CN103045210B - 一种高效封堵油基钻井液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效封堵油基钻井液及其制备方法，该钻井液由以下质量份数的原料组成：配浆油70～80份、配浆水20～30份、主乳化剂2.5～3.0份、辅乳化剂1.5～2.0份、润湿剂2.0～2.5份、流型调节剂2.0～2.5份、降滤失剂2.5～3.0份、碱度调节剂1.5～2.0份、提切剂0.5～0.8份、封堵材料7～9份，加入加重材料使钻井液密度达到1.45～1.56g/cm³。本发明的高效封堵油基钻井液，利用钻井正压差，在井壁表面和近井壁处快速架桥、充填、成膜封堵地层裂缝，有效的阻止钻井液及其滤液向微裂缝中渗透，提高地层承压能力，表现出良好的封堵效果，有利于井壁稳定。

Description

一种高效封堵油基钻井液及其制备方法

技术领域

本发明属于石油工程钻井液技术领域，具体涉及一种高效封堵油基钻井液，同时还涉及一种该钻井液的制备方法。

背景技术

随着世界各国对能源需求的不断增长，能源压力日益增大，而页岩油气在全球分布广泛，页岩气的开采已成为全球资源开发的一个热点。通常采用水平井开发，然而页岩气地层具有以下共性：岩性以泥页岩为主，粘土矿物含量高，易水化膨胀，引起坍塌压力增高；地层层理、微裂隙和裂缝发育，如果不能有效封堵裂缝，提高钻井液密度反而会增大坍塌压力，引起页岩更剧烈地坍塌；岩屑弱-中等膨胀，不分散，易井壁掉块。水化膨胀和裂缝引起的坍塌，不但浪费大量的时间和资金，还会延误勘探、开发周期。因此，对于层理、裂隙发育的页岩地层钻井，为防止井壁坍塌，要求钻井液具有强的封堵性，高效封堵地层层理、裂隙，阻止钻井液及其滤液进入地层，达到提高地层承压能力、稳定井壁、防止井漏、保护油气层的目的。

油基钻井液具有页岩抑制性强、润滑性好、抗高温、抗污染能力强以及储层保护性能好等优点，是钻高难度井的优先选择。目前油基钻井液技术相对较落后，且认为油基钻井液抑制泥页岩水化膨胀、垮塌能力强，只注重提高其乳化稳定性，而不注重对微裂缝的封堵，继而出现用油基钻井液钻井也发生井壁坍塌问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效封堵油基钻井液，快速有效的封堵破碎页岩地层的裂缝，防止应力塌陷压力突变，解决页岩地层井壁坍塌的问题。

本发明的第二个目的是提供一种高效封堵油基钻井液的制备方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种高效封堵油基钻井液，由以下重量份数的原料组成：

加入加重材料使钻井液密度达到1.45～1.56g/cm³。

所述配浆油为3号白油、5号白油中的任意一种或组合；所述配浆水为质量分数为28%的CaCl₂溶液；所述加重材料为重晶石、碳酸钡、石灰石中的任意一种或组合。

所述主乳化剂为烷基酚醚磺基琥珀酸酯钠盐、蓖麻油聚氧乙烯醚磷酸酯中的任意一种或组合；所述辅乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯中的任意一种或组合；所述润湿剂为卵磷脂、咪唑啉两性表面活性剂中的任意一种或组合。

