CN109762541A - 一种钻井液用微纳米复合堵漏剂及其制备方法以及钻井液和其应用 - Google Patents

一种钻井液用微纳米复合堵漏剂及其制备方法以及钻井液和其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及钻井液堵漏领域，公开了一种钻井液用微纳米复合堵漏剂及其制备方法以及钻井液和其应用。其中，所述复合堵漏剂含有纳米碳酸钙、纳米氧化锌晶须、纳米乳化石蜡、絮凝剂和润滑剂，在所述复合堵漏剂中，纳米碳酸钙10‑36重量份，纳米氧化锌晶须20‑40重量份，纳米乳化石蜡30‑70重量份，絮凝剂1‑10重量份，润滑剂5‑20重量份。本发明所述复合堵漏剂见效快，大粒径固相颗粒在裂缝处保持裂缝张开，小粒径固相颗粒及变形颗粒在裂缝处构建空间结构，形成渗透率极低的隔离层，可以有效地将井筒与地层隔离开，阻止钻井液向地层漏失。

Description

一种钻井液用微纳米复合堵漏剂及其制备方法以及钻井液和 其应用
技术领域
本发明涉及钻井液堵漏领域，具体涉及一种钻井液用微纳米复合堵漏剂及其制备方法以及在钻井液中应用。
背景技术
井漏是在钻井、固井完井、测试或修井等各种井下作业过程中，各种工作液在压差的作用下漏入地层的现象。页岩气储存于泥页岩中，页岩地层微裂缝和孔隙发育，绝大多数属微纳米级，钻井过程中钻井液滤液首先侵入泥页岩的微裂缝，水化作用导致微裂缝快速增大，并不断沿裂缝发展，最终导致泥页岩被破坏发生井漏，目前常用的一般封堵剂如碳酸钙、沥青、树脂、成膜剂等由于其粒径大且形状与裂缝不匹配难以进入裂缝，导致封堵效果不理想。纳米材料以其粒径小，分散性和稳定性好的优势，能够有效进入微纳米级的裂缝和孔隙中来进行有效的封堵，形成致密封堵层防止液相的进一步侵入，达到堵漏的目的。但是，传统的纳米封堵材料不是很多，由于其粒径小，表面活性大，很容易发生团聚且极易出现团聚现象，使颗粒尺寸变大，达不到预想的封堵效果。
因此，本行业急需新型微纳米堵漏剂来应对页岩地层出现的井漏问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的页岩地层出现的井漏问题，提供一种钻井液用微纳米复合堵漏剂及其制备方法以及钻井液和其应用。采用本发明制得的复合堵漏剂耐高温性强，普适性好，能应对大多数井漏情况。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种钻井液用微纳米复合堵漏剂，其中，所述复合堵漏剂含有纳米碳酸钙、纳米氧化锌晶须、纳米乳化石蜡、絮凝剂和润滑剂，在所述复合堵漏剂中，所述纳米碳酸钙10-36重量份，所述纳米氧化锌晶须20-40重量份，所述纳米乳化石蜡30-70重量份，所述絮凝剂1-10重量份，所述润滑剂5-20重量份。
本发明第二方面提供了一种前述所述的复合堵漏剂的制备方法，其中，该方法为在搅拌条件下，将纳米碳酸钙、纳米氧化锌晶须、纳米乳化石蜡、絮凝剂和润滑剂依次混合。
本发明第三方面提供了一种钻井液，其中，该钻井液含有前述所述的复合堵漏剂或者前述所述的方法制备得到的复合堵漏剂。
本发明第四方面提供了一种前述所述的钻井液在钻遇窄安全密度窗口地层中的应用。
