CN105985758A - 一种封堵剂、含有该封堵剂的钻井液及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种封堵剂、含有该封堵剂的钻井液及其制备方法和应用。封堵剂包括乳化石蜡2～5重量份和可酸溶性混合盐10～25重量份，所述乳化石蜡的粒径≤100μm，所述可酸溶性混合盐的粒径≤30μm，所述可酸溶性混合盐包括碳酸钙5～15重量份，甲酸盐2～3重量份和氯盐3～7重量份；钻井液包括如下组分：黄原胶0.1～1.5重量份，降失水剂0.5～2重量份，高粘聚阴离子纤维素0.1～1重量份，低粘聚阴离子纤维素0.1～1重量份，有机胺基抑制剂1～3重量份，水70～88重量份和所述封堵剂12～30重量份。该钻井液密度小，流动性好，有利于提高钻速及缩短钻井周期，此外该钻井液对气藏储层的封堵效果好，并且对储层的伤害程度小，特别适用于对致密气藏储层进行有效封堵。
Description
技术领域
本发明涉及油气田开发技术领域，具体涉及一种封堵剂、含有该封堵剂的钻井液及其制备方法和应用。
背景技术
苏里格气田位于鄂尔多斯盆地，是我国陆上最大的气田，也是致密砂岩气藏的典型代表，具有低渗透、低压力、低丰度、薄集层、强非质性等特征。苏里格气田致密气藏储层的孔隙度低，喉道半径小且分布不均，分选和渗透性相对较差，砂岩主要粒径分布在0.3～1.0mm的范围内；同时，该致密气藏储层的矿物含量和粘土矿物含量较高，泥页岩样24h膨胀率均在15％以上，最高可达35％，易发生固体堵塞、水敏、水锁等伤害，因此减少外来固体、液体进入对于保护储层至关重要。
目前，对苏里格气田的开发已进入大规模开采阶段，水平井钻井技术已经普遍使用，在苏里格气田致密气藏储层钻进的水平井中，水平段平均长度超过1000米。由于钻进过程中频繁钻遇大段泥岩，因此在保护储层的同时还必须确保井壁稳定，防止坍塌。通常采用提高钻井液密度的方法来确保井壁稳定，钻井液的密度已达到1.30g/cm3以上。
尽管提高钻井液密度能够在一定程度上保证井壁稳定，然而由此会造成钻井设备钻速慢、钻井周期长、井壁在钻井液中浸泡时间长等问题，从而增大了对储层的伤害。同时，由于钻井液密度高，其固相含量可高达25％以上，由此还会产生流动性差、携砂效果不佳、摩阻大、托压严重等一系列问题，使钻井的周期和成本显著增加。
发明内容
本发明提供一种封堵剂、含有该封堵剂的钻井液及其制备方法和应用，用于解决现有技术中的封堵剂密度高、封堵效果差、对储层伤害较大等技术缺陷。
本发明提供一种封堵剂，包括乳化石蜡2～5重量份和可酸溶性混合盐10～25重量份，所述乳化石蜡的粒径≤100μm，所述可酸溶性混合盐的粒径≤30μm，所述可酸溶性混合盐包括碳酸钙5～15重量份，甲酸盐2～3重量份和氯盐3～7重量份。
在本发明具体方案中，甲酸盐例如甲酸钾、甲酸钠等；氯盐例如氯化钠、氯化钾等。
进一步地，所述碳酸钙包括500目碳酸钙(粒径约为30μm)、600目碳酸钙(粒径约为25μm)、800目碳酸钙(粒径约为18μm)和1200目碳酸钙(粒径约为12.5μm)，并且所述500目碳酸钙、600目碳酸钙、800目碳酸钙和1200目碳酸钙之间的重量配比为(1～1.5)：(1.5～2)：(2～3)：(3～4)。
在本发明具体方案中，所述乳化石蜡中粒径为1～10μm的组分的质量含量为40～50％，粒径＞10μm的组分的质量含量为40～50％。进一步地，所述乳化石蜡中粒径＜1μm的组分的质量含量＜10％。该乳化石蜡具体为O/W型乳化石蜡，可采用本领域常规方法制备得到。
