CN111909667B - 一种泥页岩早期水化抑制剂组合物及钻井液 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种泥页岩早期水化抑制剂组合物及钻井液。以质量百分比计，该抑制剂组合物的成分组成包括：主抑制剂30％‑80％，辅助抑制剂5％‑20％，分散剂3％‑10％，稳定剂10％‑50％，各成分组成的百分比之和为100％。本发明还提供了一种用于抑制泥页岩早期水化的钻井液，该钻井液包含上述抑制剂组合物的全部组成成分。本发明提供的泥页岩早期水化抑制剂组合物具有良好的水化抑制性能，能够显著抑制由粘土早期水化引起的泥页岩膨胀和分散，明显降低泥页岩膨胀率，从而强化活性地层的井壁稳定性并减少井下复杂情况。
Description
技术领域
本发明属于石油钻井技术领域，尤其涉及一种泥页岩早期水化抑制剂组合物及钻井液。
背景技术
在油气钻探中，约90％的井壁失稳问题发生在泥页岩底层。当钻遇泥页岩地层时，泥页岩中的活性粘土成分在遇水后会发生迁移、交换、吸附等反应，由此引起的水化膨胀、分散现象会导致井壁失稳、钻头泥包和井眼净化困难等一系列工程技术问题。
针对泥页岩水化这一问题，多种类型的泥页岩水化抑制剂，如无机盐、阳离子聚合物、改性沥青、葡萄糖苷、正电胶、有机盐等都相继被研发出来。CN104449596A公开了一种聚醚多元醇页岩抑制剂，并在实施例中介绍了钠膨润土在0h、1h、2h、4h、8h的线性膨胀量。CN106281263A公开了一种包括氨三乙胺、乙二胺四乙胺、二乙烯三胺五乙胺中的一种或几种的超低分子量插层抑制剂，并在实施例中介绍了膨润土在2h、16h的线性膨胀率。CN107794008A公开了一种合成杂化多胺钻井液抑制剂，在实施例中针对2h达到的页岩膨胀最大量进行了讨论。CN107722953A公开了一种支化聚乙烯亚胺及页岩插层抑制剂，实施例中介绍了2h、16h的线性膨胀率。CN108165241A公开了超疏水型复合材料，该双疏型复合材料为纳米TiO2和纳米SiO2的分散液，其实施例中介绍了2h、12h、24h的膨胀量。
上述专利申请记录了从1h-2h开始，以上抑制剂均具有一定的泥页岩水化抑制效果。然而本发明的发明人发现，当活性粘土与钻井溶液接触后，即使是遇到具有良好抑制效果的钾离子溶液，在几分钟至十几分钟内也会出现非常高的膨胀速率和膨胀量。这种早期水化现象对泥页岩的膨胀分散，尤其是其内微裂缝的早期发育，会产生至关重要的影响。目前，尚未有研究明确提出关于泥页岩早期水化现象的研究，也没有专利描述针对泥页岩早期水化现象的解决方法。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种能够抑制泥页岩早期水化的抑制剂组合物，该抑制剂组合物能够显著降低泥页岩遇水后早期的线性膨胀量，从而达到抑制泥页岩早期水化膨胀的目的。
为达到上述目的，本发明提供了一种泥页岩早期水化抑制剂组合物，该抑制剂组合物包含主抑制剂、辅助抑制剂、分散剂和稳定剂，其中，以质量百分比计，所述抑制剂组合物的成分组成包括：
其中，各成分组成的百分比之和为100％。
在上述抑制剂组合物中，优选地，所述抑制剂组合物成分组成包括：
其中，各成分组成的百分比之和为100％。
在上述抑制剂组合物中，优选地，所述主抑制剂是聚丙烯酰胺、乙氧基季铵盐、松香基季铵盐、硬脂胺、月桂胺、二戊胺中的一种或两种以上的组合。
在上述抑制剂组合物中，优选地，所述辅助抑制剂是脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、月桂酸、山梨糖醇、鲸蜡醇、油酸、己二醇中的一种或两种以上的组合。
在上述抑制剂组合物中，优选地，所述分散剂是聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙烯亚胺、乙烯基吡啶共聚物中的一种或两种以上的组合。
在上述抑制剂组合物中，优选地，所述稳定剂是二氧化硅、硅酸铝、硅酸钙、碳酸钙中的一种或两种以上的组合。
本发明还提供了一种用于抑制泥页岩的早期水化膨胀的钻井液，其包括本发明所提到的上述泥页岩早期水化抑制剂组合物，所述早期水化是指水化时间小于10分钟的水化反应。
根据本发明的具体实施方案，上述钻井液可以为水基钻井液。优选地，以钻井液中的分散介质水为100重量份计，所述抑制剂组合物的用量为1-20重量份。更优选地，所述抑制剂组合物的用量为5-15重量份。
根据本发明的具体实施方案，上述钻井液可以为油包水乳化钻井液。优选地，以乳化钻井液水相中的水为100重量份计，所述抑制剂组合物的用量为1-15重量份。更优选地，所述抑制剂组合物的用量为5-10重量份。
本发明产生的有益效果在于：
相较于传统的抑制剂，本发明提供的泥页岩水化抑制剂组合物具有良好的水化抑制性能，可以显著抑制由粘土早期水化引起的泥页岩的膨胀分散和微裂纹的早期发育，明显降低泥页岩膨胀率，强化活性底层的井壁稳定性，减少井下复杂情况的发生。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明做进一步的说明，但不能理解为对本发明的可实施范围限定。
