CN108518216A - 一种低孔缝低渗地层的封堵效果评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于评价封堵效果领域，涉及一种测试评价方法，具体公开了一种低孔缝低渗地层的封堵效果评价方法，其中，该方法包括以下步骤：(1)低孔缝低渗地层的“模拟岩心”的制备；(2)将步骤(1)制备的“模拟岩心”作为高温高压失水仪的过滤介质，测量不含封堵剂的钻井液和含封堵剂的钻井液的平均渗透率；(3)计算含封堵剂的钻井液的平均渗透率的降低率；该方法具有操作简单、重复性好、成本低、耗时短、评价结果准确等优点，并且，本发明建立了一种低孔缝低渗地层的封堵效果评价方法，有利于加快例如页岩气水基钻井液的技术进步。
Description
技术领域
本发明属于评价封堵效果领域，涉及一种测试评价方法，具体涉及一种低孔缝低渗地层的封堵效果评价方法。
背景技术
使用油基钻井液钻页岩气井，存在成本高昂，环境污染严重，危险以及回收困难等缺陷，所有这些油基钻井液的缺点使人们开始研究水基钻井液，但是水基钻井液对页岩封堵效果评价还没有直接有效的办法，这就制约了水基钻井液技术的发展。
多年来国内外学者对钻井液封堵性能的评价方法进行研究，建立了十多种方法。
最常用于评价钻井液封堵性能的方法有高温高压滤失量、高温高压渗透性滤失量、高温高压砂床滤失量、高温高压砂床渗透性滤失量和高温高压动态滤失量等等，这些方法均通过对比滤失量大小来反映钻井液的封堵性能。
也有人提出利用人造低渗透砂岩岩心或人造裂缝岩心作为过滤介质，对比钻井液驱替前后岩心的渗透率以及突破压力等参数，来评价钻井液的封堵能力。
近年来国外学者又研制出渗透性封堵仪(PPT/PPA)，评价钻井液对不同渗透率陶瓷盘或不同宽度不锈钢裂缝圆盘的封堵效果。
国内学者还引入了一种新型混合纤维素滤膜来作为过滤介质来测定滤失量来评价封堵效果，其孔径规格分别为0.05、0.10、0.15、0.30、0.6和0.8μm。
国内外学者也研究了一种压力传递实验仪，采用地层的岩心或特制岩屑岩心作为过滤介质，来评价钻井液的封堵效果。
但是，以上评价方法存在重复性差、评价结果不准确、操作复杂、耗时长以及费用高等问题，急需一种方便、准确、简单、低成本的页岩钻井液封堵性的评价方法，来促进页岩气水基钻井液技术的发展。
发明内容
本发明的目的为了克服现有技术的不足与缺陷，提出了一种低孔缝低渗地层的封堵效果评价方法，该方法能快速测定评价低孔缝低渗地层的封堵效果，且测试结果准确，测试评价步骤简单，大大降低了测试评价成本。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种低孔缝低渗地层的封堵效果评价方法，其中，该方法包括以下步骤：
(1)低孔缝低渗地层的“模拟岩心”的制备；
(1-1)将膨润土预水化处理；
(1-2)将步骤(1-1)得到的预水化膨润土浆与分散剂进行水化处理；
(1-3)将步骤(1-2)得到的水化产物与结构型聚合物进行第一混合；
(1-4)将步骤(1-3)得到的第一混合物与重晶石进行第二混合；
(1-5)将步骤(1-4)得到的第二混合物进行老化处理；
(1-6)测量步骤(1-5)制得的封堵评价用标准浆的滤失量，以及在同等条件下测量所制得的泥饼在蒸馏水的条件下的滤失量，按照式(I)所示公式计算泥饼的平均渗透率K：
K＝q·l·μ/(A·Δp)； 式(I)；
在式(I)中：
K为泥饼的平均渗透率，10-1μm2；
q为单位时间内蒸馏水的滤失体积，cm3/s；
l为泥饼的平均厚度，cm；
μ为蒸馏水在实验室条件下的粘度(mPa·s)；
A为泥饼面积，cm2；
△P为实验压差，Mpa；
(2)将步骤(1)制备的“模拟岩心”作为高温高压失水仪的过滤介质，测量不含封堵剂的钻井液和含封堵剂的钻井液的平均渗透率；
(3)计算含封堵剂的钻井液的平均渗透率的降低率。
通过上述技术方案，相对于其他现有的封堵评价方法，本发明的技术方案具有操作简单、重复性好、成本低、耗时短、评价结果准确等优点，并且，本发明建立了一种低孔缝低渗地层的封堵效果评价方法，有利于加快例如页岩气水基钻井液的技术进步。
附图说明
图1为所述膨润土的用量与泥饼渗透率的关系曲线示意图；
图2为所述重晶石的用量与泥饼渗透率的关系曲线示意图；
图3为API重晶石和毫微重晶石的比例与泥饼渗透率的关系曲线示意图。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
迄今为止，现有技术主要针对泥岩、泥页岩、煤岩等零星地开展了封堵评价研究，但关于低孔缝低渗地层的纳-微米级孔和/或纳-微米级缝的封堵评价一直没有找到可行的办法，国外也如此。为此本发明的发明人经过研究，调整思路，弄清原理，模拟地层，开展封堵效果评价，形成一种低孔缝低渗地层的封堵效果评级方法，指导封堵剂筛选、研发和封堵效果评估具有重要意义。
