CN114605972A - 一种破碎带地层用强封堵防塌钻井液及其制备方法和其应用 - Google Patents

一种破碎带地层用强封堵防塌钻井液及其制备方法和其应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种破碎带地层用强封堵防塌钻井液体系及其制备方法和应用，其包括水、膨润土、碳酸钠、降滤失剂、防塌剂、润滑剂和封堵剂；所述钻井液的pH值为8.5至9.5，密度为1至2g/cm3。其中，所述防塌剂包括粒径中值为2.64至3.92μm的碳酸钙，粒径中值为9.5至12.08μm、软化点为128至132℃的磺化沥青和粒径中值为18.93至24.55μm的乳化沥青。

Description

一种破碎带地层用强封堵防塌钻井液及其制备方法和其应用
技术领域
本发明提供了一种破碎带地层用强封堵防塌钻井液，特别是所述钻井液在破碎地层中的应用。
背景技术
塔里木盆地整体油气资源丰富，顺北油气田位于塔里木盆地顺托果勒低隆，油气资源17亿吨，是中石化近年来规模性商业发现之一，是西北油田产能接替的重要阵地，目前勘探开发主要集中在顺北1号、5号和7号主干断裂带，共部署约70口井。顺北油气田一间房组和鹰山组上段储集体类型主要为裂缝型和裂缝-溶洞型，储集体形成主要受断裂裂缝体系和流体性质、来源及规模影响。断裂裂缝体系直接控制裂缝型储集体的发育，可提高储集体渗透性并为流体或油气的充注提供通道，是储集体发育的主要控制因素。
受挤压构造影响，顺北油气田奥陶系一间房组和鹰山组地层破碎程度高、胶结差，极易发生坍塌掉块等钻井事故。自2018年以来，顺北油气田共5口井钻遇奥陶系破碎带，连续出现奥陶系地层垮塌掉块、阻卡频繁等复杂情况，造成复杂钻井周期累计达981天，经济和社会效益损失巨大。这就要求钻井液体系具有强封堵防塌能力，以能够在钻遇破裂带的情况下保证井壁的稳定性。
国家能源安全严峻而紧迫，因此开发一种断裂带碳酸盐岩破碎地层用强封堵防塌钻井液体系，对提高钻进效率，有效减少井下坍塌掉块等复杂情况发生具有重要的现实意义。
发明内容
本发明之一提供了一种钻井液，其包括水、膨润土、碳酸钠、降滤失剂、防塌剂、润滑剂和封堵剂，所述钻井液的pH值为8.5至9.5，密度为1至2g/cm3。
在一个具体实施方式中，所述钻井液的密度为1.2至1.4g/cm3。
在一个具体实施方式中，以100质量份的水为基准，所述膨润土为4至5质量份，所述碳酸钠为0.2至0.25质量份，所述降滤失剂为3至5质量份，所述防塌剂6至10质量份，所述润滑剂为4至6质量份，所述封堵剂为5至8质量份。
在一个具体实施方式中，所述防塌剂包括粒径中值为2.64至3.92μm的碳酸钙，粒径中值为9.5至12.08μm、软化点为128至132℃的磺化沥青和粒径中值为18.93至24.55μm的乳化沥青。
在一个具体实施方式中，所述碳酸钙、磺化沥青和乳化沥青的质量比为(1-3):1:1；其中，以100质量份的水为基准，碳酸钙2至6质量份，磺化沥青2质量份，乳化沥青2质量份。
在一个具体实施方式中，所述膨润土可以为钙基膨润土和/或钠基膨润土。
在一个具体实施方式中，所述降滤失剂为聚阴离子纤维素、磺化酚醛树脂和羧甲基纤维素中的至少一种。
在一个具体实施方式中，所述封堵剂为石墨烯纳米片和/或石蜡乳液。
在一个具体实施方式中，所述润滑剂为石墨粉。
