CN112375550B - 一种上部地层防塌型钻井液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种上部地层防塌型钻井液，包括封堵防塌抑制剂、稳定剂、增粘剂与水；所述封堵防塌抑制剂由聚合醇与二甲基二烯基氯化铵改性粒状堵漏材料与纤维状堵漏材料得到；所述粒状堵漏材料包括果壳。与现有技术相比，本发明采用的封堵防塌抑制剂利用聚合醇特有的“浊点”效应，在井壁表面形成一层有效的隔离膜，隔断钻井液渗入地层的通道，加入果壳及纤维形成复杂网状结构，减小钻井液侵入地层的深度；同时二甲基二烯基氯化铵与聚合醇反应产生协同增效作用来增强体系的抑制性和分散性，达到有效稳定井壁的效果；再结合稳定剂及增粘剂，使钻井液体系滤失量低、抑制性强，能有效防止地层失稳，并且该体系配方简单，配制与维护均方便。

Description

一种上部地层防塌型钻井液及其制备方法

技术领域

本发明属于煤层气开采技术领域，尤其涉及一种上部地层防塌型钻井液及其制备方法。

背景技术

煤层气是在煤层孔隙中，以吸附和游离状态储集的天然气。我国蕴含有丰富的煤层气资源，因此国家目前大力针对煤层气进行勘探开发。而在煤层气的开采过程中，钻井工程是最为关键的技术。

在煤层钻进的过程中与常规地层钻井相比有一定差别。在煤层上部覆盖煤岩的盖层，主要成分为泥页岩，泥页岩在钻井液滤液侵入后会产生局部水化现象，这种现象会导致井壁处的岩石发生水化膨胀或分散。水化膨胀即是在滤液侵入泥页岩后，粘土矿物和水接触后膨胀，从而导致孔隙喉道被封堵，导致缩径现象，而水分侵入同样会导致水化斥力的产生，作用于泥页岩，会使泥页岩分散，从而导致掉块或坍塌现象的发生，为煤层气钻进过程带来困难。

因此，针对钻遇煤层上部地层的过程，需要使用新的钻井液体系，提高钻井液在泥页岩的抑制性，控制泥页岩在井下的水化分散程度，从而解决煤层气上部地层钻进易井漏、缩径等问题。

目前，国内外所采用的泥页岩防塌钻井液主要包括纳米微孔封堵钻井液体系，全油基强封堵钻井液、低荧光特效封堵防塌钻井液、低自由水钻井液技术等。

纳米微孔封堵钻井液体系：罗勇等人在针对钻遇东海油气田深部伊/蒙混层盈脆性低分散性泥页岩时，采用纳米微孔封堵钻井液体系进行处理防塌等问题。该体系配方为：3％海水土浆+0.15％Na₂C0₃+0.3％NaOH+0.4％包被剂PF-PLUS+0.3％聚阴离子纤维素PF-PAC-LV+2.0％降滤失剂PF-FLOCAT+2％封堵剂PF-LSF+3％固壁剂HGW+2％胶束剂HSM+10％活度调节剂HBA+5％KCl+2％润滑剂PF-LUBE，该钻井液体系应用虽然很大程度节约单井划眼和循环时间，对较深层泥岩进行了稳定，降低了钻井作业时间和费用，但该体系构建较为复杂，所使用处理剂种类较多，且处理剂用量较大，因此导致其成本相对较高，针对大多数上部地层泥页岩来说适用性不高。

全油基强封堵钻井液体系：郭永滨等构建了一套全油基强封堵钻井液体系用于钻遇涠洲W油田断裂带硬脆性灰色泥页岩层段。该储层段泥页岩以伊利石为主，夹黏土矿物，具有较强水敏性，因此在常规钻井液的基础上加入2％乳化沥青防塌剂MORLF、2％优质超细碳酸钙EZ-CARB和3％防塌树脂LSF来进行优化封堵。该全油基钻井液针对泥页岩储层段井壁失稳问题具有较好的效果，但油基钻井液本身具有成本高、污染性大、毒性强、钻速较低等缺点，导致其应用于煤层气上部地层使用会对煤层产生较大污染，不利于后续储层段钻进工作顺利进行。