通过上述技术方案，本发明通过将纳米碳酸钙、纳米氧化锌晶须、纳米乳化石蜡、絮凝剂和润滑剂配合使用，能够使得大粒径固相颗粒在裂缝处保持裂缝张开，小粒径固相颗粒及变形颗粒在裂缝处构建空间结构，形成渗透率极低的隔离层，有效的将井筒与地层隔离开，阻止钻井液向地层漏失；本发明的复合堵漏剂在钻遇窄安全密度窗口地层中时，能够扩大钻井液密度，见效快，效果好。
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。
本发明第一方面提供了一种钻井液用微纳米复合堵漏剂，其中，所述复合堵漏剂含有纳米碳酸钙、纳米氧化锌晶须、纳米乳化石蜡、絮凝剂和润滑剂，在所述复合堵漏剂中，所述纳米碳酸钙10-36重量份，所述纳米氧化锌晶须20-40重量份，所述纳米乳化石蜡30-70重量份，所述絮凝剂1-10重量份，所述润滑剂5-20重量份。
根据本发明，所述的复合堵漏剂，只要含有纳米碳酸钙、纳米氧化锌晶须、纳米乳化石蜡、絮凝剂和润滑剂，并且符合上述比例关系即可在一定程度上实现本发明的目的。
本发明的发明人在研究中发现，尽管只要含有纳米碳酸钙、纳米氧化锌晶须、纳米乳化石蜡、絮凝剂和润滑剂并且符合上述比例关系即可实现本发明的目的，但优选情况下，在所述复合堵漏剂中，所述纳米碳酸钙18-22重量份，所述纳米氧化锌晶须32-34重量份，所述纳米乳化石蜡52-54重量份，所述絮凝剂3-5重量份，所述润滑剂7-9重量份时，效果最好。
本发明中，所述复合堵漏剂中，各组分总和为100重量份。
根据本发明，所述钻井液为现场施工所用钻井液。
根据本发明，所述纳米碳酸钙为球形白色粉末，平均粒径为20-30nm，优选为22-28nm；在本发明中，其可谓小粒径固相颗粒，也可谓刚性颗粒，能够在裂缝处构建空间结构。
根据本发明，所述纳米氧化锌晶须为长条形针状，平均长度为100-150nm，优选为120-130nm，在本发明中，其可谓大粒径固相颗粒，能够在裂缝处保持裂缝张开，将所述纳米氧化锌晶须加入钻井液中后相互连接，形成不规则空间结构。
根据本发明，所述纳米乳化石蜡在常温下为球形，软化点为50℃，以及所述纳米乳化石蜡的平均粒径为10-15nm，优选为11-13nm；在本发明中，所述纳米乳化石蜡具有变形的特点，可谓变形颗粒，能够在裂缝处构建空间结构。
根据本发明，所述絮凝剂为聚丙烯酰胺，以及所述絮凝剂为白色粉末，平均粒径为25-80μm，优选为30-60μm。
根据本发明，所述润滑剂为磺化沥青，以及所述润滑剂为棕褐色粉末，平均粒径为30-60nm，优选为40-50nm。
本发明的第二方面提供了一种本发明的复合堵漏剂的制备方法，其中，该方法为在搅拌条件下，将纳米碳酸钙、纳米氧化锌晶须、纳米乳化石蜡、絮凝剂和润滑剂依次混合。
根据本发明，所述搅拌条件包括：搅拌速率为1000-2000转/分钟，优选为1400-1500转/分钟。
本发明的第三方面提供了一种钻井液，其中，所述钻井液含有前述所述的复合堵漏剂或者前述所述的制备方法制得的复合堵漏剂。
根据本发明，相对于100ml的钻井液，所述复合堵漏剂的用量可以包括：纳米碳酸钙的用量为10-36重量份，纳米氧化锌晶须的用量为20-40重量份，纳米乳化石蜡的用量为30-70重量份，絮凝剂的用量为1-10重量份，润滑剂的用量为5-20重量份；优选情况下，相对于100ml的钻井液，所述复合堵漏剂的用量可以包括：所述纳米碳酸钙的用量为18-22重量份，所述纳米氧化锌晶须的用量为32-34重量份，所述纳米乳化石蜡的用量为52-54重量份，所述絮凝剂的用量为3-5重量份，所述润滑剂的用量为7-9重量份。