随着钻深的加大，相对应的地层压力会逐渐增大，所以需要在钻井液中加入加重剂，其具体用量可以根据现场钻井的实际需要密度来确定。因此，在一个具体实施方式中，所述钻井液中还包括加重剂，优选地，所述加重剂为API标准重晶石粉。API标准的具体指标：密度≥4.2g/cm3，200目筛余量≥97％，325目筛余量≥85％，水溶物含量≤0.1％，粘土效应≤0.125Pa.s，硫酸钡含量≥90％。
在一个具体实施方式中，所述石墨烯纳米片的平均厚度为130至470nm，所述石蜡乳液的固相中值粒径介于0.83至1.18μm。
在一个具体实施方式中，所述润滑剂的粒径中值为3至6μm。
在一个具体实施方式中，所述降滤失剂为聚阴离子纤维素、磺化酚醛树脂和羧甲基纤维素中的至少一种。
本发明之二提供了根据本发明之一中任意一项所述的钻井液的制备方法，其包括如下步骤：
1)于水中依次加入膨润土和碳酸钠，混匀后静置，得到预水化膨润土浆；
2)于所述预水化膨润土浆中依次加入降滤失剂、防塌剂、润滑剂和封堵剂，搅拌均匀后，调节pH值至8.5至9.5；任选地再加入加重剂调节密度至1至2g/cm3，优选地调节密度至1.2至1.4g/cm3，从而得到所述钻井液。
在一个具体实施方式中，在步骤1)中，在或不在搅拌状态下于水中加入所述膨润土，第一次搅拌；在或不在搅拌状态下加入碳酸钠，第二次搅拌；之后静置。
在一个具体实施方式中，在步骤2)中，在或不在搅拌状态下于所述预水化膨润土浆中加入所述降滤失剂，第三次搅拌；在搅拌状态下加入所述防塌剂，第四次搅拌；在或不在搅拌状态下加入所述润滑剂，第五次搅拌；在或不在搅拌状态下加入所述封堵剂，第六次搅拌；在或不在搅拌状态下加入pH值调节剂，第七次搅拌；任选地，在或不在搅拌状态下加入加重剂，第八次搅拌；从而得到所述钻井液。
在一个具体实施方式中，所述防塌剂包括粒径中值为2.64至3.92μm的碳酸钙、粒径中值为9.5至12.08μm的磺化沥青和粒径中值为18.93至24.55μm的乳化沥青时，所述第四搅拌分为第I搅拌、所述第II搅拌和所述第III搅拌；加入所述碳酸钙进行第I搅拌；加入所述磺化沥青进行第II搅拌；加入所述乳化沥青进行第III搅拌。
在一个具体实施方式中，所述第一搅拌、所述第二搅拌、所述第六搅拌和所述第III搅拌的时间独立地为25至35分钟；所述第三搅拌、所述第I搅拌、所述第II搅拌和所述第五搅拌的时间独立地为35至45分钟；所述第七搅拌的时间为15至25分钟；所述第八搅拌的时间为55至65分钟。
在一个具体实施方式中，整个制备过程中在20至45℃的范围进行。
在一个具体实施方式中，在所述步骤1)中，静置的时间为24至28小时。
本发明之三提供了一种根据本发明之一中任意一项所述的钻井液或根据本发明之二中任意一项所述的制备方法制备得到的所述钻井液在封堵微纳米级发育孔缝、提高地层承压能力和防止碳酸盐岩地层垮塌掉块中的至少一种中的应用。
在一个具体实施方式中，所述应用为在断裂带碳酸盐岩破碎地层用于封堵微纳米级发育孔缝、提高井周地层承压能力和防止地层垮塌掉块中的至少一种中的应用。
本发明针对顺北油气田深井、超深井断裂带发育破碎地层频繁发生垮塌掉块和阻卡的钻探现状，为提高机械钻速和钻井时效，增强油气勘探开发成效，针对顺北断裂带发育破碎地层钻井研发出一种断裂带碳酸盐岩破碎地层用强封堵防塌多级纳微米钻井液，有益效果如下：
