CN104419389B - 一种用于稳定泥页岩地层的微纳米钻井液及其应用 - Google Patents

一种用于稳定泥页岩地层的微纳米钻井液及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钻井液，该钻井液含有膨润土、微纳米固壁剂、纳米胶束封堵剂和水，所述微纳米固壁剂为丙烯酸酯系微纳米乳液，所述纳米胶束封堵剂为聚氧乙烯‑聚氧丙烯‑聚氧乙烯嵌段共聚物。所述钻井液具有较好的流变性、封堵性能，作为泥页岩地层稳定用微纳米封堵钻井液使用能够显著的提高对泥页岩的封闭性，阻止钻井液自由水对泥页岩地层的侵入。

Description

一种用于稳定泥页岩地层的微纳米钻井液及其应用
技术领域
本发明涉及一种用于稳定泥页岩地层的微纳米钻井液及其应用。
背景技术
井壁失稳一直是困扰石油工业界的一个大问题，在世界许多油田都存在，一直没有能够很好的解决。据保守估计，井壁失稳每年约给世界石油工业造成5-6亿美元的损失，消耗的时间约占钻井总时间的5-6%，这对海上钻井将会是一个更大的损失。据国内外数百口井的统计说明，所钻泥页岩地层占所钻总地层的70％，而90％以上的井塌发生在泥页岩地层，其中硬质泥页岩地层约占三分之二，软质泥页岩地层约占三分之一。由于这些地区地层所造成的井壁不稳定，还影响钻井速度与测井、固井质量，还使部分地区无法钻达目的层，影响勘探目的的实现。因此如何对泥页岩实施有效封堵达到维持井壁稳定的钻井液研究将具有十分重要的意义。
硬质泥页岩表面致密，孔喉半径大多分布为纳米级，钻井液中的自由水极易在正压差条件下通过毛细管力和渗透压差进入泥页岩的纳米级微孔缝，在粘土矿物水化膨胀压的作用下，加剧微孔缝的开启，形成微米级微裂缝和微裂隙，宏观上表现为钻井过程中的泥页岩剥落掉块。
目前为了加强钻井液对易坍塌地层和渗透性地层的封堵能力，最常用的方法就是采用“物理桥堵”的封堵材料，主要包括纤维类、不同级配固相颗粒(如超细碳酸钙)以及可变形材料(如沥青类等)，近几年又出现了无渗透剂、超低渗处理剂等。这些封堵材料的粒径主要为微米级，对砂岩孔隙具有较好的封堵作用，但由于与泥页岩纳米级的孔喉分布难以匹配，很难对泥页岩产生有效封堵，泥页岩的剥落掉块问题始终没有得到很好的解决。
因此亟需找到一种新的泥页岩地层稳定用微纳米封堵钻井液，这对于提高油井勘探开发效益具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有较好的流变性、封堵性能的稳定泥页岩地层用微纳米封堵钻井液。
本发明提供一种钻井液，该钻井液含有膨润土、微纳米固壁剂、纳米胶束封堵剂和水，所述微纳米固壁剂为丙烯酸酯系微纳米乳液，所述纳米胶束封堵剂为聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物。
本发明还提供一种所述钻井液作为稳定泥页岩地层用微纳米封堵钻井液的应用。
本发明的钻井液具有较好的流变性、封堵性能。例如，实施例1制备的钻井液的常温中压滤失量为3ml，120℃高温高压滤失量为8ml，20h内在模拟泥页岩岩心中无压力传递发生。使用本发明的钻井液能够显著的提高对泥页岩的封闭性，阻止钻井液自由水对泥页岩地层的侵入。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供了一种钻井液，其特征在于，该钻井液含有膨润土、微纳米固壁剂、纳米胶束封堵剂和水，所述微纳米固壁剂为丙烯酸酯系微纳米乳液，所述纳米胶束封堵剂为聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物。
在本发明中，所述膨润土可以是以蒙脱石为主的粘土矿，其可提高钻井液的悬浮稳定性。所述膨润土的种类为本领域技术人员公知，可以为钠基膨润土和/或钙基膨润土，优选为钠基膨润土。所述水可以是淡水也可以是海水。
