CN107605425A - 煤层气绒囊钻井液内封堵黏结地层提高地层强度方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤层气绒囊钻井液内封堵黏结地层提高地层强度方法，其包括制造煤层气绒囊钻井液，即在1000重量份的清水中依次加入5—8重量份的囊胆剂、25—35重量份的囊质剂和10—20重量份的囊绒剂；加入完成后，搅拌25—35min，将水面空气卷入液体中，在剪切力作用下，在液体中形成绒囊颗粒；筛分步骤B得到的煤层气绒囊钻井液，保留其中的直径分布在15—500μm之间的绒囊颗粒，得到煤层气绒囊钻井液。其目的在于提供一种现场施工简单，储层伤害低，煤层井壁稳定效果好，防漏控漏能力强，可有效解决煤层气钻井作业过程中煤层坍塌严重、钻井液漏失量大等问题的煤层气绒囊钻井液内封堵黏结地层提高地层强度方法。

Description

煤层气绒囊钻井液内封堵黏结地层提高地层强度方法

技术领域

本发明涉及煤层气钻井领域，具体地说涉及一种煤层气绒囊钻井液内封堵黏结地层提高地层强度方法。

背景技术

煤层气钻完井过程中，煤层常发育不同尺寸通道，钻井液在液柱压力作用下，极易引发地层漏失。一旦钻井液漏失进入地层，井筒内无法建立稳定液柱，钻井作业难以正常开展。同时，不同尺度通道发育程度较高的煤层由于通道内处于无填充状态，坍塌压力低，钻完井作业中易坍塌，引发卡钻、埋钻等事故。

目前常用的漏失控制方法包括泥饼控漏和固相材料封堵。泥饼控制是利用聚合物在漏失通道所在井壁表层形成泥饼类似墙体以控制泥浆漏失。该方法具有一定的漏失控制效果，但泥饼易受到后续钻杆力学作用发生脱落，导致控漏失效。同时，井壁泥饼不利于后续固井作业中固井水泥形成致密均匀水泥环，降低固井质量。常用固相材料封堵利用锯末、核桃壳等惰性固相材料，以及纤维、树脂等可变形材料，在漏失通道中多种形式形成固态封堵结构，实现漏失控制。该方法同样具备一定的漏失控制效果，但面对地层漏失通道尺寸大小难以确定，如果封堵材料尺寸过大或者过小，无法匹配漏失通道尺寸，则封堵地层漏失通道困难。面对作为储层的煤层漏失控制，固相材料进入地层漏失通道封堵后无法自动清除，阻碍煤层中气体产出，储层伤害严重。

可见，实现煤层气钻完井过程中煤层漏失控制关键在于解决三方面问题。第一个方面，封堵结构需要转移至漏失通道内，防止井筒内钻杆钻动及起下钻具导致封堵结构失效。第二个方面，封堵结构能够在地层漏失通道尺寸未知的条件下，实现多种尺寸通道有效封堵。第三个方面，面对煤层中漏失通道，封堵后能够实现自动降解且无固相残留。

煤层防塌目前常用方法为提高钻井液密度，保证钻井液液柱压力大于煤层坍塌应力，这种做法对于常规砂岩、泥岩地层具有一定的防塌效果。但面对易漏失煤层，泥浆液柱压力过高，增加漏失压力，极易引发恶性漏失。为此，迫切需要能够防止煤层漏失的同时，有效防塌手段。

在从外部环境入手解决煤层漏失与坍塌困难的前提下，从漏失通道内部提高煤层岩石力学强度成为煤层钻完井作业防塌控漏重要发展方向。利用流体手段填充不同尺寸漏失通道，将漏失通道从无填充状态转换为填充状态，提高通道及其附近岩石区域整体力学强度，是兼顾漏失与坍塌控制的重要途径。

发明内容

本发明的目的在于提供一种现场施工简单，储层伤害低，煤层井壁稳定效果好，防漏控漏能力强，可有效解决煤层气钻井作业过程中煤层坍塌严重、钻井液漏失量大等问题的煤层气绒囊钻井液内封堵黏结地层提高地层强度方法。