本发明的第四方面提供了一种本发明的钻井液在钻遇窄安全密度窗口地层中的应用。
根据本发明，需要说明的是，“密度窗口”是指钻井液的密度范围。“窄密度窗口”就是钻某一地层过程中，钻井液可以选择的密度范围很小。在“窄密度窗口”这种情况下易发生钻井复杂情况，例如，钻井液密度超出此范围易造成井漏，钻井液密度低于此范围易造成井壁坍塌掉块。在本发明中，采用本发明的钻井液应用于钻遇窄安全密度窗口地层中时，本发明的复合堵漏剂能够将“窄密度窗口”扩大，也就是说在钻某一地层过程中，钻井液可以选择的密度范围扩大，因此，本发明的复合堵漏剂能够克服各种各样的井漏问题。
通过上述技术方案，本发明提供的复合堵漏剂见效快，大粒径固相颗粒在裂缝处保持裂缝张开，小粒径固相颗粒及变形颗粒在裂缝处构建空间结构，形成渗透率极低的隔离层，有效的将井筒与地层隔离开，阻止钻井液向地层漏失；本发明的复合堵漏剂在应用于钻遇窄安全密度窗口地层中时，见效快，效果好。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例中在本发明中，纳米碳酸钙购自庆源化工有限责任公司，型号为HXNM-200；纳米氧化锌晶须购自南京保克特新材料有限公司，型号为PZT-15；纳米乳化石蜡购自北京德科岛金科技有限公司；聚丙烯酰胺购自任丘市广汇化工有限公司，型号为PAM；磺化沥青购自郑州市金火高温材料有限公司，型号为LQ-G001。
平均粒径采用激光粒度分析仪进行测试，该激光粒度分析仪的型号为Mastrsizer 2000，购自英国马尔文仪器公司。
平均长度采用扫描电子显微镜进行测试，该扫描电子显微镜的型号为ZEISSEVOMA15，购自卡尔蔡司显微图像有限公司。
实施例1
本实施例用于说明本发明的复合堵漏剂及其制备方法。
将20重量份平均粒径为25nm的纳米碳酸钙、33重量份平均长度为125nm的纳米氧化锌晶须、53重量份平均粒径为12nm的纳米乳化石蜡、4重量份平均粒径为50μm的聚丙烯酰胺、8重量份平均粒径为45nm的磺化沥青在常温常压下，加入到搅拌机里在搅拌速率为1400转/分钟的条件下混合均匀，得到复合堵漏剂A1。其性能测试数据如表1所示。
实施例2
本实施例用于说明本发明的复合堵漏剂及其制备方法。
将18重量份平均粒径为22nm的纳米碳酸钙、32重量份平均长度为120nm的纳米氧化锌晶须、52重量份平均粒径为11nm的纳米乳化石蜡、3重量份平均粒径为30μm的聚丙烯酰胺、7重量份平均粒径为40nm的磺化沥青在常温常压下，加入到搅拌机里在搅拌速率为1400转/分钟的条件下混合均匀，得到复合堵漏剂A2。其性能测试数据如表1所示。
实施例3
本实施例用于说明本发明的复合堵漏剂及其制备方法。
将22重量份平均粒径为28nm的纳米碳酸钙、34重量份平均长度为130nm的纳米氧化锌晶须、54重量份平均粒径为13nm的纳米乳化石蜡、5重量份平均粒径为60μm的聚丙烯酰胺、9重量份平均粒径为50nm的磺化沥青在常温常压下，加入到搅拌机里在搅拌速率为1400转/分钟的条件下混合均匀，得到复合堵漏剂A3。其性能测试数据如表1所示。
实施例4
本实施例用于说明本发明的复合堵漏剂及其制备方法。