在本发明中，以100重量份水为基准，所述膨润土的含量可以为1-5重量份，优选为3-5重量份，所述微纳米固壁剂的含量可以为2-5重量份，优选为2.5-3.5重量份，所述纳米胶束封堵剂的含量可以为1-3重量份，优选为1.5-2.5重量份。
在本发明中，所述微纳米固壁剂的液滴粒径可以分布在100-1000nm，液滴平均粒径可以为300-450nm，优选为350-400nm。
在本发明中，液滴粒径通过济南微纳颗粒仪器股份有限公司的Winner80纳米激光粒度测定仪测定。液滴平均粒径是指液滴体积平均粒径。
所述丙烯酸酯系微纳米乳液选自丙烯酸甲酯微纳米乳液、丙烯酸乙酯微纳米乳液、丙烯酸丁酯微纳米乳液、甲基丙烯酸甲酯微纳米乳液、甲基丙烯酸乙酯微纳米乳液、甲基丙烯酸丙酯微纳米乳液和甲基丙烯酸丁酯微纳米乳液中的一种或多种。
优选地，丙烯酸酯系微纳米乳液为丙烯酸甲酯微纳米乳液。
在本发明中，所述纳米胶束封堵剂的液滴粒径可以分布在1nm-100nm，液滴平均粒径可以为30-60nm，优选为40-50nm。
所述聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物的重均分子量可以为3000-7000，优选为4000-6000，浊点可以为40-80℃，优选为50-70℃。
在本发明中，该钻井液还可以含有pH值调节剂、包被剂、护胶剂、降滤失剂、抑制剂和加重剂中的一种或多种。
所述pH值调节剂可以为各种常规碱性物质，例如，碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物、碱金属碳酸盐、碱土金属碳酸盐、碱金属碳酸氢盐、碱金属醋酸盐、碱土金属醋酸盐、碱金属醇盐或碱土金属醇盐中的至少一种，优选为碱金属氢氧化物或碱金属碳酸盐中的至少一种，进一步优选为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸钾和氢氧化钾中的至少一种，更优选为氢氧化钠。
以100重量份水为基准，所述pH值调节剂的含量可以为0.2-0.5重量份，优选为0.2-0.3重量份。
所述包被剂的种类没有特别的限定，可以为本领域公知的各种常规包被剂，例如聚丙烯酰胺钾盐、聚丙烯酰胺、丙烯酸钠-丙烯酰胺共聚物、和阳离子聚丙烯酰胺中的一种或多种，优选为聚丙烯酰胺。
以100重量份水为基准，所述包被剂的含量可以为0.3-0.8重量份，优选为0.4-0.7重量份。
所述护胶剂的种类没有特别的限定，可以为本领域公知的各种常规护胶剂，例如聚阴离子纤维素、磺甲基酚醛树脂、褐煤树脂和羧甲基纤维素中的一种或多种，优选为聚阴离子纤维素。
以100重量份水为基准，所述护胶剂的含量可以为0.2-0.8重量份，优选为0.2-0.5重量份。
所述降滤失剂可以为现有的各种能够降低钻井液的滤失量的物质，例如，可以为羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、羧甲基淀粉、羟丙基淀粉等改性天然聚合物，优选为羟丙基淀粉。
以100重量份水为基准，所述降滤失剂的含量可以为1-3重量份，优选为1.5-2.5重量份。
所述抑制剂的种类没有特别的限定，可以为本领域公知的各种常规抑制剂，例如氯化钾、甲酸钠、甲酸钾和氯化钠中的一种或多种，优选为氯化钾。
以100重量份水为基准，所述抑制剂的含量可以为3-8重量份，优选为4-6重量份。
所述加重剂的种类没有特别的限定，可以为本领域公知的各种常规加重剂，例如重晶石粉、石灰石粉和铁矿粉中的一种或多种，优选为重晶石粉。
以3-5重量份膨润土为基准准，所述加重剂的含量可以为0.1-80重量份，优选为40-60重量份。