低荧光特效封堵防塌钻井液：李和良等研制的低荧光防塌沥青及低荧光特效封堵防塌钻井液技术通过液态SO₃代替过去所采用的浓硫酸、亚硫酸钠等进行磺化反应，有效提升磺化效率，制备出低荧光防塌沥青和低荧光特效防塌降滤失剂，然后经复合酸磺化处理新工艺来降低荧光级别，在突破了因荧光干扰测录井导致储层误判、漏判的同时实现了钻井液的泥饼质量的改善，降低了钻井液的高温高压失水和摩阻系数、提升了防塌降滤失效果。但该体系在应用过程中缺乏对封堵物质的返排设计，易造成对储层的伤害。

低自由水钻井液：低自由水钻井液的使用机理是通过将钻井液中自由水转化为束缚水，使对水的束缚力大于毛管力，通过降低钻井液液相侵入的方式解决泥页岩水化导致的井壁失稳问题。该体系较多应用于东海油气田砂泥岩互层井段，处理脆性高水敏泥页岩井段的封堵防塌，但在实际应用过程中效果较差，在现场实际应用过程中依然会出现起下钻遇阻和憋扭矩等现象的发生，证明低自由水钻井液在封堵抑制能力较差。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种具有较优的泥页岩封堵防塌性能的上部地层防塌型钻井液及其制备方法。

本发明提供了一种上部地层防塌型钻井液，包括封堵防塌抑制剂、稳定剂、增粘剂与水；

所述封堵防塌抑制剂的质量为上部地层防塌型钻井液质量的1％～3％；

所述稳定剂的质量为上部地层防塌型钻井液质量的0.4％～1％；

所述增粘剂的质量为上部地层防塌型钻井液质量的1％～3％；

所述封堵防塌抑制剂由聚合醇与二甲基二烯基氯化铵改性粒状堵漏材料与纤维状堵漏材料得到；所述粒状堵漏材料包括果壳。

优选的，所述聚合醇选自聚乙二醇；所述二甲基二烯丙基氯化铵选自二甲基二烯丙基氯化铵；所述果壳的粒度小于等于10目；所述纤维状堵漏材料选自棉纤维。

优选的，所述果壳与纤维状堵漏材料的质量比为1：(0.5～2)；

所述聚合醇与二甲基二烯基氯化铵的质量比为(2～6)：1；

所述二甲基二烯基氯化铵与果壳的质量比为1：(3～7)。

优选的，所述粒状堵漏材料还包括碳酸钙；所述碳酸钙与果壳的质量比为(1.5～2.5)：1。

优选的，所述稳定剂选自聚丙烯酸钾；所述增粘剂选自羧甲基淀粉。

优选的，还包括钠土；所述钠土的质量为上部地层防塌型钻井液质量的2％～6％；

还包括铵盐；所述铵盐的质量为上部地层防塌型钻井液质量的0.5％～1.5％。

本发明还提供了一种上述上部地层防塌型钻井液的制备方法，包括：

将水与封堵防塌抑制剂混合后，加入稳定剂与增粘剂，得到上部地层防塌型钻井液。

本发明还提供了一种封堵防塌抑制剂，由聚合醇与二甲基二烯基氯化铵改性粒状堵漏材料与纤维状堵漏材料得到；所述粒状堵漏材料包括果壳。

本发明还提供了一种封堵防塌抑制剂的制备方法，包括：

将二甲基二烯丙基氯化铵、聚合醇、粒状堵漏材料、纤维状堵漏材料与引发剂在水中混合加热反应，得到封堵防塌抑制剂；所述粒状堵漏材料包括果壳。

优选的，所述二甲基二烯基氯化铵与水的体积比为(1～3)：100；所述加热反应的温度为60℃～80℃；所述加热反应的时间为20～50min；所述加热反应在搅拌的条件下进行；所述搅拌的转速为50～60r/min。