进一步地，所述乳化石蜡是通过采用阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂对石蜡进行乳化制得。
进一步地，所述阴离子表面活性剂选自烷基酚聚氧乙烯醚(OP)中的一种或多种，例如OP-20、OP-25等；所述非离子表面活性剂选自聚乙二醇和聚乙烯醇中的一种或多种；所述乳化的温度为85～95℃，时间为1.5～2.0小时，搅拌速率为9000～10000r/min。
本发明还提供上述任一所述的封堵剂在制备钻井液中的应用。
本发明还提供一种钻井液，包括如下组分：黄原胶0.1～1.5重量份，降失水剂0.5～2重量份，高粘聚阴离子纤维素0.1～1重量份，低粘聚阴离子纤维素0.1～1重量份，有机胺基抑制剂1～3重量份，水70～88重量份和权利要求1至6任一所述的封堵剂12～30重量份。
进一步地，所述钻井液包括如下组分：黄原胶0.3～0.5重量份，降失水剂1～1.5重量份，高粘聚阴离子纤维素0.3～0.5重量份，低粘聚阴离子纤维素0.3～0.5重量份，有机胺基抑制剂1～3重量份，水70～88重量份和上述任一所述的封堵剂12～30重量份。
进一步地，所述降失水剂为改性淀粉；有机胺基抑制剂(聚胺类抑制剂)可为本领域常规的抑制剂，例如BZ-AN1、NH-1、HPA、AP-1等。
本发明还提供一种钻井液的制备方法，包括如下步骤：
向70～88重量份的水中依次加入0.1～1重量份的高粘聚阴离子纤维素、0.1～1重量份的低粘聚阴离子纤维素和0.1～1.5重量份的黄原胶，搅拌至溶解后，依次加入0.5～2重量份的降失水剂和1～3重量份的有机胺基抑制剂，继续搅拌至溶解后，加入12～30重量份的上述任一所述的封堵剂，继续搅拌至溶解，并调节pH值至8～9，制得钻井液。
本发明提供的封堵剂组成简单，制备方便；含有封堵剂的钻井液密度小，流动性好，有利于提高钻速及缩短钻井周期，此外该钻井液能够防止钻井过程中储层坍塌，对致密气藏储层的封堵效果好，并且对储层的伤害程度小。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
各实施例的原料来源如下：
黄原胶(XCD)：购自山东中轩生物有限公司；
高粘聚阴离子纤维素(PAC-HV)和低粘聚阴离子纤维素(PAC-LV)：购自咸阳石化有限公司；
改性淀粉降失水剂G310-SJS：购自秦川石油科技有限公司；
有机胺基抑制剂BZ-AN1：购自荆州嘉华科技有限公司；
实施例1
1、制备乳化石蜡
采用阴离子表面活性剂OP-20和非离子表面活性剂聚乙二醇对石蜡进行乳化，其中控制乳化温度为90℃左右，乳化时间为2小时左右，搅拌速率为9000r/min左右，制得粒径≤100μm的乳化石蜡；该乳化石蜡中粒径＜1μm的组分的质量含量为10％左右，粒径为1～10μm的组分的质量含量为45％左右，粒径＞10μm的组分的质量含量为45％左右。
2、制备可酸溶性混合盐
将0.5重量份的500目碳酸钙、1重量份的600目碳酸钙、1.5重量份的800目碳酸钙和2重量份的1200目碳酸钙混合均匀后，与2重量的甲酸钾和3重量份的氯化钠混合均匀，制得粒径≤30μm的可酸溶性混合盐。
3、制备封堵剂
将2重量份上述制备的乳化石蜡与10重量份上述制备的可酸溶性混合盐混合均匀，制得封堵剂。
4、制备钻井液