在本发明中，对所述钻井液各组成进行混合时，所用混合设备没有特别限定，可以为任何常规混料设备，例如混料釜。混合方式可以为搅拌式的，也可以为震荡式的，优选为搅拌式的。各组成的加入顺序没有特别限定，可以在开始前全部加入，也可以根据需要在混合过程中添加。混合的时间和温度没有特别的限定，可以根据实际情况选择。
本发明还提供一种所述钻井液作为稳定泥页岩地层用微纳米封堵钻井液的应用。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例中，钻井液的流变性和滤失量根据SY/T5621-1993测定。泥页岩岩心中20h的压力传递情况通过湖北创联石油科技有限公司的CLYL-1泥页岩孔隙压力传递测试装置在120℃、3.5MPa下测定。
以下实施例中，膨润土产自河北省阳县；聚丙烯酰胺购自山东聚鑫化工有限公司，牌号为PAM；聚阴离子纤维素购自泸州北方乔丰化工有限公司，牌号为LV-PAC；羟丙基淀粉购自北京中科日升科技公司，牌号为FLOCAT；丙烯酸甲酯微纳米乳液购自湖北汉科新技术股份有限公司，牌号为HGW，液滴平均粒径为385nm；聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物购自湖北汉科新技术股份有限公司，牌号为HSM，液滴平均粒径为45nm，重均分子量为5000，浊点为60℃；重晶石粉产自广西省象山县。
实施例1
将以下组分在常温常压下搅拌60min至均匀。
膨润土3重量份；
氢氧化钠0.2重量份；
聚丙烯酰胺0.5重量份；
聚阴离子纤维素0.3重量份；
羟丙基淀粉2重量份；
丙烯酸甲酯微纳米乳液3重量份；
聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物2重量份；
氯化钾5重量份；
重晶石粉50重量份；
水100重量份。
对得到的钻井液进行流变性和滤失量测试，结果如表1所示。对得到的钻井液进行泥页岩岩心中20h的压力传递情况测试，结果如表2所示，其中，上游端为钻井液，下游端为地层水，中间为泥页岩岩心。
实施例2
将以下组分在常温常压下搅拌60min至均匀。
膨润土5重量份；
氢氧化钠0.3重量份；
聚丙烯酰胺0.7重量份；
聚阴离子纤维素0.2重量份；
羟丙基淀粉1重量份；
丙烯酸甲酯微纳米乳液2重量份；
聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物1重量份；
氯化钾3重量份；
重晶石粉50重量份；
水100重量份。
对得到的钻井液进行流变性和滤失量测试，结果如表1所示。对得到的钻井液进行泥页岩岩心中20h的压力传递情况测试，结果如表2所示。
实施例3
将以下组分在常温常压下搅拌60min至均匀。
膨润土1重量份；
氢氧化钠0.2重量份；
聚丙烯酰胺0.3重量份；
聚阴离子纤维素0.4重量份；
羟丙基淀粉1.5重量份；
丙烯酸甲酯微纳米乳液2.5重量份；
聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物1.5重量份；
氯化钾6重量份；
重晶石粉50重量份；
水100重量份。
对得到的钻井液进行流变性和滤失量测试，结果如表1所示。对得到的钻井液进行泥页岩岩心中20h的压力传递情况测试，结果如表2所示。
对比例1
将以下组分在常温常压下搅拌60min至均匀。
膨润土3重量份；
氢氧化钠0.2重量份；
聚丙烯酰胺0.5重量份；
聚阴离子纤维素0.3重量份；
羟丙基淀粉2重量份；
磺化沥青3重量份；
氯化钾5重量份；
重晶石粉50重量份；
水100重量份。
对得到的钻井液进行流变性和滤失量测试，结果如表1所示。对得到的钻井液进行泥页岩岩心中20h的压力传递情况测试，结果如表2所示。
