CN114437682A - 一种裂缝性碳酸盐岩储层保护钻井液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种裂缝性碳酸盐岩储层保护钻井液及其制备方法，选用具有多点吸附基团的酸溶性纤维作为架桥离子，不同粒径的碳酸钙作为填充粒子，乳化沥青作为可变型的软化粒子，提出适合于碳酸盐岩储层段的暂堵剂复配的暂堵方案，优选出最佳的复配暂堵配方，通过最优复配暂堵剂在近井壁带形成一层薄而渗透率几乎为零的屏蔽层，有效地阻止钻井液中的固相和液相继续侵入储层。该钻井液具有良好的流变性能，滤失量低，润滑性能优异、渗透率恢复值高，同时具有很好的储层保护性能，能够满足裂缝性碳酸盐岩储层钻井施工的要求。

Description

一种裂缝性碳酸盐岩储层保护钻井液及其制备方法

技术领域

本发明涉及石油天然气开采领域，具体地涉及一种裂缝性碳酸盐岩储层保护钻井液及其制备方法。

背景技术

裂缝性储层指油气渗流通道主要为裂缝的储层，这些储层大多为碳酸盐岩。碳酸盐岩是极为重要的储集岩，中东、北美、前苏联以及我国四川盆地、塔里木盆地、鄂尔多斯盆地、华北平原等都有极其丰富的油气资源储藏于碳酸盐岩储层中，对石油工业具有重大价值。裂缝性碳酸盐岩储层岩石的非均质性强，裂缝开度具有不确定性，在勘探开发过程中易受外来流体和固相颗粒的损害，至今国内外对裂缝性碳酸盐岩油气藏的损害评价及储层保护技术措施还没有形成成熟统一的标准和方法，因此裂缝性碳酸盐岩的储层保护技术成为全球当前急需解决的重要难题之一。

目前，屏蔽暂堵技术是国内外广泛采用的保护裂缝性碳酸盐岩储层的方法。屏蔽暂堵技术是在钻井液中加入可酸溶或油溶的、粒径与裂缝宽度相匹配的固相颗粒(称为暂堵剂)，这些颗粒在压差作用下，在近井壁带形成一层薄而渗透率几乎为零的屏蔽层，从而有效地阻止钻井液中的固相和液相继续侵入储层。在油井投产前经酸化或通过射孔、返排等解堵方式来解除屏蔽层，使储层渗透率恢复到原始水平。

屏蔽暂堵技术的关键在于钻井液中含有足够多的能与储层孔喉尺寸分布相匹配的各种架桥粒子及填充粒子，可变型的软化粒子。

屏蔽暂堵技术的关键还在于该技术具有随钻堵漏技术特点，也就是说，在钻井液中加入各种具有随钻堵漏功能的处理剂时，能够满足屏蔽暂堵要求的性能的同时，不会显著影响钻井液流变性能的工程要求。

(1)当裂缝性碳酸盐岩在储层条件下的裂缝尺寸小于10μm时，裂缝宽度与岩块基质的平均孔隙直径相近，可列入基质范畴。

(2)当储层条件下的裂缝尺寸大于10μm时，应采取纤维状暂堵剂和起充填作用的颗粒状暂堵剂以及可变形的油溶性暂堵剂复配的暂堵方案。

(3)当人造裂缝的宽度在2mm左右时，具有多吸附基团的纤维状暂堵剂与可酸溶颗粒状暂堵剂及其可变形的油溶性颗粒复配使用时仍能在裂缝入口处形成有效的屏蔽层，使暂堵带之后的裂缝不受损害，而仅有颗粒状暂堵剂时却不能有效阻止钻井液裂缝中大量漏失。纤维状暂堵剂强度差、易变形，在钻井液中易交织成絮凝团，一旦吸附在裂缝表面，一个纤维状絮凝团块与裂缝表面就有十几到几十个吸附点，这些吸附点很容易在裂缝表面架桥，再通过颗粒状暂堵剂在桥上封堵，从而有效地防止钻井液侵入储层，被堵塞的部分在油井投产时，可以利用反向压差自动解堵。

目前国内外使用纤维状暂堵剂和其他暂堵剂复配的暂堵方案对裂缝性碳酸盐岩进行了大量的暂堵实验。实验结果表明，当储层条件下的裂缝宽度在一定范围内时，使用复配的暂堵技术可以有效地保护此类油气藏。