1)引入纳米级粒径刚性封堵剂(例如石墨烯纳米片)和柔性封堵剂(例如石蜡乳液)，搭配刚性助剂超细碳酸钙、柔性助剂磺化沥青和乳化沥青，配合膨润土、聚阴离子纤维素和重晶石，配合各处理剂间的最优加量，使钻井液粒径在0.4μm、2.5μm、15μm和55μm四点处于峰值，从而对诱发深层、超深层断裂带孔缝发育破碎层井壁掉块坍塌的裂缝进行重点封堵强化，在钻开地层的瞬间建立起力链网络封堵保护井壁。
2)亚洲最深顺北油气田重点开发井SHB5-11H井四开储层段现场应用表明，该多级纳微米断裂带碳酸盐岩破碎带用强封堵防塌钻井液可有效提高薄弱地层井壁承压，遏制井壁掉块坍塌，快速有效携岩，有力提高机械钻速，降本增效，经济和社会效益巨大。
3)以该断裂带碳酸盐岩破碎地层用强封堵防塌多级纳微米钻井液为基础，为全面攻克、解决非水敏性破碎地层井壁失稳技术难题提供了强大的技术支撑，有助于顺北油气田后续其它断裂带破碎地层实现安全优快钻井。
附图说明
图1显示了实施例7钻井液中颗粒的粒径分布图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明实施例仅为示例性的说明，该实施方式无论在任何情况下均不构成对本发明的限定。
以下实施例中使用的聚阴离子纤维素为自由流动的白色粉末，密度0.4g/cm3，水分≤10％。
以下实施例中使用的磺化酚醛树脂SMP-II为棕红色自由流动粉末，干基质量分数≥90％，水不溶物含量≤10％。
以下实施例中使用的羧甲基纤维素为自由流动的白色粉末，密度1.3g/cm3，代替度(DS)≥0.8％，PH值为6.5至8.5，烘失量≤10％，氯化物≤8.0％。
以下实施例中使用的石墨烯纳米片为自由流动的黑色粉末，电导率为1000S/cm，热导率为3000W/m·K，比表面积500m2/g，松装密度0.025g/cm3，碳含量为99.0wt％，硫含量为0.5wt％，氧含量为0.5wt％，含水量为1wt％，金属离子含量为100ppm。以下实施例中使用的石蜡乳液购自眉山西南石大金牛石油科技有限公司，牌号为XNEP-2，该石蜡乳液为白色乳状液，干基质量分数为45％，荧光级别为5级，油溶率为27wt％，任意比例水稀释不分层、不破乳，储存稳定性为8个月。
以下实施例中使用的API重晶石粉的具体指标：密度为4.2g/cm3，200目筛余量≥97％，325目筛余量≥85％，水溶物含量≤0.1％，粘土效应≤0.125Pa.s，硫酸钡含量≥90％。
实施例1
量取100质量份水，将其升温至35℃，低速700r/min电动搅拌下，加入4.0质量份钙基膨润土，搅拌25分钟(第一次搅拌)后加入0.20质量份Na2CO3，再搅拌25分钟(第二次搅拌)后，20℃室温条件下静置24h进行预水化处理；再低速1000r/min电动搅拌下加入3.0质量份降滤失剂聚阴离子纤维素，搅拌35分钟(第三次搅拌)后加入粒径中值为2.64μm的防塌剂超细碳酸钙4.0质量份，搅拌35分钟(第I搅拌)后加入粒径中值为9.35μm、软化点为128℃的防塌剂磺化沥青2.0质量份，搅拌35(第II搅拌)分钟后加入粒径中值为18.93μm的防塌剂乳化沥青2质量份，搅拌25分钟(第III搅拌)后加入润滑剂石墨粉4.0质量份，搅拌35分钟(第五次搅拌)后加入平均厚度为130nm的石墨烯纳米片3.0质量份和固相中值粒径为0.83μm(使用激光粒度测试仪自行测定)的石蜡乳液2.0重量份，搅拌25分钟(第六次搅拌)后用氢氧化钠调节钻井液PH至8.5，搅拌15分钟(第七次搅拌)后加入加重剂API重晶石粉调节体系密度至1.20g/cm3(通过钻井液密度计测定得到)，搅拌55分钟(第八次搅拌)后得到所述钻井液。
