CN114479788B - 一种适用于高温易塌地层的水基钻井液组合物及其水基钻井液、制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明“一种适用于高温易塌地层的水基钻井液组合物及其水基钻井液、制备方法与应用”属于钻井技术领域。所述组合物包括膨润土、聚丙烯酸钾、磺甲基酚醛树脂、柔性纳米封堵剂、自吸水抑制剂、化学固壁剂、油酸甲酯；所述化学固壁剂包括丙烯酰胺、异戊二烯和硅烷偶联剂。本发明的水基钻井液能有效抑制泥页岩地层的水化膨胀与分散，有效封堵泥页岩地层，减缓地层中压力传递，防止井壁坍塌、卡钻，稳定井壁减少事故发生。

Description

一种适用于高温易塌地层的水基钻井液组合物及其水基钻井 液、制备方法与应用

技术领域

本发明属于钻井技术领域，具体涉及一种适用于高温易塌地层的水基钻井液组合物及其一种适用于高温易塌地层的水基钻井液及其、制备方法与应用。

背景技术

新疆地区油气资源丰富，但许多储层埋深超过7000m，地层温度超过150℃，受构造运动影响，导致地层断裂带发育，地层破碎，钻井期间地层井壁稳定问题突出，遇到了大量的井壁垮塌、及其引发的卡钻等事故，井壁失稳已成为制约新疆油气田安全、高效开发的重大技术难题。

油基钻井液在新疆钻井过程中能够起到较好的防塌、稳定井壁的作用，但其环境可接受性差，成本高，因此，目前钻井过程所用钻井液仍以水基钻井液为主。目前水基钻井液防塌的方法主要是加入胺基抑制剂、正电胶等，中和泥页岩表面的负电荷来达到抑制目的；或者通过加入KCl压缩黏土颗粒表面双电层来达到抑制目的；或者通过加入纳米二氧化硅等材料，形成致密泥饼，降低钻井液滤失量，一定程度稳定了井壁。例如：中国专利文件CN110776884A提供了一种阳离子水基钻井液体系及其制备方法，阳离子水基钻井液包括基浆、抑制剂、包被剂、降滤失剂、润滑剂、流型调节剂，所述的抑制剂为聚胺抑制剂。但是上述钻井液用于高温易塌地层，抑制能力不足，不能有效稳定井壁。中国专利文件CN109370548A提供了一种抗高温环保水基钻井液及其制备方法，所述抗高温环保水基钻井液，以重量份数计包括：水385-400份；氧化钠2.0-2.5份；评价土10.0-15.0份；抗高温增粘降滤失剂8.0-12份；多功能降滤失剂14-20份；高温稳定剂2.0-4.0份；高效降粘剂10.0-12.5份；防塌润滑剂5.0-10.0份；氯化钠36-45份；封堵剂5.0-10.0份；重晶石390-425份。但是该钻井液不能在高温下有效阻止钻井液在地层中的压力传递、防止井壁坍塌。

现有的水基钻井液由于抑制或封堵能力的不足，在高温易塌地层的钻井过程中，由井壁岩石水化、地层压力传递引发的井壁坍塌仍然十分严重，因此，高效稳定易塌地层井壁的抗高温水基钻井液是目前的研究趋势。

因此，对能够适用于高温易塌地层的水基钻井液的研究具有重要的现实意义。为此，提出本发明。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种适用于高温易塌地层的水基钻井液及其制备方法与应用。本发明的水基钻井液能够有效稳定高温易塌地层的井壁，并且表现出较好的抑制性能、流变性能及防塌性能。

本发明的技术方案如下：

一种适用于高温易塌地层的水基钻井液组合物，其特征在于，包括膨润土、聚丙烯酸钾、磺甲基酚醛树脂、柔性纳米封堵剂、自吸水抑制剂、化学固壁剂、油酸甲酯；

所述化学固壁剂包括丙烯酰胺、异戊二烯和硅烷偶联剂。

膨润土在水基钻井液中的作用是增粘降滤失；

聚丙烯酸钾在水基钻井液中的作用是抑制钻屑分散；

磺甲基酚醛树脂在水基钻井液中的作用是降低钻井液失水量；

柔性纳米封堵剂在水基钻井液中的作用是封堵地层纳微米孔隙或裂缝；

自吸水抑制剂在水基钻井液中的作用是抑制地层毛细孔吸水，改善地层润湿性，维持井壁稳定；

化学固壁剂在水基钻井液中的作用是稳固井壁，与其他处理剂协同维持井壁稳定。

油酸甲酯在水基钻井液中的作用是提供润滑性，降低钻井液摩阻；

丙烯酰胺在化学固壁剂中的作用是分子链主链，并有大量吸附基团可以吸附在岩石表面；

异戊二烯在化学固壁剂中的作用是提供一定的交联性，使分子形成网状结构，从而固结井壁；

硅烷偶联剂在化学固壁剂中的作用是提供强吸附基团，使固壁剂在高温下稳定发挥作用。

所述丙烯酰胺、异戊二烯、硅烷偶联剂的摩尔比为1∶0.05-0.30∶0.03-0.30，优选为1∶0.05-0.25∶0.03-0.20；

优选地，所述化学固壁剂的粘均分子量为10-50万，优选为15-45万；

优选地，所述硅烷偶联剂选自二(二乙基氨基)甲基乙烯基硅烷、或，二(二甲基氨基)甲基乙烯基硅烷。

选用这两种物质：二(二乙基氨基)甲基乙烯基硅烷、或，二(二甲基氨基)甲基乙烯基硅烷做为硅烷偶联剂，同时具有氨基和硅氧基团，可以依靠氢键等物理吸附作用快速与黏土表面作用，再通过硅氧基团与黏土表面通过化学作用形成更稳定的化学吸附，同时具备快速吸附作用与强化学稳定吸附的作用，通过丙烯酰胺与异戊二烯进一步提供吸附基团和网络结构，形成可以在地层表面吸附成膜稳定井壁的结构，阻止地层垮塌。实施例部分的对比例1未添加包含这两种物质任一种的化学固壁剂得到的钻井液在防塌性能方面显著低于添加了包含这两种物质任一种的化学固壁剂的钻井液的防塌性能，说明这两种物质做为硅烷偶联剂被添加至化学固壁剂中所起的防塌性能至关重要。