为了实现本发明的目的，本发明提供了一种低孔缝低渗地层的封堵效果评价方法，其中，该方法包括以下步骤：
(1)低孔缝低渗地层的“模拟岩心”的制备；
(1-1)将膨润土预水化处理；
(1-2)将步骤(1-1)得到的预水化膨润土浆与分散剂进行水化处理；
(1-3)将步骤(1-2)得到的水化产物与结构型聚合物进行第一混合；
(1-4)将步骤(1-3)得到的第一混合物与重晶石进行第二混合；
(1-5)将步骤(1-4)得到的第二混合物进行老化处理；
(1-6)测量步骤(1-5)制得的封堵评价用标准浆的滤失量，以及在同等条件下测量所制得的泥饼在蒸馏水的条件下的滤失量，按照式(I)所示公式计算泥饼的平均渗透率K：
K＝q·l·μ/(A·Δp)； 式(I)；
在式(I)中：
K为泥饼的平均渗透率，10-1μm2；
q为单位时间内蒸馏水的滤失体积，cm3/s；
l为泥饼的平均厚度，cm；
μ为蒸馏水在实验室条件下的粘度(mPa·s)；
A为泥饼面积，cm2；
△P为实验压差，Mpa；
(2)将步骤(1)制备的“模拟岩心”作为高温高压失水仪的过滤介质，测量不含封堵剂的钻井液和含封堵剂的钻井液的平均渗透率；
(3)计算含封堵剂的钻井液的平均渗透率的降低率。
根据本发明的方法，其中，将经老化处理后的不含封堵剂的钻井液冷却至室温，倒入GGS42-2型高温高压失水仪中，其中，失水仪过滤介质为“模拟岩心”，优选情况下，在105℃，3.5Mpa，30min条件下测定空白浆体滤失量，冷却至室温，将泥浆杯内浆体倒出，贴其内壁注入蒸馏水1-2次，轻轻晃动后将液体倒出，尽量除去虚泥饼；在本发明中，刚刚制备的新鲜泥饼，表面上一般附着一层疏松的呈胶凝状态的钻井液，其强度接近于0，在井下，该表层被流动的钻井液冲蚀，当钻井液静止时才能在井壁上形成，通常称为虚泥饼；随后注入蒸馏水至刻度处，优选情况下，在室温、3.5Mpa下，每隔5min测定一次滤失量，直至30min实验结束，总滤失量记为Q，单位时间内蒸馏水滤失体积q为Q/1800，单位为cm3/s，然后，按照式(I)计算泥饼的平均渗透率为K0；重复该过程测定含封堵剂的钻井液的泥饼的渗透率K1，然后，可以按照式(II)计算含封堵剂的钻井液的平均渗透率的降低率Kr；
根据本发明的方法，为了更好地制备出低孔缝低渗地层的“模拟岩心”，即，为了制备特低渗透(如10-4md级)的厚泥饼，本发明对影响泥饼渗透率的各个影响因素进行了研究。
(一)膨润土的用量
在发明中，对所述膨润土的用量进行研究，所述膨润土的用量和类型是影响所模拟的低孔缝低渗地层的“模拟岩心”的结构的重要因素之一，因此，本发明选择了造浆率较高的新疆夏子街膨润土，其可以为购自新疆中非夏子街膨润土有限责任公司。
例如，图1为所述膨润土的用量与泥饼渗透率的关系曲线示意图，从图1的实验结果可知：当所述膨润土的用量从3重量％增加到10重量％时，形成的泥饼渗透率从2.38×10-1md降低到2.52×10-2md，这主要是因为泥饼中的固相颗粒含量越高，颗粒间的距离越近，大、中、小颗粒均有，粒度级配合理，利用有效的紧密堆积理论和理想填充理论，形成致密泥饼；膨润土造浆率越高，粘土颗粒分散越细，水化膜越厚，有利于填充大颗粒之间的空隙，形成的泥饼越致密。
因此，所述预水化膨润土浆的质量浓度为9-11重量％；优选地，所述预水化膨润土浆的质量浓度为10重量％。
根据本发明的方法，所述预水化膨润土浆含有膨润土和碳酸钠，且以所述预水化膨润土浆的总重量为基准，所述碳酸钠的用量为4-6重量％。
在本发明中，所述泥饼也可以称为滤饼，是指在滤纸上沉积的固相颗粒的厚度(以mm表示)。
(二)重晶石的用量
在确定膨润土的基础上，改变重晶石的用量以考察重晶石对形成泥饼渗透率的影响。
例如，图2为所述重晶石的用量与泥饼渗透率的关系曲线示意图；表1为形成泥饼时的滤失量和泥饼的厚度。
表1
其中，在泥饼形成过程中涉及到颗粒沉降和紧密堆积等方面的理论，粒径较大的重晶石颗粒形成堆积网络之后较小的粘土颗粒能够填入其中，通过不同尺寸颗粒间的搭配，提高颗粒间的范德华力，有效填充空隙，利于致密泥饼形成。
从图2和表1可知：在未加重晶石的情况下，10％土浆形成的泥饼渗透率虽然低，但实验观察到泥饼强度不够、易破裂，因此需加重晶石的刚性颗粒予以改善。从重晶石的用量变化对泥饼渗透率的影响可以看出，在加入70g重晶石时形成的泥饼渗透率最低，为5.42×10-3md，之后随着重晶石的用量增加泥饼渗透率随之增大。因此，在本发明中，以所述预水化膨润土浆的总重量为基准，所述重晶石的用量可以为60-80克；优选为70克。
(三)所述预水化膨润土浆和所述重晶石的粒度分布
所述预水化膨润土浆和所述重晶石的粒度分布如表2所示。
表2
由表2粒度分析结果可以看出，粘土(膨润土)颗粒大多集中在10μm以内，相对于重晶石粒径较小，由于粘土颗粒的可压缩性较刚性颗粒的重晶石大得多，因此，在只有粘土、重晶石两级颗粒体系中，粘土颗粒容易进入重晶石堆积的空隙间并在压差作用下使颗粒间空隙更小，进而使泥饼渗透率降低。
