CN111793483A

CN111793483A - 一种环保防塌封堵钻井液及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN111793483A
Application number: CN202010736442.8A
Authority: CN
Inventors: 张世攀; 何淼; 张智君; 许明标; 李明; 吴宇; 赵海存; 由福昌; 孔德斌; 孔德宏
Original assignee: Xinjiang Beiken Energy Engineering Stock Co ltd; Yangtze University
Current assignee: Xinjiang Beiken Energy Engineering Stock Co ltd; Yangtze University
Priority date: 2020-07-28
Filing date: 2020-07-28
Publication date: 2020-10-20
Anticipated expiration: 2040-07-28
Also published as: CN111793483B

Abstract

本发明提供了一种环保防塌封堵钻井液及其制备方法和应用，属于石油钻井工程用钻井液领域。本发明提供的环保防塌封堵钻井液，按质量份数计，包括：水100份、钠基膨润土1～3份、pH值调节剂0.2～0.4份、护胶剂0.3～0.5份、包被剂0.1～0.2份、降滤失剂1～2份、无机盐4～6份、抑制剂1～3份、润滑剂1～3份、封堵剂2～4份、防塌剂0.3～0.8份、流型调节剂0.1～0.15份和加重剂0～100份。本发明提供的钻井液流变性能和降滤失性能良好，150℃下的HTHP滤失量和PPT滤失量显著降低，泥饼薄而致密，可以防止因过多钻井液滤液进入地层造成孔隙压力增大而引起井壁失稳，钻井液无毒且易降解。

Description

一种环保防塌封堵钻井液及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及石油钻井工程用钻井液领域，尤其涉及一种环保防塌封堵钻井液及其制备方法和应用。

背景技术

在油气田开发中，水平井钻井技术最早于20世纪20年代被提出，40年代得到初步应用，到80年代在美国、加拿大、法国等国家得到相继推广。随着地面条件、地下条件油层状况与勘探开发的深入，以及地质导向技术的应用，国际水平井钻井技术日臻成熟和完善。我国于20世纪60年代开始探索，到90年代开始大规模的研究和应用。随着水平井钻井工艺、钻井完井液及完井方式的不断研究，水平井已作为常规钻井技术应用于多种地层，有效开发包括枯竭油藏、致密气藏、稠油藏在内的所有类型油气藏。

目前在国内外致密油气水平井钻井施工中，普遍使用的钻井液体系有水基钻井液和油基钻井液等，主要解决井壁稳定、润滑、防堵封堵和储层保护等问题。水基钻井液是由膨润土、水(或盐水)、各种处理剂和加重材料所组成的多相分散体系。水基钻井液主要存在以下的问题：1、满足环保要求的前提下，现有的封堵防塌材料受到限制，严重影响钻井液封堵防塌性能；2、满足环保要求前提下，现有各处理剂材料抗温存在问题，耐温能力差。油基钻井液是以油作连续相，水(体积含量可高达50％)作分散相，乳化剂作稳定剂的油包水乳化钻井液和通过由柴油、氧化沥青、有机土、碱以及其他化学剂配成的钻井液。油基钻井液主要存在以下的问题：1、粘度较高而切力偏低不足，使得油基钻井液悬浮性较差，不利于悬浮钻屑、加重材料以及超高密度油基钻井液的配制；2、容易因为亲水物质的侵入造成乳状液稳定性变差；3、油基钻井液的流变性受温度影响比较明显，在实际钻井过程中，井内钻井液所受的温度随井深增加而增加，温度升高会使油包水乳化钻井液表观粘度降低；4、钻井液污染问题，废弃油基钻井液中含有大量的矿物油、酚类化合物、重金属和一些有毒物质，属危险废物，长期堆积会造成地表植被的严重破坏，导致对土壤、地表和地下水的污染，直接或间接对植物、动物及人类健康产生巨大的危害，极大地制约着油基钻井液技术的发展。