目前储层保护暂堵技术主要采用超细碳酸钙暂堵、交联聚合物弹性颗粒暂堵，现有技术的不足之处主要有：采用聚合物弹性颗粒封堵裂缝，承压强度低，不易返排，并且交联聚合物弹性颗粒不具有可酸溶性能，综合来说保护储层效果没有可酸溶性堵漏材料优异。部分专利中还采用了不可酸溶的植物纤维、氧化沥青等材料来提高封堵率，但是所形成的封堵层不易返排和酸溶，无法实现暂堵目的，因此影响储层保护效果；超细碳酸钙暂堵技术，对裂缝条件具有较高的选择性，只有在碳酸钙颗粒粒径与裂缝宽度相适应时才具有暂堵效果，过大、过小颗粒粒径都无法满足暂堵要求，由于储层裂缝具有高度的不均一性，严重影响其暂堵作用效果。

发明内容

为了解决现有复配技术不易返排和酸溶的问题，本发明提供了一种裂缝性碳酸盐岩储层保护钻井液及其制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种裂缝性碳酸盐岩储层保护钻井液，其特征在于，包括2～4％的膨润土、0.2～0.4％的氢氧化钠、0.1～0.3％碳酸钠、0.3～0.5％聚丙烯酸钾、0.1～0.5％有机硅醇抑制剂、2～3％的阳离子乳化沥青、2～5％磺化沥青、2～5％磺化褐煤树脂、1～3％极压减摩剂、1～3％粒径范围小于1000目的粗粒碳酸钙、1～1.5％粒径范围不小于1000目的超细粒碳酸钙、2～4％酸溶性纤维、1～3％弹性石墨，其余为水，以上各组分的含量为质量体积比，以水体积计。

优选的所述有机硅醇抑制剂为甲基硅醇钠和/或2-甲基硅醇钠。

优选的所述阳离子乳化沥青为软化点温度＞120℃，分子链结构中具有阳离子基团的乳化沥青，在钻井液中具有高温润滑封堵性能，在井壁岩石上具有较强的吸附性能。

优选的所述粗粒碳酸钙是指粒径范围在3～1000目的碳酸钙。

优选的所述酸溶性纤维的醋酸纤维素钠、醋酸纤维素钾、二醋酸纤维素钠、二醋酸纤维素钾中的一种或多种的混合物，在≥15％HCl溶液中具有较好的可溶解性。。

优选的所述弹性石墨是指膨胀倍数≥220的颗粒状石墨，且具有≥15％的酸溶率。

优选的所述极压减摩剂为钼酸脂、白油和非离子表面活性剂混合溶液。

前述的裂缝性碳酸盐岩储层保护钻井液的制备方法，包括以下步骤：

(1)在水中加入膨润土、碳酸钠，在1000-1500r/min的转速下，搅拌均匀，封闭静止水化 18-30h；

(2)加入氢氧化钠调节pH值8～9、依次按比例加入聚丙烯酸钾、有机硅醇抑制剂，在 1000-2000r/min的转速下，搅拌15-20min至均匀；

(3)依次按比例加入高软化点阳离子乳化沥青、磺化沥青、磺化褐煤树脂、极压减摩剂，在1000-2000r/min的转速下，高速搅拌15-20min；

(4)依次按比例加入粗粒碳酸钙、超细粒碳酸钙、酸溶性纤维、弹性石墨，在1000-2000r/min 的转速下搅拌45-60min，制得所述裂缝性碳酸岩储层保护钻井液。

优选的步骤(2)中调节pH值8～9。

优选的步骤(3)中搅拌速度为10000r/min。

本发明的技术效果如下：

根据屏蔽暂堵技术的研究，对于裂缝性碳酸盐岩储层，使用一种暂堵剂难以达到良好的暂堵效果。本发明选用酸溶性纤维作为架桥离子，不同粒径的碳酸钙作为填充粒子，乳化沥青作为可变型的软化粒子，提出适合于碳酸盐岩储层段的暂堵剂复配的暂堵方案，与目前常用的超细碳酸钙颗粒暂堵剂相比，具有更广泛的适用范围与更好地暂堵和可解堵效果，这是基于纤维状暂堵剂可以通过多点吸附作用，在裂缝的入口端起到良好的架桥作用，通过优化的复配暂堵剂在近井壁带形成一层薄而渗透率几乎为零的屏蔽层，能有效地阻止钻井液中的固相和液相继续侵入储层，形成的屏蔽层具有较好的酸溶性与酸溶后可返排的效果。在油井投产前经酸化或通过射孔、返排等解堵方式来解除屏蔽层，使储层渗透率恢复到原始水平。在裂缝性碳酸盐岩储层钻进过程中，起到有效的屏蔽保护作用。本发明的钻井液具有较好的抗高温性能，适用于160℃以上高温深井使用，并具有良好的流变性能，滤失量低，润滑性能优异、渗透率恢复值高，同时具有很好的储层保护性能，能够满足裂缝性碳酸盐岩储层钻井施工的要求。