实施例2
量取100质量份水，将其升温至35℃，低速700r/min电动搅拌下，加入4.0质量份钙基膨润土，搅拌25分钟(第一次搅拌)后加入0.20质量份Na2CO3，再搅拌25分钟(第二次搅拌)后，室温条件下静置24h进行预水化处理；再低速1000r/min电动搅拌下加入4.0质量份降滤失剂聚阴离子纤维素，搅拌35分钟(第三次搅拌)后加入粒径中值为2.64μm的防塌剂超细碳酸钙5.0质量份，搅拌35分钟(第I搅拌)后加入粒径中值为9.35μm、软化点为128℃的防塌剂磺化沥青2质量份，搅拌35分钟(第II搅拌)后加入粒径中值为18.93μm的防塌剂乳化沥青2质量份，搅拌25分钟(第III搅拌)后加入润滑剂石墨粉5.0质量份，搅拌35分钟(第五次搅拌)后加入平均厚度为130nm的石墨烯纳米片4.0质量份和固相中值粒径为0.83μm(使用激光粒度测试仪自行测定)的石蜡乳液2.5重量份，搅拌25分钟(第六次搅拌)后用氢氧化钠调节钻井液PH至8.5，搅拌15分钟(第七次搅拌)后加入加重剂API重晶石粉调节体系密度至1.20g/cm3，搅拌55分钟(第八次搅拌)后得到所述钻井液。
实施例3
量取100质量份水，将其升温至35℃，低速700r/min电动搅拌下，加入4.0质量份钙基膨润土，搅拌25分钟(第一次搅拌)后加入0.20质量份Na2CO3，再搅拌25分钟(第二次搅拌)后，室温条件下静置24h进行预水化处理；再低速1000r/min电动搅拌下加入5.0质量份降滤失剂聚阴离子纤维素，搅拌35分钟(第三次搅拌)后加入粒径中值为2.64μm的防塌剂超细碳酸钙6.0质量份，搅拌35分钟(第I搅拌)后加入粒径中值为9.35μm、软化点为128℃的防塌剂磺化沥青2质量份，搅拌35分钟(第II搅拌)后加入粒径中值为18.93μm的防塌剂乳化沥青2质量份，搅拌25分钟(第III搅拌)后加入润滑剂石墨粉6.0质量份，搅拌35分钟(第五次搅拌)后加入平均厚度为130nm的石墨烯纳米片5.0质量份和固相中值粒径为0.83μm(使用激光粒度测试仪自行测定)的石蜡乳液3.0重量份，搅拌25分钟(第六次搅拌)后用氢氧化钠调节钻井液PH至8.5，搅拌15分钟(第七次搅拌)后加入加重剂API重晶石粉调节体系密度至1.20g/cm3，搅拌55分钟(第八次搅拌)后得到所述钻井液。
实施例4
量取100质量份水，将其升温至40℃，低速700r/min电动搅拌下，加入4.5质量份钙基膨润土，搅拌30分钟(第一次搅拌)后加入0.225质量份Na2CO3，再搅拌30分钟(第二次搅拌)后，室温条件下静置24h进行预水化处理；再低速1000r/min电动搅拌下加入3.0质量份降滤失剂磺化酚醛树脂SMP-II，搅拌40分钟(第三次搅拌)后加入粒径中值为3.13μm的防塌剂超细碳酸钙4.0质量份，搅拌40分钟(第I搅拌)后加入粒径中值为10.21μm、软化点为130℃的防塌剂磺化沥青2质量份，搅拌40分钟(第II搅拌)后加入粒径中值为21.39μm的防塌剂乳化沥青2质量份，搅拌30分钟(第III搅拌)后加入润滑剂石墨粉4.0质量份，搅拌40分钟(第五次搅拌)后加入平均厚度为290nm的石墨烯纳米片3.0质量份和固相中值粒径为1.07μm(使用激光粒度测试仪自行测定)的石蜡乳液2.0重量份，搅拌30分钟(第六次搅拌)后用氢氧化钠调节钻井液PH至9.0，搅拌20分钟(第七次搅拌)后加入适量加重剂API重晶石粉调节体系密度至1.30g/cm3，搅拌60分钟(第八次搅拌)后得到所述钻井液。