随着开发进程的推进，简单水平井已满足不了增产需求，高难度复杂地层长水平井施工被提上日程，加之日益严苛的环保法规，普通水基钻井液由于其传统的防塌封堵材料与环保理念相冲突，开始逐渐被市场淘汰。而油基钻井液迫于环保压力，推广使用受到了限制。为此，研发一种防塌封堵效果好且满足环保要求的水基钻井液体系具有重要实际意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环保防塌封堵钻井液及其制备方法和应用，本发明提供的环保防塌封堵钻井液流变性能和降滤失性能良好，可以有效防止因过多钻井液滤液进入地层造成孔隙压力增大而引起的井壁失稳，有利于井壁稳定，钻井液抗温性能好，抗温可达150℃，用于石油钻井工程后形成的钻井液生物毒性EC50＞25000mg/L，BOD₅/COD_cr值＞25％，无毒且容易生物降解。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种环保防塌封堵钻井液，按质量份数计，包括：水100份、钠基膨润土1～3份、pH值调节剂0.2～0.4份、护胶剂0.3～0.5份、包被剂0.1～0.2份、降滤失剂1～2份、无机盐4～6份、抑制剂1～3份、润滑剂1～3份、封堵剂2～4份、防塌剂0.3～0.8份、流型调节剂0.1～0.15份和加重剂0～100份。

优选地，所述pH值调节剂为氢氧化钠和碳酸钠的混合物。

优选地，所述封堵剂的原料包括环氧氯丙烷、聚丙烯醇、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、交联剂和引发剂1。

优选地，所述引发剂1为过硫酸铵和过氧化苯甲酰中的至少一种。

优选地，所述聚丙烯醇、环氧氯丙烷、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和丙烯酰胺的质量比为(50～60)：(25～30)：(7～10)：(3～5)。

优选地，所述防塌剂的原料包括油相、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、乙烯酸烷基脂、乙烯基吡咯烷酮、乳化剂、水和引发剂2。

优选地，所述引发剂2为过硫酸铵和偶氮二异丁酸二甲酯中的至少一种。

优选地，所述丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、乙烯酸烷基脂和乙烯基吡咯烷酮的质量比为(40～60)：(20～30)：(15～20)：(10～15)。

本发明提供了上述技术方案所述环保防塌封堵钻井液的制备方法，包括将所述水、钠基膨润土、pH值调节剂、护胶剂、包被剂、降滤失剂、抑制剂、润滑剂、无机盐、封堵剂、防塌剂、流型调节剂和加重剂混合，得到环保防塌封堵钻井液。

本发明提供了上述技术方案所述环保防塌封堵钻井液或本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的环保防塌封堵钻井液在石油钻井工程中的应用。

本发明提供了一种环保防塌封堵钻井液，按质量份数计，包括：水100份、钠基膨润土1～3份、pH值调节剂0.2～0.4份、护胶剂0.3～0.5份、包被剂0.1～0.2份、降滤失剂1～2份、无机盐4～6份、抑制剂1～3份、润滑剂1～3份、封堵剂2～4份、防塌剂0.3～0.8份、流型调节剂0.1～0.15份和加重剂0～100份。本发明提供的钻井液利用防塌剂提高钻井液的防塌性能；封堵剂提高钻井液的封堵性能；抑制剂提高钻井液的抑制性；润滑剂提高钻井液的润滑性能；降滤失剂能降低钻井液的滤失量，同时与防塌剂和封堵剂起到协同作用，进一步降低钻井液的滤失量，可以有效防止因过多钻井液滤液进入地层造成孔隙压力增大而引起的井壁失稳，有利于井壁稳定；通过各组分之间的协同作用，提高了钻井液抗温性能，在较高的温度下仍具有合适的粘切，使钻井液能够满足高难度复杂地层长水平井施工；钻井液具有良好的生物降解性，容易降解，同时无生物毒性，不会对环境造成污染，满足国家环保法规要求。实施例的结果显示，本发明提供的环保防塌封堵钻井液流变性能和降滤失性能良好，且随着封堵剂和防塌剂加量增加，API滤失量逐渐下降，钻井液抗温性能好，抗温可达150℃，150℃下的HTHP滤失量和PPT滤失量显著降低，泥饼薄而致密，可以有效防止因过多钻井液滤液进入地层造成孔隙压力增大而引起的井壁失稳，有利于井壁稳定，钻井液生物毒性EC50＞25000mg/L，BOD₅/COD_cr值＞25％，无毒且容易生物降解，满足国家环保法规要求。