由紧密堆积的理论计算知：
填充体单位体积大颗粒质量w1＝1·(1-ε1)ρ1
小颗粒质量w2＝1·ε1·(1-ε2)ρ2
则大颗粒的质量比率
重晶石密度、毫微重晶石(毫微硫酸钡)密度ρ1＝4.30g/cm3，膨润土密度约为ρ2＝2.60g/cm3。假设颗粒都以球形存在，球形颗粒的孔隙率取值为ε1＝ε2＝0.4，则在只有重晶石和粘土颗粒的情况下大颗粒质量比率在有重晶石和毫微硫酸钡时大颗粒质量比率
由图2实验结果可知，在200ml 10％土浆中加入70g重晶石时，形成的泥饼渗透率最低，此时大颗粒的重晶石(例如，颗粒尺寸介于1-30微米之间)所占质量比率为0.78(即，78重量％)，与式中计算结果接近，符合理论计算的紧密堆积状态。
由表2粒度分析图可以看出，较细颗粒的含量较少，较细颗粒的数量应足够充填于紧密排列颗粒构成的空隙中，该数量受控于颗粒大小和排列方式的影响。在以上两种颗粒基础上若引入更小一级颗粒如毫微硫酸钡，就可降低颗粒堆积孔隙率，进一步降低泥饼渗透率，改善泥饼质量。
优选地，颗粒为1-30微米的重晶石所占的重量比为70-80重量％；优选为78重量％。
另外，在本发明中，粘土的颗粒可以为1-10微米。
另外，本发明以10重量％所述膨润土(基浆)的总重量为基准，毫微重晶石(例如，毫微硫酸钡)和API重晶石总用量为60-80克，优选为70g；或者是，所述重晶石毫微重晶石(例如，毫微硫酸钡)和API重晶石总体积与10重量％所述膨润土(基浆)的总体积的用量的比为(1-2)：1，优选为1.5：1。
(四)API重晶石和毫微重晶石的比例
其结果如图3为API重晶石和毫微重晶石的比例与泥饼渗透率的关系曲线示意图所示，通过改变其比例来考察对形成泥饼渗透率的影响，以及形成泥饼时的滤失量、泥饼厚度见表3。
表3
由图3、表3可以看出，当API重晶石与毫微硫酸钡比例为7：3时，形成的泥饼渗透率最低，为1.32×10-3md，之后随着毫微硫酸钡所占的比例增加泥饼渗透率随之增大。从形成泥饼时的滤失量变化(见表3)也可知，在比例为7：3时体系能够很快形成薄而致密的泥饼，泥饼强度高，滤失量最低。另外，毫微硫酸钡、API重晶石与毫微硫酸钡比例7：3时体系颗粒的粒度分布见表4。
表4
由表4粒度分布图可知，毫微硫酸钡粒度集中于小于1μm、1-10μm两部分；由图3可以看出，随着较细颗粒的毫微硫酸钡所占比例增大，体系泥饼渗透率随之降低，当API重晶石与毫微硫酸钡比例为7：3时，形成的泥饼渗透率最低，为10-3md级，之后随着毫微硫酸钡所占的比例增加泥饼渗透率随之增大，这一结果表明只有当大颗粒API重晶石与毫微硫酸钡比例合理，再借助粘土颗粒形成合理级配时，就能构建低渗透率的泥饼，实验研究发现，在10％土浆中加入比例为7：3的API重晶石、毫微硫酸钡时，泥饼渗透率最低，达10-3md级，此时体系中固相颗粒集中于小于1μm、1-10μm、10-30μm三部分(见表4)，较单一的土浆、API重晶石、毫微硫酸钡粒度分布范围宽、峰多，粒度级配较为合理，但渗透率仍然偏大。
根据本发明，对不同粒径的重晶石组合比例的优选。实验结果表明，采用单一颗粒无法达到紧密堆积，采用多组分可以达到紧密堆积且组分颗粒尺寸相差越大越好。为此，在粘土、重晶石两级颗粒体系中引入第三级微细颗粒，即，毫微重晶石，例如，毫微硫酸钡组合粒度级配。
优选地，所述重晶石含有API重晶石和/或毫微重晶石，且所述API重晶石和所述毫微重晶石的用量的重量比为(0.5-4)：1；优选为(2-3)：1；更优选为(2-2.5)：1；最优选为7：3。
(五)其它因素
为了使形成的泥饼渗透率更低，本发明考察了其它因素对泥饼渗透率的影响，由于基浆中粘土含量已高到10％，其流动性较差，若再增加粘土含量，基浆将失去流动性，也无实际意义。因此，在已确定好用量的土浆(10％土浆)中加入分散剂不失为一种好方法，在本发明中，所述分散剂可以为SXY、MF和NNO中的一种或多种，优选地，所述分散剂为SXY(阳离子稀释剂，购自成都川锋化学工程有限公司)，在加入分散剂后，一方面可以使粘土颗粒分散更细，提供亚微米粒子，使形成的泥饼更致密，另一方面分散剂有降低摩阻调节流变性的作用，有助于基浆中重晶石等固相颗粒在沉降形成泥饼时更均匀沉积堆积，有助于泥饼渗透率降低。
根据本发明，需要对分散剂的用量进行优选；在本发明中，在上述基础体系中分别加入0.5重量％、1.0重量％、1.5重量％、2.0重量％分散剂SXY，考察其对泥饼渗透率的降低情况；其结果见表5。
表5
注：制备浆为200ml 10％土浆+x％SXY+70g重晶石(API重晶石：毫微重晶石＝7:3)。
实验发现，体系中加入1.5％SXY分散剂后，可以改善制备浆的流变性，同时有助于泥饼渗透率降低，此时泥饼渗透率最低，为1.10×10-3md。