本发明提供了一种上部地层防塌型钻井液，包括封堵防塌抑制剂、稳定剂、增粘剂与水；所述封堵防塌抑制剂的质量为上部地层防塌型钻井液质量的1％～3％；所述稳定剂的质量为上部地层防塌型钻井液质量的0.4％～1％；所述增粘剂的质量为上部地层防塌型钻井液质量的1％～3％；所述封堵防塌抑制剂由聚合醇与二甲基二烯基氯化铵改性粒状堵漏材料与纤维状堵漏材料得到；所述粒状堵漏材料包括果壳。与现有技术相比，本发明采用的封堵防塌抑制剂利用聚合醇特有的“浊点”效应，在井壁表面形成一层有效的隔离膜，隔断钻井液渗入地层的通道，加入果壳及纤维形成复杂网状结构，减小钻井液侵入地层的深度，从而减小岩层的水化、膨胀，避免地层掉块与坍塌等复杂情况的发生；同时二甲基二烯基氯化铵与聚合醇反应产生协同增效作用来增强体系的抑制性和分散性，达到有效稳定井壁的效果；再结合稳定剂及增粘剂，使钻井液体系滤失量低、抑制性强，能有效防止地层失稳，并且该体系配方简单，配制与维护均方便。

实验表明，本发明提供的上部地层防塌型钻井液相比常规钻井液体系来说，滤失量降低65％以上，岩屑回收率提高11.7％，施温层水化膨胀量降低37％以上，其滤失量低，抑制性强，能有效防止地层失稳，配方简单，配制和维护方便。

附图说明

图1为本发明实施例1中得到的封堵防塌抑制剂的照片；

图2为本发明实施例2中制备的上部地层防塌型钻井液的岩样膨胀性实验结果图；

图3为本发明实施例2制备的上部地层防塌型钻井液与现有钻井液的体系滤失量对比柱形图；

图4为本发明实施例2制备的上部地层防塌型钻井液与现有钻井液的易失稳层水化分散对比柱形图；

图5为本发明实施例2制备的上部地层防塌型钻井液与现有钻井液的易20h易失稳层水化膨胀对比柱形图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例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。

本发明提供了一种封堵防塌抑制剂，由聚合醇与二甲基二烯基氯化铵改性粒状堵漏材料与纤维状堵漏材料得到；所述粒状堵漏材料包括果壳。

其中本发明对所有原料的来源并没有特殊的限制，为市售即可。

按照本发明，所述聚合醇优选为聚乙二醇和/或聚丙三醇；所述聚合醇的平均分子量优选为3000～8000，更优选为3500～7000，再优选为3500～6000，再优选为3500～5000，最优选为3500～4500。本发明提供的封堵防塌抑制剂可利用聚合醇特有的“浊点”效应，在煤层和存在微裂缝岩层对应的井壁表面形成一层有效的隔离膜，隔断钻井液渗入地层的通道，减小钻井液侵入地层的深度，从而减小岩层的水化、膨胀，避免地层掉块与坍塌等复杂情况的发生。

所述二甲基二烯基氯化铵优选为二甲基二烯丙基氯化铵和/或二甲基二乙烯基氯化铵；所述聚合醇与二甲基二烯基氯化铵的质量比优选为(2～6)：1，更优选为(3～5)：1，再优选为4：1。

所述粒状堵漏材料包括果壳；所述果壳的粒度优选小于等于10目；所述果壳优选为坚果壳，更优选为核桃壳，再优选为山核桃壳；所述二甲基二烯基氯化铵与果壳的质量比优选为1：(3～7)，更优选为1：(4～6)，再优选为1：5。