具体实施方式

按质量份数计，本发明提供的环保防塌封堵钻井液包括水100份。在本发明中，所述水起到基质和溶剂的作用。

以水的质量份数为100份计，本发明提供的环保防塌封堵钻井液包括1～3份的钠基膨润土，优选为2份。本发明使用的钠基膨润土具有良好的悬浮性、触变性和滤失控制性能，将用量限定在上述范围内，可以改善滤失量，有利于井壁稳定。

以水的质量份数为100份计，本发明提供的环保防塌封堵钻井液包括0.2～0.4份的pH值调节剂，优选为0.3份。在本发明中，所述pH值调节剂优选为氢氧化钠和碳酸钠的混合物；所述pH值调节剂中氢氧化钠和碳酸钠质量比优选为(1～2)：(1～2)，更优选为1：2。本发明通过使用氢氧化钠和碳酸钠作为pH值调节剂，并将质量比和用量限定在上述范围内，有利于调控钻井液的pH值。

以水的质量份数为100份计，本发明提供的环保防塌封堵钻井液包括0.3～0.5份的护胶剂，更优选为0.4份。在本发明中，所述护胶剂优选为聚阴离子纤维素。本发明将护胶剂限定在上述范围内，可以护胶作用，提高体系稳定，改善其他材料使用效果，同时其自身还具有降滤失作用。

以水的质量份数为100份计，本发明提供的环保防塌封堵钻井液包括0.1～0.2份的包被剂，优选为0.15份。在本发明中，所述包被剂优选为高分子水溶性聚合物，更优选为部分水解聚丙烯酰胺。本发明将包被剂限定在上述范围内，可以包裹钻屑，一方面防止钻屑相互聚集变大，另一方面可以保证钻屑完整性，防止钻屑水化分散从而影响钻井液流变性，也方便被振动筛清除，防止密度上涨过快。

以水的质量份数为100份计，本发明提供的环保防塌封堵钻井液包括1～2份的降滤失剂，优选为1.5份。在本发明中，所述降滤失剂优选为羧甲基淀粉、有机硅褐煤和羟丙基淀粉中的至少一种，更优选为羧甲基淀粉。本发明将降滤失剂限定在上述范围内，可以降低钻井液的滤失量，增强泥饼致密性，同时为钻井液提供一定切力，使油气层保护效果好。

以水的质量份数为100份计，本发明提供的环保防塌封堵钻井液包括4～6份的无机盐，优选为5份。在本发明中，所述无机盐优选为硫酸钾、硫酸钠和复合铵盐中的一种或几种的混合物，更优选为硫酸钾。本发明将无机盐限定在上述范围内，一方面可以起到辅助抑制的作用，与抑制剂相辅相成，增强钻井液对泥页岩的抑制性；另一方面可以利用钾离子的镶嵌作用，稳定泥页岩井壁，起到防塌作用。

以水的质量份数为100份计，本发明提供的环保防塌封堵钻井液包括1～3份的抑制剂，优选为2份。在本发明中，所述抑制剂优选为聚醚二胺。本发明将抑制剂限定在上述范围内，在钻井过程中可以与包被剂和无机盐起到协同作用，包被钻屑，抑制分散，以利于固相含量的控制，同时可以抑制泥页岩水化膨胀，稳定井壁，防止缩径和分散垮塌，并且还可以抑制油气层内粘土成分的膨胀，减小油气层渗透率的损害。

以水的质量份数为100份计，本发明提供的环保防塌封堵钻井液包括1～3份的润滑剂，优选为2份。在本发明中，所述润滑剂优选为聚合醇润滑剂，更优选为聚醚多元醇。本发明将润滑剂限定在上述范围内，一方面可以降低钻井液与钻头之间的摩擦力，减少钻具磨损；另一方面可以降低钻井过程中的摩阻扭矩，主要降低钻具与井壁或者套管之间的摩阻，减少井下复杂，提高机械钻速。

