CN104293327A - 油页岩勘探新型钻井液 - Google Patents

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吴景华
谢俊革
谢俊来
李长雨
高成梁
郎秋玲
杜兆成
王伟
刘秧
彭第
黄非
刘莉莎
黄静莉
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Abstract

本发明涉及一种油页岩勘探新型钻井液，其特征在于其配方按固体质量与液体体积百分比为：钠膨润土4.0%；碳酸钠0.04%；低粘度羧甲基纤维素钠0.9%；水解聚丙烯酰胺0.06%；磺化沥青1.0%，其余是水；其具有较强的护壁防塌性、较好的流变特性；具有堵塞细小裂缝、防止粘卡功能；具有配制简单易操作且成本低的特点。

Description

油页岩勘探新型钻井液
技术领域
本发明涉及一种油页岩勘探新型钻井液，属于地质勘探的钻探工程中冲孔护壁的方法。
背景技术
目前，世界大部分油页岩分布区地质勘探程度低，很难对全球的油页岩资源量正确预测（预测页岩油资源量4110亿吨），只有部分国家对本国油页岩矿床进行了详细的勘探和评价工作。油页岩作为非常规油气资源，储量仅次于煤炭，其热解可得到类似原油的页岩油和可替代天然气的煤气，可补充常规能源，对改变我国能源结构，具有非常重要的战略意义！
油页岩是一种腐泥岩，遇水后容易发生水化膨胀、分散的问题。油页岩地层由于其所含粘土比例较高，容易水化，给钻进操作带来了极大的负面影响，钻井过程中常出现井径扩大、井壁失稳、粘卡、扭矩及阻力增大等一系列井下复杂情况。所以，对油页岩地层勘探而言，钻井液是个非常重要的技术问题。随着油页岩资源得到重视，其开采步伐也在加快，传统的钻井液不能很好的满足油页岩地层的要求，存在岩心采取率低、钻进效率不高等问题，因此研制新型油页岩勘探钻井液非常有必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种油页岩勘探新型钻井液，为了使油页岩勘探工作顺利进行，研制出粘度低、失水量少、pH值在8到9，护壁防塌效果好的钻井液，在水敏性油页岩地层钻进，避免孔壁遇水而使其变软逐层剥落、膨胀缩径、粘卡等问题；是一种对油页岩勘探过程中不同层位、不同岩性、不同分散度的岩心进行浸泡试验，能达到油页岩地层勘探护壁、防塌、提高岩心采取率要求的钻井液。
本发明的技术方案是这样实现的：一种油页岩勘探新型钻井液，其特征在于由以下原料组成：水（溶剂），钠膨润土，碳酸钠(Na2CO3)，低粘度羧甲基纤维素钠（Na-CMC），水解聚丙烯酰胺(PHP)，磺化沥青。其配方按固体质量与液体体积百分比为：钠膨润土4.0%；碳酸钠0.04%；低粘度羧甲基纤维素钠0.9%；水解聚丙烯酰胺0.06%；磺化沥青1.0%，其余是水。
其具体过程如下：先往搅拌罐中加入水，依次加入钠膨润土、碳酸钠搅拌30-40分钟；加入预溶好的低粘度羧甲基纤维素钠搅拌15分钟；加入预溶好的水解聚丙烯酰胺搅拌15分钟；加入磺化沥青搅拌15分钟即可。
本发明的积极效果是在油页岩勘探过程中防止孔壁坍塌，遇水缩径，同时提高岩心采取率。可在油页岩勘探中推广和应用，一定会带来较好的社会、经济效益；其性能指标：
（1）比    重： 1.03 g /cm3；
（2）漏斗粘度： 29秒；
（3）API失水： 7.0 mL/30min；
（4）PH    值： 8.5。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的描述。
实施例