按照本发明，所述粒状堵漏材料优选还包括碳酸钙；所述碳酸钙与果壳的质量比优选为(1.5～2.5)：1，更优选为(1.8～2.2)：1，再优选为2：1。

所述纤维状堵漏材料优选为植物纤维，更优选为棉纤维，再优选为短棉纤维；所述纤维状堵漏材料的长度优选为0.09～12mm，更优选为2～8mm，再优选平均长度为4mm；所述纤维状堵漏材料的直径优选为5～100μm，更优选为10～60μm，再优选为10～40μm，最优选平均直径为20μm；所述纤维状堵漏材料与果壳的质量比优选为(0.5～2)：1，更优选为(0.8～1.5)：1，再优选为(0.8～1.2)：1，最优选为1：1。在封堵防塌抑制剂中加入果壳与纤维状堵漏材料可形成复杂网状结构，减小钻井液侵入地层的深度，减小岩层的水化、膨胀，避免地层掉块与坍塌等复杂情况的发生。

本发明提供的封堵防塌抑制剂通过二甲基二烯基氯化铵使聚合醇胺化，利用聚合醇特有的“浊点”效应，在井壁表面形成一层有效的隔离膜，隔断钻井液渗入地层的通道，加入果壳及纤维形成复杂网状结构，减小钻井液侵入地层的深度，从而减小岩层的水化、膨胀，避免地层掉块与坍塌等复杂情况的发生；同时二甲基二烯基氯化铵与聚合醇反应产生协同增效作用来增强体系的抑制性和分散性，达到有效稳定井壁的效果。

本发明还提供了一种上述封堵防塌抑制剂的制备方法，包括：将二甲基二烯基氯化铵、聚合醇、粒状堵漏材料、纤维状堵漏材料与引发剂在水中混合加热反应，得到封堵防塌抑制剂；所述粒状堵漏材料包括果壳。

本发明对所有原料的来源并没有特殊的限制，为市售即可；所述二甲基二烯基氯化铵、聚合醇、粒状堵漏材料与纤维状堵漏材料均同上所述，在此不再赘述。

在本发明中，优选先将二甲基二烯基氯化铵与水混合；所述二甲基二烯基氯化铵与水的体积比优选为(1～3)：100，更优选为(1～2.5):100，再优选为(1～2)：100，最优选为1.5：100；所述混合的温度优选为30℃～40℃，更优选为35℃；所述混合在搅拌的条件下进行；所述搅拌的转速优选为70～100r/min。

混合均匀后，优选冷却，然后加入聚合醇。

加入聚合醇后，优选加热，再加入粒状堵漏材料与纤维状堵漏材料；所述加热的温度优选为50℃～60℃，更优选为55℃。

最后加入引发剂，混合加热反应；所述引发剂的质量优选为二甲基二烯基氯化铵质量的10％～20％，更优选为14％～18％，再优选为16％～17％，最优选为16.7％；所述引发剂优选为氧化还原引发剂；为提高聚合醇胺化的效果，本发明更优选以过硫酸铵与亚硫酸氢钠为引发剂；所述引发剂优选以引发剂水溶液的形式加入；所述引发剂水溶液的质量浓度优选为0.5％～2％，更优选为1％；所述加热反应的温度优选为60℃～80℃，更优选为65℃～75℃，再优选为70℃；所述加热反应的时间优选为20～50min，更优选为30～40min；所述加热反应优选在搅拌的条件下进行；所述搅拌的转速优选为50～60r/min。

反应结束后，干燥，得到封堵防塌抑制剂；所述干燥优选为真空干燥。

本发明还提供了一种上部地层防塌型钻井液，包括封堵防塌抑制剂、稳定剂、增粘剂与水；所述封堵防塌抑制剂的质量为上部地层防塌型钻井液质量的1％～3％；所述稳定剂的质量为上部地层防塌型钻井液质量的0.4％～1％；所述增粘剂的质量为上部地层防塌型钻井液质量的1％～3％；所述封堵防塌抑制剂由聚合醇与二甲基二烯基氯化铵改性粒状堵漏材料与纤维状堵漏材料得到；所述粒状堵漏材料包括果壳。