以水的质量份数为100份计，本发明提供的环保防塌封堵钻井液包括0.1～0.15份的流型调节剂。在本发明中，所述流型调节剂优选为高粘聚阴离子纤维素、高粘羧甲基纤维素或黄原胶中的至少一种，更优选为黄原胶。本发明将流型调节剂限定在上述范围内，可以增加钻井液体系切力，改善钻井液的流变性。

以水的质量份数为100份计，本发明提供的环保防塌封堵钻井液包括0～100份的加重剂，优选为10～90份，更优选为20～80份。在本发明中，所述加重剂优选为重晶石、铁矿粉和钛铁矿粉中的至少一种，更优选为重晶石。本发明将加重剂限定在上述范围内，可以通过调整加重剂的用量调节密度以平衡地层压力。

以水的质量份数为100份计，本发明提供的环保防塌封堵钻井液包括2～4份的封堵剂，优选为3份。本发明将封堵剂的用量限定在上述范围内，分散性高，对钻井液流变性能影响小，有效改善泥饼质量，提高泥饼致密性。

在本发明中，所述封堵剂的原料优选包括环氧氯丙烷、聚丙烯醇、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、交联剂和引发剂1；所述聚丙烯醇、环氧氯丙烷、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和丙烯酰胺的质量比优选为(50～60)：(25～30)：(7～10)：(3～5)。

在本发明中，所述水作为封堵剂的基质，提供交联反应和接枝共聚反应所需的环境。在本发明中，所述水优选为蒸馏水或去离子水，能够使交联反应和接枝共聚反应正常进行即可。

在本发明中，聚丙烯醇与环氧氯丙烷作为交联反应的原料，在交联剂的作用下形成网状结构，提高封堵剂的成膜性能。

在本发明中，所述交联剂优选为酰胺化合物的混合物。在本发明中，交联剂可以使聚丙烯醇与环氧氯丙烷发生交联反应，提高封堵剂的封堵性能。

在本发明中，所述2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和丙烯酰胺作为接枝共聚反应的反应物，可以在引发剂的作用下发生接枝共聚反应，形成聚合物，阻止孔隙压力传递的能力，进一步提高井壁的稳定性和抗温性。

在本发明中，所述引发剂1优选包括过硫酸铵和过氧化苯甲酰中的至少一种，更优选为硫酸铵和过氧化苯甲酰的混合物。在本发明中，引发剂可以使2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和丙烯酰胺发生接枝共聚反应，形成聚合物，提高封堵剂阻止孔隙压力传递的能力，提高井壁的稳定性。

在本发明中，所述封堵剂的制备方法优选包括以下步骤：

(1)将聚丙烯醇溶于水搅拌均匀，向其中加入环氧氯丙烷，得到原料混合物I；

(2)将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸溶于水中，加入氢氧化钠控制pH＝6～7，然后加入丙烯酰胺混合均匀，得到原料混合物II；

(3)向原料混合物I中加入交联剂，控制交联反应时间为1～2h，期间加入原料混合物Ⅱ和引发剂，采用氮气保护，在60℃下进行接枝共聚反应，将获得的产物依次进行脱水、粉碎得到封堵剂。

本发明优选将聚丙烯醇溶于水搅拌均匀，向其中加入环氧氯丙烷，得到原料混合物I。在本发明中，所述水优选为蒸馏水或去离子水。本发明先制备原料混合物I，可以使聚丙烯醇和环氧氯丙烷混合均匀，提高交联反应的效率。

本发明优选将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸溶于水中，加入氢氧化钠控制pH＝6～7，然后加入丙烯酰胺混合均匀，得到原料混合物II。本发明对所述氢氧化钠的用量没有特殊的限定，能够使pH在6～7范围内即可。本发明单独制备原料混合物II，可以使2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和丙烯酰胺混合均匀，进行接枝共聚反应时，提高接枝共聚反应的效率。

以水的质量份数为100份计，本发明提供的环保防塌封堵钻井液包括0.3～0.8份的防塌剂。本发明将防塌剂的用量限定在上述范围内，防塌剂能够提高钻井液的防塌性能，阻止水从井眼进入井壁岩石孔隙，消除水的迁移动力，增大岩石中矿物颗粒间的联结力，同时与封堵剂起到协同作用，进一步提高钻井液的封堵性。