实施例5
量取100质量份水，将其升温至40℃，低速700r/min电动搅拌下，加入4.5质量份钙基膨润土，搅拌30分钟(第一次搅拌)后加入0.225质量份Na2CO3，再搅拌30分钟(第二次搅拌)后，室温条件下静置24h进行预水化处理；再低速1000r/min电动搅拌下加入4.0质量份降滤失剂磺化酚醛树脂SMP-II，搅拌40分钟(第三次搅拌)后加入粒径中值为3.13μm的防塌剂超细碳酸钙5.0质量份，搅拌40分钟(第I搅拌)后加入粒径中值为10.21μm、软化点为130℃的防塌剂磺化沥青2质量份，搅拌40分钟(第II搅拌)后加入粒径中值为21.39μm的防塌剂乳化沥青2质量份，搅拌30分钟(第III搅拌)后加入润滑剂石墨粉5.0质量份，搅拌40分钟(第五次搅拌)后加入平均厚度为290nm的石墨烯纳米片4.0质量份和固相中值粒径为1.07μm(使用激光粒度测试仪自行测定)的石蜡乳液2.5重量份，搅拌30分钟(第六次搅拌)后用氢氧化钠调节钻井液PH至9.0，搅拌20分钟(第七次搅拌)后加入加重剂API重晶石粉调节体系密度至1.30g/cm3，搅拌60分钟(第八次搅拌)后得到所述钻井液。
实施例6
量取100质量份水，将其升温至40℃，低速700r/min电动搅拌下，加入4.5质量份钙基膨润土，搅拌30分钟(第一次搅拌)后加入0.225质量份Na2CO3，再搅拌30分钟(第二次搅拌)后，室温条件下静置24h进行预水化处理；再低速1000r/min电动搅拌下加入5.0质量份降滤失剂磺化酚醛树脂SMP-II，搅拌40分钟(第三次搅拌)后加入粒径中值为3.13μm的防塌剂超细碳酸钙6.0质量份，搅拌40分钟(第I搅拌)后加入粒径中值为10.21μm、软化点为130℃的防塌剂磺化沥青2质量份，搅拌40分钟(第II搅拌)后加入粒径中值为21.39μm的防塌剂乳化沥青2质量份，搅拌30分钟(第III搅拌)后加入润滑剂石墨粉6.0质量份，搅拌40分钟(第五次搅拌)后加入平均厚度为290nm的石墨烯纳米片5.0质量份和固相中值粒径为1.07μm(使用激光粒度测试仪自行测定)的石蜡乳液3.0重量份，搅拌30分钟(第六次搅拌)后用氢氧化钠调节钻井液PH至9.0，搅拌20分钟(第七次搅拌)后加入适量加重剂API重晶石粉调节体系密度至1.30g/cm3，搅拌60分钟(第八次搅拌)后得到所述钻井液。
实施例7
量取100质量份水，将其升温至45℃，低速700r/min电动搅拌下，加入5.0质量份钙基膨润土，搅拌35分钟(第一次搅拌)后加入0.25质量份Na2CO3，再搅拌35分钟(第二次搅拌)后，室温条件下静置24h进行预水化处理；再低速1000r/min电动搅拌下加入3.0质量份降滤失剂羧甲基纤维素，搅拌45分钟(第三次搅拌)后加入粒径中值为3.92μm的防塌剂超细碳酸钙4.0质量份，搅拌45分钟(第I搅拌)后加入粒径中值为12.08μm、软化点为132℃的防塌剂磺化