酸溶性纤维是核心材料，本发明通过多种材料经科学配比、协同作用而实现的暂堵效果，该技术对材料酸溶率要求较高，因此材料选择对应用效果的保证非常关键，本发明发现了能够通过醋酸化反应制造出可酸溶性纤维且能配合其他封堵材料形成具有较高承压能力的屏蔽层泥饼的材料，实现有效封堵裂缝性地层，由于屏蔽层泥饼具有较好的酸溶性，酸溶率较好，酸化后泥饼被破坏程度高，酸液进入储层较深，酸化残留物少，在储层油气压力作用下易实现返排出地层。

总之，本发明通过具有多吸附点的可酸溶性纤维，配合使用不同粒径的碳酸钙颗粒，以及与井底温度相适应并可在井底温度作用下软化变形的具有一定软化点范围的天然沥青及其改性沥青科学复配，制备出满足不同地层温度要求、裂缝尺寸范围大的碳酸岩裂缝储层保护钻井液。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例对本发明进行进一步的解释。

实施例1

本实施例提供的一种裂缝性碳酸盐岩储层保护钻井液，包括3％的膨润土、0.2％的氢氧化钠、0.2％碳酸钠、0.4％聚丙烯酸钾、0.5％有机硅醇抑制剂、2.5％的高软化点阳离子乳化沥青、3％磺化沥青、3％磺化褐煤树脂、1.5％极压减摩剂、2％粗粒碳酸钙、1％超细粒碳酸钙、3％酸溶性纤维、3％弹性石墨，以上各组分的含量为以水计的质量体积比。

质量体积比是钻井液专业习惯用法，是指在每100mL体积配浆水中加入的处理剂质量克。例如3％膨润土基浆，表示在100克水中加入3克膨润土，或者在1m³水中加入30千克膨润土。

(1)在水中加入膨润土、碳酸钠，搅拌16h；

(2)加入氢氧化钠、聚丙烯酸钾、有机硅醇抑制剂，搅拌20min；

(3)加入高软化点阳离子乳化沥青、磺化沥青、磺化褐煤树脂、极压减摩剂，搅拌20min；

(4)加入粗粒碳酸钙、超细粒碳酸钙、酸溶性纤维、弹性石墨，搅拌60min，制得所述疏松砂岩储层保护钻井液。

按以上比例配制的裂缝性碳酸盐岩储层保护钻井液，利用实验室六速旋转粘度计、中压滤失仪、高温高压滤失仪、密度计等常规测试仪器测定钻井液性能，具体结果见下表1。

表1 钻井液流变性能测定结果

由表1数据可知，保护储层钻井液体系流变性能良好、滤失造壁性能，均符合裂缝性碳酸盐岩储层段钻井施工设计要求。

按以上比例配制的裂缝性碳酸盐岩储层保护钻井液，测定常温和160℃条件下不同NaCl 加量的钻井液体系的抗盐性能，结果如表2和表3。

表2 常温钻井液性能测定结果

表3 160℃16h老化后钻井液性能测定结果

由表2、表3可知，随着NaCl加量从0％到25％逐渐增加，粘度、切力变化幅度很小，高温高压滤失量逐渐增多，当NaCl加量超过20％后滤失量超过钻井设计要求的10ml，说明NaCl的加入对保护储层钻井液体系的流变性和滤失性影响较小，该裂缝性碳酸盐岩储层保护钻井液可抗15％NaCl。

在该钻井液体系配方下，测定常温和160℃条件下不同CaCl₂加量的钻井液体系的抗盐性能，结果如表4和表5。

表4 常温钻井液性能测定结果

表5 160℃16h老化后钻井液性能测定结果

由表4、表5可知，随着CaCl₂加量从0％到1.5％逐渐增加，高温高压滤失量逐渐增多，当CaCl₂加量1.5％后，滤失量还超过钻井设计要求的10ml，实验结果说明保护储层钻井液体系有良好的抗钙侵性能。按照行业标准该裂缝性碳酸盐岩储层保护钻井液可抗1.5％CaCl₂污染。

按以上比例配制的裂缝性碳酸盐岩储层保护钻井液，测定密度为1.30g/cm³的体系，在 150℃/7d条件下钻井液上下密度差；密度为1.50g/cm³的体系，在150℃/7d条件下钻井液上下密度差。结果如表6。

表6 160℃7d老化后钻井液性能测定结果

密度为1.30g/cm³的体系，在160℃/7d条件下钻井液上下密度差≤0.05g/cm³，密度为1.50g/cm³的体系，在160℃/7d条件下钻井液上下密度差≤0.10g/cm³,满足项目指标要求，可见保护储层钻井液体系具有良好的沉降稳定性。

按以上比例配制的裂缝性碳酸盐岩储层保护钻井液，选用顺北1-3井奥陶系储层人造裂缝性人工岩心进行动态污染评价实验，按照石油工业部行业标准动态渗透率恢复值评价。实验结果见表7。