在本发明中，所述防塌剂的原料优选包括油相、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、乙烯酸烷基脂、乙烯基吡咯烷酮、乳化剂、水和引发剂2。在本发明中，所述丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、乙烯酸烷基脂和乙烯基吡咯烷酮的质量比优选为(40～60)：(20～30)：(15～20)：(10～15)，优选为50：25：17：13；所述丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、乙烯酸烷基脂和乙烯基吡咯烷酮的质量之和与油相、乳化剂、水和引发剂2的质量比优选为50：30：2：50：1。

在本发明中，所述引发剂2优选包括过硫酸铵和偶氮二异丁酸二甲酯中的至少一种，更优选为过硫酸铵和偶氮二异丁酸二甲酯的混合物。在本发明中，所述引发剂可以使2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、乙烯酸烷基脂和乙烯基吡咯烷酮之间发生接枝共聚反应，形成聚合物，提高钻井液的防塌性能，阻止水从井眼进入井壁岩石孔隙，消除水的迁移动力，增大岩石中矿物颗粒间的联结力。

在本发明中，所述油相优选为石蜡油。

在本发明中，所述乳化剂优选为司盘80。在本发明中，所述乳化剂可以与其他组分进行水包油乳液聚合，形成水包油乳液，进一步提高防塌剂的防塌性能。

在本发明中，所述防塌剂的制备方法优选包括以下步骤：

(a)将所述2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸溶于水中，加入氢氧化钠控制pH＝6～7，加入丙烯酰胺混合均匀得到原料混合物I；

(b)将所述乙烯酸烷基脂和乙烯基吡咯烷酮溶于油相当中，加入乳化剂混合均匀，得到原料混合物II；

(c)将所述步骤(a)得到的原料混合物I与所述步骤(b)得到的原料混合物II相互混合搅拌均匀，采用氮气保护，再加入引发剂2，采用水包油乳液聚合生成防塌剂。

本发明对所述混合的方式没有特殊的限定，采用本领域熟知的混合方式即可。在本发明中，所述混合优选在搅拌条件下进行。

本发明优选将所述2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸溶于水中，加入氢氧化钠控制pH＝6～7，加入丙烯酰胺混合均匀得到原料混合物I。本发明对所述氢氧化钠的用量没有特殊的限定，能够使pH在6～7的范围内即可。本发明优先将这几个组分混合，能够进一步保证各组分混合均匀，有利于后续反应的正常进行。

本发明采用氮气保护，能够除去氧气。

在本发明中，所述水包油乳液聚合的温度优选为60～80℃，更优选为70℃。本发明将温度控制在上述范围内，能够进一步保证在乳化剂的作用下，各组分形成水包油乳液。

本发明对上述技术方案中所使用的原料的具体来源没有特殊的限定，采用本领域熟知的市售产品即可。

本发明提供的环保防塌封堵钻井液流变性能和降滤失性能良好，且随着封堵剂和防塌剂加量增加，API滤失量逐渐下降，钻井液抗温性能好，抗温可达150℃，150℃下的HTHP滤失量和PPT滤失量显著降低，泥饼薄而致密，可以有效防止因过多钻井液滤液进入地层造成孔隙压力增大而引起的井壁失稳，钻井液生物毒性EC50＞25000mg/L，BOD₅/COD_cr值＞25％，无毒且容易生物降解，满足国家环保法规要求。

本发明提供了上述技术方案所述环保防塌封堵钻井液的制备方法，包括将水、钠基膨润土、pH值调节剂、护胶剂、包被剂、降滤失剂、抑制剂、润滑剂、无机盐、封堵剂、防塌剂、流型调节剂和加重剂混合，得到环保防塌封堵钻井液。

在本发明中，所述环保防塌封堵钻井液的制备方法优选为：

1)在搅拌状态下，向水中加入钠基膨润土，得到预水化膨润土浆；

2)在搅拌状态下，向所述步骤1)得到的预水化膨润土浆中依次加入pH值调节剂、护胶剂、包被剂、降滤失剂、抑制剂、润滑剂、无机盐、封堵剂、防塌剂、流型调节剂和加重剂，得到环保防塌封堵钻井液。