按照与实施例1相同的制备方法制备复合堵漏剂，所不同之处在于：将10重量份平均粒径为20nm的纳米碳酸钙、20重量份平均长度为100nm的纳米氧化锌晶须、70重量份平均粒径为10nm的纳米乳化石蜡、1重量份平均粒径为25μm的聚丙烯酰胺、5重量份平均粒径为30nm的磺化沥青在常温常压下，加入到搅拌机里在搅拌速率为1400转/分钟的条件下混合均匀，得到复合堵漏剂A4。其性能测试数据如表1所示。
实施例5
本实施例用于说明本发明的复合堵漏剂及其制备方法。
将36重量份平均粒径为30nm的纳米碳酸钙、40重量份平均长度为150nm的纳米氧化锌晶须、30重量份平均粒径为15nm的纳米乳化石蜡、10重量份平均粒径为80μm的聚丙烯酰胺、20重量份平均粒径为60nm的磺化沥青在常温常压下，加入到搅拌机里在搅拌速率为1400转/分钟的条件下混合均匀，得到复合堵漏剂A5。其性能测试数据如表1所示。
对比例1
按照与实施例1相同的方法制备阻裂剂，所不同之处在于：将8重量份纳米碳酸钙、18重量份纳米氧化锌晶须、75重量份纳米乳化石蜡、0.5重量份聚丙烯酰胺、4重量份磺化沥青在常温常压下，加入到搅拌机里在搅拌速率为1400转/分钟的条件下混合均匀，得到复合堵漏剂D1。其性能测试数据如表1所示。
对比例2
按照与实施例1相同的方法制备阻裂剂，所不同之处在于：将40重量份纳米碳酸钙、45重量份纳米氧化锌晶须、35重量份纳米乳化石蜡、5重量份聚丙烯酰胺、15重量份磺化沥青在常温常压下，加入到搅拌机里在搅拌速率为1400转/分钟的条件下混合均匀，得到复合堵漏剂D2。其性能测试数据如表1所示。
对比例3
按照与实施例1相同的方法制备阻裂剂，所不同之处在于：纳米碳酸钙的平均粒径为50nm、纳米氧化锌晶须的平均长度为180nm、纳米乳化石蜡的平均粒径为8nm、聚丙烯酰胺的平均粒径为20μm、磺化沥青的平均粒径为25nm，常温常压下，加入到搅拌机里在搅拌速率为1400转/分钟的条件下混合均匀，得到复合堵漏剂D3。其性能测试数据如表1所示。
对比例4
按照与实施例1相同的方法制备阻裂剂，所不同之处在于：不含有纳米氧化锌晶须。结果得到复合堵漏剂D4。其性能测试数据如表1所示。
对比例5
按照与实施例1相同的方法制备阻裂剂，所不同之处在于：不含有纳米乳化石蜡。结果得到复合堵漏剂D5。其性能测试数据如表1所示。
对比例6
按照与实施例1相同的方法制备阻裂剂，所不同之处在于：不含有纳米碳酸钙和絮凝剂。结果得到复合堵漏剂D6。其性能测试数据如表1所示。
测试例
使用30目石英砂充填至25cm长管状仪器中模拟孔隙型地层，再将配置好的200mL实施例1-5和对比例1-6中的复合堵漏剂A1-A5和D1-D6加入到实验仪器中，通过氮气加压向石英砂层挤压，模拟井下钻井液被挤压到井壁的情况。结果如表1所示。
表1
钻井液 7.5min 30min
A1 侵入约9mL，侵入深度0.3cm 侵入13mL，侵入深度0.7cm
A2 侵入约10mL，侵入深度0.3cm 侵入14mL，侵入深度0.7cm
A3 侵入约10mL，侵入深度0.3cm 侵入15mL，侵入深度0.7cm
A4 侵入约12mL，侵入深度0.4cm 侵入17mL，侵入深度0.8cm
A5 侵入约15mL，侵入深度0.5cm 侵入19mL，侵入深度0.9cm
