CN112980404A - 一种改善地层条件的钻井液体系、其制备方法及应用 - Google Patents

一种改善地层条件的钻井液体系、其制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种改善地层条件的钻井液体系及其制备方法，所述钻井液体系含有钻井液、圆球颗粒粒径为1000‑1400目的无机微纳米刚性颗粒A、圆球颗粒粒径为1900‑2800目的无机微纳米刚性颗粒B和高分子乳化沥青，所述钻井液中含有100重量份的水，以100重量份的水为基准，所述无机微纳米刚性颗粒A的含量为0.5‑5重量份，所述无机微纳米刚性颗粒B的含量为0.5‑5重量份，所述高分子乳化沥青的含量为1‑10重量份。通过特定含量的两种粒径的无机微纳米刚性颗粒和高分子乳化沥青，能够在井筒和地层之间部形成一种稳定的泥饼结构，进而能够有效地改善地层条件。

Description

一种改善地层条件的钻井液体系、其制备方法及应用
技术领域
本发明涉及钻井液用处理剂技术领域，具体涉及一种改善地层条件的钻井液体系、其制备方法及应用。
背景技术
在深部地层钻进的过程中,在持续高温作用下,常规钻井液增稠现象严重,流变性与滤失造壁性矛盾突出,易受到盐、膏和钙侵的污染,导致钻井液性能恶化,维护处理复杂,甚至引发一系列井下复杂情况。一般情况下，地层坍塌层位存在大量裂缝，当钻至该地层时，钻井液将沿着这些裂缝快速进入地层，同时泥页岩遇水将发生水花膨胀与分散，导致引发扩径、缩径、坍塌、卡钻等井下复杂情况。
因此，急需研究建立水基钻井液抑制黏土矿物表面水化的理论和方法，才能有效地减小泥页岩遇水发生水花膨胀与分散的程度，进而有效避免在钻井过程中发生扩径、缩径、坍塌、卡钻等一系列井下复杂情况。
发明内容
本发明提供了一种改善地层条件的钻井液体系及其制备方法；在本发明中，通过特定含量的两种粒径的无机微纳米刚性颗粒和高分子乳化沥青，能够在井筒和地层之间部形成一种稳定的泥饼结构，进而能够有效地改善地层条件。
本发明所采用的技术方案是：
一种改善地层条件的钻井液体系，所述钻井液体系含有钻井液、圆球颗粒粒径为1000-1400目的无机微纳米刚性颗粒A、圆球颗粒粒径为1900-2800目的无机微纳米刚性颗粒B和高分子乳化沥青，所述钻井液中含有100重量份的水，以100重量份的水为基准，所述无机微纳米刚性颗粒A的含量为0.5-5重量份，所述无机微纳米刚性颗粒B的含量为0.5-5重量份，所述高分子乳化沥青的含量为1-10重量份。
进一步地，以100重量份的钻井液为基准，两种粒径的无机微纳米刚性颗粒的含量分别为1-3重量份，所述高分子乳化沥青的含量为2-5重量份。
进一步地，所述无机微纳米刚性颗粒为刚性颗粒材料，选自石灰石，赤铁矿粉，钛铁矿粉中的一种或几种。
进一步地，所述高分子乳化沥青为EP-1、EP-2中的一种或多种。
进一步地，所述两种粒径的无机微纳米刚性颗粒均为刚性圆球颗粒，两种粒径分别为1000-1400目、1900-2800目，并按重量配比1:1添加。
进一步地，所述钻井液含有水、膨润土、低粘聚阴离子纤维素、聚胺、磺化酚醛树脂(Ⅱ)、磺化褐煤(SMC)、无水石膏、NaOH、褐煤树脂、氯化钾、抗高温抗盐降滤失剂、硅醇抑制剂、成膜剂、非渗透处理剂。
进一步地，所述钻井液以100重量份的水为基准，所述膨润土的含量为3-5重量份，所述低粘聚阴离子纤维素的含量为0.5-3重量份，所述聚胺的含量为0.3-0.8重量份，所述磺化酚醛树脂(Ⅱ)的含量为3-8重量份，所述磺化褐煤的含量为3-8重量份，所述无水石膏的含量为0.3-1重量份，所述NaOH的含量为0.3-1重量份，所述褐煤树脂的含量为1-5重量份，所述氯化钾的含量为3-10重量份，所述抗高温抗盐降滤失剂的含量为0.3-1.2重量份，所述硅醇抑制剂的含量为0.1-1重量份，所述成膜剂的含量为0.2-2重量份，所述非渗透处理剂的含量为0.3-10重量份。
