CN111303843B

CN111303843B - 一种自适应镶嵌封堵防塌钻井液及其制备方法

Info

Publication number: CN111303843B
Application number: CN202010191757.9A
Authority: CN
Inventors: 董宏伟; 张小平; 杨斌; 王京光; 贾俊; 黎金明; 王勇强; 刘伟; 赵向阳; 陈磊; 赵雷; 高洁; 赵海锋; 郭康; 凡帆; 张振活; 周雄兵; 付微风; 赵文庄; 董海东
Original assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Chuanqing Drilling Engineering Co Ltd
Current assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Chuanqing Drilling Engineering Co Ltd
Priority date: 2020-03-18
Filing date: 2020-03-18
Publication date: 2023-02-17
Anticipated expiration: 2040-03-18
Also published as: CN111303843A

Abstract

本发明公开了一种自适应镶嵌封堵防塌钻井液及其制备方法，所述钻井液由以下重量百分比的组分组成：封堵剂0.1～0.2％、降滤失剂0.5～1.0％，提粘剂0.1～0.3％，抑制剂1～3％，烧碱0.1～0.2％，加重剂5～10％和余量的水。本发明可应用于页岩油开采中的微裂缝封堵，该钻井液体系具有封堵效果好，抑制性强，泥饼光滑致密成膜状，对页岩油储层伤害低，配方、配浆工艺简便易行的特点，并且钻进过程中井眼稳定，完井过程中套管顺利下入井底，配方、配浆工艺简便易行。

Description

一种自适应镶嵌封堵防塌钻井液及其制备方法

技术领域

本发明属于石油天然气钻井用水基压裂液，具体涉及一种自适应镶嵌封堵防塌钻井液及其制备方法。

背景技术

针对页岩油的成藏特征，页岩地层发育微裂隙，油气储层渗透性低，孔隙中富含富粘土基质，水敏性强，极易水化膨胀，长水平段钻井中易发生严重的井壁稳定问题，此外，页岩油储层多为硬脆性泥页岩，以伊利石、伊蒙混层为主，对于硬脆性泥页岩孔隙压力传递是导致井壁失稳的根本原因。因此，维持井壁稳定的关键是阻止孔隙压力传递，而阻止孔隙压力传递则必须加强对微孔、微裂缝的封堵。钻井过程中，钻井液滤液极易沿着页岩微孔微裂缝侵入地层，导致微裂缝传播、扩张，造成井壁的不稳定性。页岩稳定性的保持是页岩油藏开发的技术难点。结合化学测试和地质分析，很好的解释了岩石结构破坏和岩石失稳控制的问题。国外针对页岩分散、由裂缝导致的页岩解理、粘土水化等不同页岩井壁稳定问题总结出了相应的应对措施。

用于封堵的材料的尺寸和浓度是关键因素，既要保证不渗滤，又要能形成薄而韧的泥饼。页岩是所有岩石中孔径最小的类型，纳米级的裂缝尺寸使得封堵变得极其困难。常规的封堵剂颗粒尺寸太大，只能解决微米级孔隙问题，不易进入页岩中的漏层，容易堆积在表面，并未深入漏层，达不到封堵的效果。针对页岩油开采中的微裂缝的封堵，只有纳米级封堵剂才能起到有效作用。

公开号为CN201711180572.2的发明专利涉及开采能源用暂堵剂领域，具体而言，涉及一种屏蔽暂堵保护剂及其制备方法。该专利所公开的一种屏蔽暂堵保护剂，为有机酸固体颗粒依次包覆混合致孔剂的乙基纤维素和保护剂，是一种致密碎屑岩储层石油及天然气开发过程中所用到的屏蔽暂堵保护剂，主要用于压裂完井过程中的储层保护。该屏蔽暂堵保护剂用于压裂过程中，在压差作用下形成屏蔽暂堵带，减少压裂液滤失进入地层，且在后期被包覆材料通过微孔的缓慢溶解释放有助于压裂液破胶，利于压裂液返排。因此是一种适用于压裂过程中的致密碎屑岩储层保护屏蔽暂堵剂，并非针对于页岩微裂缝防塌封堵的钻井液。