本发明提供的上部地层防塌型钻井液以封堵防塌抑制剂为核心处理剂；所述封堵防塌抑制剂同上所述，在此不再赘述；所述防塌封堵抑制剂的质量优选为上部地层防塌型钻井液质量的1％～2％。本发明提供的封堵防塌抑制剂为聚合醇类高分子，可增强体系的抑制剂和分散性，减小钻井液侵入地层的深度。

所述稳定剂的质量优选为上部地层防塌型钻井液质量的0.4％～0.8％，更优选为0.4％～0.6％，再优选为0.4％；所述稳定剂优选为聚丙烯酸钾；所述聚丙烯酸钾的水解度优选为27％～35％；所述聚丙烯酸钾的钾含量优选为11％～16％；所述聚丙烯酸钾的pH值优选为8～10；所述聚丙烯酸钾的特性粘数100ml/g≥6.0。在钻井液中加入稳定剂聚丙烯酸钾，具有抑制泥页岩及钻屑分散作用，并兼具降失水、改善流型和增加润滑等性能。

所述增粘剂的质量优选为上部地层防塌型钻井液质量的1.5％～2.5％，更优选为2％；所述增粘剂优选为羧甲基淀粉；所述羧甲基淀粉优选取代度(D.S)≥0.2；pH值优选为9～13；干燥失重优选大于等于10％；细度优选大于等于80目；以羧甲基淀粉为增粘剂不仅具有增粘作用，且单独使用还具有一定的降滤失效果。

按照本发明，所述上部地层防塌型钻井液优选还包括钠土；所述钠土的质量优选为上部地层防塌型钻井液质量的2％～6％，更优选为3％～5％，再优选为4％。

按照本发明，所述上部地层防塌型钻井液优选还包括铵盐；所述铵盐的质量优选为上部地层防塌型钻井液质量的0.5％～1.5％，更优选为0.8％～1.2％，再优选为1％。

在本发明中，所述水可为清水也可为矿化度水，并无特殊的限制。

本发明采用的封堵防塌抑制剂利用聚合醇特有的“浊点”效应，在井壁表面形成一层有效的隔离膜，隔断钻井液渗入地层的通道，加入果壳及纤维形成复杂网状结构，减小钻井液侵入地层的深度，从而减小岩层的水化、膨胀，避免地层掉块与坍塌等复杂情况的发生；同时二甲基二烯基氯化铵与聚合醇反应产生协同增效作用来增强体系的抑制性和分散性，达到有效稳定井壁的效果；再结合稳定剂及增粘剂，使钻井液体系滤失量低、抑制性强，能有效防止地层失稳，并且该体系配方简单，配制与维护均方便。

本发明还提供了一种上述上部地层防塌型钻井液的制备方法，包括：将水与封堵防塌抑制剂混合后，加入稳定剂与增粘剂，得到上部地层防塌型钻井液。

按照本发明，优选加入稳定剂后，还加入钠土与铵盐，搅拌均匀后，加入增粘剂，继续搅拌至添加剂完全均匀溶解后，即可得到上部地层防塌型钻井液。所述封堵防塌抑制剂、稳定剂、钠土、铵盐、增粘剂与水均同上所述，在此不再赘述。

本发明提供的上部地层防塌型钻井液制备过程简单。

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种一种上部地层防塌型钻井液及其制备方法进行详细描述。

以下实施例中所用的试剂均为市售；

实施例1

(1)实验材料与试剂

聚乙二醇，AR；二甲基二烯丙基氯化铵，工业级；碳酸钙，工业级；果壳纤维，工业级；过硫酸铵((NH₄)₂S₂O₈)，AR；亚硫酸氢钠(NaHSO₃)，AR；去离子水。

实验过程中，所用聚乙二醇为PEG-4000，AR级；二甲基乙二烯氯化铵选用工业级，纯度60％的溶液；果壳纤维选用工业级，选择山核桃壳和棉纤维为主要材料，1：1比例混合而成，山核桃壳磨碎过10目筛网，棉纤维选用平均长度为4mm，平均直径为20μm的短棉纤维即可。