进一步地，所述钻井液体系的pH值为8-11，所述钻井液体系的密度为1.0-2.3/cm3。
进一步地，提供一种上述的钻井液体系的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
(1)配置钻井液，量取100重量份水，低速600-800r/min电动搅拌下，加入膨润土，搅拌10-15分钟后加入无水石膏，再搅拌15-45分钟，室温条件下静置10-30分钟进行预水化处理；在高速4000-6000r/min电动搅拌下加入低粘聚阴离子纤维素、NaOH，搅拌10-30分钟，加入聚胺、磺化酚醛树脂(Ⅱ)、磺化褐煤搅拌5-20分钟，加入褐煤树脂搅拌5-20分钟，加入氯化钾、抗高温抗盐降滤失剂、硅醇抑制剂、成膜剂、非渗透处理剂搅拌10-30分钟；
(2)在步骤(1)得到的钻井液中加入无机微纳米刚性颗粒A、无机微纳米刚性颗粒B，搅拌10-30分钟；
(3)将步骤(2)得到的混合物加入高分子乳化沥青，搅拌10-30分钟。
进一步地，提供一种上述的钻井液体系在改善地层条件中的应用。
本发明的优点及效果：
通过特定含量的两种粒径的无机微纳米刚性颗粒和高分子乳化沥青，能够在井筒和地层之间部形成一种稳定膜结构，进而能够有效地改善地层条件，具有提高地层承压能力(在实际工况中可以提高地层承压能力为当量密度0.2-0.3g/cm3)、井壁稳定性好等优点。能够适用于大部分在钻进过程中易漏、存在掉块的地层，并且本发明中的处理剂大都是无危害的处理剂，本发明的钻井液体系是一种对环境无(小)危害、低成本的新型水基钻井液体系。
本发明有效的改善了地层条件，使得地层的承压能力大大增强，进而有效避免在钻井过程中发生粘卡、坍塌、卡钻等一系列井下复杂情况，相比未使用本发明的井复杂事故处理周期下降6.25天。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书来实现和获得。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。
以下结合具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的解释和说明。
实施例1
一种改善地层条件的钻井液体系的制备方法，包括以下步骤：
(1)配置钻井液，所述钻井液以100重量份的水为基准，所述膨润土的含量为4重量份，所述低粘聚阴离子纤维素的含量为2重量份，所述聚胺的含量为0.5重量份，所述磺化酚醛树脂(Ⅱ)的含量为5重量份，所述SMC的含量为4重量份，所述无水石膏的含量为0.6重量份，所述NaOH的含量为0.5重量份，所述褐煤树脂的含量为4重量份，所述氯化钾的含量为6重量份，所述抗高温抗盐降滤失剂的含量为0.8重量份，所述硅醇抑制剂的含量为0.5重量份，所述成膜剂的含量为0.3重量份，所述非渗透处理剂的含量为0.6重量份。
量取100重量份水，低速700r/min电动搅拌下，加入膨润土，搅拌15分钟后加入无水石膏，再搅拌30分钟，室温条件下静置15进行预水化处理；在高速5000r/min电动搅拌下加入低粘聚阴离子纤维素、NaOH，搅拌25分钟，加入聚胺、磺化酚醛树脂(Ⅱ)、磺化褐煤搅拌10分钟，加入褐煤树脂搅拌10分钟，加入氯化钾、抗高温抗盐降滤失剂、硅醇抑制剂、成膜剂、非渗透处理剂搅拌15分钟；
(2)在步骤(1)得到的钻井液中加入加入1重量份无机微纳米刚性颗粒石灰石粉ZD-1、1重量份无机微纳米刚性颗粒石灰石粉ZD-2，搅拌15分钟；
(3)将步骤(2)得到的混合物加入2重量份高分子乳化沥青EP-2搅拌15分钟。
其中，所述无机微纳米刚性颗粒石灰石粉ZD-1的平均粒径为9.23μm；所述无机微纳米刚性颗粒石灰石粉ZD-2的平均粒径为3.4μm；所述高分子乳化沥青EP-2的平均粒径为43.5μm。
该钻井液的高温高压(HTHP)滤失量测试、泥饼的性能测试结果如表1所示。
实施例2
一种改善地层条件的钻井液体系的制备方法，包括以下步骤：