所述的一种适用于高温易塌地层的水基钻井液组合物包括如下重量份的原料：膨润土2-8份，优选4份、聚丙烯酸钾0.1-0.2份、磺甲基酚醛树脂1-2份、柔性纳米封堵剂2-3份、自吸水抑制剂0.1-0.3份、化学固壁剂2-3份、油酸甲酯2-3份。

所述柔性纳米封堵剂包括对苯乙烯磺酸钠、和，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸；

优选地，所述的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸与对苯乙烯磺酸钠的摩尔比为1∶0.05-0.55，优选为1∶0.25-0.55；

优选地，所述柔性纳米封堵剂的粘均分子量为5-35万，优选为10-25万；

对苯乙烯磺酸钠在柔性纳米封堵剂中的作用是提高封堵剂强度；

2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸在柔性纳米封堵剂中的作用是提高封堵剂的吸附性和抗高温能力。

优选地，所述自吸水抑制剂为碳氟类表面活性剂，进一步优选为全氟辛基乙基丙烯酸酯。

一种适用于高温易塌地层的水基钻井液，其特征在于，包括所述的一种用于制备适用于高温易塌地层的水基钻井液的组合物和水。

所述的一种适用于高温易塌地层的水基钻井液包括如下重量份的原料：水100-200份，优选100份、膨润土2-8份优选4份、聚丙烯酸钾0.1-0.2份、磺甲基酚醛树脂1-2份、柔性纳米封堵剂2-3份、自吸水抑制剂0.1-0.3份、化学固壁剂2-3份、油酸甲酯2-3份。

一种用于制备适用于高温易塌地层的水基钻井液的组合物的制备方法，其特征在于，

将对苯乙烯磺酸钠、和，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸通过乳液聚合制备柔性纳米封堵剂；

将丙烯酰胺、异戊二烯、硅烷偶联剂通过溶液聚合制备化学固壁剂；

再将柔性纳米封堵剂、化学固壁剂、膨润土、聚丙烯酸钾、磺甲基酚醛树脂、自吸水抑制剂、油酸甲酯混合。

所述制备柔性纳米封堵剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将环己烷、Span80、Tween80混匀，得到油相混合液；

(2)将聚合单体A加入水中溶解得到水相溶液；所述聚合单体A包括2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和对苯乙烯磺酸钠；

(3)将水相溶液滴加到油相混合液中，加入交联剂后升温，加入引发剂，恒温反应后滴加乙醇，经过滤、洗涤、干燥；

优选地，步骤(1)中，环己烷、Span80、Tween80的质量比为1:0.05-0.1:0.05-0.1；

优选地，步骤(2)中，所述聚合单体A在水相溶液中的质量浓度为0.2-0.4g/mL；

优选地，所述聚合单体A中的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸与对苯乙烯磺酸钠的摩尔比为1∶0.05-0.55，优选为1∶0.25-0.55；