沥青2质量份，搅拌45分钟(第II搅拌)后加入粒径中值为24.55μm的防塌剂乳化沥青2质量份，搅拌35分钟(第III搅拌)后加入润滑剂石墨粉4.0质量份，搅拌45分钟(第五次搅拌)后加入平均厚度为470nm的石墨烯纳米片3.0质量份和固相中值粒径为1.18μm(使用激光粒度测试仪自行测定)的石蜡乳液2.0重量份，搅拌35分钟(第六次搅拌)后用氢氧化钠调节钻井液PH至9.5，搅拌25分钟(第七次搅拌)后加入适量加重剂API重晶石粉调节体系密度至1.40g/cm3，搅拌65分钟(第八次搅拌)后得到所述钻井液。
实施例8
量取100质量份水，将其升温至35℃，低速700r/min电动搅拌下，加入5.0质量份钙基膨润土，搅拌35分钟(第一次搅拌)后加入0.25质量份Na2CO3，再搅拌35分钟(第二次搅拌)后，室温条件下静置24h进行预水化处理；再低速1000r/min电动搅拌下加入4.0质量份降滤失剂羧甲基纤维素，搅拌45分钟(第三次搅拌)后加入粒径中值为3.92μm的防塌剂超细碳酸钙5.0质量份，搅拌45分钟(第I搅拌)后加入粒径中值为12.08μm、软化点为132℃的防塌剂磺化沥青2质量份，搅拌45分钟(第II搅拌)后加入粒径中值为24.55μm的防塌剂乳化沥青2质量份，搅拌35分钟(第III搅拌)后加入润滑剂石墨粉5.0质量份，搅拌45分钟(第五次搅拌)后加入平均厚度为470nm的石墨烯纳米片4.0质量份和固相中值粒径为1.18μm(使用激光粒度测试仪自行测定)的石蜡乳液2.5重量份，搅拌35分钟(第六次搅拌)后用氢氧化钠调节钻井液PH至9.5，搅拌25分钟(第七次搅拌)后加入适量加重剂API重晶石粉调节体系密度至1.40g/cm3，搅拌65分钟(第八次搅拌)后得到所述钻井液。
实施例9
量取100质量份水，将其升温至35℃，低速700r/min电动搅拌下，加入5.0质量份钙基膨润土，搅拌35分钟(第一次搅拌)后加入0.25质量份Na2CO3，再搅拌35分钟(第二次搅拌)后，室温条件下静置24h进行预水化处理；再低速1000r/min电动搅拌下加入5.0质量份降滤失剂羧甲基纤维素，搅拌45分钟(第三次搅拌)后加入粒径中值为3.92μm的防塌剂超细碳酸钙6.0质量份，搅拌45分钟(第I搅拌)后加入粒径中值为12.08μm、软化点为132℃的防塌剂磺化沥青2质量份，搅拌45分钟(第II搅拌)后加入粒径中值为24.55μm的防塌剂乳化沥青2质量份，搅拌35分钟(第III搅拌)后加入润滑剂石墨粉6.0质量份，搅拌45分钟(第五次搅拌)后加入平均厚度为470nm的石墨烯纳米片5.0质量份和固相中值粒径为1.18μm(使用激光粒度测试仪自行测定)的石蜡乳液3.0重量份，搅拌35分钟(第六次搅拌)后用氢氧化钠调节钻井液PH至9.5，搅拌25分钟(第七次搅拌)后加入适量加重剂API重晶石粉调节体系密度至1.40g/cm3，搅拌65分钟(第八次搅拌)后得到所述钻井液。
对比例1
按照与实施例5相同的方法制备钻井液，不同之处在于：粒径中值为3.13μm的防塌剂碳酸钙的加量为0质量份。
对比例2
按照与实施例5相同的方法制备钻井液，不同之处在于：粒径中值为10.21μm、软化点为130℃的防塌剂磺化沥青的加量为0质量份。
对比例3
按照与实施例5相同的方法制备钻井液，不同之处在于：粒径中值为21.39μm的防塌剂乳化沥青的加量为0质量份。