(1)配置钻井液，所述钻井液以100重量份的水为基准，所述膨润土的含量为4.5重量份，所述低粘聚阴离子纤维素的含量为2.3重量份，所述聚胺的含量为0.6重量份，所述磺化酚醛树脂(Ⅱ)的含量为5.6重量份，所述SMC的含量为5.5重量份，所述无水石膏的含量为0.65重量份，所述NaOH的含量为0.5重量份，所述褐煤树脂的含量为5.8重量份，所述氯化钾的含量为8重量份，所述抗高温抗盐降滤失剂的含量为0.55重量份，所述硅醇抑制剂的含量为0.7重量份，所述成膜剂的含量为0.78重量份，所述非渗透处理剂的含量为5重量份。
量取100重量份水，低速750r/min电动搅拌下，加入膨润土，搅拌10分钟后加入无水石膏，再搅拌30分钟，室温条件下静置20分钟进行预水化处理；在高速4500r/min电动搅拌下加入低粘聚阴离子纤维素、NaOH，搅拌25分钟，加入聚胺、磺化酚醛树脂(Ⅱ)、磺化褐煤搅拌10分钟，加入褐煤树脂搅拌15分钟，加入氯化钾、抗高温抗盐降滤失剂、硅醇抑制剂、成膜剂、非渗透处理剂搅拌20分钟；
(2)在步骤(1)得到的钻井液中加入2重量份无机微纳米刚性颗粒石灰石粉ZD-1、2重量份无机微纳米刚性颗粒石灰石粉ZD-2搅拌15分钟；
(3)将步骤(2)得到的混合物加入6重量份高分子乳化沥青EP-2搅拌15分钟。
其中，所述无机微纳米刚性颗粒石灰石粉ZD-1的平均粒径为9.23μm；所述无机微纳米刚性颗粒石灰石粉ZD-2的平均粒径为3.4μm；所述高分子乳化沥青EP-2的平均粒径为43.5μm。
该钻井液的高温高压(HTHP)滤失量测试、泥饼的性能测试结果如表1所示。
实施例3
一种改善地层条件的钻井液体系的制备方法，包括以下步骤：
(1)配置钻井液，所述钻井液以100重量份的水为基准，所述膨润土的含量为3.6重量份，所述低粘聚阴离子纤维素的含量为0.8重量份，所述聚胺的含量为0.55重量份，所述磺化酚醛树脂(Ⅱ)的含量为6.5重量份，所述SMC的含量为4.5重量份，所述无水石膏的含量为0.6重量份，所述NaOH的含量为0.6重量份，所述褐煤树脂的含量为5.5重量份，所述氯化钾的含量为6重量份，所述抗高温抗盐降滤失剂的含量为1.1重量份，所述硅醇抑制剂的含量为0.6重量份，所述成膜剂的含量为0.75重量份，所述非渗透处理剂的含量为4重量份。
量取100重量份水，低速700r/min电动搅拌下，加入膨润土，搅拌12分钟后加入无水石膏，再搅拌40分钟，室温条件下静置20分钟进行预水化处理；在高速4500r/min电动搅拌下加入低粘聚阴离子纤维素、NaOH，搅拌25分钟，加入聚胺、磺化酚醛树脂(Ⅱ)、磺化褐煤搅拌15分钟，加入褐煤树脂搅拌5分钟，加入氯化钾、抗高温抗盐降滤失剂、硅醇抑制剂、成膜剂、非渗透处理剂搅拌20分钟；
(2)在步骤(1)得到的钻井液中加入加入2.5重量份无机微纳米刚性颗粒石灰石粉ZD-1、2.5重量份无机微纳米刚性颗粒石灰石粉ZD-2搅拌15分钟；
(3)将步骤(2)得到的混合物加入3重量份高分子乳化沥青EP-2搅拌15分钟。
其中，所述无机微纳米刚性颗粒石灰石粉ZD-1的平均粒径为9.23μm；所述无机微纳米刚性颗粒石灰石粉ZD-2的平均粒径为3.4μm；所述高分子乳化沥青EP-2的平均粒径为43.5μm。
该钻井液的高温高压(HTHP)滤失量测试、泥饼的性能测试结果如表1所示。
表1
Figure BDA0002316424800000051
