CN106543989A - 类油基钻井液体系及其制备方法和应用 - Google Patents

类油基钻井液体系及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于页岩气开采技术领域，尤其涉及一种类油基钻井液体系及其制备方法和应用。该体系由下述组分混合制得，按照重量份数计，所述组分包括：50～60份土浆、3～5份仿生抑制剂、3～5份仿生封堵剂、1～2份仿生固壁剂、3～5份抗高温降滤失剂、3～6份成膜剂、1～3份键合润滑剂和30～45份加重材料。该体系主要针对一些疑难井段问题，特别是页岩气，既能在防止泥页岩水化分散膨胀的同时，又能改善和提高一些关键性能，如降低扭矩、提高钻速、减小压力传递、保护油气层等。同时，该体系具有油基钻井液的性能而且具有环保的特点。

Description

类油基钻井液体系及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于页岩气开采技术领域，尤其涉及一种类油基钻井液体系及其制备方法和应用。
背景技术
随着油气勘探在全球的扩展，石油天然气行业正在开发一些疑难复杂地层，如深海钻探等，钻井难度越来越大。现在钻井技术要求钻井液具备以下性能及特点：一是能有效地解决钻进过程中所遇到的井下复杂情况，如井漏、井喷、卡钻等；二是能够保持井眼稳定，有利于安全、快速钻井，节省钻进时间；三是能够保护油气层，提高油气采收率；四是能够满足环保要求，尽可能减小对环境的污染，使废弃钻井液能够直接排放到环境中；五是能够使体系简化，降低钻井总成本。
钻井液体系主要分为水基钻井液和油基钻井液两大类。多年以来，油基钻井液经常用来处理一些疑难井段问题。与水基钻井液相比，油基钻井液具有很多优点如：页岩稳定性好、扭矩和阻力低、抗污染能力强以及钻井速率高等。然而，油包水钻井液的缺点在于对环境影响大，因而受到有关法规的限制，此外它还具有成本高、易发生循环漏失等缺点。这促使人们寻求一种高性能水基钻井液，使其具有油基钻井液的性能而且又具有环保的特点，使其能适用于海上等钻井操作，这同时也对钻井工作者提出了更大的挑战。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种类油基钻井液体系，其为一种新型水基钻井液体系。
所述类油基钻井液体系，该体系由下述组分混合制得，按照重量份数计，所述分组包括：50～60份土浆、3～5份仿生抑制剂、3～5份仿生封堵剂、1～2份仿生固壁剂、3～5份抗高温降滤失剂、3～6份成膜剂、1～3份键合润滑剂和30～45份加重材料。
优选的，上述类油基钻井液体系，按照重量份数计，所述分组包括：55份土浆、5份仿生抑制剂、4份仿生封堵剂、1份仿生固壁剂、5份抗高温降滤失剂、3份成膜剂、2份键合润滑剂、30份加重材料。
其中，上述类油基钻井液体系中，所述仿生抑制剂的结构为：以L-天门冬酰胺和L-精氨酸聚合物作为主链，侧链接枝盐酸多巴胺。
其中，上述类油基钻井液体系中，所述仿生封堵剂为聚酰亚胺改性的纳米氧化石墨烯。
其中，上述类油基钻井液体系中，所述仿生固壁剂的结构为：主链为甲基丙烯酸酯共聚物，侧链接枝盐酸多巴胺。
其中，上述甲基丙烯酸酯共聚物是由甲基丙烯酸十八碳酯、甲基丙烯酸聚乙二醇酯和丙烯酸三种物质的多元共聚物而得到的。
其中，上述类油基钻井液体系中，所述成膜剂是聚丙烯酸聚氨酯。
其中，上述类油基钻井液体系中，所述键合润滑剂为油脂类润滑剂。
其中，上述类油基钻井液体系中，所述加重材料为硫酸钡。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述类油基钻井液的制备方法，该方法具体如下：
将50～60份土浆置于搅拌器浆杯中，将搅拌器的搅拌速度调至70～80r/min，边搅拌边加入3～5份仿生抑制剂、3～5份仿生封堵剂、1～2份仿生固壁剂，搅拌10～15min；再加入3～5份抗高温降滤失剂，搅拌10～15min；再加入3～6份成膜剂、1～3份键合润滑剂搅拌10～15min；再加入30～45份加重材料搅拌1～1.5h，即可制得。
本发明所要解决的第三个技术问题是提供上述类油基钻井液体系在页岩气中的应用。