因此，在本发明中，以所述预水化膨润土浆的总重量为基准，所述分散剂的用量为0.2-2重量％，优选为1.5重量％。
根据本发明，为了获得更好的模拟地层的泥饼，可以加入结构型聚合物，在本发明中，所述结构型聚合物可以为FV-2、FA-367和PAC-141中的一种或多种，优选为FV-2(抑制性包被剂，购自四川光亚科技股份有限公司)，在加入了结构型聚合物后，一方面它自身形成网架结构，还可与粘土颗粒之间形成网架结构，构建一张网，既能提高钻井液中重晶石颗粒的沉降稳定性，又对形成泥饼有利，另一方面吸水后有堵孔作用，同时可增加液相粘度，降低滤失速度，协调改善泥饼质量，降低泥饼渗透率。
在本发明中，考查了FV-2对泥饼渗透率的影响，其结果见表6。
表6
注：制备浆为200ml 10％土浆+1.5％SXY+x％FV-2+70g重晶石(API重晶石：毫微重晶石＝7:3)。
由表6实验结果可以看出，在体系中加入0.5％FV-2后就能很好的改善泥饼质量，泥饼变得更薄而致密，泥饼渗透率明显降低，且FV-2用量增加效果越好。实验发现，FV-2增粘效应明显，当其用量为0.5％时增粘效应还能接受，基浆流动性较好，但当其用量为1.0％时增粘效应极为突出，基浆变得很稠以至于不能流动。实验确定FV-2最佳用量为0.5％，此时泥饼渗透率最低，为1.02×10-3md。
因此，在本发明中，以所述预水化膨润土浆的总重量为基准，所述结构型聚合物的用量为0-1.0重量％，优选为0.5重量％。
(六)温度及滚动条件
根据本发明，为了确保本发明的评价方法重复性好，评价结果准确，特别地对温度及滚动条件进行优选。
考虑到温度及加热滚动条件有利于粘土颗粒分散，并帮助粘土、重晶石等颗粒有效混合及处理剂作用效能发挥，实验考察了105℃/16h条件下热滚对泥饼渗透率的影响，其结果见表7。
表7
注：1)制备浆为200ml 10％土浆+1.5％SXY+0.5％FV-2+70g重晶石(API重晶石：毫微重晶石＝7:3
2)表5-8实验结果为5次结果均值。
由表7实验结果可以看出，在105℃/16h热滚后，泥饼渗透率大幅度降低，经5次重复实验，其结果一致，泥饼渗透率均值为4.78×10-4md，达10-4md级，这是经多次实验得到的结果，随后经多种方法和手段，通过大量实验都无法达到这种效果。
根据本发明，在通过以上实验研究优选情况下，以下面方法来制作标准泥饼，即封堵评价方法所必须的具有纳-微米级孔、缝的超低孔超低渗地层“模拟岩心”：
1)仪器为GGS42-2型高温高压失水仪(青岛同春石油仪器有限公司出品)；
2)封堵评价用标准浆为：200ml 10％预水化膨润土浆(10％土+土含量5％Na2CO3)+1.5％SXY于D96型电动搅拌机(青岛海信光学通讯有限公司专用仪器厂出品)搅拌40min后，在60℃条件下密闭水化24h，取出冷却至室温倒入搪瓷杯边搅拌边加入0.5％FV-2，加完后继续搅拌直至无“鱼眼”(大约40min)，再加入70g重晶石(API重晶石：毫微重晶石＝7:3)，搅拌40min后，装入老化罐，在105℃/16h条件下热滚即可制得封堵评价用标准浆；
3)将此浆冷却至室温，用GGS42-2型高温高压失水仪测量其30min的滤失量(条件为105℃/3.5MPa)，然后将仪器内标准浆倒出，贴仪器内壁注入蒸馏水1-2次，轻轻晃动后将液体倒出，再注入蒸馏水至刻度处，在105℃和3.5MPa下测定泥饼在蒸馏水条件下的滤失量，每2min记录一次读数，30min后实验全部结束；冷却至室温，倒出蒸馏水，取出仪器内泥饼，用热风机将泥饼烘吹20s，再用针入度仪测其厚度，每个泥饼选测20～30个点，并取其平均值为泥饼厚度，按泥饼平均渗透率公式计算泥饼渗透率。
此时制得的泥饼为纳-微米级孔、缝的超低孔超低渗地层“模拟岩心”，其渗透率为4.78×10-4md。
因此，在本发明中，所述水化处理的条件包括：温度为50-70℃，时间为23-25h；在步骤(1-3)和(1-4)中，所述混合的条件包括：温度为105-120℃，时间为30-50min。
根据本发明的方法，其中，所述模拟低孔缝低渗地层的渗透率可以为1.0×10-3md至5.0×10-4md；优选为4.5×10-4md至5.0×10-4md；更优选为4.78×10-4md。
优选地，所述模拟低孔缝低渗地层的孔为1.0-100.0纳米，缝的长度为1.0-10.0微米，宽度为0.1-5.0微米。
根据本发明的方法，其中，所述不含封堵剂的钻井液的配制包括以下步骤：
(2-1)将所述原浆与处理剂和重晶石依次混合；
(2-2)将步骤(2-1)得到的混合物进行老化处理。
具体地，将所述原浆与处理剂先混合，再将得到的混合物与重晶石混合，然后再将得到的含有处理剂和重晶石的混合物进行老化处理。
其中，所述处理剂可以为SXY、FV-2和SM-1中的一种或多种；优选为SM-1。