针对上述技术问题，开展室内技术攻关，研发出一种“自适应镶嵌”封堵防塌钻井液配方，满足页岩油开采中的微裂缝封堵需求，为长庆油田页岩油开发提供技术支撑。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足之处，公开了一种自适应镶嵌封堵防塌钻井液及其制备方法，满足了页岩油开采中的微裂缝封堵需求，且达到封堵防塌、固壁防塌、重塑井眼等三重功效，大幅度降低井下复杂时效。

本发明所采用的技术方案如下：

一种自适应镶嵌封堵防塌钻井液，由以下重量百分比的组分组成：封堵剂0.1～0.2％、降滤失剂0.5～1.0％，提粘剂0.1～0.3％，抑制剂1～3％，烧碱0.1～0.2％，加重剂5～10％和余量的水。

进一步地，所述封堵剂为苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯按1：1的摩尔比聚合而成的纳米聚合物。具体地，所述纳米聚合物的粒径为0～200nm。

进一步地，所述降滤失剂为乙烯基聚二甲基硅氧烷，其分子量为200～100000。

进一步地，所述提粘剂为高粘聚阴离子纤维素，所述高粘聚阴离子纤维素的粘度≥12mPa·S。

进一步地，所述抑制剂为钻井液用防塌抑制剂，所述防塌抑制剂为环氧乙烷、环氧丙烷和阳离子单体按1：1：2的摩尔比合成的有机胺共聚物。

进一步地，所述加重剂为重晶石，所述重晶石的目数为200～325目，密度为4.1～4.3g/cm3。

进一步地，所述水的矿化度＜8400mg/L，水的密度＜1.01g/cm³。

一种自适应镶嵌封堵防塌钻井液的制备方法，包括以下步骤：首先在容器中加入配方量的水，然后在搅拌条件下向水中加入配方量的将封堵剂，待所述封堵剂完全溶解后，再依次加入配方量的提粘剂、降滤失剂及抑制剂，继续搅拌30～60分钟后，加入配方量的加重剂加重钻井液的密度至1.03-1.50g/cm³，最后加入配方量的碱液，调节PH至8～10，即完成自适应镶嵌封堵防塌钻井液的制备。

本发明的有益效果如下：

1.本发明所述自适应镶嵌封堵防塌钻井液具有封堵效果好，抑制性强，泥饼光滑致密成膜状，对页岩油储层伤害低，配方、配浆工艺简便易行的特点，并且钻进过程中井眼稳定，完井过程中套管顺利下入井底，配方、配浆工艺简便易行。

2.本发明可抗150℃高温，HTHP滤失量达到12.0ml，体系可加重至1.5g/cm³，可广泛用于本发明可应用于页岩油开采中的微裂缝封堵。

3.本发明能很好的保护储层的原始物性，封堵效果好，抑制性强，成本低，提高了页岩油开发效率，具有广阔的推广前景和应用价值，同时具有可观的经济和社会效益，值得推广应用。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚的了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

本发明涉及一种自适应镶嵌封堵防塌钻井液，由以下重量百分比的组分组成：封堵剂0.1～0.2％、降滤失剂0.5～1.0％，提粘剂0.1～0.3％，抑制剂1～3％，烧碱0.1～0.2％，加重剂5～10％和余量的水。

进一步地，所述封堵剂为苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯按1：1的摩尔比聚合而成的纳米聚合物。如川庆钻探工程有限公司工程技术研究院生产的，通过苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯按1：1的摩尔比聚合而成的纳米聚合物G308，其粒径为0～200纳米。

进一步地，所述降滤失剂为乙烯基聚二甲基硅氧烷，其分子量为200～100000。如广州双桃精细化工有限公司生产的分子量为10万的乙烯基聚二甲基硅氧烷聚合物。

进一步地，所述提粘剂为高粘聚阴离子纤维素，所述高粘聚阴离子纤维素的粘度≥12mPa·S。优选濮阳市鑫源环保科技有限公司生产的超高粘聚阴离子纤维素PAC-HV，抗盐、抗钙，可抗高温(150℃)。

进一步地，所述抑制剂为钻井液用防塌抑制剂，如川庆钻探工程有限公司工程技术研究院生产的由环氧乙烷、环氧丙烷和阳离子单体按1：1：2的摩尔比合成的有机胺共聚物G319。