本发明的有益效果为：本发明提供的高性能水基钻井液体系，主要针对一些疑难井段问题，特别是页岩气；该体系既在防止泥页岩水化分散膨胀的同时，又能改善和提高一些关键性能，如降低扭矩、提高钻速、减小压力传递、保护油气层等。同时，该体系具有油基钻井液的性能而且具有环保的特点等。
具体实施方式
本发明提供了一种类油基钻井液体系，其为一种新型水基钻井液体系。所述类油基钻井液体系，该体系由下述组分混合制得，按照重量份数计，所述分组包括：50～60份土浆、3～5份仿生抑制剂、3～5份仿生封堵剂、1～2份仿生固壁剂、3～5份抗高温降滤失剂、3～6份成膜剂、1～3份键合润滑剂和30～45份加重材料。
优选的，上述类油基钻井液体系，按照重量份数计，所述分组包括：55份土浆、5份仿生抑制剂、4份仿生封堵剂、1份仿生固壁剂、5份抗高温降滤失剂、3份成膜剂、2份键合润滑剂、30份加重材料。
其中，上述类油基钻井液体系中，所述土浆是本领域普通的1～4wt％的膨润土土浆，即在水中加入钻井用膨润土，高速搅拌20min，在常温条件下养护24h得到。
其中，上述类油基钻井液体系中，仿生抑制剂为聚氨基酸类聚合物，其结构为L-天门冬酰胺和L-精氨酸聚合物作为主链，侧链接枝盐酸多巴胺仿生基团。其为按照本领域常规制备方法，在水中合成的聚氨基酸类聚合物。
发明人通过对吸附了上述仿生抑制剂的膨润土进行X射线衍射分析可知：虽然表面上仿生抑制剂的嵌入适当增大了粘土的层间距，使粘土相对于未嵌入时“膨胀”了，但实际上，嵌入后的层间距远小于粘土水化后的层间距，而且嵌入后仿生抑制剂由于带有独特的仿生基团，可以与相邻的粘土表面形成强度远高于普通氢键的作用力，并通过桥接作用将相邻粘土片层紧密连接在一起。
其中，上述类油基钻井液体系中，所述仿生封堵剂为聚酰亚胺改性的纳米氧化石墨烯，由本领域常规方法制备得到。所述仿生封堵剂具有纳米级片层结构、经聚酰亚胺改性后具备类贝壳结构，具有仿生功能，更进入岩石的孔缝，组织压力的传递，从而起到封堵的作用。
其中，上述类油基钻井液体系中，所述仿生固壁剂的主链为甲基丙烯酸酯共聚物，侧链接枝盐酸多巴胺仿生基团，所述甲基丙烯酸酯共聚物是由甲基丙烯酸十八碳酯、甲基丙烯酸聚乙二醇酯和丙烯酸三种物质的多元共聚物而得到的。所述仿生固壁剂按照本领域常规方法，将带大量羟基的甲基丙烯酸酯共聚物作为主链，通过自由基接枝聚合反应，将仿生基团盐酸多巴胺接枝到侧链而得到。
上述仿生固壁剂在岩石表面作用下，自发在其上固化，形成仿生壳。该仿生壳可以通过粘附力和内聚力将与之相接触的岩石加固起来，尤其是页岩在水化膨胀时的水化力被仿生壳的内聚力所削弱或完全抵消，提高井壁稳定性。
其中，上述类油基钻井液体系中，所述抗高温降滤失剂为本领域常规复合型抗高温降滤失剂，优选为褐煤、纤维和抗高温材料为原料所得的复合型抗高温降滤失剂。
其中，上述类油基钻井液体系中，所述成膜剂是聚丙烯酸聚氨酯，其是一种纳米级、脂类、可变形密封的高分子聚合物。
其中，上述类油基钻井液体系中，所述键合润滑剂是油脂类润滑剂，其能够模仿蚯蚓分泌的黏液与粘土间产生键合作用。
其中，上述类油基钻井液体系中，所述加重材料为硫酸钡。
进一步的，本发明还提供了上述类油基钻井液的制备方法，该方法具体如下：
将50～60份土浆置于搅拌器浆杯中，将搅拌器的搅拌速度调至70～80r/min，边搅拌边加入3～5份仿生抑制剂、3～5份仿生封堵剂、1～2份仿生固壁剂，搅拌10～15min；再加入3～5份抗高温降滤失剂，搅拌10～15min；再加入3～6份成膜剂、1～3份键合润滑剂搅拌10～15min；再加入30～45份加重材料搅拌1～1.5h，即可制得。
更进一步的，本发明还提供了上述类油基钻井液体系在页岩气中的应用。
本发明基于仿生技术原理，模仿海洋生物所分泌的具有超强水下粘附性能的蛋白的特点，研发了在井下环境条件下，能粘附在岩石表面并自发固化，从而起到提高井壁岩石强度作用的两种仿生处理剂-仿生抑制剂和仿生固壁剂，并以其为核心处理剂建立了的钻井液体系，通过真正意义上的力学-化学“多重耦合”，解决井壁稳定问题。同时，还可以扩大安全密度窗口、减轻或避免储层损害、解决摩阻问题等，使钻井过程中的许多技术难题得到解决，其意义非常重大。
并且，本发明中，采取了“强抑制、多功能”，即在防止泥页岩水化分散膨胀的同时，又能改善和提高一些关键性能，如降低扭矩、提高钻速、减小压力传递、保护油气层等。同时，该体系具有油基钻井液的性能而且有环保的特点，为我国高新能水基钻井液提供了一条思路，是符合现代钻井技术要求的一种高性能水基钻井液。