向88重量份的水中依次加入0.3重量份的高粘聚阴离子纤维素、0.3重量份的低粘聚阴离子纤维素和0.3重量份的黄原胶，搅拌至溶解后，依次加入1重量份的降失水剂和2重量份的有机胺基抑制剂，继续搅拌至溶解后，加入12重量份上述制备的封堵剂，继续搅拌至溶解，并调节pH值至8～9，制得钻井液。
将配制好的钻井液分别进行热滚16小时和放置24小时后测定钻井液的性能，结果见表1。
实施例2
1、制备乳化石蜡
采用阴离子表面活性剂OP-25和非离子表面活性剂聚乙烯醇对石蜡进行乳化，其中控制乳化温度为95℃左右，乳化时间为1.5小时左右，搅拌速率为10000r/min左右，制得粒径≤100μm的乳化石蜡；该乳化石蜡中粒径＜1μm的组分的质量含量为10％左右，粒径为1～10μm的组分的质量含量为50％左右，粒径＞10μm的组分的质量含量为40％左右。
2、制备可酸溶性混合盐
将1.5重量份的500目碳酸钙、2重量份的600目碳酸钙、3重量份的800目碳酸钙和3.5重量份的1200目碳酸钙混合均匀后，与3重量的甲酸钠和5重量份的氯化钾混合均匀，制得粒径≤30μm的可酸溶性混合盐。
3、制备封堵剂
将2.5重量份上述制备的乳化石蜡与18重量份上述制备的可酸溶性混合盐混合均匀，制得封堵剂。
4、制备钻井液
向79.5重量份的水中依次加入0.4重量份的高粘聚阴离子纤维素、0.4重量份的低粘聚阴离子纤维素和0.4重量份的黄原胶，搅拌至溶解后，依次加入1.2重量份的降失水剂和1重量份的有机胺基抑制剂，继续搅拌至溶解后，加入20.5重量份上述制备的封堵剂，继续搅拌至溶解，并调节pH值至8～9，制得钻井液。
将配制好的钻井液分别进行热滚16小时和放置24小时后测定钻井液的性能，结果见表1。
实施例3
1、制备乳化石蜡
采用阴离子表面活性剂OP-20和非离子表面活性剂聚乙二醇对石蜡进行乳化，其中控制乳化温度为85℃左右，乳化时间为2小时左右，搅拌速率为9500r/min左右，制得粒径≤100μm的乳化石蜡；该乳化石蜡中粒径＜1μm的组分的质量含量为10％左右，粒径为1～10μm的组分的质量含量为40％左右，粒径＞10μm的组分的质量含量为50％左右。
2、制备可酸溶性混合盐
将1.5重量份的500目碳酸钙、3重量份的600目碳酸钙、4.5重量份的800目碳酸钙和6重量份的1200目碳酸钙混合均匀后，与3重量的甲酸钠和7重量份的氯化钾混合均匀，制得粒径≤30μm的可酸溶性混合盐。
3、制备封堵剂
将5重量份上述制备的乳化石蜡与25重量份上述制备的可酸溶性混合盐混合均匀，制得封堵剂。
4、制备钻井液
向70重量份的水中依次加入0.5重量份的高粘聚阴离子纤维素、0.5重量份的低粘聚阴离子纤维素和0.5重量份的黄原胶，搅拌至溶解后，依次加入1.5重量份的降失水剂和3重量份的有机胺基抑制剂，继续搅拌至溶解后，加入30重量份上述制备的封堵剂，继续搅拌至溶解，并调节pH值至8～9，制得钻井液。
将配制好的钻井液分别进行热滚16小时和放置24小时后测定钻井液的性能，结果见表1。
表1 各实施例制备的钻井液的性能测定结果
由表1可知：
本发明各实施例制备的钻井液的各项性能指标均符合石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液GB/T 16783.1-2006标准的要求。
对照例1
除采用普通市购的单向压力封闭剂DF-1作为封堵剂外，其它组分及钻井液的制备方法与实施例1相同，制得钻井液。