优选地，将聚合单体A加入水中搅拌至充分溶解；

优选地，所述搅拌速度为200-300r/min；

优选地，步骤(3)中，水相溶液与油相混合液的体积比为1:2-5；

优选地，升温至45-55℃，

优选地，恒温反应3-5h；

优选地，滴加乙醇至不再出现白色沉淀；

优选地，所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺；

优选地，交联剂的加入量为聚合单体质量的1-4％；

优选地，所述引发剂为偶氮类引发剂，进一步优选的，所述引发剂为偶氮二异丁脒盐酸盐，

优选地，所述引发剂的加入量为聚合单体质量的0.1-0.5％；

优选地，所述洗涤为用丙酮洗涤三次；

优选地，所述干燥为在100-110℃下干燥6-10h。

优选地，所述的自吸水抑制剂为碳氟类表面活性剂，优选为全氟辛基乙基丙烯酸酯；

优选地，所述制备化学固壁剂包括如下步骤：将聚合单体B加入溶剂中，升温搅拌后加入引发剂，恒温反应后，除去溶剂，将得到的粗产物用苯浸泡后过滤、烘干粉碎；

所述聚合单体B包括丙烯酰胺、异戊二烯和硅烷偶联剂；

优选地，所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺；

优选地，升温至45-60℃；

优选地，搅拌25-35min；

优选地，恒温反应5-6h；

优选地，所述粗产物为胶状；

优选地，所述聚合单体B中丙烯酰胺、异戊二烯、硅烷偶联剂的摩尔比为1:0.05-0.30：0.03-0.30，优选为1：0.05-0.25:0.03-0.20；

优选地，所述聚合单体B的质量与溶剂的体积的比为0.15-0.25g:1mL；

优选的，所述引发剂为偶氮二异丁腈，所述引发剂的加入量为聚合单体B质量的0.1-0.5％；

优选地，所述硅烷偶联剂为二(二乙基氨基)甲基乙烯基硅烷、或，二(二甲基氨基)甲基乙烯基硅烷。

一种适用于高温易塌地层的水基钻井液的制备方法，其特征在于，将所述的一种适用于高温易塌地层的水基钻井液组合物，和/或，所述的制备方法制得的组合物，与水混合。

优选地，所述一种适用于高温易塌地层的水基钻井液的制备方法包括如下步骤：

将膨润土加入水中，搅拌后依次加入聚丙烯酸钾、磺甲基酚醛树脂、柔性纳米封堵剂、自吸水抑制剂、化学固壁剂、油酸甲酯搅拌均匀；

优选地，搅拌20-30小时；

优选地，所述自吸水抑制剂为碳氟类表面活性剂，进一步优选为全氟辛基乙基丙烯酸酯；

更优选地，低速搅拌下在水中加入膨润土，低速搅拌24小时，加入聚丙烯酸钾，高速搅拌30分钟，加入磺甲基酚醛树脂，高速搅拌30分钟，加入柔性纳米封堵剂，高速搅拌30分钟，加入自吸水抑制剂，高速搅拌20分钟，加入化学固壁剂，高速搅拌20分钟，加入油酸甲酯，高速搅拌20分钟，制得适用于高温易塌地层的水基钻井液；所述低速搅拌的转速为3000r/min，高速搅拌的转速为8000-12000r/min；

优选地，所述膨润土、水、聚丙烯酸钾、磺甲基酚醛树脂、柔性纳米封堵剂、自吸水抑制剂、化学固壁剂、油酸甲酯的重量份为：膨润土2-8份优选4份、水100-200份优选100份、聚丙烯酸钾0.1-0.2份、磺甲基酚醛树脂1-2份、柔性纳米封堵剂2-3份、自吸水抑制剂0.1-0.3份、化学固壁剂2-3份、油酸甲酯2-3份。

聚丙烯酸钾、磺甲基酚醛树脂、柔性纳米封堵剂、自吸水抑制剂、化学固壁剂、油酸甲酯依次加入的作用是按照处理剂的协同顺序和与黏土的作用顺序，先加入溶解较慢且会与黏土作用的大分子聚合物聚丙烯酸钾，再加入需与黏土作用产生护胶作用的降滤失剂磺甲基酚醛树脂，再加入不需与黏土直接作用的柔性纳米封堵剂和自吸水抑制剂，再加入有助于辅助封堵和阻止地层水化的化学固壁剂，最后加入润滑剂调节钻井液润滑性能。

所述的一种适用于高温易塌地层的水基钻井液组合物、和/或，所述的制备方法制得的组合物、和/或，所述的一种适用于高温易塌地层的水基钻井液、和/或，所述的制备方法制得的水基钻井液在钻井方面的应用。

优选地，所述的一种适用于高温易塌地层的水基钻井液组合物、和/或，所述的制备方法制得的组合物、和/或，所述的一种适用于高温易塌地层的水基钻井液、和/或，所述的制备方法制得的水基钻井液在稳定高温易塌地层井壁中的应用。

一种适用于高温易塌地层的水基钻井液，包括如下重量份原料：水100份、膨润土4份、聚丙烯酸钾0.1-0.2份、磺甲基酚醛树脂1-2份、柔性纳米封堵剂2-3份、自吸水抑制剂0.1-0.3份、化学固壁剂2-3份、油酸甲酯2-3份。

根据本发明，优选的，所述的柔性纳米封堵剂由对苯乙烯磺酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)为聚合单体通过乳液聚合得到。

优选的，所述的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸与对苯乙烯磺酸钠的摩尔比为1：0.05-0.55，进一步优选为1：0.25-0.55。

根据本发明，优选的，所述的柔性纳米封堵剂的粘均分子量为5-35万，进一步优选为10-25万。

根据本发明，优选的，所述的柔性纳米封堵剂的制备方法，包括步骤如下：

(1)将环己烷、Span80、Tween80按质量比1:0.05-0.1:0.05-0.1的比例混合均匀，得到油相混合液；

(2)将聚合单体加入水中，搅拌至充分溶解，得到水相溶液；所述聚合单体为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和对苯乙烯磺酸钠；

(3)将水相溶液滴加到油相混合液中，加入交联剂，之后升温至45-55℃，加入引发剂，恒温反应3-5h；之后滴加乙醇至不再出现白色沉淀，经过滤、洗涤、干燥，得到柔性纳米封堵剂。

优选的，步骤(2)中所述的水相溶液中聚合单体的质量浓度为0.2-0.4g/mL；所述的搅拌速度为200-300r/min。

优选的，步骤(3)中所述的水相溶液与油相混合液的体积比为1:2-5。

优选的，步骤(3)中所述的交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺，所述交联剂的加入量为聚合单体质量的1-4％。

优选的，步骤(3)中所述的引发剂为偶氮类引发剂，进一步优选的，所述的引发剂为偶氮二异丁脒盐酸盐(V50)，所述引发剂的加入量为聚合单体质量的0.1-0.5％。

优选的，步骤(3)所述的洗涤为用丙酮洗涤三次，所述的干燥为在100-110℃下干燥6-10h。

根据本发明，优选的，所述的自吸水抑制剂为碳氟类表面活性剂，进一步优选为全氟辛基乙基丙烯酸酯。

根据本发明，优选的，所述的化学固壁剂由丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵、N-乙烯基吡咯烷酮、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)为聚合单体通过溶液聚合得到。

优选的，所述的丙烯酰胺、异戊二烯、硅烷偶联剂的摩尔比为1:0.05-0.30：0.03-0.30，进一步优选为1：0.05-0.25:0.03-0.20。

根据本发明，优选的，所述化学固壁剂的粘均分子量为10-50万，进一步优选为15-45万。

根据本发明，优选的，所述化学固壁剂的制备方法，包括步骤如下：

将聚合单体加入N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，升温至45-60℃搅拌25-35min，之后加入引发剂，恒温反应5-6h；反应完成后，除去溶剂，得到胶状粗产物，将其用苯浸泡后过滤、烘干粉碎，得到化学固壁剂；所述聚合单体为丙烯酰胺、异戊二烯和硅烷偶联剂。