所述流型调节剂为有机土、氧化沥青中的任意一种或组合；所述提切剂为黄原胶、酚醛树脂中的任意一种或组合。

所述降滤失剂为氧化沥青、改性沥青、腐植酸中的任意一种或组合；所述碱度调节剂为氧化钙或氢氧化钙。

所述封堵材料的优选方案为：

树脂类封堵剂           2份

沥青类乳化封堵剂       3～5份

纳米封堵剂             2份。

所述的树脂类封堵剂为磺化酚醛树脂、褐煤树脂中的任意一种或混合物。

所述的沥青类乳化封堵剂为水分散乳化沥青。

所述纳米封堵剂为纳米级碳酸钙。

一种高效封堵油基钻井液的制备方法，包括下列步骤：

1）按重量份数取配浆油，在12000rpm的搅拌下，依次加入主乳化剂、辅乳化剂和配浆水，测油包水乳化液的破乳电压，检查乳化稳定性，符合破乳电压＞400V；

2）依次加入润湿剂、流型调节剂、降滤失剂、碱性调节剂、提切剂，充分搅拌混合均匀，再加入封堵材料，充分搅拌至分散均匀；

3）按钻井液的密度要求，加入加重材料使钻井液密度达到1.45～1.56g/cm³，即得所述高效封堵油基钻井液。

配浆油使用5号白油，闪点146℃，是综合安全、环保、货源普遍等因素考虑。

配浆水使用质量分数为28%的CaCl₂溶液。配制盐水的矿物盐种类及活度的选择是根据页岩地层水活度优选的，盐水的活度小于页岩地层水的活度，利用活度平衡原理，从而油基钻井液或水相少进入或趋于不进入地层，从根本上解决页岩地层粘土矿物水化膨胀引发的井壁坍塌。

主乳化剂是经分子结构设计、人工合成的具有多种表面活性基团的低分子聚合物，亲水亲油平衡值（HLB值）在3～6的酰胺类油溶性表面活性剂。该种主乳化剂是适合柴油基、白油基与合成基钻井液体系的一种通用型主乳化剂。可以在油/水界面形成高强度的吸附膜，降低油水界面张力，增加外相粘度，从而阻止水相液滴聚并变大，显著提高油基钻井液体系稳定性。

辅乳化剂是HLB值在13～18的水溶性脂肪酸类表面活性剂。该种辅乳化剂是适合柴油基、白油基与合成基钻井液体系的一种通用型辅乳化剂。协助主乳化剂配合使用，提高油基钻井液乳化膜的强度，有利于在较宽广的油水比（40/60～10/90）范围内，显著提高油基钻井液体系的稳定性与抗温性，提高油基钻井液体系的抗污染能力，使得油基钻井液体系性能更加易于维护；并同主乳化剂及其它处理剂均具有良好的配伍性。

润湿剂是一种油基钻井液体系的增强型润湿反转剂，主要是通过与加重剂和钻屑表面产生化学键合，将这些固相的亲水表面改变为亲油表面，从而有效地改善油基钻井液的沉降稳定性。

流型调节剂是一种应用在油基钻井液体系中的通用型有机土，可在油相中分散，具有良好的提粘、悬浮作用，使体系易于根据需要调整并维持体系稳定、构建滤饼、保护油气层。

降滤失剂是一种天然沥青改性产品，属于AMPS/AM（2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/丙烯酰胺）二元共聚体的聚合物，在分子中引入了磺酸基团，酰胺基，抗温、抗盐并在一定温度范围内对体系的滤失性能有明显改善，并同体系中的其它处理剂具有良好的配伍性。

碱度调节剂为氧化钙，使烷基苯磺酸钠等乳化剂转化为烷基苯磺酸钙，并调节pH值。

提切剂为具有一定抗温能力和提高油基钻井液体系粘切的高分子链状多糖生物聚合物，又称黄原胶。引入提切剂可有效改善油基钻井液自身动、静切力低的不足，提高油基钻井液的携带/悬浮钻屑和井眼清洁能力。

封堵材料为树脂类封堵剂、沥青类乳化封堵剂、纳米封堵剂三种原料复配而成。

树脂类封堵剂是一种热塑性树脂合成聚合物类型的成膜封堵材料，粒径分布宽，随井温升高会发生软化变形，在近井壁处吸附、浓集形成化学封堵膜，并起支撑作用，对油基钻井液流变性无不良影响，同体系中其它处理剂的配伍性好，不会降低机械钻速，同时具有良好环保性能。

沥青类乳化封堵剂是一种柔性变形充填封堵粒子。在油基钻井液中具有良好的分散性，无沉淀和漂浮物，软化点与地层温度相匹配，颗粒极细且变形性好，起到补充封堵裂缝的作用，同时能迅速在金属表面形成牢固的吸附膜，降低钻井液中固体粒子和钻具的阻力。

纳米封堵剂是一种高效的抗高温类超微细刚性颗粒封堵材料，是经分子结构设计、通过高温缩合工艺而提高其分子量及其抗高温能力，改善化合物在高温油相中的存在状态、进而改善其封堵及降滤失效果。不同于沥青类封堵降滤失剂，不会在油基钻井液中分散成胶粒而影响油基钻井液的流变性与重复使用、降低机械钻速等。对裂缝起填充作用，提高泥饼的强度，同时具有良好环保性能。