本发明优选在搅拌状态下，向水中加入钠基膨润土，得到预水化膨润土浆，在本发明中，所述搅拌的速率优选为2000rpm～4000rpm，更优选为3000rpm；所述搅拌的时间优选为10～60min，更优选为20min。

搅拌结束后，本发明优选对水与钠基膨润土的混合物进行密闭养护，得到预水化膨润土浆。在本发明中，所述密闭养护的时间优选为15～30h，更优选为24h。本发明通过进行密闭养护，可以增加预水化膨润土浆的粘度和切力，降低滤失量，改善井壁稳定性，使钻井液具有优异的粘切，满足高难度复杂地层长水平井施工。

得到预水化膨润土浆后，本发明优选在搅拌状态下，向所述预水化膨润土浆中依次加入pH值调节剂、护胶剂、包被剂、降滤失剂、抑制剂、润滑剂、无机盐、封堵剂、防塌剂、流型调节剂和加重剂，得到环保防塌封堵钻井液。在本发明中，所述搅拌的速率优选为7000rpm～9000rpm，更优选为8000rpm。在本发明中，优选还包括每加入一种组分后，搅拌10min。

本发明提供的制备方法简单，对设备要求低，可以降低生产成本，便于工业化生产。

本发明还提供了上述技术方案所述环保防塌封堵钻井液或上述技术方案所述制备方法制备得到的环保防塌封堵钻井液在石油钻井工程中的应用。

本发明提供的环保防塌封堵钻井液应用在石油钻井工程中，150℃下的HTHP滤失量和PPT滤失量显著降低，泥饼薄而致密，可以有效防止因过多钻井液滤液进入地层造成孔隙压力增大而引起的井壁失稳，有利于井壁稳定。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

封堵剂的制备：

(1)将60份聚丙烯醇溶于水搅拌均匀，向其中加入30份环氧氯丙烷，得到原料混合物I；

(2)将7份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸溶于水中，加入氢氧化钠控制pH＝6～7，然后加入3份丙烯酰胺混合均匀，得到原料混合物II；

(3)向原料混合物I中加入0.6份酰胺化合物，然后加入原料混合物II、0.5份过硫酸铵和0.5份过氧化苯甲酰，搅拌均匀后，采用氮气保护，在60℃下进行接枝共聚反应，将获得的产物进行脱水、粉碎得到封堵剂。

防塌剂的制备：

(1)将所述12份亲水单体2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸溶于50份水中，加入氢氧化钠控制pH＝6～7，加入24份丙烯酰胺混合均匀得到原料混合物I；

(2)将所述8份亲油单体乙烯酸烷基脂和6份乙烯基吡咯烷酮溶于30份石蜡油当中，加入2份司盘80混合均匀，得到原料混合物II；

(3)将所述步骤(1)得到的原料混合物I与所述步骤(2)得到的原料混合物II相互混合搅拌均匀，采用氮气保护，再加入0.36份过硫酸铵和0.14份偶氮二异丁酸二甲酯，在70℃下采用水包油乳液聚合生成防塌剂。

该防塌剂为乳白色，具有一定黏度，有效聚合物浓度为50％。

环保防塌封堵钻井液的组分为：水100份；钠基膨润土2份、pH值调节剂0.3份(氢氧化钠和碳酸钠的质量比为1：2)、聚阴离子纤维素0.3份、部分水解聚丙烯酰胺0.15份、羧甲基淀粉1.5份、硫酸钾5份、聚醚二胺2份、聚醚多元醇2份、封堵剂2份、防塌剂0.5份、黄原胶0.1份，密度为4.2g/cm³且纯度为95％的重晶石。

制备过程如下：

将400mL水放入高搅杯中，以3000rpm搅拌速率边搅拌边加入钠基膨润土，继续搅拌20min后，停止搅拌，密闭养护24h以上得到预水化膨润土浆；

在转速为8000rpm的高速搅拌状态下，向预水化膨润土浆中按照上述比例依次加入pH值调节剂、护胶剂、包被剂、降滤失剂、抑制剂、润滑剂、无机盐、封堵剂、防塌剂、流型调节剂，每加一种材料搅拌10min，最后加入加重剂，充分搅拌均匀，得到密度为1.80g/cm³环保防塌封堵钻井液。

