CN104559976A - 水基钻井液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水基钻井液及其制备方法，按重量份，所述水基钻井液由100份水、0.25～0.35份纯碱、0.3～0.5份流型调节剂、1～2份降滤失剂、1～2份抑制剂、0.3～0.5份包被剂、6～8份KCl、1～2份铝合物封堵剂、3～5份微纳米封堵剂以及适量的重晶石混合制成。针对硬脆性泥页岩，所述水基钻井液具备较强的抑制封堵性能，有利于井壁加固，减少井壁失稳及掉块、垮塌的发生。

Description

水基钻井液及其制备方法
技术领域
本发明涉及石油钻井领域，特别是涉及一种微纳米强封堵水基钻井液及其制备方法。
背景技术
随着石油资源勘探开发范围的扩大，尤其是伴随致密油气和页岩气等非常规油气资源的开发，硬脆性泥页岩的井壁失稳问题，成为亟待解决的关键难题。对于硬脆性泥页岩，通过性能评价，发现该类岩屑在清水中滚动回收率很高，一般大于50％，组分中基本不含或含少量蒙脱石，以伊蒙混层和伊利石为主，不会水化造浆，但是很容易水化分散，导致井下掉块甚至垮塌。以往的经验表明，单纯地提高钻井液的抑制性以及加大常规封堵剂的用量，例如磺化沥青类，并不能有效解决硬脆性泥页岩井壁失稳的难题。目前研究表明：硬脆性泥页岩中发育的微米级甚至纳米级微裂缝是导致井壁失稳的主要因素，当钻井液滤液不断侵入泥页岩的微裂缝时，水化作用会导致微裂缝迅速变大，并不断沿裂缝横向及纵向发展，最终导致泥页岩的整体破坏。针对上述问题，有必要对钻井液的性能进行改进，使钻井液具有较强抑制性和微裂缝封堵性能，从而降低井下掉块、垮塌的发生率。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种微纳米强封堵水基钻井液，具备较强的抑制性，且能够有效封堵硬脆性泥页岩微裂缝，从而减少井下掉块、垮塌的发生。
本发明的另一目的是提供一种微纳米强封堵水基钻井液的制备方法。
本发明的技术方案如下：
所述水基钻井液由以下重量份的组分：
和根据所述水基钻井液的密度要求所加入的适量重晶石制成。
所述流型调节剂为高粘度黄原胶或低粘度黄原胶，或二者以任意比例组成的混合物。
所述降滤失剂为钻井液用低粘聚阴离子纤维素或改性淀粉，或二者以任意比例组成的混合物。
所述抑制剂为聚胺抑制剂，作用在于增强所述水基钻井液的抑制性，抑制泥页岩的水化分散，有利于井壁加固。所述聚胺抑制剂优选渤海钻探工程院生产的BZ-JAI型钻井液用聚胺抑制剂。
所述包被剂为PAC141型钻井液用包被剂、聚丙烯酸钾或阳离子聚丙烯酰胺，上述3种包被剂均具有包被絮凝效果，可对泥页岩起到包被作用，能够抑制泥页岩的水化膨胀，有助于防止井壁坍塌。
所述铝合物封堵剂能够溶解于水基钻井液中形成Al(OH)4 -，当遇到酸性较低的泥岩或者地层水时，铝合物从滤液中沉淀出来，在泥页岩孔喉或者微裂缝处沉积形成Al(OH)3沉淀，构成物理屏障，有效阻止钻井液滤液的侵入，从而起到加固井壁作用，有效减少井下掉块、垮塌的发生。所述铝合物封堵剂优选渤海钻探工程院生产的BZ-Alseal型钻井液用铝合物封堵剂。
所述微纳米封堵剂由微米级超细碳酸钙(粒度范围10～30μm)和纳米级二氧化硅(粒度范围1～100nm)按质量比1:3～2:1组成。目前大多数硬脆性泥页岩微裂缝尺寸介于1～3000nm，所述微纳米封堵剂能够进入到泥页岩微裂缝中起到填充封堵作用，阻止滤液渗入。
所述重晶石为密度4.0～4.2g/cm3的钻井液用重晶石粉，在组分中作为所述水基钻井液加重剂，以获得所需的钻井液密度。所述钻井液用重晶石粉的加入量根据所述水基钻井液的具体密度要求确定，所述水基钻井液的密度为1.05～1.80g/cm3。
所述KCl为工业级氯化钾。
所述水基钻井液的制备方法如下：在充分搅拌状态下依次向水中加入纯碱、流型调节剂、降滤失剂、抑制剂、包被剂、KCl、铝合物封堵剂和微纳米封堵剂，最后根据所述水基钻井液的密度要求加入适量重晶石，获得所述水基钻井液。
通过本发明技术方案获得的所述水基钻井液与现有技术相比具有更强的封堵性能，能够有效封堵硬脆性泥页岩微裂缝，从而减少井下掉块、垮塌的发生；另外，所述水基钻井液是一种较为廉价的钻井液，体现在所述铝合物封堵剂、微纳米封堵剂以及其它组分的成本均相对较低且制备方法简单易行，非常适合大规模生产应用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的降粘剂及其制备方法进行详细说明。
实施例1
按重量份，在充分搅拌状态下依次向100份水中加入0.25份纯碱、0.3份高粘度黄原胶、1份钻井液用低粘聚阴离子纤维素、1份聚胺抑制剂、0.5份阳离子聚丙烯酰胺、6工业级份KCl、1份铝合物封堵剂、1份微米级超细碳酸钙以及1份纳米级二氧化硅，最后加入密度为4.1g/cm3的钻井液用重晶石粉加重钻井液体系的密度至1.05g/cm3，获得所述水基钻井液。
实施例2
按重量份，在充分搅拌状态下依次向100份水中加入0.3份纯碱、0.5份低粘度黄原胶、1.5份改性淀粉、2份BZ-JAI型钻井液用聚胺抑制剂、0.3份PAC141型钻井液用包被剂、8份工业级KCl、2份BZ-Alseal型钻井液用铝合物封堵剂、2份微米级超细碳酸钙以及3份纳米级二氧化硅，最后加入密度为4.0g/cm3的钻井液用重晶石粉加重钻井液体系的密度至1.10g/cm3，获得所述水基钻井液。
实施例3
按重量份，在10000转/分钟的搅拌状态下依次向100份水中加入0.35份纯碱、0.25份高粘度黄原胶、0.25份低粘度黄原胶、1份钻井液用低粘聚阴离子纤维素、1份改性淀粉、2份BZ-JAI型钻井液用聚胺抑制剂、0.3份聚丙烯酸钾、7份工业级KCl、1份BZ-Alseal型钻井液用铝合物封堵剂、1份微米级超细碳酸钙以及1份纳米级二氧化硅，最后加入密度为4.2g/cm3的钻井液用重晶石粉加重钻井液体系的密度至1.20g/cm3，获得所述水基钻井液。。
性能测试
(1)流变性能及失水性能评价：
取上述实施例1～3制备获得的水基钻井液，利用六速旋转粘度计测试水基钻井液的流变性能；利用钻井液用中压失水仪测试体系30min的中压失水量(API失水)。
(2)封堵性能评价：
取上述实施例1～3制备获得的水基钻井液，利用页岩膨胀仪NP-1进行封堵性能的测试。
测试结果如表1。
表1 流变性能、失水性能及封堵性能评价结果
通过表1的数据可以发现，本发明提供的水基钻井液，在具有良好流动性的同时具有较高的动塑比，有利于岩屑的悬浮和携带；更重要的是，常规聚合物钻井液页岩膨胀率普遍大于30％，本发明提供的水基钻井液页岩膨胀率只有15％左右，体现出更强的抑制封堵性能，有利于井壁加固，减少井壁失稳及掉块、垮塌的发生。