页岩微裂缝发育，裂缝走向、尺寸难以确定，封堵材料以选用不同封堵原理、不同粒径分布的封堵单剂为原则进行复配，避免单剂粒径分布窄、用量大和封堵效果差的缺点。三种封堵剂复配使用，复配配方2份树脂类封堵剂、3～5份沥青类乳化封堵剂、2份纳米封堵剂。利用钻井正压差，在井壁表面和近井壁处作用、密集堆积，迅速封堵地层裂缝，提高地层承压能力，阻止钻井液及其滤液向微裂缝中渗透。

本发明的高效封堵油基钻井液，采用三种不同封堵原理、不同粒径分布的封堵单剂复配封堵材料，利用钻井正压差，在井壁表面和近井壁处快速架桥、充填、成膜封堵地层裂缝，有效的阻止钻井液及其滤液向微裂缝中渗透，提高地层承压能力，表现出良好的封堵效果，有利于井壁稳定；快速有效的封堵破碎页岩地层的裂缝，防止应力坍塌压力突变，从而解决页岩地层井壁坍塌的问题。本发明的制备方法工艺简单，可现场施工配液，适合大规模应用。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

实施例1

本实施例的高效封堵油基钻井液，由以下原料组成：

加入重晶石使钻井液密度达到1.45g/cm³。

本实施例的高效封堵油基钻井液的制备方法，包括下列步骤：

1）按重量份数取5号白油，在12000rpm的搅拌下，依次加入烷基酚醚磺基琥珀酸酯钠盐、蓖麻油聚氧乙烯醚磷酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚和质量分数为28%的CaCl₂溶液，测油包水乳化液的破乳电压，检查乳化稳定性，符合ES＞400V；

2）依次加入卵磷脂、咪唑啉、有机土、氧化沥青、腐植酸、氧化钙、黄原胶，充分搅拌混合均匀，再加入磺化酚醛树脂、水分散乳化沥青SFT-120（市售商品）、纳米级碳酸钙，充分搅拌至分散均匀；

3）按钻井液的密度要求，加入重晶石使钻井液密度达到1.45g/cm³，即得所述高效封堵油基钻井液。

实施例2

本实施例的高效封堵油基钻井液，由以下原料组成：

加入碳酸钡使钻井液密度达到1.50g/cm³。

本实施例的高效封堵油基钻井液的制备方法，包括下列步骤：

1）按重量份数取3号白油，在12000rpm的搅拌下，依次加入蓖麻油聚氧乙烯醚磷酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯和质量分数为28%的CaCl₂溶液，测油包水乳化液的破乳电压，检查乳化稳定性，符合ES＞400V；

2）依次加入咪唑啉、氧化沥青、改性沥青、腐植酸、氢氧化钙、氧化钙、黄原胶、酚醛树脂，充分搅拌混合均匀，再加入褐煤树脂、磺化酚醛树脂、水分散乳化沥青SFT-130（市售商品）、纳米级碳酸钙，充分搅拌至分散均匀；

3）按钻井液的密度要求，加入碳酸钡使钻井液密度达到1.50g/cm³，即得所述高效封堵油基钻井液。

实施例3

本实施例的高效封堵油基钻井液，由以下原料组成：

加入重晶石和石灰石使钻井液密度达到1.56g/cm³。

本实施例的高效封堵油基钻井液的制备方法，包括下列步骤：

1）按重量份数取3号白油和5号白油，在12000rpm的搅拌下，依次加入烷基酚醚磺基琥珀酸酯钠盐、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯和质量分数为28%的CaCl₂溶液、NaCl溶液，测油包水乳化液的破乳电压，检查乳化稳定性，符合ES＞400V；

2）依次加入卵磷脂、有机土、氧化沥青、氢氧化钙、酚醛树脂，充分搅拌混合均匀，再加入褐煤树脂、水分散乳化沥青SFT120（市售商品）、水分散乳化沥青SFT130（市售商品）、纳米级碳酸钙，充分搅拌至分散均匀；