根据本发明的方法，其中，所述老化处理的条件包括：温度为100-110℃，时间为15-17h；优选地，所述老化处理的条件包括：温度为105℃，时间为16h。
优选地，所述不含封堵剂的钻井液的密度为1.1-1.3g/cm3；优选为1.2g/cm3。
具体地，所述不含封堵剂的钻井液的配制为：用量筒取一定体积原浆倒入搪瓷杯，按顺序用D96型电动搅拌机边搅拌边加入处理剂(含提切剂SM-1者先在JB-12A型四轴高速搅拌机上搅拌5min)，加完一种处理剂搅拌约40min后(要求聚合物无“鱼眼”)再加入另一种处理剂，继续搅拌30-60min，用API重晶石加重至1.20g/cm3，再搅拌60min(甲酸钾体系因密度已为1.20g/cm3而除外)，倒入老化罐在105℃条件下老化16h，取出冷却至室温，即为不含封堵剂的钻井液体系备用基浆(空白浆体)。
根据本发明的方法，其中，所述含封堵剂的钻井液的配制包括以下步骤：
(3-1)将所述原浆与处理剂、封堵剂、润滑剂和重晶石依次混合；
(3-2)将步骤(3-1)得到的混合物进行老化处理。
具体地，将所述原浆与处理剂先混合，再将得到的混合物与封堵剂和润滑剂依次混合，然后，再将得到的含有处理剂、封堵剂和润滑剂的混合物与重晶石混合，然后再将得到的含有处理剂、封堵剂、润滑剂和重晶石的混合物进行老化处理。
根据本发明的方法，所述封堵剂可以为EP-2、ND-1和YFD-2中的一种或多种；优选为YFD-2。
根据本发明的方法，所述润滑剂可以为RH8501、MY-1和RH-220中的一种或多种；优选为RH-220(润滑剂)。
根据本发明的方法，其中，所述老化处理的条件包括：温度为100-110℃，时间为15-17h；优选地，所述老化处理的条件包括：温度为105℃，时间为16h。
优选地，所述含封堵剂的钻井液的密度为1.1-1.3g/cm3；优选为1.2g/cm3。
具体地，所述含封堵剂的钻井液的配制为：用量筒取一定体积原浆倒入搪瓷杯，按顺序用D96型电动搅拌机边搅拌边加入处理剂(含提切剂SM-1先在JB－12A型四轴高速搅拌机上搅拌5min)，加完一种处理剂搅拌约40min后(要求聚合物无“鱼眼”)再加入另一种处理剂，继续搅拌30-60min，随后按顺序加入封堵剂直至完全分散，加入润滑剂，并用API重晶石加重至1.20g/cm3，再搅拌60min(甲酸钾体系因密度已为1.20g/cm3而除外)，倒入老化罐在105℃条件下老化16h，取出冷却至室温，即为含封堵剂的钻井液体系(评价浆体)。
根据本发明的方法，其中，所述原浆的配制包括以下步骤：
(4-1)将自来水与膨润土搅拌在温度为80-100℃搅拌速率为500-1000转/分钟的条件下搅拌5-10min；
(4-2)将步骤(4-1)得到的混合物与碳酸钠搅拌20-40min后静置23-24h；
优选地，将自来水与膨润土搅拌在温度为85-95℃搅拌速率为500-1000转/分钟的条件下搅拌6-9min；以及优选情况下，将得到的预水化膨润土与碳酸钠搅拌25-35min后静置24h。
优选地，以所述预水化膨润土浆的质量浓度为0-11重量％；以及以所述预水化膨润土浆的总重量为基准，所述碳酸钠的用量为0-6重量％；
更优选地，以所述预水化膨润土浆的质量浓度为0重量％或10重量％；以及以所述预水化膨润土浆的总重量为基准，所述碳酸钠的用量为0重量％或5重量％。
根据本发明，将配制好的钻井液体系(不含封堵剂的体系为空白浆体，含封堵剂的体系为评价浆体)倒入老化罐中，优选情况下，在105℃条件下热滚16h，取出冷却至室温倒入GGS42-2型高温高压失水仪中(失水仪过滤介质为“模拟岩心”(优选情况下，渗透率4.78×10-4md))，优选情况下，在105℃/3.5MPa/30min条件下测定空白浆体滤失量，冷却至室温，将泥浆杯内浆体倒出，贴其内壁注入蒸馏水1-2次，轻轻晃动后将液体倒出，尽量除去虚泥饼，随后注入蒸馏水至刻度处，在室温、3.5MPa下，每隔5min测定一次滤失量，直至30min实验结束，总滤失量记为Q，单位时间内蒸馏水滤失体积q为Q/1800，单位为cm3/s，按公式计算泥饼渗透率为K0；重复该过程测定含封堵剂浆体(评价浆体)的泥饼渗透率K1，用渗透率降低率Kr来表征封堵效果的好坏，渗透率降低率越高，钻井液体系封堵效果越好。
根据式(III)计算含封堵剂的钻井液的渗透率降低率Kr；
在式(III)中：K0为不含封堵剂的钻井液的平均渗透率，md；
K1为含封堵剂的钻井液的平均渗透率，md。
实施例1
本实施例用于说明本发明的低孔缝低渗地层的封堵效果评价方法。
(1)低孔缝低渗地层的“模拟岩心”的制备
量取一定体积的10％预水化膨润土浆(10％膨润土+膨润土含量的5％的Na2CO3)倒入搪瓷杯中，用D96型电动搅拌机边搅拌边加入1.5％SXY，搅拌40min后，倒入高温老化罐，在60℃条件下密闭水化24h，取出冷却至室温倒入搪瓷杯边搅拌边加入0.5％FV-2，加完后继续搅拌直至无“鱼眼”(大约40min)，再加入70g重晶石(API重晶石：毫微重晶石＝7：3)，搅拌40min后，装入老化罐，在105℃/16h条件下热滚便制得封堵评价用标准浆。