钠膨润土，碳酸钠(Na2CO3)，低粘度羧甲基纤维素钠（Na-CMC），水解聚丙烯酰胺(PHP)，磺化沥青。先往搅拌罐中加入计算好的水，依次加入钠膨润土、碳酸钠搅拌30-40分钟；加入预溶好的低粘度羧甲基纤维素钠搅拌15分钟；加入预溶好的水解聚丙烯酰胺搅拌15分钟；加入磺化沥青搅拌15分钟即可。按固体质量与液体体积百分数，其配方是：水+钠膨润土4.0% + 碳酸钠0.04% + Na-CMC 0.9 % + PHP 0.06 %  + 磺化沥青1.0 %；其中钠膨润土具有吸湿性，能吸附8～15倍于本体积的水量，吸水后膨胀，可达30余倍，在水介质中能分散呈胶体悬浮液，这种悬浮液具有一定的粘滞性、触变性，是很好的造浆材料。
碳酸钠常温下为白色粉末或颗粒，无气味，是碱性的盐，有吸水性，碳酸钠助于钠膨润土在水中进一步分散和调解钻井液的PH值。              
低粘度羧甲基纤维素钠（表观粘度20mP·s左右）作为降失水剂。其在钻井液中有吸附于粘土颗粒周围的聚合物分子能增强孔壁上泥皮的致密性的作用。钻井液体系中的水由于聚合物分子的吸附而被约束，自由状态的水分子少了，因此钻井液中可透过泥皮进入孔壁内的水减少，即钻井液失水量减少。钻井液的失水量越少，越有利于维护水敏性孔壁的稳定。
水解聚丙烯酰胺（PHP水解度30 %左右）作为包被剂， PHP在钻井液中链状分子虽然不能完全伸展成线形，呈麻团状时的尺寸仍然不小，包被式的吸附到钻进下来的岩屑颗粒表面，把这些颗粒包裹起来，使它们不能分散造浆，并被絮凝清除；PHP大分子还有的增粘作用；PHP大分子吸附到孔壁表面和岩土孔隙和缝隙内，对孔壁有一定的胶结保护作用。
磺化沥青在钻井液中能改变钻进过程中的环空流态，提高了携带岩粉能力，孔底的岩粉易排出孔外。磺化沥青分子带有亲水的磺酸基和羧基团，它能够与水分子相吸附，增加泥饼界面的水化膜厚度，因而磺化沥青钻井液可以起到润滑减阻和防卡作用。磺化沥青中的胶体粒子能堵塞细小裂缝，减少渗透率，具有堵漏功能。
油页岩勘探新型钻井液性能评价主要是从钻井液比重、漏斗粘度、API失水量、PH值四个主要指标来评价。
钻井液比重： 1.02～1.03 g /cm3之间，低比重，新型钻井液在钻进中形成的泥皮很薄而致密，这样防塌性能就好。低比重钻井液对管材、钻头、水泵缸套、活塞拉杆等磨损也较小，这样使用寿命就长。
漏斗粘度：22～30秒之间，钻井液粘度在一定范围内增加，有助于增强钻井液的护壁性能。但是，环空间隙较小的钻孔，允许冲洗液粘度增加的范围较小，因为小间隙孔，钻井液粘度增加，引起泵送压力增加较大，钻井液中会有更多的水被压入孔壁岩石的孔隙和裂隙中，加剧孔壁的不稳定性。此外，钻井液粘度高时，起下钻具产生的动压增大，会加剧孔壁坍塌和漏失；再者，钻井液粘度高时，岩粉不易沉淀等一系列的问题。
API失水量，钻井液的失水，是孔内钻井液中的自由水，进入孔壁的孔隙和缝隙的现象。钻井液在失水的同时，在孔壁上形成薄而致密的泥皮（或称泥饼）。阻挡钻井液中的自由水进入孔壁。钻井液失水越少，越有利于稳定孔壁。其失水的过程较为复杂，泥皮形成不同阶段的失水和总失水的多少，很难准确测定。室内测定钻井液的失水量，目前采用滤纸模拟透水的孔壁，对钻井液加0.7MPa(中压)的压力，经30分钟，得出钻井液的失水量（API失水量）。
PH值在8-8.5的弱碱性范围，这与钻井液中处理剂的需要有关。多数处理剂，其分子链节上的亲水基团，以阴离子型为主，只有在碱性条件下，才能电离出亲水的亲水基团；碱性太强，钻井液润滑性降低。

Claims (1)

1.一种油页岩勘探新型钻井液，其特征在于由以下原料组成：水（溶剂），钠膨润土，碳酸钠(Na2CO3)，低粘度羧甲基纤维素钠（Na-CMC），水解聚丙烯酰胺(PHP)，磺化沥青；其配方按固体质量与液体体积百分比为：钠膨润土4.0%；碳酸钠0.04%；低粘度羧甲基纤维素钠0.9%；水解聚丙烯酰胺0.06%；磺化沥青1.0%，其余是水；其具体过程如下：先往搅拌罐中加入水，依次加入钠膨润土、碳酸钠搅拌30-40分钟；加入预溶好的低粘度羧甲基纤维素钠搅拌15分钟；加入预溶好的水解聚丙烯酰胺搅拌15分钟；加入磺化沥青搅拌15分钟即可。
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