优选的，所述的聚合单体的质量与N,N-二甲基甲酰胺的体积的比为0.15-0.25g:1mL。

优选的，所述的引发剂为偶氮二异丁腈，所述引发剂的加入量为聚合单体质量的0.1-0.5％。

优选的，所述的硅烷偶联剂为二(二乙基氨基)甲基乙烯基硅烷、二(二甲基氨基)甲基乙烯基硅烷的一种。

根据本发明，上述水基钻井液的制备方法，包括步骤如下：

将膨润土加入水中，搅拌20-30小时，之后依次加入聚丙烯酸钾、磺甲基酚醛树脂、柔性纳米封堵剂、自吸水抑制剂、化学固壁剂、油酸甲酯搅拌均匀，制得适用于高温易塌地层的水基钻井液。

根据本发明，优选的，所述水基钻井液的制备方法，包括步骤如下：

先在高搅杯中加入水，低速搅拌下加入膨润土，低速搅拌24小时，加入聚丙烯酸钾，高速搅拌30分钟，加入磺甲基酚醛树脂，高速搅拌30分钟，加入柔性纳米封堵剂，高速搅拌30分钟，加入自吸水抑制剂，高速搅拌20分钟，加入化学固壁剂，高速搅拌20分钟，加入油酸甲酯，高速搅拌20分钟，制得适用于高温易塌地层的水基钻井液；所述低速搅拌的转速为3000r/min，高速搅拌的转速为8000-12000r/min。

根据本发明，上述水基钻井液在稳定高温易塌地层井壁中的应用。

本发明的技术特点及有益效果如下：

1、本发明的水基钻井液中含有柔性纳米封堵剂，柔性纳米封堵剂的分子链上带有多种吸附基团，能牢固地吸附在岩石表面，其粒径尺寸易于封堵地层的微孔隙和层理，阻止水及钻井液对地层的渗透水化，进而起到稳定井壁的作用；同时，能够有效适应泥饼的孔隙和形状，封堵孔隙，形成致密泥饼，降低钻井液滤失量，进一步稳定井壁。

2、本发明的水基钻井液中含有自吸水抑制剂，所述的自吸水抑制剂为碳氟类表面活性剂，能有效降低表面张力，增加岩石的疏水性能，进而有效降低毛细管力，降低微裂缝地层因毛细管力进入地层的钻井液数量，有利于井壁稳定。

3、本发明的水基钻井液中含有化学固壁剂，该固壁剂为固壁防塌的关键处理剂，该化学固壁剂分子中的酰胺基团、硅氧基团可以与泥页岩表面发生强烈的物理化学吸附作用，在泥页岩表面形成一层致密的吸附膜，与疏水基团一同阻断水分子与页岩表面的接触，有效抑制泥页岩水化膨胀与分散，阻止压力向地层传递，从而起到稳定井壁的作用；同时，有机硅单体的引入，极大地提高了固壁剂的高温稳定性。其次，可与封堵剂、抑制剂协同固壁，协助封堵剂支撑裂缝，协助抑制剂阻止黏土水化；

5、本发明的水基钻井液中采用了柔性纳米封堵剂、自吸水抑制剂和化学固壁剂的协同抑制防塌技术，从封堵孔隙、抑制泥页岩吸水膨胀、隔离水分子进入地层及成膜固壁等多重技术角度防止井壁坍塌；同时，处理剂之间相互接触，分子之间存在分子协同作用，由内向外联合作用维持井壁稳定。

6、本发明的水基钻井液中同时添加了聚丙烯酸钾作为包被剂阻止岩屑分散，磺甲基酚醛树脂作为抗高温降滤失剂，油酸甲酯作为润滑剂，并且相互之间及与柔性纳米封堵剂、自吸水抑制剂、化学固壁剂间有良好的配伍性，所得水基钻井液高效稳定易塌地层井壁。

7、本发明的水基钻井液能够解决高温易塌地层的井壁失稳问题，并且配制简单，维护方便。本发明涉及一种适用于高温易塌地层的水基钻井液及其制备方法与应用，属于钻井技术领域。针对深层钻井过程中破碎地层的井壁稳定问题，常规井壁稳定钻井液不能满足高温深层钻井的要求，导致钻井过程中井壁坍塌、卡钻等钻井事故频发，极大增加了作业时间及作业成本。针对深层易坍塌地层井壁稳定，一种适用于高温易塌地层的水基钻井液及其制备方法与应用，为深部地层钻井井壁稳定提供技术支持。针对该类型钻井液技术，具有较大应用前景。

附图说明

图1为试验例4中实施例1-3以及对比例1-2制备的水基钻井液、饱和盐水进行岩石压力传递实验的下游试液压力随时间变化曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，但并限于此。

同时下述实施例中，如无特别说明，所用材料均可商购获得，所用的方法均为本领域的常规方法。

实施例中所用磺甲基酚醛树脂购自成都春峰石油科技有限公司，型号为SMP-Ⅱ；膨润土为钻井液用钠基膨润土，购于潍坊华潍膨润土集团股份有限公司；聚丙烯酸钾购于阳谷县龙泉化工厂，型号为K-PAM；油酸甲酯购于济南汇丰达化工有限公司。

制备例1

柔性纳米封堵剂的制备方法，包括步骤如下：

(1)将环己烷、Span80、Tween80按质量比1:0.05:0.05的比例混合均匀，得到油相混合液；

(2)将20g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、10g对苯乙烯磺酸钠加入100mL水中，在250r/min的搅拌速度下搅拌至充分溶解，得到水相溶液；