本发明的煤层气绒囊钻井液内封堵黏结地层提高地层强度方法，其特征是包括如下步骤：

A、制造煤层气绒囊钻井液，即在1000重量份的清水中依次加入5—8重量份的囊胆剂、25—35重量份的囊质剂和10—20重量份的囊绒剂；

所述囊胆剂由2—3重量份的十二烷基氧化胺、7—8重量份的十八醇或二十四醇、1—2重量份的环氧丙基三甲基氯化铵混合制成；

所述囊质剂由3—5重量份的支链淀粉、0.95—1.05重量份的氢氧化钠、4—7重量份的羧甲基纤维素钠混合制成；

所述囊绒剂由4.95—5.05重量份的羧甲基纤维素钠、2—3重量份的偏铝酸钠、2—3重量份的双三乙醇胺二异丙基钛酸酯、0.95—1.05重量份的三乙醇胺混合制成；

B、加入完成后，搅拌25—35min，将水面空气卷入液体中，在剪切力作用下，在液体中形成绒囊颗粒；

所述绒囊颗粒的中心由薄膜包裹的空气构成气核，气核的外面包裹有内囊层，内囊层的外面包裹有内囊层薄膜，内囊层薄膜的外面包裹有外囊层，外囊层的外面包裹有外囊层薄膜，外囊层与多个绒毛的里端固定相连，多个绒毛分别向外延伸穿过外囊层薄膜；

C、筛分步骤B得到的煤层气绒囊钻井液，保留其中的直径分布在15～500μm之间的绒囊颗粒，得到煤层气绒囊钻井液，利用煤层气绒囊钻井液中直径15～500μm随机分布的高强度绒囊结构，进入煤层不同尺度漏失通道中，通过多个绒囊结构在漏失通道中堆积后分解漏失压力，封堵煤层大尺寸漏失通道，通过单个绒囊结构在漏失通道中拉抻后消耗漏失压力，封堵煤层中等尺寸通道，通过单个绒囊结构填塞漏失通道后支撑漏失压力，封堵煤层小尺寸通道。

优选地，所述煤层气绒囊钻井液内封堵黏结地层提高地层强度方法流变性能同时满足：表观粘度35mPa·s—50mPa·s，动塑比0.8Pa/(mPa·s)—1.0Pa/(mPa·s)。

本发明的煤层气绒囊钻井液内封堵黏结地层提高地层强度方法，采用本发明独有的工艺和组分，其首先是制造煤层气绒囊钻井液，即在1000重量份的清水中依次加入5—8重量份的囊胆剂、25—35重量份的囊质剂和10—20重量份的囊绒剂；加入完成后，搅拌25—35min，将水面空气卷入液体中，在剪切力作用下，在液体中形成绒囊颗粒；所述绒囊颗粒的中心由薄膜包裹的空气构成气核，气核的外面包裹有内囊层，内囊层的外面包裹有内囊层薄膜，内囊层薄膜的外面包裹有外囊层，外囊层的外面包裹有外囊层薄膜，外囊层与多个绒毛的里端固定相连，多个绒毛分别向外延伸穿过外囊层薄膜；筛分得到的煤层气绒囊钻井液，保留其中的直径分布在15～500μm之间的绒囊颗粒，得到煤层气绒囊钻井液，利用煤层气绒囊钻井液中直径15～500μm随机分布的高强度绒囊结构，进入煤层不同尺度漏失通道中，通过多个绒囊结构在漏失通道中堆积后分解漏失压力，封堵煤层大尺寸漏失通道，通过单个绒囊结构在漏失通道中拉抻后消耗漏失压力，封堵煤层中等尺寸通道，通过单个绒囊结构填塞漏失通道后支撑漏失压力，封堵煤层小尺寸通道。实验表明，利用本发明的煤层气绒囊钻井液，可有效解决煤层气钻井作业过程中煤层坍塌严重、钻井液漏失量大等问题，并且其对煤层井壁稳定效果好，防漏控漏能力强，其效果非常突出、显著，此外，本发明的煤层气绒囊钻井液内封堵黏结地层提高地层强度方法，现场施工简单，储层伤害低。因此，本发明的煤层气绒囊钻井液内封堵黏结地层提高地层强度方法具有突出的实质性特点和显著的进步。