实施例2

按照实施例1的方式配制水基钻井液，区别在于，水100份；钠基膨润土2份、pH值调节剂0.3份(氢氧化钠和碳酸钠的质量比为1：2)、聚阴离子纤维素0.5份、部分水解聚丙烯酰胺0.1份、羧甲基淀粉1.5份、硫酸钾5份、聚醚二胺2份、聚醚多元醇2份、封堵剂3份、防塌剂0.6份、黄原胶0.12份，密度为4.2g/cm³且纯度为95％的重晶石，调节钻井液的密度为1.80g/cm³。

实施例3

按照实施例1的方式配制水基钻井液，区别在于，水100份；钠基膨润土2份、pH值调节剂0.3份(氢氧化钠和碳酸钠的质量比为1：2)、聚阴离子纤维素0.4份、部分水解聚丙烯酰胺0.1份、羧甲基淀粉2.0份、硫酸钾5份、聚醚二胺2.5份、聚醚多元醇2.5份、封堵剂4份、防塌剂0.8份、黄原胶0.1份，密度为4.2g/cm³且纯度为95％的重晶石，调节钻井液的密度为1.80g/cm³。

对比例1

按照实施例1的方式配制环保钻井液，区别在于，钠基膨润土2份、pH值调节剂0.3份(氢氧化钠和碳酸钠的质量比为1：2)、聚阴离子纤维素0.5份、部分水解聚丙烯酰胺0.1份、羧甲基淀粉1.5份、硫酸钾5份、聚醚二胺2份、聚醚多元醇2份、黄原胶0.12份，密度为4.2g/cm³且纯度为95％的重晶石，调节钻井液的密度为1.80g/cm³。与实施例1各组分用量相同，仅未添加封堵剂和防塌剂。

对比例2

现场用钾钙基聚胺钻井液体系，其中各组分的重量百分比为：水100份，钠基膨润土4份、pH值调节剂0.7份(氢氧化钾和碳酸钠的质量比为5:2)、复合离子聚合物降滤失剂0.5份、两性离子聚合物强包被剂0.5份、复合铵盐0.5份、有机硅褐煤3份、羧甲基纤维素0.3份、黄原胶0.1份、300目碳酸钙2份、1000目碳酸钙1份、两性离子聚合物降粘剂0.2份，最后加入重晶石粉将钻井液体系的密度调整至1.80g/cm³。

基础性能评价：

将实施例1～3和对比例1～2得到水基钻井液，分别在150℃条件下热滚16h后，按照GB/T16783.1-2014《石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液》分别测得常规性能，测试结果如表1所示。

表1实施例1～3和对比例1～2中水基钻井液的常规性能对比

注：ρ—密度；AV—表观粘度；PV—塑性粘度；YP—动切力；Gel(10s/10min)—初切/终切；FL_API—常温中压滤失量，温度为室温，压力为0.7MPa；pH值为钻井液本身的酸碱性测试结果。

由表1可以看出，本发明提供的环保防塌封堵钻井液流变性能和降滤失性能良好，且随着封堵剂和防塌剂加量增加，API滤失量逐渐下降，与对比例1相比具有更好的降滤失性能，与对比例2相比具有更低的粘切和更好的降失水效果，有利于后期流型调节。

环保性能评价：

将实施例1～3和对比例2的钻井液体系按照中国石油天然气企业标准Q/SYTZ0111-2004进行重金属检测、生物毒性检测以及生物降解性检测，结果如表2、表3所示。

表2实施例1～3和对比例1～2中水基钻井液的重金属含量对比

表3实施例1～3和对比例2中水基钻井液的生物毒性和生物降解性对比

由表2、表3可以看出，实施例1～3和对比例2的钻井液体系重金属含量均很低；其中实施例1～3的钻井液体系EC₅₀＞25000mg/L，无毒可排放，且BOD₅/COD_cr值＞25％，容易生物降解，是一种合格的环保型钻井液；但对比例2的钻井液体系EC₅₀＜10000mg/L，有一定毒性，且BOD₅/COD_cr值＜10％，难以生物降解，不满足环保要求。