3）按钻井液的密度要求，加入重晶石和石灰石使钻井液密度达到1.56g/cm³，即得所述高效封堵油基钻井液。

上述三个实施例，经河南油田泌页HF1井现场试验，得到用于页岩水平井钻井的高效封堵油基钻井液性能表，如表1所示。

表1用于页岩水平井钻井的高效封堵油基钻井液性能表

上述数据说明，本发明的钻井液当密度在1.45～1.56g/cm³之间调整，破乳电压ES高达800V以上；流变性满足钻井要求，封堵材料对油基体系影响小，配伍性好；API滤失量为0～1.6ml，HTHP滤失量≤3ml，抑制、封堵防塌能力强，成功阻止了钻井液及滤液进入地层，解决了井壁垮塌问；6d一趟215.9mm钻头钻完进尺1122m，水平段长1044m，摩阻系数低（平均4～5t），具有良好地润滑性，无沉砂、粘附卡钻发生，钻井、测井及下套管顺利。因此，本发明增强了油基钻井液的抑制封堵能力，满足了页岩水平井钻井要求。

实验例

油基钻井液密度为1.45g/cm³，加入复配封堵材料，室内实验进行滤失量和渗透率恢复值检测，评定油基钻井液加入复配封堵材料前后对裂缝的封堵能力。

实验结果表明：加入复配封堵材料后，油基钻井液流变性能、电稳定性基本保持不变，配伍性好；API.FL由2ml降为0.3ml；120℃、3.5MPa下HTHP.FL由6.5ml降为0.9ml；泥饼承压强度由6.5MPa提高至12.8MPa；采用渗透率为28.44～36.81×10^-3μm²之间的人造岩心，模拟钻井条件下（围压4.5MPa，压差3.5MPa，速梯200l/S，损害时间125min）进行高温高压动态污染实验，测得有外泥饼岩心渗透率恢复值21.5～27.2%；去除外泥饼岩心渗透率恢复值83.1～84.2%；截污染端1cm后岩心渗透率恢复值93.5～95.7%。钻井液体系表现出良好的封堵效果。

Claims (4)

1.一种封堵油基钻井液，其特征在于：由以下重量份数的原料组成：

配浆油                              70～80份

配浆水                              20～30份

主乳化剂                            2.5～3.0份

辅乳化剂                            1.5～2.0份

润湿剂                              2.0～2.5份

流型调节剂                          2.0～2.5份

降滤失剂                            2.5～3.0份

碱度调节剂                          1.5～2.0份

提切剂                              0.5～0.8份

封堵材料                            7～9份

加入加重材料使钻井液密度达到1.45～1.56g/cm³；所述封堵材料为：树脂类封堵剂 2份，沥青类乳化封堵剂 3～5份 ，纳米封堵剂 2份；所述的树脂类封堵剂为磺化酚醛树脂、褐煤树脂中的任意一种或混合物；所述的沥青类乳化封堵剂为水分散乳化沥青SFT-120和/或水分散乳化沥青SFT-130；所述纳米封堵剂为纳米级碳酸钙；所述配浆油为3号白油、5号白油中的任意一种或组合；所述配浆水为质量分数为28%的CaCl₂溶液；所述主乳化剂为烷基酚醚磺基琥珀酸酯钠盐、蓖麻油聚氧乙烯醚磷酸酯中的任意一种或组合；所述辅乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯中的任意一种或组合；所述润湿剂为卵磷脂、咪唑啉两性表面活性剂中的任意一种或组合；所述流型调节剂为有机土、氧化沥青中的任意一种或组合；所述提切剂为黄原胶、酚醛树脂中的任意一种或组合；所述降滤失剂为氧化沥青、改性沥青、腐植酸中的任意一种或组合。

2.根据权利要求1所述的封堵油基钻井液，其特征在于：所述加重材料为重晶石、碳酸钡、石灰石中的任意一种或组合。

3.根据权利要求1所述的封堵油基钻井液，其特征在于：所述碱度调节剂为氧化钙或氢氧化钙。

4.一种如权利要求1所述的封堵油基钻井液的制备方法，其特征在于：包括下列步骤：

1）按重量份数取配浆油，在12000rpm的搅拌下，依次加入主乳化剂、辅乳化剂和配浆水，测油包水乳化液的破乳电压，检查乳化稳定性，符合破乳电压＞400V；

2）依次加入润湿剂、流型调节剂、降滤失剂、碱性调节剂、提切剂，充分搅拌混合均匀，再加入封堵材料，充分搅拌至分散均匀；

3）按钻井液的密度要求，加入加重材料使钻井液密度达到1.45～1.56g/cm³，即得所述高效封堵油基钻井液。