综上，本发明的煤层气绒囊钻井液内封堵黏结地层提高地层强度方法，具有煤层井壁稳定效果好、防漏控漏能力强等特点。有效克服了煤层气钻井作业过程中煤层坍塌严重、钻井液漏失量大等问题。具有现场施工简单、储层伤害低等优点。

附图说明

图1为1#岩心贯穿型裂缝岩心柱塞封堵前后承压能力变化；

图2为2#岩心半贯穿型裂缝岩心柱塞封堵前后承压能力变化；

图3为3#岩心无裂缝岩心柱塞封堵前后承压能力变化。

具体实施方式

下面通过具体实施例进一步详细说明本发明的具体操作过程，但本发明并不因此而受到任何限制。

实施例1

本发明的煤层气绒囊钻井液内封堵黏结地层提高地层强度方法，其特征是包括如下步骤：

A、制造煤层气绒囊钻井液，即在1000重量份的清水中依次加入5—8重量份的囊胆剂、25—35重量份的囊质剂和10—20重量份的囊绒剂；

所述囊胆剂由2—3重量份的十二烷基氧化胺、7—8重量份的十八醇或二十四醇、1—2重量份的环氧丙基三甲基氯化铵混合制成；

所述囊质剂由3—5重量份的支链淀粉、0.95—1.05重量份的氢氧化钠、4—7重量份的羧甲基纤维素钠混合制成；

所述囊绒剂由4.95—5.05重量份的羧甲基纤维素钠、2—3重量份的偏铝酸钠、2—3重量份的双三乙醇胺二异丙基钛酸酯、0.95—1.05重量份的三乙醇胺混合制成；

B、加入完成后，搅拌25—35min，将水面空气卷入液体中，在剪切力作用下，在液体中形成绒囊颗粒；

所述绒囊颗粒的中心由薄膜包裹的空气构成气核，气核的外面包裹有内囊层，内囊层的外面包裹有内囊层薄膜，内囊层薄膜的外面包裹有外囊层，外囊层的外面包裹有外囊层薄膜，外囊层与多个绒毛的里端固定相连，多个绒毛分别向外延伸穿过外囊层薄膜；

C、筛分步骤B得到的煤层气绒囊钻井液，保留其中的直径分布在15～500μm之间的绒囊颗粒，得到煤层气绒囊钻井液，利用煤层气绒囊钻井液中直径15～500μm随机分布的高强度绒囊结构，进入煤层不同尺度漏失通道中，通过多个绒囊结构在漏失通道中堆积后分解漏失压力，封堵煤层大尺寸漏失通道，通过单个绒囊结构在漏失通道中拉抻后消耗漏失压力，封堵煤层中等尺寸通道，通过单个绒囊结构填塞漏失通道后支撑漏失压力，封堵煤层小尺寸通道；绒囊结构内封堵过程中，从通道内部黏结岩石后提高通道及附近岩石整体岩石强度，实现煤层漏失与坍塌控制。

室内利用人造岩心柱塞，分别制作贯穿型、半贯穿型模拟大尺寸、中尺寸裂缝，利用不造缝状态岩心直接模拟小型裂缝尺寸。模拟地层温度60℃、地层围压30MPa条件下，泵入绒囊钻井液实施封堵，记录入口压力变化情况。表1为1#岩心柱塞、2#岩心柱塞、3#岩心柱塞的尺寸参数。

表1

(1)将岩心柱塞放入岩心夹持器中，将清水加入高压中间容器，岩心夹持器围压加至30MPa，将清水以0.5mL/min的稳定流速正向注入岩心柱塞，测定岩心柱塞液测渗透率稳定值K₁以及稳定注入压力值P₁。

(2)将中间容器中清水更换为绒囊钻井液，岩心夹持器围压保持30MPa不变，以0.5mL/min的稳定流速正向注入岩心柱塞，当注入压力升至20MPa或驱替时间超过2h，停止取替，记录此时注入压力值P₂。

(3)将中间容器中绒囊钻井液更换为清水，岩心夹持器围压保持30MPa不变，以0.5mL/min的稳定流速正向注入岩心柱塞，测定注入压力随时间变化。当注入压力升至20MPa或驱替时间超过2h，停止取替，记录此时注入压力值P₃。