进一步地，所述加重剂为重晶石、改性重晶石、铁矿粉、活化铁矿粉、锰矿粉、碳酸钙、碳酸钡、方铅矿粉中的至少一种；优选重晶石，所述重晶石的目数为200～325目，密度为4.1～4.3g/cm³。所述加重剂不仅可以提高钻井液基液的密度，而且可以提高钻井液的抑制性。

进一步地，所述水的矿化度＜8400mg/L，水的密度＜1.01g/cm³。

本发明还保护了一种自适应镶嵌封堵防塌钻井液的制备方法，包括以下步骤：首先在容器中加入配方量的水，然后在搅拌条件下向水中加入配方量的将封堵剂，待所述封堵剂完全溶解后，再依次加入配方量的提粘剂、降滤失剂及抑制剂，继续搅拌30～60分钟后，加入配方量的加重剂加重钻井液的密度至1.03-1.50g/cm³，最后加入配方量的碱液，调节PH至8～10，即完成自适应镶嵌封堵防塌钻井液的制备。

机理：

本发明所述自适应镶嵌封堵防塌钻井液的主要成分是可变形的弹性粒子(即纳米聚合物)，辅助成分为填充加固剂(填充加固剂为无机纳米粒子SiO₂)。纳米聚合物具有油溶和水溶两亲特性，加入到水基钻井液中，能够在井壁岩石表面迅速大量吸附，当达到临界浓度时，纳米聚合物在岩石表面发生缔合，形成疏水微区，疏水微区有一个疏水的内核，由纳米聚合物的疏水基团构成，外层由聚合物的亲水链段包裹，形成空间网络结构，从而达到稳定。随着纳米聚合物浓度增加，在固液界面(油层井壁)上形成不同尺寸的大量胶束，并且纳米聚合物由链内缔合发展到链间缔合，从而在岩石表面形成封闭膜。在封闭膜中的胶束也是可变形的，如果压力升高，胶束就会压缩，并进一步降低封闭膜的渗透率，阻缓流体侵入油层。封闭膜具有二维无限性和一维有限性，这包含两重意义：一是纳米聚合物胶束尺寸在平面上可以变化，而厚度受成膜分子长度的限制，封闭膜厚度不可能大于两倍分子伸展长度；二是成膜分子在膜面的二维空间内能够比较自由地运动，而在垂直于膜面的第三维空间内受到很大限制。这意味着构成聚合物胶束的两个定向单层的分子不容易发生交换，不容易穿过胶束层。这是因为任何分子要从胶束层一侧穿到另一侧都必须既通过极性区又通过非极性区，不论极性分子还是非极性分子都难以做到这一点。纳米聚合物的上述特点是其具有自适应封堵孔径分布范围较大油层的主要原因。填充加固剂无机纳米粒子SiO₂是一种不可变形的刚性粒子，通过架桥作用可以实行封堵，但仍然会产生不规则的孔隙。而有机纳米粒子聚合物在一定温度下变形，可对这些不规则孔隙进行填充，加强封堵，最终阻止滤液进入地层。所以，有机/无机纳米结合了无机纳米粒子的架桥作用和有机粒子的变形性能，使得封堵更加成功，使自适应屏蔽暂堵钻井液的自适应优点更加突出。填充加固剂无机纳米粒子SiO₂的引入有利于形成渗透率更低及暂堵强度更大的屏蔽暂堵带。

实施例1

本实施例中的自适应镶嵌封堵防塌钻井液，由以下重量百分比的组分组成：苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯按1：1的摩尔比聚合而成的纳米聚合物0.2％、乙烯基聚二甲基硅氧烷1.0％，高粘聚阴离子纤维素PAC0.3％，有机胺共聚物1.0％，烧碱0.2％，重晶石5％和余量的水。

本实施方式还保护了该自适应镶嵌封堵防塌钻井液的制备方法，包括以下步骤：

该自适应镶嵌封堵防塌钻井液的制备方法，具体步骤如下：首先在容器中加入配方量的水，待所述封堵剂完全溶解后，再依次加入配方量的高粘聚阴离子纤维素PAC、乙烯基聚二甲基硅氧烷及有机胺共聚物G319，继续搅拌30～60分钟，加入配方量的重晶石并加重密度至1.15g/cm³，最后加入配方量的碱液，调节PH至8，即完成自适应镶嵌封堵防塌钻井液的制备。