(2)主要实验仪器

数显恒温水浴箱；三口圆底烧瓶(500mL)；分析天平；温度计；真空干燥箱；搅拌装置。

(3)封堵防塌抑制剂的制备

①量取一定含量蒸馏水，转移到三口烧瓶中，再将三口烧瓶置于水浴锅内，调节水浴锅温度为35℃；

②按质量比为3.8：1：5：5的比例量取聚乙二醇、二甲基二烯丙基氯化铵、果壳纤维、碳酸钙，再按照二甲基二烯丙基氯化铵、聚乙二醇、果壳纤维、碳酸钙的顺序在搅拌条件下慢慢将上述药品依次加入三口烧瓶中；加入过程中，每100ml蒸馏水对应加入1.5ml的二甲基二烯丙基氯化铵，加入二甲基二烯丙基氯化铵过程中需不断搅拌，转速控制在70～100r/min之间，待搅拌均匀并冷却后加入聚乙二醇，之后升温至55℃，加入果壳纤维和碳酸钙。

③将恒温水浴锅的温度设定为70℃，并将总质量为1％的过硫酸铵和亚硫酸氢钠分别配制成溶液加入到三口烧瓶中；加入过程中，每100ml蒸馏水对应25ml质量分数为1％的过硫酸铵溶液和亚硫酸氢钠溶液；需在搅拌状态下将过硫酸铵和亚硫酸氢钠溶液加入到三口烧瓶中，加入过硫酸铵和亚硫酸氢钠水溶液的过程中，转速控制在50～60r/min。

④维持50～60r/min的转速，匀速搅拌30min，等到烧瓶内液态混合物的缩合反应完成；选用真空干燥箱对样品进行干燥，用研钵将干燥后剩余固体粉碎，所得固体即为封堵防塌抑制剂记为GFJ-1。

图1为实施例1中得到的封堵防塌抑制剂的照片。

常规性能评价：在4％膨润土浆中加入不同质量的实施例1中得到的封堵防塌抑制剂，测试其常规性能，得到结果见表1。(现场检测标准遵循国际API RP 13B-1-2009水基钻井液现场测试的标准程序，实验室测试标准遵循GB/T29170-2012钻井液实验室测试国家标准)

表1封堵防塌抑制剂常规性能检测结果

由表1可知，实施例1中制备的封堵防塌抑制剂具有一定的增粘作用，降滤失性能良好。

封堵性能评价：利用钻孔取样机、双端面磨平机，对煤样进行加工，制作2.5cm×5cm标准岩样。在4％土浆中加入不同比例的封堵防塌抑制剂GFJ-1配制成封堵液，借助高温高压岩心动态损害评价系统，评价不同加量封堵防塌抑制剂加量对煤岩的封堵率，得到结果见表2。

表2封堵防塌抑制剂GFJ-1封堵率评价

由表2可知，随封堵防塌抑制剂加量的增加，封堵率也随之增大，当封堵防塌抑制剂加量超过2％时，封堵率可达90.0％以上。

页岩膨胀性实验：所用实验仪器为NP-2S型页岩膨胀仪，参照石油行业标准《SY/T6335-1997》钻井液用页岩抑制剂评价方法进行实验，实验步骤如下：收集过100目筛的岩样粉，在105±5℃条件下烘干4h并冷却至室温；清洗干净测试筒，测筒深度L₁，称取15±0.1g处理后的岩样粉放入测试筒内；在测试筒内装好活塞杆，放在压力机上加压，直到压力表读数为10MPa，稳压5min；卸去压力后，慢慢将活塞杆取出，测深仪测量此时深度L₂，将测试筒装入页岩膨胀测试仪，调整仪器读数为0.00；将事先准备好的自来水用针筒注入测试筒内，开始计时，按实验所需精度记录数据，得到结果见表3。

S_r＝R₀/L*100％

L＝L₁-L₂

其中，S_r:膨胀率，％；L：岩芯高度，mm；R₀：最大膨胀量，mm。

表3膨胀量试验

由表3可知，飞仙关组一段岩样在清水中浸泡24h后，膨胀量为2.68mm，而在3％GFJ-1水溶液中的膨胀量仅为1.02mm，表明GFJ-1对飞仙组一段地层具有良好的抑制水化膨胀能力。