(3)将水相溶液滴加到200mL油相混合液中，加入0.5g N,N-亚甲基双丙烯酰胺，升温至50℃，搅拌20min后，加入0.03g引发剂偶氮二异丁脒盐酸盐(V50)，恒温反应4h；之后滴加乙醇至不再出现白色沉淀，经过滤、所得过滤产物用丙酮洗涤3次，之后在105℃干燥8h，得到柔性纳米封堵剂。

制备例2

化学固壁剂的制备方法，包括步骤如下：

将30g摩尔比为1:0.10:0.10的丙烯酰胺、异戊二烯和二(二甲氨基)甲基乙烯基硅烷的混合物加入150mL N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，搅拌条件下升温至50℃，搅拌30min后加入0.06g偶氮二异丁腈，恒温反应6h；反应完成后，经减压蒸馏除去溶剂，得到胶状粗产物，将其用苯浸泡后过滤、烘干粉碎，得到化学固壁剂。

实施例1

一种适用于高温易塌地层的水基钻井液，包括如下重量份原料：水100份、膨润土4份、聚丙烯酸钾0.2份、磺甲基酚醛树脂2份、制备例1得到的柔性纳米封堵剂3份、自吸水抑制剂0.3份、制备例2得到的化学固壁剂3份、油酸甲酯3份；

所述自吸水抑制剂为全氟辛基乙基丙烯酸酯。

上述适用于高温易塌地层的水基钻井液的制备方法，包括步骤如下：

按上述配比，先在高搅杯中加入水，低速搅拌下加入膨润土，低速搅拌24小时，加入聚丙烯酸钾，高速搅拌30分钟，加入磺甲基酚醛树脂，高速搅拌30分钟，加入柔性纳米封堵剂，高速搅拌30分钟，加入自吸水抑制剂，高速搅拌20分钟，加入化学固壁剂，高速搅拌20分钟，加入油酸甲酯，高速搅拌20分钟，制得适用于高温易塌地层的水基钻井液F1；所述低速的搅拌速度为3000r/min，高速的搅拌速度为10000r/min。

实施例2

一种适用于高温易塌地层的水基钻井液，包括如下重量份原料：水100份、膨润土4份、聚丙烯酸钾0.15份、磺甲基酚醛树脂1.5份、制备例1得到的柔性纳米封堵剂2.5份、自吸水抑制剂0.2份、制备例2得到的化学固壁剂2.5份、油酸甲酯2.5份；

所述自吸水抑制剂为全氟辛基乙基丙烯酸酯。

上述适用于高温易塌地层的水基钻井液的制备方法如实施例1所述，制得适用于高温易塌地层的水基钻井液F2。

实施例3

一种适用于高温易塌地层的水基钻井液，包括如下重量份原料：水100份、膨润土4份、聚丙烯酸钾0.1份、磺甲基酚醛树脂1份、制备例1得到的柔性纳米封堵剂2份、自吸水抑制剂0.1份、制备例2得到的化学固壁剂2份、油酸甲酯2份；

所述自吸水抑制剂为全氟辛基乙基丙烯酸酯。

上述适用于高温易塌地层的水基钻井液的制备方法如实施例1所述，制得适用于高温易塌地层的水基钻井液F3。

对比例1

一种水基钻井液，包括如下重量份原料：水100份、膨润土4份、聚丙烯酸钾0.2份、磺甲基酚醛树脂2份、制备例1得到的柔性纳米封堵剂2份、自吸水抑制剂0.2份、油酸甲酯3份。

上述水基钻井液中不加入化学固壁剂，其制备方法如实施例1所述，制得水基钻井液DF1。

对比例2

一种水基钻井液，包括如下重量份原料：水100份、膨润土4份、聚丙烯酸钾0.2份、磺甲基酚醛树脂2份、磺化褐煤树脂3份、纳米二氧化硅3份、氯化钠5份。

上述水基钻井液的制备方法，包括步骤如下：

按上述配比，先在高搅杯中加入水，低速搅拌下加入膨润土，低速搅拌24小时，加入聚丙烯酸钾，高速搅拌30分钟，加入磺甲基酚醛树脂，高速搅拌30分钟，加入磺化褐煤树脂，高速搅拌30分钟，加入纳米二氧化硅，高速搅拌20分钟，加入氯化钠，高速搅拌20分钟，制得水基钻井液DF2；所述低速的搅拌速度为3000r/min，高速的搅拌速度为10000r/min。

试验例1

将实施例1-3以及对比例1-2制备的钻井液进行流变性及滤失性能的测试，具体方法如下：分别取400mL钻井液Fl-F3和DF1-DF2，在5000rpm下搅拌20min后，装入老化罐，放入滚子炉中，在180℃下，恒温滚动16小时后，取出冷却至室温，再在5000rpm下搅拌20min，然后按照GB/T16783.1-2006分别测定上述钻井液的表观粘度(AV，mPa.s)、塑性粘度(PV，mPa.s)、动切力(YP，Pa)、10s和10min静切力(Pa)、中压API失水(FL，mL)、高温高压失水(FLHTHP，mL，180℃)，其结果如表1所示。

表1钻井液流变性以及滤失性能

通过表1的数据可以看出，本发明适用于高温易塌地层井壁的钻井液具有较好的流变性，同时本发明的钻井液API滤失量和HTHP滤失量低，可以有效减少滤液进入地层，起到稳定高温地层井壁的目的；本发明实施例制备的钻井液可以有效提高钻井液老化后的黏度、动切力，提高钻井液的携岩能力和体系稳定性。