实施例2

本实施例中的自适应镶嵌封堵防塌钻井液，由以下重量百分比的组分组成：苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯按1：1的摩尔比聚合而成的纳米聚合物0.1％、乙烯基聚二甲基硅氧烷0.5％，高粘聚阴离子纤维素PAC0.1％，有机胺共聚物2.0％，烧碱0.1％，重晶石8％和余量的水。

该自适应镶嵌封堵防塌钻井液的制备方法，具体步骤如下：首先在容器中加入配方量的水，待所述封堵剂完全溶解后，再依次加入配方量的高粘聚阴离子纤维素PAC、乙烯基聚二甲基硅氧烷及有机胺共聚物G319，继续搅拌30～60分钟，加入配方量的重晶石并加重密度至1.20g/cm³，最后加入配方量的碱液，调节PH至9，即完成自适应镶嵌封堵防塌钻井液的制备。

最后加入配方量的重晶石(根据密度要求调整重晶石加量)，即完成自适应镶嵌封堵防塌钻井液制备。

实施例3

本实施例中的自适应镶嵌封堵防塌钻井液，由以下重量百分比的组分组成：苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯按1：1的摩尔比聚合而成的纳米聚合物0.1％、乙烯基聚二甲基硅氧烷1.0％，高粘聚阴离子纤维素PAC0.3％，有机胺共聚物3.0％，烧碱0.1％，重晶石10％和余量的水。

该自适应镶嵌封堵防塌钻井液的制备方法，具体步骤如下：首先在容器中加入配方量的水，待所述封堵剂完全溶解后，再依次加入配方量的高粘聚阴离子纤维素PAC、乙烯基聚二甲基硅氧烷及有机胺共聚物G319，继续搅拌30～60分钟，加入配方量的重晶石并加重密度至1.50g/cm³，最后加入配方量的碱液，调节PH至10，即完成自适应镶嵌封堵防塌钻井液的制备。

上述实施例1-3所制得的防塌钻井液的性能参数如下表1：

项目	性能指标
		密度(g/cm<sup>3</sup>)	1.03-1.50
马氏漏斗粘度(s)	40-80
		失水(ml)	＜5.0
滤饼(mm)	0.2-0.5
		塑性粘度(mPa.s)	15-40
动切力(Pa)	5-30
		静切力(Pa)	2-5/3-8
pH	8-10

从表1中数据可以看出，密度最高1.5g/cm³，能够满足已坍塌地层的钻井对密度要求，失水控制在5.0ml以内，具有很好的封堵效果，达到储层保护的效果，动切力最高30Pa，岩屑悬浮能力强。

上述实施例1-3所制得的防塌钻井液的岩心膨胀率测试结果如下表2所示：

由表2岩心膨胀率测试数据可以看出，实施例1、实施例2、实施例3的防塌钻井液的岩心膨胀量降低率8h后分别达到63.18％，72.80％，75.51％，说明体系的抑制性很强。

使用重晶石对实施例1～3的防塌钻井液进行加重，考察其加重能力，加重实验结果如下表3-5所示：

表3为实施例1的防塌钻井液加重实验数据表

表4为实施例2的防塌钻井液加重实验数据表

表5为实施例3的防塌钻井液加重实验数据表

由表3～表5可知，实施例1～3的防塌钻井液的密度加重到1.50g/cm³，体系流变性能良好。

上述实施例1-3所制得的防塌钻井液的高温高压流变评价实验结果如下表6-8所示：

表6为实施例1的防塌钻井液高温流变数据表

表7为实施例2的防塌钻井液高温流变数据表

表8为实施例3的防塌钻井液高温流变数据表

从表6～表8可知，实施例1、2、3防塌钻井液均抗温可达150℃。

该钻井液体系的配方精简，低成本趋势明显，现场配制、维护工艺工艺简便，可操作性强，为下步页岩油开发井壁稳定做好钻井液完井液技术储备。

实施例4

在以上实施例的基础上，进一步地，聚阴离子纤维素PAC，分为高粘(HV)和低粘(LV)两种，在石油开采工业中，PAC是一种较好的钻井泥浆处理剂和配制完井液的材料，造浆率高，抗盐抗钙性能好。对淡水泥浆、海水泥浆和饱和盐水泥浆，PAC都是一种很好的降滤失量处理剂，而且有很好的提粘能力和抗高温(150℃)能力。适合用于配制淡水、海水和饱和盐水完井液，并在加重剂加重下可以配制成各种密度的完井液，而且可以使完井液具有一定的粘度和较低的滤失量。