将标准浆冷却至室温，用GGS42-2型高温高压失水仪测量其30min滤失量(条件为105℃/3.5MPa)，然后将仪器内标准浆倒出，贴仪器内壁注入少量蒸馏水，轻轻晃动后将水倒出，再注入蒸馏水至刻度处，在105℃和3.5MPa下测定泥饼在蒸馏水条件下的滤失量，每2min记录一次读数，30min后实验全部结束；冷却至室温，倒出蒸馏水，取出仪器内泥饼，用热风机将泥饼烘吹20s，再用针入度仪测其厚度，每个泥饼选测30个点，并取其平均值为泥饼厚度，按泥饼平均渗透率公式计算泥饼渗透率。此时制得的泥饼为纳-微米级孔、缝的超低孔超低渗地层“模拟岩心”，其渗透率为10-4md级。
(2)封堵性钻井液体系配置及封堵效果评价
1)原浆配制
在1L自来水(80-100℃)中边搅边加入所需量的膨润土(新疆夏子街土)，搅拌5-10min后加入膨润土量的5％的Na2CO3，再继续搅拌30min，存放24h备用，即为钻井液体系用原浆。
2)钻井液体系基浆配制
用量筒取一定体积原浆倒入搪瓷杯，按顺序用D96型电动搅拌机边搅拌边加入处理剂(含提切剂SM-1者先在JB-12A型四轴高速搅拌机上搅拌5min)，加完一种处理剂搅拌约40min后(要求聚合物无“鱼眼”)再加入另一种处理剂，继续搅拌30min，用API重晶石加重至1.20g/cm3，再搅拌60min(甲酸钾体系因密度已为1.20g/cm3而除外)，倒入老化罐在105℃条件下老化16h，取出冷却至室温，即为钻井液体系备用基浆(空白浆体)。
3)含封堵剂钻井液体系配制
用量筒取一定体积原浆倒入搪瓷杯，按顺序用D96型电动搅拌机边搅拌边加入处理剂(含提切剂SM-1先在JB-12A型四轴高速搅拌机上搅拌5min)，加完一种处理剂搅拌约40min后(要求聚合物无“鱼眼”)再加入另一种处理剂，继续搅拌30min，随后按顺序加入封堵剂直至完全分散，加入润滑剂，并用API重晶石加重至1.20g/cm3，再搅拌60min(甲酸钾体系因密度已为1.20g/cm3而除外)，倒入老化罐在105℃条件下老化16h，取出冷却至室温，即为含封堵剂钻井液体系(评价浆体)。
4)含封堵剂钻井液体系封堵效果评价
将配制好的钻井液体系(不含封堵剂的体系为空白浆体，含封堵剂的体系为评价浆体)倒入老化罐中，在105℃条件下热滚16h，取出冷却至室温倒入GGS42-2型高温高压失水仪中(失水仪过滤介质为“模拟岩心”(渗透率4.78×10-4md))，在105℃/3.5MPa/30min条件下测定空白浆体滤失量，冷却至室温，将泥浆杯内浆体倒出，贴其内壁注入蒸馏水2次，轻轻晃动后将液体倒出，尽量除去虚泥饼，随后注入蒸馏水至刻度处，在室温、3.5MPa下，每隔5min测定一次滤失量，直至30min实验结束，总滤失量记为Q，单位时间内蒸馏水滤失体积q为Q/1800，单位为cm3/s，按公式计算泥饼渗透率为K0；重复该过程测定含封堵剂浆体(评价浆体)的泥饼渗透率K1，用渗透率降低率Kr来表征封堵效果的好坏，渗透率降低率越高，钻井液体系封堵效果越好。
根据式(III)计算含封堵剂的钻井液的渗透率降低率Kr；
在式(III)中：K0为不含封堵剂的钻井液的平均渗透率，md；
K1为含封堵剂的钻井液的平均渗透率，md。
其中，所述含封堵剂的钻井液的配方为：两性离子聚合物体系a：4％土浆+1.9％SM-1(提切剂)+0.3％FA367(抑制性包被剂)+1.2％JT888(降滤失剂)+0.05％XY27(抑制性稀释剂)+5.0％CaCO3+2.0％RH-220(润滑剂)。
含封堵剂的钻井液的渗透率降低率Kr以及K0和K1如表1所示。
实施例2
本实施例用于说明本发明的低孔缝低渗地层的封堵效果评价方法。
按照与实施例1相同的方法进行评价，所不同之处在于，所述含封堵剂的钻井液的配方为：两性离子聚合物体系b：两性离子聚合物体系a+封堵剂YFD-1(封堵剂)。
含封堵剂的钻井液的渗透率降低率Kr以及K0和K1如表1所示。
实施例3
本实施例用于说明本发明的低孔缝低渗地层的封堵效果评价方法。
按照与实施例1相同的方法进行评价，所不同之处在于，所述含封堵剂的钻井液的配方为：两性钾基聚合醇体系a：4％土浆+0.2％FV-2+0.3％FA367+1.6％JT888+33％KCOOH+0.1％XY27+0.05％CaO+5.0％CaCO3+2.0％RH-220。
含封堵剂的钻井液的渗透率降低率Kr以及K0和K1如表1所示。
实施例4
本实施例用于说明本发明的低孔缝低渗地层的封堵效果评价方法。
按照与实施例1相同的方法进行评价，所不同之处在于，所述含封堵剂的钻井液的配方为：两性钾基聚合醇体系b：两性钾基聚合醇体系a+封堵剂YFD-1。