Claims (10)

1.一种水基钻井液，其特征在于由以下重量份的组分：
和根据所述水基钻井液的密度要求所加入的适量重晶石制成。
2.根据权利要求1所述的水基钻井液，其特征在于：所述流型调节剂为高粘度黄原胶或低粘度黄原胶，或二者以任意比例组成的混合物。
3.根据权利要求1所述的水基钻井液，其特征在于：所述降滤失剂为钻井液用低粘聚阴离子纤维素或改性淀粉，或二者以任意比例组成的混合物。
4.根据权利要求1所述的水基钻井液，其特征在于：所述抑制剂为聚胺抑制剂。
5.根据权利要求4所述的水基钻井液，其特征在于：所述聚胺抑制剂为BZ-JAI型钻井液用聚胺抑制剂。
6.根据权利要求1所述的水基钻井液，其特征在于：所述包被剂为PAC141型钻井液用包被剂、聚丙烯酸钾或阳离子聚丙烯酰胺。
7.根据权利要求1所述的水基钻井液，其特征在于：所述铝合物封堵剂为BZ-Alseal型钻井液用铝合物封堵剂。
8.根据权利要求1所述的水基钻井液，其特征在于：所述微纳米封堵剂由粒度范围为10～30μm的微米级超细碳酸钙和粒度范围为1～100nm的纳米级二氧化硅按质量比1:3～2:1组成。
9.根据权利要求1所述的水基钻井液，其特征在于：所述重晶石为密度4.0～4.2g/cm3的钻井液用重晶石粉。
10.一种权利要求1所述水基钻井液的制备方法，其特征在于：在充分搅拌状态下依次向所述水中加入所述纯碱、流型调节剂、降滤失剂、抑制剂、包被剂、KCl、铝合物封堵剂和微纳米封堵剂，最后根据所述水基钻井液的密度要求加入适量重晶石，获得所述水基钻井液。
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