对照例2
除采用未经乳化的石蜡与实施例1制备的可酸溶性混合盐混合制备封堵剂外，其余与实施例1相同，制得钻井液。
试验例1钻井液岩心伤害测试
采用苏里格气田致密气藏区块召15井、召23井和苏平2井岩心作为试验岩心，其物性参数见表2。
分别利用实施例1至实施例3制备的钻井液以及对照例1和对照例2的钻井液对上述召15井、召23井和苏平2井岩心进行岩心伤害测试，岩心伤害测试方法为：
①标准盐水饱和岩心
先将岩心在105℃烘干4小时，放凉后再将岩心放入干燥皿中抽真空2小时，注入标准盐水后再抽4小时后取出。
②岩心原始渗透率Kg1测定
将岩心加入岩心夹持器中，保持逐渐加入内压，在90℃温度、固定环压5Mpa和内压正向驱排氮气，根据达西公式测定与钻井液接触前岩心氮气渗透率Kg1。
③钻井液静态损害气层试验
在3.5Mpa内压和8.5Mpa环压条件下，在90℃温度，让钻井液在静态4小时和流动2小时状态下，反向接触岩心6小时，并记下滤失量。
④钻井液损害后岩心对氮气的渗透率Kg2测定
再正向驱排氮气，直到岩心不再有钻井液(水相)流出为止，待流量稳定后，测定损害后岩心对氮气的渗透率Kg2。
⑤钻井液损害后切除岩心1cm后对氮气的渗透率Kg2测定
取出夹持器中岩心，循环钻井液端切去1cm后，再次加入夹持器中，在90℃温度正向驱排氮气，直到岩心流量稳定后，测定损害后岩心对氮气的渗透率Kg2，结果见表3。
表2 试验岩心的物性参数
表3 各钻井液的封堵率及伤害率测试结果
由表2和表3结果可知：
采用本发明封堵剂制备的钻井液能够有效地对储层孔隙形成封堵，封堵率高，封堵效果好；并且，该钻井液能够减少外来固体、液体进入储层，避免颗粒堵塞孔喉造成伤害，从而有效降低了对储层的伤害，伤害率低。
此外，利用对照例1以单向压力封闭剂DF-1作为封堵剂制备的钻井液进行的岩心伤害测试结果表明，其对试验岩心的封堵率仅为40～50％，封堵效果较差，并且其对储层造成永久性伤害，无法恢复。
利用对照例2以未乳化石蜡制备的钻井液进行的岩心伤害测试结果表明，其对试验岩心的封堵率仅为30～40％，封堵效果较差，并且伤害率达到60～70％，其对储层形成中度伤害。
试验例2钻井液现场试验
分别利用实施例1至实施例3制备的钻井液对苏东27-30H井等的多口井进行现场试验。
现场试验方法为：
①分别按照实施例1至实施例3方法制备钻井液，必要时逐步加大XCD的用量适当提高粘切，并综合使用降失水剂PAL-LV和G310-SJS以控制失水，改善泥饼的质量，逐步把钻井液性能调整到设计值。随着水平段长度的加深，必要时加入润滑剂，降低摩阻和扭矩。在钻进过程中，及时调整钻井液流变性能，有效携砂，确保快速钻进。
②提前预判井下岩性变化情况，可随着水平段的延伸，适当加入一定量的KCL、甲酸钠、有机胺基抑制剂和封堵剂，提高钻井液的抑制性和封堵性，同时把钻井液的比重提高到1.15g/ml以上。一旦钻遇泥岩超过3米，把氯化钾加量提高到7％以上，同时加入1.5％复合封堵剂，并用无机盐加重剂把钻井液密度加重到1.20g/ml以上；注意观察振动筛返出岩屑情况和井下上提下放钻具时的反应，如果井壁继续坍塌，可继续用无机盐加重剂加重钻井液密度至1.25g/ml，并把复合封堵剂总体加量提高到3％；如果井壁失稳情况仍不能解决，可采用甲酸钠把钻井液加重到满足井壁稳定为止，保证井下安全钻进。
③处理好钻井液，保证钻井液滤失量和钻井液密度维持在尽可能低的水平，降低钻井液对储层的损害；确保合理的钻井液流变性，确保钻井液的携砂性能和良好的洗井效果。