含封堵剂的钻井液的渗透率降低率Kr以及K0和K1如表1所示。
实施例5
本实施例用于说明本发明的低孔缝低渗地层的封堵效果评价方法。
按照与实施例1相同的方法进行评价，所不同之处在于，所述含封堵剂的钻井液的配方为：有土甲酸钾体系a：4％土浆+1.5％SM-1+0.1％FV-2+33％KCOOH+2.0％JT888+0.05％XY27+0.05％CaO+5.0％CaCO3+2.0％RH-220。
含封堵剂的钻井液的渗透率降低率Kr以及K0和K1如表1所示。
实施例6
本实施例用于说明本发明的低孔缝低渗地层的封堵效果评价方法。
按照与实施例1相同的方法进行评价，所不同之处在于，所述含封堵剂的钻井液的配方为：有土甲酸钾体系b：有土甲酸钾体系a+封堵剂YFD-1。
含封堵剂的钻井液的渗透率降低率Kr以及K0和K1如表1所示。
实施例7
本实施例用于说明本发明的低孔缝低渗地层的封堵效果评价方法。
按照与实施例1相同的方法进行评价，所不同之处在于，所述含封堵剂的钻井液的配方为：无土甲酸钾体系a：水+1.5％SM-1+0.5％FV-2+38％KCOOH+1.0％JT888+2.0％JMP-1(降滤失剂)+0.05％CaO+5.0％CaCO3+2.0％RH-220。
含封堵剂的钻井液的渗透率降低率Kr以及K0和K1如表1所示。
实施例8
本实施例用于说明本发明的低孔缝低渗地层的封堵效果评价方法。
按照与实施例1相同的方法进行评价，所不同之处在于，所述含封堵剂的钻井液的配方为：无土甲酸钾体系b：无土甲酸钾体系a+封堵剂YFD-1。
含封堵剂的钻井液的渗透率降低率Kr以及K0和K1如表1所示。
实施例9
本实施例用于说明本发明的低孔缝低渗地层的封堵效果评价方法。
按照与实施例1相同的方法进行评价，所不同之处在于，所述含封堵剂的钻井液的配方为：大钾体系a：4％土浆+1.7％SM-1+0.3％KPAM(抑制性包被剂)+0.2％JT888+5.0％CaCO3+2.0％RH-220。
含封堵剂的钻井液的渗透率降低率Kr以及K0和K1如表1所示。
实施例10
本实施例用于说明本发明的低孔缝低渗地层的封堵效果评价方法。
按照与实施例1相同的方法进行评价，所不同之处在于，所述含封堵剂的钻井液的配方为：大钾体系b：大钾体系a+封堵剂YFD-2。
含封堵剂的钻井液的渗透率降低率Kr以及K0和K1如表1所示。
实施例11
本实施例用于说明本发明的低孔缝低渗地层的封堵效果评价方法。
按照与实施例1相同的方法进行评价，所不同之处在于，所述含封堵剂的钻井液的配方为：阳离子聚合物体系a：4％土浆+1.9％SM-1+0.3％JX-QY(大阳离子抑制剂)+0.3％JT888+1.0％LYG-2(小阳离子抑制剂)+5.0％CaCO3+2.0％RH-220。
含封堵剂的钻井液的渗透率降低率Kr以及K0和K1如表1所示。
实施例12
本实施例用于说明本发明的低孔缝低渗地层的封堵效果评价方法。
按照与实施例1相同的方法进行评价，所不同之处在于，所述含封堵剂的钻井液的配方为：阳离子聚合物体系b：阳离子聚合物体系a+封堵剂YFD-2。
含封堵剂的钻井液的渗透率降低率Kr以及K0和K1如表1所示。
实施例13
本实施例用于说明本发明的低孔缝低渗地层的封堵效果评价方法。
按照与实施例1相同的方法进行评价，所不同之处在于，所述含封堵剂的钻井液的配方为：有机胺(SI-150)体系a：5％土浆+1.8％SM-1+1.0％SI-150(有机胺抑制剂)+1.2％JT888+5.0％CaCO3+2.0％RH-220。
含封堵剂的钻井液的渗透率降低率Kr以及K0和K1如表1所示。
实施例14
本实施例用于说明本发明的低孔缝低渗地层的封堵效果评价方法。
按照与实施例1相同的方法进行评价，所不同之处在于，所述含封堵剂的钻井液的配方为：有机胺(SI-150)体系b：有机胺(SI-150)体系a+YFD-2(封堵剂)。
采用封堵评价方法、标准，将实施例中的14套体系封堵效果进行了评价，其结果见表8。
表8
注：含b的均为加入封堵剂后的体系。
由表8实验数据可以看出，与加入封堵剂前体系相比，加入封堵剂后泥饼质量变好，渗透率成倍数大幅度降低，封堵效果明显增强，彰显出了纳微米级封堵剂极强的封堵能力，其中有土甲酸钾体系的渗透率可达到10-5md级(渗透率降低率高达91.00％以上)，无土甲酸钾体系、阳离子聚合物体系、有机胺(SI-150)体系渗透率降低率接近或超过68.00％，两性钾基聚合醇体系、两性离子聚合物体系渗透率降低率达65.00％或以上，大钾体系渗透率降低率近60.00％，所有这些优选出的水基钻井液体系对封堵低孔、低渗页岩地层及提高地层承压能力、降低坍塌压力将发挥重要作用。
封堵效果排序：有土甲酸钾体系>无土甲酸钾体系、阳离子聚合物体系>有机胺(SI-150)体系>两性钾基聚合醇体系、两性离子聚合物体系>大钾体系。