岩样回收率实验：主要测定粒径为6目～10目(2.0～3.2mm)的岩样在350mL溶液中，在一定温度下热滚16h后，过40目筛(孔径为0.45mm)的回收率。主要实验仪器为滚子加热炉，实验参照石油行业标准SY/T6335-1997进行，具体步骤如下：筛取50g(±0.1g)6目至10目的风干岩样样品，装入盛有350mL液体的品脱罐中，旋紧；设定加热温度，将准备好的品脱罐放入恒温滚子炉中热滚16h；恒温滚动16h后，取出品脱罐，冷却至室温，将罐内液体和岩样全部倾倒在40目分样筛上，在盛有蒸馏水的水槽中湿式筛洗1min；将大于40目筛的岩屑放入电热鼓风恒温干燥箱中烘干4h(105±5℃)。取出冷却并在空气中静置24h，称量其最终质量，以此质量作为岩样在清水中的回收质量。按照上述步骤，测定飞岩样在清水及不同加量防塌封堵抑制剂溶液中的滚动回收率，得到结果见表4。

表4岩样回收率测定结果

结果表明，该岩样在清水中的回收率小于50％，表明该地层很容易发生地层分散失稳，单独使用防塌封堵剂可显著提高岩样滚动回收率，可达70％以上。表明该处理剂具有较好的抑制地层分散能力，但仍需要配合其他处理剂进一步提高钻井液对该地层的抑制性。

实施例2

上部地层防塌型钻井液体系构建为：

4％钠土+1％封堵防塌抑制剂GFJ(实施例1制备)+1％铵盐+2％羧甲基淀粉CMS+0.4％聚丙烯酸钾KPAM。

封堵防塌抑制剂GFJ性能指标：API滤失量：12.4ml；针入度：0.23mm；热滚后粒径：0.38μm；(API滤失量在4％膨润土浆中加入1％GFJ，遵循实验室标准GB/T29170-2012进行。针入度选用SZR-3型针入度测定仪进行测定，热滚后粒径采用激光粒度分布测定仪的D50数据)

聚丙烯酸钾KPAM性能指标：外观，白色或淡黄色自由流动粉末；水分，≤10.0％；纯度，≥75％；筛余量，≤10％；水解度，27％～35％；钾含量，11％～16％；pH值，8.0～10.0；特性粘数，100ml/g≥6.0；