下面结合实施例对本发明作进一步解释和说明，并不因此限制本发明的保护范围。
以下实施例中成膜剂聚丙烯酸聚氨酯、键合润滑剂、抗高温降滤失剂均为市售产品。
实施例1
一种类油基钻井液用体系，以重量份计，其各组分为55份土浆、5份仿生抑制剂、4份仿生封堵剂、1份仿生固壁剂、5份抗高温降滤失剂、3份成膜剂聚丙烯酸聚氨酯、2份键合润滑剂、30份加重材料硫酸钡，上述各组分均为钻井液专用组分。
采用本领域常规测试方法，在相同条件下对加入实施例1产品的类油基泥浆和常规油基泥浆进行性能测试，结果如表1所示。从表1中可看出：实施例1类油基钻井液体系性能能够达到油基钻井液的性能要求。
表1.相同条件下油基泥浆和类油基泥浆性能对比
备注:老化条件：120℃×16h；流变测试温度60℃；HTHP:120℃，3.5MPa；密度：2.2g/cm3；
其中，AV(mPa·s)代表：表观粘度；PV(mPa·s)代表：塑性粘度；YP(Pa)代表：动切力；Gel Pa代表：静切力；Ф6/Ф3代表：六速粘度计6转及3转的读数；FLAPI(mL)代表：常温中压滤失量；FLHTHP(mL)代表：高温高压滤失量。
实施例2
一种类油基钻井液用体系，其各组分为45份土浆、5份仿生抑制剂、4份仿生封堵剂、1份仿生固壁剂、5份抗高温降滤失剂、3份成膜剂聚丙烯酸聚氨酯、2份键合润滑剂、35份加重材料硫酸钡，上述各组分均为钻井液专用组分。
采用本领域常规测试方法，在相同条件下对加入实施例2产品的类油基泥浆和常规油基泥浆进行性能测试，结果如表2所示。从表2中可看出：实施例2类油基钻井液体系性能能够达到油基钻井液的性能要求。
表2.相同条件下油基泥浆和类油基泥浆性能对比
备注:老化条件：120℃×16h；流变测试温度60℃；HTHP:120℃，3.5MPa；密度：2.4g/cm3；
其中，AV(mPa·s)代表：表观粘度；PV(mPa·s)代表：塑性粘度；YP(Pa)代表：动切力；Gel Pa代表：静切力；Ф6/Ф3代表：六速粘度计6转及3转的读数；FLAPI(mL)代表：常温中压滤失量；FLHTHP(mL)代表：高温高压滤失量。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.类油基钻井液体系，其特征在于，该体系由下述组分混合制得，按照重量份数计，所述组分包括：50～60份土浆、3～5份仿生抑制剂、3～5份仿生封堵剂、1～2份仿生固壁剂、3～5份抗高温降滤失剂、3～6份成膜剂、1～3份键合润滑剂和30～45份加重材料。
2.根据权利要求1所述类油基钻井液体系，其特征在于，按照重量份数计，所述组分包括：55份土浆、5份仿生抑制剂、4份仿生封堵剂、1份仿生固壁剂、5份抗高温降滤失剂、3份成膜剂、2份键合润滑剂、30份加重材料。
3.根据权利要求1或2所述类油基钻井液体系，其特征在于，所述仿生抑制剂的结构为：以L-天门冬酰胺和L-精氨酸聚合物作为主链，侧链接枝盐酸多巴胺。
4.根据权利要求1或2所述类油基钻井液体系，其特征在于，所述仿生封堵剂为聚酰亚胺改性的纳米氧化石墨烯。
5.根据权利要求1或2所述类油基钻井液体系，其特征在于，所述仿生固壁剂的结构为：主链为甲基丙烯酸酯共聚物，侧链接枝盐酸多巴胺。
6.根据权利要求5所述类油基钻井液体系，其特征在于，所述甲基丙烯酸酯共聚物是由甲基丙烯酸十八碳酯、甲基丙烯酸聚乙二醇酯和丙烯酸三种物质的多元共聚物而得到的。
7.根据权利要求1或2所述类油基钻井液体系，其特征在于，所述成膜剂是聚丙烯酸聚氨酯，所述键合润滑剂为油脂类润滑剂。
8.根据权利要求1或2所述类油基钻井液体系，其特征在于，所述加重材料为硫酸钡。
9.权利要求1～8所述类油基钻井液的制备方法，该方法具体如下：
将50～60份土浆置于搅拌器浆杯中，将搅拌器的搅拌速度调至70～80r/min，边搅拌边加入3～5份仿生抑制剂、3～5份仿生封堵剂、1～2份仿生固壁剂，搅拌10～15min；再加入3～5份抗高温降滤失剂，搅拌10～15min；再加入3～6份成膜剂、1～3份键合润滑剂搅拌10～15min；再加入30～45份加重材料搅拌1～1.5h，即可制得。
10.权利要求1～8任一项所述类油基钻井液体系在页岩气中的应用。
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