试验例2

将实施例1-3以及对比例1-2制备的钻井液进行堵漏性能测试。

堵漏性能采用沙床滤失实验进行测定，沙床滤失实验所用仪器为无渗透钻井液滤失仪(可视砂床)，所用砂子粒径为40～60目，具体步骤如下：

将350mL砂子装入砂滤管中，填充均匀；加入200mL待测钻井液于砂子顶部，盖紧压盖，压盖口使用密封圈密封；在砂滤管下方放置一定规格的量筒来测量滤失量，首先打开氮气瓶总气阀以提供气源，当与压盖上端连接的压力表的数值增加至100psi稳定后，打开压力表与压盖之间的阀门通气，秒表计时30min后，记录量筒中的滤失量(滤失量为砂床渗入深度或滤失体积)，其结果如表2所示。

上述待测钻井液在测试前采用高温滚子炉进行老化，老化温度为180℃，老化时间为16h。

表2钻井液堵漏性能

通过表2可以看出，与对比例1-2相比，本发明实施例制备的钻井液添加了柔性纳米封堵剂、自吸水抑制剂、化学固壁剂，具有很好的堵漏性能。

试验例3

分别将实施例1-3和对比例1-2制备的水基钻井液及清水进行泥页岩地层岩石膨胀率测定，膨胀率的结果如表3所示。其中，膨胀率测定实验仪器为NP-02型高温动态膨胀量测定仪，参照标准SYT6335-1997进行测试。

表3膨胀率测试数据

将表3中实施例1-3与对比例1-2的结果比较可知，本发明的水基钻井液能够显著降低页岩膨胀率，抑制泥页岩地层的水化膨胀，从而保护泥页岩地层井壁稳定。

试验例4

分别用6块地层岩心(25cm×50cm)在实施例1-3和对比例1-2制备的水基钻井液及饱和盐水的条件下进行岩石压力传递实验，具体实验步骤为：(1)用饱和盐水模拟地层水状态，作为下游试液；(2)将实施例1-3以及对比例1-2制备的水基钻井液、饱和盐水分别作为上游试液进行孔隙压力传递实验；(3)实验过程中，轴压为5MPa，围压为5MPa，上压3.5MPa，下压初始为0.5MPa，监测下游试液压力随时间变化，其结果如图1所示。

从图1可以看出，本发明的适用于高温易塌地层的水基钻井液能够有效减缓地层中压力传递，进而防止井壁坍塌、卡钻，从而稳定井壁并减少井下复杂情况。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (58)

1.一种适用于高温易塌地层的水基钻井液组合物，其特征在于，包括膨润土、聚丙烯酸钾、磺甲基酚醛树脂、柔性纳米封堵剂、自吸水抑制剂、化学固壁剂、油酸甲酯；

所述化学固壁剂包括丙烯酰胺、异戊二烯和硅烷偶联剂；所述柔性纳米封堵剂包括对苯乙烯磺酸钠、和，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸；所述自吸水抑制剂为碳氟类表面活性剂。

2.根据权利要求1所述的一种适用于高温易塌地层的水基钻井液组合物，其特征在于，所述丙烯酰胺、异戊二烯、硅烷偶联剂的摩尔比为1∶0.05-0.30∶0.03-0.30。

3.根据权利要求2所述的一种适用于高温易塌地层的水基钻井液组合物，其特征在于，所述丙烯酰胺、异戊二烯、硅烷偶联剂的摩尔比为1∶0.05-0.25∶0.03-0.20。

4.根据权利要求1所述的一种适用于高温易塌地层的水基钻井液组合物，其特征在于，所述化学固壁剂的粘均分子量为10-50万。

5.根据权利要求4所述的一种适用于高温易塌地层的水基钻井液组合物，其特征在于，所述化学固壁剂的粘均分子量为15-45万。

6.根据权利要求1或2所述的一种适用于高温易塌地层的水基钻井液组合物，其特征在于，所述硅烷偶联剂选自二(二乙基氨基)甲基乙烯基硅烷、或，二(二甲基氨基)甲基乙烯基硅烷。

7.根据权利要求1或2所述的一种适用于高温易塌地层的水基钻井液组合物，其特征在于，包括如下重量份的原料：膨润土2-8份、聚丙烯酸钾0.1-0.2份、磺甲基酚醛树脂1-2份、柔性纳米封堵剂2-3份、自吸水抑制剂0.1-0.3份、化学固壁剂2-3份、油酸甲酯2-3份。

8.根据权利要求7所述的一种适用于高温易塌地层的水基钻井液组合物，其特征在于，包括如下重量份的原料：膨润土4份、聚丙烯酸钾0.1-0.2份、磺甲基酚醛树脂1-2份、柔性纳米封堵剂2-3份、自吸水抑制剂0.1-0.3份、化学固壁剂2-3份、油酸甲酯2-3份。

9.根据权利要求1所述的一种适用于高温易塌地层的水基钻井液组合物，其特征在于，所述的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸与对苯乙烯磺酸钠的摩尔比为1∶0.05-0.55。

10.根据权利要求9所述的一种适用于高温易塌地层的水基钻井液组合物，其特征在于，所述的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸与对苯乙烯磺酸钠的摩尔比为1∶0.25-0.55。

11.根据权利要求1所述的一种适用于高温易塌地层的水基钻井液组合物，其特征在于，所述柔性纳米封堵剂的粘均分子量为5-35万。

12.根据权利要求11所述的一种适用于高温易塌地层的水基钻井液组合物，其特征在于，所述柔性纳米封堵剂的粘均分子量为10-25万。

13.根据权利要求1所述的一种适用于高温易塌地层的水基钻井液组合物，其特征在于，所述自吸水抑制剂为全氟辛基乙基丙烯酸酯。

14.一种适用于高温易塌地层的水基钻井液，其特征在于，包括权利要求1-13任一所述的一种用于制备适用于高温易塌地层的水基钻井液的组合物和水。

15.根据权利要求14所述的一种适用于高温易塌地层的水基钻井液，其特征在于，包括如下重量份的原料：水100-200份、膨润土2-8份、聚丙烯酸钾0.1-0.2份、磺甲基酚醛树脂1-2份、柔性纳米封堵剂2-3份、自吸水抑制剂0.1-0.3份、化学固壁剂2-3份、油酸甲酯2-3份。