羧甲基淀粉CMS性能指标：外观，白色或带有微黄色的固体粉末；取代度(D.S)≥0.2；pH值，9～13；干燥失重，≥10％；细度(目)≥80。

制备方法如下：

(1)取500mL水加入到搅拌杯中，开启搅拌器进行搅拌；

(2)加入1.0％封堵防塌抑制剂GFJ-1(实施例1)，继续搅拌，使抑制剂充分溶解；

(3)加入0.4％聚丙烯酸钾KPAM，继续搅拌，让其充分溶解；

(4)加入4.0％钠土，继续搅拌使溶解均匀；

(5)加入1.0％铵盐，继续搅拌；

(6)加入2.0％羧甲基淀粉CMS，继续搅拌；

(7)待以上钻井液添加剂完全均匀溶解，即得到最终产品上部地层防塌型钻井液体系。

常规性能评价上部地层防塌型钻井液的常规性能评价结果见表5。结果表明，该钻井液具有良好流变性，滤失量低，动塑比合理。

表5上部地层防塌钻井液常规性能评价

岩样回收率实验

按照实施例1中的方法，选取飞仙关组和永宁镇组岩样分别对该体系进行岩样回收率实验，实验结果见表6。

表6岩样回收率实验

结果表明，该体系抑制岩屑分散效果良好，岩样回收率超过了98.0％。

岩样膨胀性实验

按照实施例1中的方法，使用飞仙关组和永宁镇组岩样对优化后的钻井液滤液进行岩样膨胀性实验，结果见表7和图2。上部地层防塌钻井液滤液+岩样(永宁镇组)。

表7岩样膨胀性实验

结果表明，飞仙关组和永宁镇组岩样在钻井液滤液中的膨胀量较低(永宁镇组岩样本身水化膨胀能力不强)，表明该钻井液可有效抑制飞仙关组和永宁镇组地层的水化膨胀。

岩屑侵污实验

在优化配方中分别加入不同比例的过100目的飞仙关组和永宁镇组岩屑，在46℃条件下热滚16h后，测试其常规性能，实验结果见表8。由表中数据可知，该钻井液配方经岩屑侵入后，密度、粘度有所增加，但是流变性整体变化不大，滤失量降低，表明其抗岩屑污染能力较好。

表8飞仙关组和永宁镇组岩屑污染实验

将实施例2制备的上部地层防塌型钻井液与现有的LC-C1钻井液及EH-C7钻井液的性能进行对比，得到体系滤失量对比柱形图如图3所示；得到易失稳层水化分散对比柱形图如图4所示；得到20h易失稳层水化膨胀对比柱形图如图5所示。

Claims (9)

1.一种封堵防塌抑制剂的制备方法，其特征在于，包括：

将二甲基二烯丙基氯化铵、聚合醇、粒状堵漏材料、纤维状堵漏材料与引发剂在水中混合加热反应，得到封堵防塌抑制剂；所述粒状堵漏材料包括果壳；

所述果壳与纤维状堵漏材料的质量比为1：（0.5~2）；

所述聚合醇与二甲基二烯基氯化铵的质量比为（2~6）：1；

所述二甲基二烯基氯化铵与果壳的质量比为1：（3~7）。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二甲基二烯基氯化铵与水的体积比为（1~3）：100；所述加热反应的温度为60℃~80℃；所述加热反应的时间为20~50 min；所述加热反应在搅拌的条件下进行；所述搅拌的转速为50~60 r/min。

3.一种权利要求1或2所述制备方法制备的封堵防塌抑制剂，其特征在于，由聚合醇与二甲基二烯基氯化铵改性粒状堵漏材料与纤维状堵漏材料得到；所述粒状堵漏材料包括果壳。

4.一种上部地层防塌型钻井液，其特征在于，包括权利要求1或2所述制备方法制备的封堵防塌抑制剂、稳定剂、增粘剂与水；

所述封堵防塌抑制剂的质量为上部地层防塌型钻井液质量的1%~3%；

所述稳定剂的质量为上部地层防塌型钻井液质量的0.4%~1%；

所述增粘剂的质量为上部地层防塌型钻井液质量的1%~3%；

所述封堵防塌抑制剂由聚合醇与二甲基二烯基氯化铵改性粒状堵漏材料与纤维状堵漏材料得到；所述粒状堵漏材料包括果壳。

5.根据权利要求4所述的上部地层防塌型钻井液，其特征在于，所述聚合醇选自聚乙二醇；所述二甲基二烯基氯化铵选自二甲基二烯丙基氯化铵；所述果壳的粒度小于等于10目；所述纤维状堵漏材料选自棉纤维。

6.根据权利要求4所述的上部地层防塌型钻井液，其特征在于，所述粒状堵漏材料还包括碳酸钙；所述碳酸钙与果壳的质量比为（1.5~2.5）：1。

7.根据权利要求4所述的上部地层防塌型钻井液，其特征在于，所述稳定剂选自聚丙烯酸钾；所述增粘剂选自羧甲基淀粉。

8.根据权利要求4所述的上部地层防塌型钻井液，其特征在于，还包括钠土；所述钠土的质量为上部地层防塌型钻井液质量的2%~6%；

还包括铵盐；所述铵盐的质量为上部地层防塌型钻井液质量的0.5%~1.5%。

9.一种权利要求4所述的上部地层防塌型钻井液的制备方法，其特征在于，包括：

将水与封堵防塌抑制剂混合后，加入稳定剂与增粘剂，得到上部地层防塌型钻井液。

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