实施例1-3钻井液高温高压滤失量介于11.8-12.8ml之间，泥饼厚度介于2.5-2.8mm之间，泥饼润滑系数介于0.1014-0.10563之间说明钻遇地层微纳米裂缝时，较大粒径的高分子乳化沥青EP-2先架桥，减小孔缝大小，随后较小的无机微纳米刚性颗粒石灰石粉ZD-1填充减小页岩孔缝大小，直至最后一级无机微纳米刚性颗粒石灰石粉ZD-2封堵结束，进而对井壁各类微纳米孔缝实现有效封堵；以及在合适的组分及含量限定范围内配制的钻井液均具有优异的滤失造壁性，可在井壁上形成薄而致密的泥饼，强化井壁，减少钻井液固相、液相侵入地层及损害油气层，从而达到提高地层承压能力的目的。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种改善地层条件的钻井液体系，其特征在于，所述钻井液体系含有钻井液、圆球颗粒粒径为1000-1400目的无机微纳米刚性颗粒A、圆球颗粒粒径为1900-2800目的无机微纳米刚性颗粒B和高分子乳化沥青，所述钻井液中含有100重量份的水，以100重量份的水为基准，所述无机微纳米刚性颗粒A的含量为0.5-5重量份，所述无机微纳米刚性颗粒B的含量为0.5-5重量份，所述高分子乳化沥青的含量为1-10重量份。
2.如权利要求1所述的钻井液体系，其特征在于，以100重量份的钻井液为基准，两种粒径的无机微纳米刚性颗粒的含量分别为1-3重量份，所述高分子乳化沥青的含量为2-5重量份。
3.如权利要求1或2所述的钻井液体系，其特征在于，所述无机微纳米刚性颗粒为刚性颗粒材料，选自石灰石，赤铁矿粉，钛铁矿粉中的一种或几种。
4.如权利要求3所述的钻井液体系，其特征在于，所述高分子乳化沥青为EP-1、EP-2中的一种或多种。
5.如权利要求4所述的钻井液体系，其特征在于，所述两种粒径的无机微纳米刚性颗粒均为刚性圆球颗粒，两种粒径分别为1000-1400目、1900-2800目，并按重量配比1:1添加。
6.如权利要求4或5所述的钻井液体系，其特征在于，所述钻井液含有水、膨润土、低粘聚阴离子纤维素、聚胺、磺化酚醛树脂(Ⅱ)、磺化褐煤(SMC)、无水石膏、NaOH、褐煤树脂、氯化钾、抗高温抗盐降滤失剂、硅醇抑制剂、成膜剂、非渗透处理剂。
7.如权利要求6所述的钻井液体系，其特征在于，所述钻井液以100重量份的水为基准，所述膨润土的含量为3-5重量份，所述低粘聚阴离子纤维素的含量为0.5-3重量份，所述聚胺的含量为0.3-0.8重量份，所述磺化酚醛树脂(Ⅱ)的含量为3-8重量份，所述磺化褐煤的含量为3-8重量份，所述无水石膏的含量为0.3-1重量份，所述NaOH的含量为0.3-1重量份，所述褐煤树脂的含量为1-5重量份，所述氯化钾的含量为3-10重量份，所述抗高温抗盐降滤失剂的含量为0.3-1.2重量份，所述硅醇抑制剂的含量为0.1-1重量份，所述成膜剂的含量为0.2-2重量份，所述非渗透处理剂的含量为0.3-10重量份。
8.如权利要求7所述的钻井液体系，其特征在于，所述钻井液体系的pH值为8-11，所述钻井液体系的密度为1.0-2.3/cm3。
9.一种权利要求1-8中任意一项所述的钻井液体系的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：
(1)配置钻井液，量取100重量份水，低速600-800r/min电动搅拌下，加入膨润土，搅拌10-15分钟后加入无水石膏，再搅拌15-45分钟，室温条件下静置10-30分钟进行预水化处理；在高速4000-6000r/min电动搅拌下加入低粘聚阴离子纤维素、NaOH，搅拌10-30分钟，加入聚胺、磺化酚醛树脂(Ⅱ)、磺化褐煤搅拌5-20分钟，加入褐煤树脂搅拌5-20分钟，加入氯化钾、抗高温抗盐降滤失剂、硅醇抑制剂、成膜剂、非渗透处理剂搅拌10-30分钟；
(2)在步骤(1)得到的钻井液中加入无机微纳米刚性颗粒A、无机微纳米刚性颗粒B，搅拌10-30分钟；
(3)将步骤(2)得到的混合物加入高分子乳化沥青，搅拌10-30分钟。
10.一种如权利要求1-8之一所述的钻井液体系在改善地层条件中的应用。
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史东军: ""阳离子乳液聚磺防塌钻井液技术在玉北5井应用"", 《西部探矿工程》 *

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