D1 侵入约122mL，侵入深度11cm 侵入183mL，侵入深度16cm
D2 侵入约136mL，侵入深度15cm 侵入192mL，侵入深度19cm
D3 侵入约125mL，侵入深度14cm 侵入185mL，侵入深度17cm
D4 侵入约123mL，侵入深度12cm 侵入182mL，侵入深度16cm
D5 侵入约188mL，侵入深度19cm 侵入200mL，侵入深度25cm
D6 侵入约192mL，侵入深度21cm 侵入200mL，侵入深度25cm
根据表1数据可知，A1-A5侵入石英砂层深度均不超过1cm，而D1-D6侵入石英砂层深度均超过10cm，说明采用本发明的复合堵漏剂具有良好的封堵性能。
测试例2
通过将含有150mL实施例1-5和对比例1-6中的复合堵漏剂A1-A5和D1-D6的钻井液应用于钻遇窄安全密度窗口的地层中，进行2mm*1.5mm裂缝的堵漏实验研究，常温条件下DL型堵漏实验，结果如表2所示。
表2
根据表2数据可知，采用本发明的钻井液应用于钻遇窄安全密度窗口地层中时，本发明的复合堵漏剂能够将“窄密度窗口”扩大，也就是说在钻某一地层过程中，钻井液可以选择的密度范围扩大，因此，本发明的复合堵漏剂能够克服各种各样的井漏问题。
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)

1.一种钻井液用微纳米复合堵漏剂，其特征在于，所述复合堵漏剂含有纳米碳酸钙、纳米氧化锌晶须、纳米乳化石蜡、絮凝剂和润滑剂；在所述复合堵漏剂中，所述纳米碳酸钙10-36重量份，所述纳米氧化锌晶须20-40重量份，所述纳米乳化石蜡30-70重量份，所述絮凝剂1-10重量份，所述润滑剂5-20重量份。
2.根据权利要求1所述的微纳米复合堵漏剂，其中，在所述复合堵漏剂中，所述纳米碳酸钙18-22重量份，所述纳米氧化锌晶须32-34重量份，所述纳米乳化石蜡52-54重量份，所述絮凝剂3-5重量份，所述润滑剂7-9重量份。
3.根据权利要求1或2所述的微纳米复合堵漏剂，其中，所述纳米碳酸钙为球形白色粉末，平均粒径为20-30nm，优选为22-28nm。
4.根据权利要求1或2所述的微纳米复合堵漏剂，其中，所述纳米氧化锌晶须为长条形针状，平均长度为100-150nm，优选为120-130nm。
5.根据权利要求1或2所述的微纳米复合堵漏剂，其中，所述纳米乳化石蜡在常温下为球形，且所述纳米乳化石蜡的平均粒径为10-15nm，优选为11-13nm。
6.根据权利要求1或2所述的微纳米复合堵漏剂，其中，所述絮凝剂为聚丙烯酰胺粉末，平均粒径为25-80μm，优选为30-60μm。
7.根据权利要求1或2所述的微纳米复合堵漏剂，其中，所述润滑剂为磺化沥青粉末，平均粒径为30-60nm，优选为40-50nm。
8.权利要求1-7中任意一项所述的微纳米复合堵漏剂的制备方法，其特征在于，该方法包括：在搅拌条件下，将纳米碳酸钙、纳米氧化锌晶须、纳米乳化石蜡、絮凝剂和润滑剂依次混合。
9.一种钻井液，其特征在于，该钻井液含有权利要求1-7中任意一项所述的微纳米复合堵漏剂或者权利要求8所述的制备方法制备得到的微纳米复合堵漏剂。
10.权利要求9所述的钻井液在钻遇窄安全密度窗口地层中的应用。
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