如无特别说明，以下所用材料均可市售获得。
实施例1
本实施例提供了一种泥页岩早期水化抑制剂组合物，以质量百分比计，该抑制剂组合物包括：60％乙氧基季铵盐，10％鲸蜡醇，5％聚乙烯吡咯烷酮，25％硅酸铝。
以水为100重量份计，按上述组成取5重量份的抑制剂组合物，室温下缓慢添加至水中并搅拌均匀，制得泥页岩早期水化抑制剂组合物水分散液。
实施例2
本实施例提供了一种泥页岩早期水化抑制剂组合物，以质量百分比计，该抑制剂组合物包括：65％松香基季铵盐，10％脂肪醇聚氧乙烯醚，5％聚乙烯醇，20％二氧化硅。
以水为100重量份计，按上述组成取5重量份的抑制剂组合物，室温下缓慢加入水中并搅拌均匀，制得泥页岩早期水化抑制剂组合物水分散液。
实施例3
本实施例提供了一种泥页岩早期水化抑制剂组合物，以质量百分比计，该抑制剂组合物包括：60％聚丙烯酰胺，15％烷基酚聚氧乙烯醚，5％聚乙烯醇，20％硅酸铝。
以水为100重量份计，按上述组成取5重量份的抑制剂组合物，室温下缓慢添加至水中并搅拌均匀，制得泥页岩早期水化抑制剂组合物水分散液。
实施例4
本实施例提供了一种泥页岩早期水化抑制剂组合物，以质量百分比计，该抑制剂组合物包括：65％松香基季铵盐，10％油酸，5％聚乙烯醇，20％二氧化硅。
以水为100重量份计，按上述组成取5重量份的抑制剂组合物，缓慢添加至水中并搅拌均匀，制得泥页岩早期水化抑制剂组合物水分散液。
实施例5
本实施例提供了一种泥页岩早期水化抑制剂组合物，以质量百分比计，该抑制剂组合物包括：50％硬脂胺，15％脂肪醇聚氧乙烯醚，5％聚乙烯亚胺，30％硅酸钙。
以水为100重量份计，按上述组成取5重量份的抑制剂组合物，缓慢添加至水中并搅拌均匀，制得泥页岩早期水化抑制剂组合物水分散液。
对比例
本对比例为质量浓度为5％的KCl水溶液。
参照SY/T 5613-2016《钻井液测试泥页岩理化性能试验方法》，称取10g膨润土粉放置于岩心制作器中，于4000kPa压力下稳压10min制备膨润土试样。将制备好的膨润土试样放置于上述实施例1-5的水分散液和对比例的KCl溶液中，采用OFITE150-80型动态线性膨胀仪于25℃下测定膨润土试样的10min膨胀率，并评价了其早期水化抑制性。实验结果如表1所示。
表1
线性膨胀实验结果表明，在实验时间60s-600s时，实施例1-5的分散液中的膨润土的膨胀率始终低于同时段KCl水溶液中的膨润土膨胀率。实验进行600s后，膨润土在KCl溶液中膨胀率达到15.3％，而在实施例1-5的抑制剂组合物分散液中的膨胀率仅为3.28％-4.96％。这表明本发明的实施例1-5的抑制剂组合物能够显著抑制由粘土早期水化引起的膨胀和分散，明显降低膨胀率，减少井下复杂情况，提高井壁稳定性。
Claims (10)
1.一种泥页岩早期水化抑制剂组合物，其中，该泥页岩早期水化抑制剂组合物包括主抑制剂、辅助抑制剂、分散剂、稳定剂，以质量百分比计，所述泥页岩早期水化抑制剂组合物的成分组成包括：
主抑制剂 30%-80%
辅助抑制剂 5%-20%
分散剂 3%-10%
稳定剂 10%-50%
各成分组成的百分比之和为100%；
其中，所述主抑制剂包括聚丙烯酰胺、乙氧基季铵盐、松香基季铵盐、硬脂胺、月桂胺、二戊胺中的一种或两种以上的组合；所述辅助抑制剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、鲸蜡醇、油酸中的一种或两种以上的组合；所述稳定剂包括二氧化硅、硅酸铝、硅酸钙、碳酸钙中的一种或两种以上的组合。
2.根据权利要求1所述的泥页岩早期水化抑制剂组合物，其中，以质量百分比计，所述泥页岩早期水化抑制剂组合物的成分组成包括：
主抑制剂 50%-70%
辅助抑制剂 5%-15%
分散剂 5%-8%
稳定剂 20%-40%
各成分组成的百分比之和为100%。
3.根据权利要求1或2所述的泥页岩早期水化抑制剂组合物，其中，所述分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙烯亚胺、乙烯基吡啶共聚物中的一种或两种以上的组合。
4.一种用于抑制泥页岩早期水化膨胀的钻井液，其包括权利要求1-3任一项所述的泥页岩早期水化抑制剂组合物，所述早期水化是指水化时间小于10分钟的水化反应。
5.根据权利要求4所述的钻井液，其中，所述钻井液为水基钻井液。
6.根据权利要求5所述的钻井液，其中，以钻井液中的分散介质水为100重量份计，所述抑制剂组合物的用量为1-20重量份。
7.根据权利要求5所述的钻井液，其中，以钻井液中的分散介质水为100重量份计，所述抑制剂组合物的用量为5-15重量份。
8.根据权利要求4所述的钻井液，其中，所述的钻井液为油包水乳化钻井液。
9.根据权利要求8所述的钻井液，其中，以乳化钻井液水相中的水为100重量份计，所述的抑制剂组合物的用量为1-15重量份。
10.根据权利要求8所述的钻井液，其中，以乳化钻井液水相中的水为100重量份计，所述的抑制剂组合物的用量为5-10重量份。
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