16.根据权利要求15所述的一种适用于高温易塌地层的水基钻井液，其特征在于，包括如下重量份的原料：水100份、膨润土4份、聚丙烯酸钾0.1-0.2份、磺甲基酚醛树脂1-2份、柔性纳米封堵剂2-3份、自吸水抑制剂0.1-0.3份、化学固壁剂2-3份、油酸甲酯2-3份。

17.一种用于制备适用于高温易塌地层的水基钻井液的组合物的制备方法，其特征在于，

将对苯乙烯磺酸钠、和，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸通过乳液聚合制备柔性纳米封堵剂；

将丙烯酰胺、异戊二烯、硅烷偶联剂通过溶液聚合制备化学固壁剂；

再将柔性纳米封堵剂、化学固壁剂、膨润土、聚丙烯酸钾、磺甲基酚醛树脂、自吸水抑制剂、油酸甲酯混合；所述柔性纳米封堵剂包括对苯乙烯磺酸钠、和，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸；所述自吸水抑制剂为碳氟类表面活性剂。

18.根据权利要求17所述的一种用于制备适用于高温易塌地层的水基钻井液的组合物的制备方法，其特征在于，所述制备柔性纳米封堵剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）将环己烷、Span80、Tween80混匀，得到油相混合液；

（2）将聚合单体A加入水中溶解得到水相溶液；所述聚合单体A包括2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和对苯乙烯磺酸钠；

（3）将水相溶液滴加到油相混合液中，加入交联剂后升温，加入引发剂，恒温反应后滴加乙醇，经过滤、洗涤、干燥。

19.根据权利要求18所述的一种用于制备适用于高温易塌地层的水基钻井液的组合物的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，环己烷、Span80、Tween80的质量比为1:0.05-0.1:0.05-0.1。

20.根据权利要求18所述的一种用于制备适用于高温易塌地层的水基钻井液的组合物的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述聚合单体A在水相溶液中的质量浓度为0.2-0.4g/mL。

21.根据权利要求18或20所述的一种用于制备适用于高温易塌地层的水基钻井液的组合物的制备方法，其特征在于，所述聚合单体A中的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸与对苯乙烯磺酸钠的摩尔比为1∶0.05-0.55。

22.根据权利要求21所述的一种用于制备适用于高温易塌地层的水基钻井液的组合物的制备方法，其特征在于，所述聚合单体A中的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸与对苯乙烯磺酸钠的摩尔比为1∶0.25-0.55。

23.根据权利要求18所述的一种用于制备适用于高温易塌地层的水基钻井液的组合物的制备方法，其特征在于，将聚合单体A加入水中搅拌至充分溶解。

24.根据权利要求23所述的一种用于制备适用于高温易塌地层的水基钻井液的组合物的制备方法，其特征在于，所述搅拌速度为200-300r/min。

25.根据权利要求18所述的一种用于制备适用于高温易塌地层的水基钻井液的组合物的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，水相溶液与油相混合液的体积比为1:2-5。

26.根据权利要求18所述的一种用于制备适用于高温易塌地层的水基钻井液的组合物的制备方法，其特征在于，升温至45-55℃。

27.根据权利要求18所述的一种用于制备适用于高温易塌地层的水基钻井液的组合物的制备方法，其特征在于，恒温反应3-5h。

28.根据权利要求18所述的一种用于制备适用于高温易塌地层的水基钻井液的组合物的制备方法，其特征在于，滴加乙醇至不再出现白色沉淀。

29.根据权利要求18所述的一种用于制备适用于高温易塌地层的水基钻井液的组合物的制备方法，其特征在于，所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺。

30.根据权利要求18所述的一种用于制备适用于高温易塌地层的水基钻井液的组合物的制备方法，其特征在于，交联剂的加入量为聚合单体质量的1-4%。

31.根据权利要求18所述的一种用于制备适用于高温易塌地层的水基钻井液的组合物的制备方法，其特征在于，所述引发剂为偶氮类引发剂。

32.根据权利要求31所述的一种用于制备适用于高温易塌地层的水基钻井液的组合物的制备方法，其特征在于，所述引发剂为偶氮二异丁脒盐酸盐。

33.根据权利要求18所述的一种用于制备适用于高温易塌地层的水基钻井液的组合物的制备方法，其特征在于，所述引发剂的加入量为聚合单体质量的0.1-0.5%。

34.根据权利要求18所述的一种用于制备适用于高温易塌地层的水基钻井液的组合物的制备方法，其特征在于，所述洗涤为用丙酮洗涤三次。

35.根据权利要求18所述的一种用于制备适用于高温易塌地层的水基钻井液的组合物的制备方法，其特征在于，所述干燥为在100-110℃下干燥6-10h。

36.根据权利要求17所述的一种用于制备适用于高温易塌地层的水基钻井液的组合物的制备方法，其特征在于，所述的自吸水抑制剂为碳氟类表面活性剂。

37.根据权利要求36所述的一种用于制备适用于高温易塌地层的水基钻井液的组合物的制备方法，其特征在于，所述的自吸水抑制剂为全氟辛基乙基丙烯酸酯。

38.根据权利要求36所述的一种用于制备适用于高温易塌地层的水基钻井液的组合物的制备方法，其特征在于，所述制备化学固壁剂包括如下步骤：将聚合单体B加入溶剂中，升温搅拌后加入引发剂，恒温反应后，除去溶剂，将得到的粗产物用苯浸泡后过滤、烘干粉碎；