对比例2
将以下组分在常温常压下搅拌60min至均匀。
膨润土3重量份；
氢氧化钠0.2重量份；
聚丙烯酰胺0.5重量份；
聚阴离子纤维素0.3重量份；
羟丙基淀粉2重量份；
丙烯酸甲酯微纳米乳液3重量份；
氯化钾5重量份；
重晶石粉50重量份；
水100重量份。
对得到的钻井液进行流变性和滤失量测试，结果如表1所示。对得到的钻井液进行泥页岩岩心中20h的压力传递情况测试，结果如表2所示。
对比例3
将以下组分在常温常压下搅拌60min至均匀。
膨润土3重量份；
氢氧化钠0.2重量份；
聚丙烯酰胺0.5重量份；
聚阴离子纤维素0.3重量份；
羟丙基淀粉2重量份；
聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物3重量份；
氯化钾5重量份；
重晶石粉50重量份；
水100重量份。
对得到的钻井液进行流变性和滤失量测试，结果如表1所示。对得到的钻井液进行泥页岩岩心中20h的压力传递情况测试，结果如表2所示。
表1
表2
上游端初始压力（MPa） 下游端20h后压力（MPa）
实施例1 3.5 0
实施例2 3.5 0.02
实施例3 3.5 0.05
对比例1 3.5 4.5
对比例2 3.5 1.8
对比例3 3.5 1.2
根据表1和2的结果可以看出，含有本发明的钻井液具有较好的流变性、封堵性能，作为泥页岩地层稳定用微纳米封堵钻井液使用能够显著的提高对泥页岩的封闭性，阻止钻井液自由水对泥页岩地层的侵入。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (8)

1.一种钻井液，其特征在于，该钻井液含有膨润土、微纳米固壁剂、纳米胶束封堵剂和水，所述微纳米固壁剂为丙烯酸酯系微纳米乳液，所述纳米胶束封堵剂为聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物，其中，所述微纳米固壁剂的液滴平均粒径为300-450nm，所述纳米胶束封堵剂的液滴平均粒径为30-60nm。
2.根据权利要求1所述的钻井液，其中，以100重量份水为基准，所述膨润土的含量为1-5重量份，所述微纳米固壁剂的含量为2-5重量份，所述纳米胶束封堵剂的含量为1-3重量份。
3.根据权利要求1或2所述的钻井液，其中，所述丙烯酸酯系微纳米乳液选自丙烯酸甲酯微纳米乳液、丙烯酸乙酯微纳米乳液、丙烯酸丁酯微纳米乳液、甲基丙烯酸甲酯微纳米乳液、甲基丙烯酸乙酯微纳米乳液、甲基丙烯酸丙酯微纳米乳液和甲基丙烯酸丁酯微纳米乳液中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的钻井液，其中，所述丙烯酸酯系微纳米乳液为丙烯酸甲酯微纳米乳液。
5.根据权利要求1所述的钻井液，其中，所述聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物的重均分子量为3000-7000，浊点为40-80℃。
6.根据权利要求1或2所述的钻井液，其中，该钻井液还含有pH值调节剂、包被剂、护胶剂、降滤失剂、抑制剂和加重剂中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的钻井液，其中100重量份水为基准，所述pH值调节剂的含量为0.2-0.5重量份，所述包被剂的含量为0.3-0.8重量份，所述护胶剂的含量为0.2-0.8重量份，所述降滤失剂的含量为1-3重量份，所述抑制剂的含量为3-8重量份，所述加重剂的含量为0.1-80重量份。
8.权利要求1-7中任意一项所述的钻井液在稳定泥页岩地层中的应用。
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