够吸附钻井液中的部分水分等张开，形成网状结构，在流动压力的作用下，迅速在孔喉处形成封堵。本发明中另外的主要组分，为纳米级可变形可再分散聚合物，有助于发挥变形封堵作用，增加泥饼的致密性。纳米级可变形可再分散聚合物、天然高分子改性材料协同微米级不可变形材料起到快速封堵的作用，对储层的伤害深度浅。以本发明为主要封堵材料的钻井液体系高温高压动态岩心滤失速率≤0.15ml/10min。

2、易返排、保护低渗储层

本发明的主要组分微米级不可变形材料和纳米级可变形可再分散聚合物等决定了返排容易，以本发明为主要封堵剂的钻井液体系低渗岩心渗透率恢复值≥90％，且重复率达到100％。

3、成本低廉

本发明原料来源广泛，取材方便，价格低廉。

4、对环境无污染，环保

本发明化学PH值呈中性，LC₅₀＞30000ppm，不会污染环境。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的动失水速率对比图；和

图2是根据本发明一个实施例的滤失量图；

图3a是根据本发明的PPT试验中未使用本发明的封堵防塌剂的泥饼的图；以及

图3b是根据本发明的PPT试验中使用本发明的封堵防塌剂的泥饼的图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步描述，但是不应认为本发明受到下面的具体实施例的任何限定。以下各实施例中用到的物质，如果没有特别说明，均为市售的。

实施例1

将30重量份的微米级不可变形的木棉短纤维颗粒(购自北京中科日升科技有限公司)、20重量份的纳米级可变形可再分散的乙烯/氯乙烯/醋酸乙烯共聚物(购自天津中海油服化学有限公司)和10重量份的腐植酸钾(购自北京中科日升科技有限公司)在混合器中混合80分钟后，过200目筛，即得到本发明的钻井液用可变形封堵防塌剂。

对得到的可变形封堵防塌剂进行岩心封堵返排试验，得到以下如表1所示的试验数据：

表1

从表1的数据可以看出，动失水速率很低，对岩心形成了有效封堵。通过返排试验，渗透率恢复值99.8％。这说明本发明的封堵防塌剂，堵得住，排得出，对储层保护效果好。

实施例2

将35重量份的微米级不可变形的重晶石颗粒(购自北京中科日升科技有限公司)、40重量份的纳米级可变形可再分散的乙烯/氯乙烯/月硅酸乙烯酯三元共聚物(购自天津中海油服化学有限公司)和25重量份的磺化橡胶(购自北京中科日升科技有限公司)在混合器中混合100分钟后，烘干、球磨过200目筛，即得到本发明的钻井液用可变形封堵防塌剂。

通过岩心封堵返排试验，测试加入本发明的可变形封堵防塌剂的钻井液和加入常规封堵剂的钻井液的动失水速率。由图1可以看出，加入本发明的可变形封堵防塌剂后，钻井液的动失水速率随着时间推移呈下降趋势，而加入常规封堵剂的钻井液的动失水速率随着时间推移呈上升趋势。

实施例3

将40重量份的微米级不可变形的棉籽壳颗粒(购自北京中科日升科技有限公司)、30重量份的纳米级可变形可再分散的聚乙酸乙烯酯共聚物(购自天津中海油服化学有限公司)和15重量份的羧甲基淀粉(购自北京中科日升科技有限公司)在混合器中混合120分钟后，过200目筛，即得到本发明的钻井液用可变形封堵防塌剂。

使用渗透性封堵测试仪(Permeability Plugging Tester，PPT)(OFI测试设备公司，美国)并按照其产品使用说明书的步骤来测试钻井液在加入本发明的可变形封堵防塌剂前后的滤失量和钻井液滤失后形成的泥饼质量。

由图2可以看出，在150℃下，钻井液随着压力增加，30分钟滤失量由43ml增加到46ml。但是在加入本发明实施例3的可变形封堵防塌剂后，滤失量随着压力增加由10ml下降到9.2ml，这证明其形成的泥饼有可压缩性，能够在压力衰竭地层中使用，从而减少压差卡钻风险。

与常规试验相比，PPT试验中钻井液的滤失方向是自下向上的，如果泥饼质量不好，由于重力因素，很难得到完整泥饼。从图3a可以看出，钻井液在加入本发明的封堵防塌剂之前，很难得到完整泥饼，而加入本发明的封堵防塌剂后，可得到完整泥饼，且泥饼质量较好，薄而坚韧(图3b)。从而可有效封堵孔喉和微裂缝，减少压差，提高井下安全。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种钻井液用可变形封堵防塌剂，由10-90重量份的微米级不可变形材料、20-80重量份的纳米级可变形可再分散聚合物和10-60重量份的天然高分子改性材料组成。

2.如权利要求1所述的钻井液用可变形封堵防塌剂，由30-80重量份的微米级不可变形材料、20-60重量份的纳米级可变形可再分散聚合物和20-50重量份的天然高分子改性材料组成。

3.如权利要求1或2所述的钻井液用可变形封堵防塌剂，其中所述微米级不可变形材料选自呈微米级的颗粒形式的木棉短纤维、碳酸钙、重晶石、大理石、云母、蛭石、石英、锯末、亚麻纤维、花生壳、玉米心、纸纤维、甘蔗渣、棉籽壳、石棉粉、稻壳、赛璐珞、玻璃纸和鱼鳞中的一种或多种。

4.如权利要求1或2所述的钻井液用可变形封堵防塌剂，其中所述纳米级可变形可再分散聚合物选自纳米级的聚甲基丙烯酸甲酯、聚异戊二烯、聚二甲基硅氧烷和其共聚物、聚乙烯、羧基化的苯乙烯/丁二烯共聚物、苯乙烯/丁二烯共聚物、聚乙酸乙烯酯共聚物、聚乙酸乙烯酯/氯乙烯/乙烯共聚物、乙烯/氯乙烯/醋酸乙烯共聚物、醋酸乙烯酯/高级脂肪酸乙烯酯共聚物、乙烯/氯乙烯/月硅酸乙烯酯三元共聚物、乙烯/氯乙烯共聚物、聚乙酸乙烯酯/乙烯共聚物和天然胶乳中的一种或多种。

5.如权利要求1或2所述的钻井液用可变形封堵防塌剂，其中所述天然高分子改性材料选自腐植酸类改性材料、橡胶类材料、沥青类材料、淀粉类改性材料和木质素类改性材料中的一种或多种。

6.如权利要求5所述的钻井液用可变形封堵防塌剂，其中所述腐植酸类改性材料选自腐植酸钾、腐植酸钠、腐植酸羧甲基化产物、腐植酸磺化产物和腐植酸硝化产物。

7.如权利要求5所述的钻井液用可变形封堵防塌剂，其中所述橡胶类材料选自天然橡胶和磺化橡胶。

8.如权利要求5所述的钻井液用可变形封堵防塌剂，其中所述沥青类材料选自天然沥青、磺化沥青和氧化沥青。

9.如权利要求5所述的钻井液用可变形封堵防塌剂，其中所述淀粉类改性材料选自预胶化淀粉、羧甲基淀粉、阳离子淀粉和羟丙基淀粉。

10.如权利要求5所述的钻井液用可变形封堵防塌剂，其中所述木质素类改性材料选自磺化木质素和羧甲基木质素钠中的一种或两种。

11.一种制备权利要求1所述的钻井液用可变形封堵防塌剂的方法，将10-90重量份的微米级不可变形材料、20-80重量份的纳米级可变形可再分散聚合物和10-60重量份的天然高分子改性材料混合100-120分钟，过100-300目筛即得。