表7 钻井液体系动态污染评价实验结果

优化的钻井液体系配方储层渗透率恢复值均大于85％，平均渗透率恢复值为91.37％，达到渗透率恢复值指标＞85％，可满足裂缝性碳酸盐岩储层保护的要求。达到了项目技术指标。

实施例2

本实施例提供的一种裂缝性碳酸盐岩储层保护钻井液，包括2％的膨润土、0.2％的氢氧化钠、0.1％碳酸钠、0.3％聚丙烯酸钾、0.1％有机硅醇抑制剂、2％的高软化点阳离子乳化沥青、2％磺化沥青、2％磺化褐煤树脂、1％极压减摩剂、1％粗粒碳酸钙、1％超细粒碳酸钙、 2％酸溶性纤维、1％弹性石墨，其余为水，以上各组分的含量以水的质量计。

本实施例制备方法同实施例1，经测试，各项指标与实施例1相近，均达到了项目技术指标。

实施例3

本实施例提供的一种裂缝性碳酸盐岩储层保护钻井液，包括4％的膨润土、0.4％的氢氧化钠、0.3％碳酸钠、0.5％聚丙烯酸钾、0.5％有机硅醇抑制剂、3％的高软化点阳离子乳化沥青、5％磺化沥青、5％磺化褐煤树脂、3％极压减摩剂、3％粗粒碳酸钙、1.5％超细粒碳酸钙、 4％酸溶性纤维、3％弹性石墨，其余为水，以上各组分的含量以水的质量计。

本实施例制备方法同实施例1，经测试，各项指标与实施例1相近，均达到了项目技术指标。

泥饼酸溶率与岩心返排率对比实验：

实验选择实施例1、实施例2、实施例3三种储层保护钻井液与现场储层井段正在使用的钻井液进行比对实验(井浆取自顺北※※井)，分别测定泥饼酸溶率及相同压差下岩心返排率，对比结果如表8：

从表8对比实验结果可以看出，本发明裂缝性碳酸岩储层保护钻井液具有较好的暂堵及储层保护效果。

Claims (10)

1.一种裂缝性碳酸盐岩储层保护钻井液，其特征在于，包括2～4％的膨润土、0.2～0.4％的氢氧化钠、0.1～0.3％碳酸钠、0.3～0.5％聚丙烯酸钾、0.1～0.5％有机硅醇抑制剂、2～3％的阳离子乳化沥青、2～5％磺化沥青、2～5％磺化褐煤树脂、1～3％极压减摩剂、1～3％粒径范围小于1000目的粗粒碳酸钙、1～1.5％粒径范围不小于1000目的超细粒碳酸钙、2～4％酸溶性纤维、1～3％弹性石墨，其余为水，以上各组分的含量为质量体积比，以水体积计。

2.根据权利要求1所述的钻井液，其特征在于所述有机硅醇抑制剂为甲基硅醇钠和/或2-甲基硅醇钠。

3.根据权利要求1所述的钻井液，其特征在于所述阳离子乳化沥青为软化点温度＞120℃，分子链结构中具有阳离子基团的乳化沥青。

4.根据权利要求1所述的钻井液，其特征在于所述粗粒碳酸钙是指粒径范围在3～1000目的碳酸钙。

5.根据权利要求1所述的钻井液，其特征在于所述酸溶性纤维的醋酸纤维素钠、醋酸纤维素钾、二醋酸纤维素钠、二醋酸纤维素钾中的一种或多种的混合物。

6.根据权利要求1所述的钻井液，其特征在于所述弹性石墨是指膨胀倍数≥220的颗粒状石墨，且具有≥15％的酸溶率。

7.根据权利要求1所述的钻井液，其特征在于所述极压减摩剂为钼酸脂、白油和非离子表面活性剂混合溶液。

8.权利要求1-7任一所述的裂缝性碳酸盐岩储层保护钻井液的制备方法，包括以下步骤：

(1)在水中加入膨润土、碳酸钠，在1000-1500r/min的转速下，搅拌均匀，封闭静止水化18-30h；

(2)加入氢氧化钠调节pH值8～9、依次按比例加入聚丙烯酸钾、有机硅醇抑制剂，在1000-2000r/min的转速下，搅拌15-20min至均匀；

(3)依次按比例加入高软化点阳离子乳化沥青、磺化沥青、磺化褐煤树脂、极压减摩剂，在1000-2000r/min的转速下，高速搅拌15-20min；

(4)依次按比例加入粗粒碳酸钙、超细粒碳酸钙、酸溶性纤维、弹性石墨，在1000-2000r/min的转速下搅拌45-60min，制得所述裂缝性碳酸岩储层保护钻井液。

9.根据权里要求8所述的方法，其特征在于步骤(2)中调节pH值8～9。

10.根据权里要求8所述的方法，其特征在于步骤(3)中搅拌速度为10000r/min。