(4)更换不同岩心柱塞，重复实验操作步骤(1)～(3)。

记录3枚岩心柱塞中绒囊封堵前后清水注入压力变化，见图1至图3，其中：

图1为1#岩心贯穿型裂缝岩心柱塞封堵前后承压能力变化；

图2为2#岩心半贯穿型裂缝岩心柱塞封堵前后承压能力变化；

图3为3#岩心无裂缝岩心柱塞封堵前后承压能力变化。

记录三枚岩心柱塞中绒囊钻井液注入前后清水泵入压力最大值，见表2，表2为三产层合采产能模拟实验数据

表2

柱塞编号	封堵压力(MPa)	漏失控制效果
			1#	23.09	成功
2#	22.31	成功
			3#	21.02	成功

应用表明，绒囊钻井液利用内封堵黏结地层提高地层强度方法能够有效封堵不同尺寸漏失通道，控制漏失。

具体实施例2

为解决我国韩城地区太原组11#煤层漏失于坍塌严重的难题，2017年4月至5月，应用基于内封堵黏结地层提高地层强度开发的绒囊钻井液，实施韩3-X井钻完井作业，以期提供良好的煤层防塌控漏效果。

韩3-X井设计三开进入太原组11#煤层后使用Φ215.9mm钻头水平钻进867.79m后套管完井。2017年5月15日开始使用绒囊钻井液钻入煤层水平段，至5月21顺利钻至1678m，共耗时7天，平均钻速123.97m/d。期间，绒囊钻井液累计漏失量小于40m³，全程无坍塌、卡钻等复杂事故。对比邻井韩3-Y井使用常规钻井液钻至太原组11#煤层，发生恶性失返性漏失，且伴随煤层坍塌导致卡钻事故。可见，内封堵黏结地层提高地层强度方法能够满足煤层中防塌控漏需求，并且完成现场应用证明。

Claims (2)

1.煤层气绒囊钻井液内封堵黏结地层提高地层强度方法，其特征是包括如下步骤：

A、制造煤层气绒囊钻井液，即在1000重量份的清水中依次加入5—8重量份的囊胆剂、25—35重量份的囊质剂和10—20重量份的囊绒剂；

所述囊胆剂由2—3重量份的十二烷基氧化胺、7—8重量份的十八醇或二十四醇、1—2重量份的环氧丙基三甲基氯化铵混合制成；

所述囊质剂由3—5重量份的支链淀粉、0.95—1.05重量份的氢氧化钠、4—7重量份的羧甲基纤维素钠混合制成；

所述囊绒剂由4.95—5.05重量份的羧甲基纤维素钠、2—3重量份的偏铝酸钠、2—3重量份的双三乙醇胺二异丙基钛酸酯、0.95—1.05重量份的三乙醇胺混合制成；

B、加入完成后，搅拌25—35min，将水面空气卷入液体中，在剪切力作用下，在液体中形成绒囊颗粒；

所述绒囊颗粒的中心由薄膜包裹的空气构成气核，气核的外面包裹有内囊层，内囊层的外面包裹有内囊层薄膜，内囊层薄膜的外面包裹有外囊层，外囊层的外面包裹有外囊层薄膜，外囊层与多个绒毛的里端固定相连，多个绒毛分别向外延伸穿过外囊层薄膜；

C、筛分步骤B得到的煤层气绒囊钻井液，保留其中的直径分布在15～500μm之间的绒囊颗粒，得到煤层气绒囊钻井液，利用煤层气绒囊钻井液中直径15～500μm随机分布的高强度绒囊结构，进入煤层不同尺度漏失通道中，通过多个绒囊结构在漏失通道中堆积后分解漏失压力，封堵煤层大尺寸漏失通道，通过单个绒囊结构在漏失通道中拉抻后消耗漏失压力，封堵煤层中等尺寸通道，通过单个绒囊结构填塞漏失通道后支撑漏失压力，封堵煤层小尺寸通道。

2.根据权利要求4所述的煤层气绒囊钻井液内封堵黏结地层提高地层强度方法，其特征是：所述煤层气绒囊钻井液内封堵黏结地层提高地层强度方法流变性能同时满足：表观粘度35mPa·s—50mPa·s，动塑比0.8Pa/(mPa·s)—1.0Pa/(mPa·s)。