因此，本发明提出的一种低孔缝低渗地层的封堵效果评价方法，该方法能快速测定评价低孔缝低渗地层的封堵效果，且测试结果准确，测试评价步骤简单，大大降低了测试评价成本。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。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，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种低孔缝低渗地层的封堵效果评价方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)低孔缝低渗地层的“模拟岩心”的制备；
(1-1)将膨润土预水化处理；
(1-2)将步骤(1-1)得到的预水化膨润土浆与分散剂进行水化处理；
(1-3)将步骤(1-2)得到的水化产物与结构型聚合物进行第一混合；
(1-4)将步骤(1-3)得到的第一混合物与重晶石进行第二混合；
(1-5)将步骤(1-4)得到的第二混合物进行老化处理；
(1-6)测量步骤(1-5)制得的封堵评价用标准浆的滤失量，以及在同等条件下测量所制得的泥饼在蒸馏水的条件下的滤失量，按照式(I)所示公式计算泥饼的平均渗透率K：
K＝q·l·μ/(A·Δp)； 式(I)；
在式(I)中：
K为泥饼的平均渗透率，10-1μm2；
q为单位时间内蒸馏水的滤失体积，cm3/s；
l为泥饼的平均厚度，cm；
μ为蒸馏水在实验室条件下的粘度(mPa·s)；
A为泥饼面积，cm2；
△P为实验压差，Mpa；
(2)将步骤(1)制备的“模拟岩心”作为高温高压失水仪的过滤介质，测量不含封堵剂的钻井液和含封堵剂的钻井液的平均渗透率；
(3)计算含封堵剂的钻井液的平均渗透率的降低率。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预水化膨润土浆含有膨润土和碳酸钠，且所述预水化膨润土浆的质量浓度为9-11重量％；
以所述预水化膨润土浆的总重量为基准，所述碳酸钠的用量为0-6重量％，所述分散剂的用量为0.2-2重量％，所述结构型聚合物的用量为0.1-0.5重量％，所述重晶石的用量为60-80克。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述重晶石含有API重晶石和/或毫微重晶石，且所述API重晶石和所述毫微重晶石的用量的重量比为(0.5-4)：1；
优选地，颗粒为1-30微米的重晶石所占的重量比为70-80重量％。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(1-2)中，所述水化处理的条件包括：温度为50-70℃，时间为23-25h；在步骤(1-3)和(1-4)中，所述第一混合或第二混合的条件包括：温度为105-120℃，时间为30-50min。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述低孔缝低渗地层的“模拟岩心”的渗透率为1.0×10-3md至5.0×10-4md；
优选地，所述低孔缝低渗地层的“模拟岩心”的渗透率为4.5×10-4md至5×10-4md。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述不含封堵剂的钻井液的配制包括以下步骤：
(2-1)将所述原浆与处理剂和重晶石依次混合；
(2-2)将步骤(2-1)得到的混合物进行老化处理。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述含封堵剂的钻井液的配制包括以下步骤：
(3-1)将所述原浆与处理剂封堵剂、润滑剂和重晶石依次混合；
(3-2)将步骤(3-1)得到的混合物进行老化处理。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，所述老化处理的条件包括：温度为100-110℃，时间为15-17h；
优选地，所述不含封堵剂的钻井液或含封堵剂的钻井液的密度为1.1-1.3g/cm3。
9.根据权利要求6或7所述的方法，其中，所述原浆的配制包括以下步骤：
(4-1)将自来水与膨润土在温度为80-100℃搅拌速率为500-1000转/分钟的条件下搅拌5-10min；
(4-2)将步骤(4-1)得到的混合物与碳酸钠搅拌20-40min后静置23-24h。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，以所述预水化膨润土浆的质量浓度为9-11重量％；以及以所述预水化膨润土浆的总重量为基准，所述碳酸钠的用量为4-6重量％。
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