④为了提高钻井液的防卡润滑性能及改善滤失性,一方面可加入1～2％的液体润滑剂，另外加重时尽可能使用可溶性无机盐进行加重，保证钻井液的低固相含量，使摩擦系数Kf≤0.07。为了掌握井底温度作用后的润滑性，可测HPHT失水滤饼的Kf。
⑤及时维护各种处理剂达到设计要求。
现场试验结果表明：
1、采用本发明实施例1至实施例3制备的钻井液至少能够安全穿越300米以上泥岩，其在钻进过程中能够有效封堵泥岩段储层孔隙，并降低钻井液对储层的伤害，整个钻进过程中井眼良好，井下正常，各钻井液均表现出良好的高效封堵性和低伤害率。
2、本发明钻井液的密度在1.20g/cm3左右，其密度低、流动性能好，既保证了井下安全，又加快了钻井速度，平均机械钻速可达到5米/小时，显著缩小了钻井的周期和成本。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种封堵剂，其特征在于，包括乳化石蜡2～5重量份和可酸溶性混合盐10～25重量份，所述乳化石蜡的粒径≤100μm，所述可酸溶性混合盐的粒径≤30μm，所述可酸溶性混合盐包括碳酸钙5～15重量份，甲酸盐2～3重量份和氯盐3～7重量份。
2.根据权利要求1所述的封堵剂，其特征在于，所述碳酸钙包括500目碳酸钙、600目碳酸钙、800目碳酸钙和1200目碳酸钙，并且所述500目碳酸钙、600目碳酸钙、800目碳酸钙和1200目碳酸钙之间的重量配比为(1～1.5)：(1.5～2)：(2～3)：(3～4)。
3.根据权利要求1或2所述的封堵剂，其特征在于，所述乳化石蜡中粒径为1～10μm的组分的质量含量为40～50％，粒径＞10μm的组分的质量含量为40～50％。
4.根据权利要求1至3任一所述的封堵剂，其特征在于，所述乳化石蜡是通过采用阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂对石蜡进行乳化制得。
5.根据权利要求4所述的封堵剂，其特征在于，所述阴离子表面活性剂选自烷基酚聚氧乙烯醚中的一种或多种，所述非离子表面活性剂选自聚乙二醇和聚乙烯醇中的一种或多种，所述乳化的温度为85～95℃，时间为1.5～2.0小时，搅拌速率为9000～10000r/min。
6.权利要求1至5任一所述的封堵剂在制备钻井液中的应用。
7.一种钻井液，其特征在于，包括如下组分：黄原胶0.1～1.5重量份，降失水剂0.5～2重量份，高粘聚阴离子纤维素0.1～1重量份，低粘聚阴离子纤维素0.1～1重量份，有机胺基抑制剂1～3重量份，水70～88重量份和权利要求1至5任一所述的封堵剂12～30重量份。
8.根据权利要求7所述的钻井液，其特征在于，所述降失水剂为改性淀粉。
9.一种钻井液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
向70～88重量份的水中依次加入0.1～1重量份的高粘聚阴离子纤维素、0.1～1重量份的低粘聚阴离子纤维素和0.1～1.5重量份的黄原胶，搅拌至溶解后，依次加入0.5～2重量份的降失水剂和1～3重量份的有机胺基抑制剂，继续搅拌至溶解后，加入12～30重量份的权利要求1至6任一所述的封堵剂，继续搅拌至溶解，并调节pH值至8～9，制得钻井液。
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