封堵性能评价：

将实施例1～3和对比例1～2的钻井液体系按照GB/T16783.1-2014《石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液》进行了高温高压滤失量测定，实验温度150℃。30min滤失量FL_HTHP、泥饼清水滤失量和泥饼厚度如表4所示。

表4实施例1～3和对比例1～2中水基钻井液的高温高压滤失量对比

钻井液	实施例1	实施例2	实施例3	对比例1	对比例2
						FL<sub>HTHP</sub>/mL	8.4	6.2	5.4	15.8	15.0
泥饼厚度/mm	2.0	1.8	1.5	3.8	3.6
						泥饼清水滤失量/mL	3.0	2.8	2.4	8.2	8.0

按照《GB/T 29170-2012石油天然气工业钻井液实验室测试》，使用渗透性封堵仪测定实施例1～3和对比例1～2的钻井液体系的封堵性。实验所用渗滤介质为渗透率10毫达西的砂盘，压差6.9MPa(1000Psi)，实验温度150℃，记录30min滤失量(FL_PPT)、泥饼清水滤失量和泥饼厚度，如表5所示。

表5实施例1～3和对比例1～2中水基钻井液的PPT滤失量对比

钻井液	实施例1	实施例2	实施例3	对比例1	对比例2
						FL<sub>PPT</sub>/mL	8.8	7.0	6.4	20.4	15.6
泥饼厚度/mm	2.2	2.0	1.7	5.4	3.7
						泥饼清水滤失量/mL	3.4	3.0	2.6	10.2	8.4

由表4、表5可以看出，本发明提供的环保防塌封堵钻井液封堵性良好，与对比例相比150℃下的HTHP滤失量和PPT滤失量显著降低，泥饼薄而致密，可以有效防止因过多钻井液滤液进入地层造成孔隙压力增大而引起的井壁失稳，有利于井壁稳定。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种环保防塌封堵钻井液，按质量份数计，包括：水100份、钠基膨润土1～3份、pH值调节剂0.2～0.4份、护胶剂0.3～0.5份、包被剂0.1～0.2份、降滤失剂1～2份、无机盐4～6份、抑制剂1～3份、润滑剂1～3份、封堵剂2～4份、防塌剂0.3～0.8份、流型调节剂0.1～0.15份和加重剂0～100份。

2.根据权利要求1所述的环保防塌封堵钻井液，其特征在于，所述pH值调节剂为氢氧化钠和碳酸钠的混合物。

3.根据权利要求1所述的环保防塌封堵钻井液，其特征在于，所述封堵剂的原料包括环氧氯丙烷、聚丙烯醇、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、交联剂和引发剂1。

4.根据权利要求3所述的环保防塌封堵钻井液，其特征在于，所述引发剂1为过硫酸铵和过氧化苯甲酰中的至少一种。

5.根据权利要求3所述的环保防塌封堵钻井液，其特征在于，所述聚丙烯醇、环氧氯丙烷、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和丙烯酰胺的质量比为(50～60)：(25～30)：(7～10)：(3～5)。

6.根据权利要求1所述的环保防塌封堵钻井液，其特征在于，所述防塌剂的原料包括油相、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、乙烯酸烷基脂、乙烯基吡咯烷酮、乳化剂、水和引发剂2。

7.根据权利要求6所述的环保防塌封堵钻井液，其特征在于，所述引发剂2为过硫酸铵和偶氮二异丁酸二甲酯中的至少一种。

8.根据权利要求6所述的环保防塌封堵钻井液，其特征在于，所述丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、乙烯酸烷基脂和乙烯基吡咯烷酮的质量比为(40～60)：(20～30)：(15～20)：(10～15)。

9.权利要求1～8任一项所述环保防塌封堵钻井液的制备方法，包括将所述水、钠基膨润土、pH值调节剂、护胶剂、包被剂、降滤失剂、抑制剂、润滑剂、无机盐、封堵剂、防塌剂、流型调节剂和加重剂混合，得到环保防塌封堵钻井液。

10.权利要求1～8任一项所述环保防塌封堵钻井液或权利要求9所述制备方法制备得到的环保防塌封堵钻井液在石油钻井工程中的应用。