本发明所采用的高粘聚阴离子纤维素(PAC)属于市售产品，优选濮阳市鑫源环保科技有限公司生产的高粘PAC-HV符合欧洲OCMA标准及美国API标准。

综上所述，本发明所述自适应镶嵌封堵防塌钻井液适用于页岩油开采中的微裂缝封堵，体系封堵效果好，抑制性强，配浆工艺简便易行。且该自适应镶嵌封堵防塌钻井液，8h体系岩心线膨胀量降低率达到75.51％、HTHP滤失量达到12.0ml，体系可加重1.5g/cm3，抗温达150℃。

以上各实施例没有详细叙述的方法和结构属本行业的公知常识，这里不一一叙述。所涉及的相关材料或成品，市面均有售。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种自适应镶嵌封堵防塌钻井液，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：封堵剂0.1~0.2%、降滤失剂0.5~1.0%，提粘剂0.1~0.3%，抑制剂1~3%，烧碱0.1~0.2%，加重剂5~10%和余量的水；

所述封堵剂为苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯按1：1的摩尔比聚合而成的纳米聚合物；

所述降滤失剂为乙烯基聚二甲基硅氧烷，其分子量为200~100000；

所述提粘剂为高粘聚阴离子纤维素，高粘聚阴离子纤维素的粘度≥12mPa·s；

所述抑制剂川庆钻探工程有限公司工程技术研究院生产的有机胺共聚物G319；

所述水的矿化度＜8400mg/L，水的密度＜1.01g/cm³；

所述自适应镶嵌封堵防塌钻井液，8h体系岩心线膨胀量降低率达到75.51%、HTHP滤失量达到12.0-20.2ml，体系可加重至1.5g/cm³，抗温达150℃。

2.根据权利要求1所述的一种自适应镶嵌封堵防塌钻井液，其特征在于：所述加重剂为重晶石，所述重晶石的目数为200~325目，密度为4.1~4.3g/cm³。

3.根据权利要求1所述的一种自适应镶嵌封堵防塌钻井液，其特征在于：所述自适应镶嵌封堵防塌钻井液，由以下重量百分比的组分组成：苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯按1：1的摩尔比聚合而成的纳米聚合物0.2%、乙烯基聚二甲基硅氧烷1.0%，高粘聚阴离子纤维素PAC0.3%，有机胺共聚物1.0%，烧碱0.2%，重晶石5%和余量的水。

4.根据权利要求1所述的一种自适应镶嵌封堵防塌钻井液，其特征在于：所述自适应镶嵌封堵防塌钻井液，由以下重量百分比的组分组成：苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯按1：1的摩尔比聚合而成的纳米聚合物0.1%、乙烯基聚二甲基硅氧烷0.5%，高粘聚阴离子纤维素PAC0.1%，有机胺共聚物2.0%，烧碱0.1%，重晶石8%和余量的水。

5.根据权利要求1所述的一种自适应镶嵌封堵防塌钻井液，其特征在于：所述自适应镶嵌封堵防塌钻井液，由以下重量百分比的组分组成：苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯按1：1的摩尔比聚合而成的纳米聚合物0.1%、乙烯基聚二甲基硅氧烷1.0%，高粘聚阴离子纤维素PAC0.3%，有机胺共聚物3.0%，烧碱0.1%，重晶石10%和余量的水。

6.根据权利要求1所述的一种自适应镶嵌封堵防塌钻井液，其特征在于：所述自适应镶嵌封堵防塌钻井液的密度为1.03-1.50g/cm³，马氏漏斗粘度为40-80s，失水控制在5.0ml以内，动切力为5-30Pa，pH值为8-10。

7.一种根据权利要求1-5任意一项所述的自适应镶嵌封堵防塌钻井液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先在容器中加入配方量的水，然后在搅拌条件下向水中加入配方量的将封堵剂，待所述封堵剂完全溶解后，再依次加入配方量的提粘剂、降滤失剂及抑制剂，继续搅拌30~60分钟后，加入配方量的加重剂加重钻井液的密度至1.03-1.50g/cm³，最后加入配方量的碱液，调节pH至8~10，即完成自适应镶嵌封堵防塌钻井液的制备。