所述聚合单体B包括丙烯酰胺、异戊二烯和硅烷偶联剂。

39.根据权利要求38所述的一种用于制备适用于高温易塌地层的水基钻井液的组合物的制备方法，其特征在于，所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺。

40.根据权利要求38所述的一种用于制备适用于高温易塌地层的水基钻井液的组合物的制备方法，其特征在于，升温至45-60℃。

41.根据权利要求38所述的一种用于制备适用于高温易塌地层的水基钻井液的组合物的制备方法，其特征在于，搅拌25-35min。

42.根据权利要求38所述的一种用于制备适用于高温易塌地层的水基钻井液的组合物的制备方法，其特征在于，恒温反应5-6h。

43.根据权利要求38所述的一种用于制备适用于高温易塌地层的水基钻井液的组合物的制备方法，其特征在于，所述粗产物为胶状。

44.根据权利要求38所述的一种用于制备适用于高温易塌地层的水基钻井液的组合物的制备方法，其特征在于，所述聚合单体B中丙烯酰胺、异戊二烯、硅烷偶联剂的摩尔比为1:0.05-0.30：0.03-0.30。

45.根据权利要求44所述的一种用于制备适用于高温易塌地层的水基钻井液的组合物的制备方法，其特征在于，所述聚合单体B中丙烯酰胺、异戊二烯、硅烷偶联剂的摩尔比为1：0.05-0.25:0.03-0.20。

46.根据权利要求38所述的一种用于制备适用于高温易塌地层的水基钻井液的组合物的制备方法，其特征在于，所述聚合单体B的质量与溶剂的体积的比为0.15-0.25g:1mL。

47.根据权利要求38所述的一种用于制备适用于高温易塌地层的水基钻井液的组合物的制备方法，其特征在于，所述引发剂为偶氮二异丁腈，所述引发剂的加入量为聚合单体B质量的0.1-0.5%。

48.根据权利要求38所述的一种用于制备适用于高温易塌地层的水基钻井液的组合物的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为二(二乙基氨基)甲基乙烯基硅烷、或，二(二甲基氨基)甲基乙烯基硅烷。

49.一种适用于高温易塌地层的水基钻井液的制备方法，其特征在于，将权利要求1-13任一所述的一种适用于高温易塌地层的水基钻井液组合物，和/或，权利要求17-48任一所述的制备方法制得的组合物，与水混合。

50.根据权利要求49所述的一种适用于高温易塌地层的水基钻井液的制备方法，其特征在于，所述一种适用于高温易塌地层的水基钻井液的制备方法包括如下步骤：

将膨润土加入水中，搅拌后依次加入聚丙烯酸钾、磺甲基酚醛树脂、柔性纳米封堵剂、自吸水抑制剂、化学固壁剂、油酸甲酯搅拌均匀。

51.根据权利要求50所述的一种适用于高温易塌地层的水基钻井液的制备方法，其特征在于，搅拌20-30小时。

52.根据权利要求50所述的一种适用于高温易塌地层的水基钻井液的制备方法，其特征在于，所述自吸水抑制剂为碳氟类表面活性剂。

53.根据权利要求52所述的一种适用于高温易塌地层的水基钻井液的制备方法，其特征在于，所述自吸水抑制剂为全氟辛基乙基丙烯酸酯。

54.根据权利要求50所述的一种适用于高温易塌地层的水基钻井液的制备方法，其特征在于，低速搅拌下在水中加入膨润土，低速搅拌24小时，加入聚丙烯酸钾，高速搅拌30分钟，加入磺甲基酚醛树脂，高速搅拌30分钟，加入柔性纳米封堵剂，高速搅拌30分钟，加入自吸水抑制剂，高速搅拌20分钟，加入化学固壁剂，高速搅拌20分钟，加入油酸甲酯，高速搅拌20分钟，制得适用于高温易塌地层的水基钻井液；所述低速搅拌的转速为3000r/min，高速搅拌的转速为8000-12000r/min。

55.根据权利要求54所述的一种适用于高温易塌地层的水基钻井液的制备方法，其特征在于，所述膨润土、水、聚丙烯酸钾、磺甲基酚醛树脂、柔性纳米封堵剂、自吸水抑制剂、化学固壁剂、油酸甲酯的重量份为：膨润土2-8份、水100-200份、聚丙烯酸钾0.1-0.2份、磺甲基酚醛树脂1-2份、柔性纳米封堵剂2-3份、自吸水抑制剂0.1-0.3份、化学固壁剂2-3份、油酸甲酯2-3份。

56.根据权利要求55所述的一种适用于高温易塌地层的水基钻井液的制备方法，其特征在于，所述膨润土、水、聚丙烯酸钾、磺甲基酚醛树脂、柔性纳米封堵剂、自吸水抑制剂、化学固壁剂、油酸甲酯的重量份为：膨润土4份、水100份、聚丙烯酸钾0.1-0.2份、磺甲基酚醛树脂1-2份、柔性纳米封堵剂2-3份、自吸水抑制剂0.1-0.3份、化学固壁剂2-3份、油酸甲酯2-3份。

57.权利要求1-13任一所述的一种适用于高温易塌地层的水基钻井液组合物、和/或，权利要求17-48任一所述的制备方法制得的组合物、和/或，权利要求14-16任一所述的一种适用于高温易塌地层的水基钻井液、和/或，权利要求49-56任一所述的制备方法制得的水基钻井液在钻井方面的应用。

58.根据权利要求57所述的应用，其特征在于，所述的一种适用于高温易塌地层的水基钻井液组合物、和/或，所述的制备方法制得的组合物、和/或，所述的一种适用于高温易塌地层的水基钻井液、和/或，所述的制备方法制得的水基钻井液在稳定高温易塌地层井壁中的应用。

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