对比例4
按照与实施例5相同的方法制备钻井液，不同之处在于：石墨烯纳米片和石蜡乳液的加量均为0质量份。
对比例5
按照与实施例5相同的方法制备钻井液，不同之处在于：粒径中值为3.13μm的防塌剂碳酸钙和粒径中值为10.21μm、软化点为130℃的磺化沥青的加量为0质量份。
对比例6
按照与实施例5相同的方法制备钻井液，不同之处在于：粒径中值为3.13μm的防塌剂碳酸钙、粒径中值为10.21μm、软化点为130℃的磺化沥青和粒径中值为21.39μm的乳化沥青的加量均为0质量份。
对比例7
按照与实施例5相同的方法制备钻井液，不同之处在于：粒径中值为3.13μm的防塌剂碳酸钙、粒径中值为10.21μm、软化点为130℃的磺化沥青、粒径中值为21.39μm的乳化沥青、平均厚度为290nm的石墨烯纳米片及固相中值粒径为1.07μm的石蜡乳液2.0重量份的加量为0质量份。
测试例
1)分别取500mL实施例1至9以及对比例1至7配制的钻井液，按照GBT 16783.1-2014《钻井液现场测试》第1部分水基钻井液的测试方法，使用钻井液用液体密度计YM-2(2.5)测定其在常温常压下的密度，使用钻井液用高温高压滤失仪GGS71-B测定其在温度为140℃、压差为3.5MPa的高温高压(HTHP)下的失水量、使用游标卡尺测量滤失实验过程中产生的泥饼的厚度，借以表征钻井过程中钻井液的滤失造壁和封堵防塌性能。使用PH试纸测定常温常压下的钻井液PH。测试结果如表1所示。
表1实施例和对比例钻井液性能
实施例 密度/(g/cm<sup>3</sup>) 失水量/mL 泥饼厚度/mm PH
实施例1 1.20 11.0 1.1 8.5
实施例2 1.20 10.4 0.9 8.5
实施例3 1.20 10.0 0.9 8.5
实施例4 1.30 8.6 0.6 9.0
实施例5 1.30 8.0 0.4 9.0
实施例6 1.30 7.8 0.5 9.0
实施例7 1.40 7.6 0.4 9.5
实施例8 1.40 8.0 0.5 9.5
实施例9 1.40 7.8 0.6 9.5
对比例1 1.30 15.2 2.2 9.0
对比例2 1.30 16.0 2.3 9.0
对比例3 1.30 16.0 2.5 9.0
对比例4 1.30 18.6 2.5 9.0
对比例5 1.30 16.8 2.6 9.0
对比例6 1.30 16.8 2.6 9.0
对比例7 1.30 17.2 2.7 9.0
如表1高温高压滤失实验测试结果所示，实施例1至9制备的钻井液在高温高压下失水量均不超过11.0mL，泥饼厚度均不超过1.1mm，说明实施例钻井液内各组分协同增效作用明显，在适宜的钻井液助剂(比如防塌剂)浓度内，以适当的比例制备而成的断裂带碳酸盐岩破碎地层用强封堵防塌钻井液具有良好的滤失造壁性。而对比例1至7制备的钻井液在高温高压下失水量均超过15.2mL，泥饼厚度均超过2.2mm，说明对于断裂带碳酸盐岩破碎地层用强封堵防塌钻井液体系强封堵防塌作用而言，对比例钻井液内各组分间缺乏协同增效作用。
2)取100mL搅拌均匀的实施例7钻井液，按照英国马尔文激光粒度仪Mastersizer3000的操作规程，测试其粒径分布图，如图1所示。由图1可知，钻井液中固相颗的粒粒径在0.4μm、2.5μm、15μm和55μm四点处于峰值，在钻进时可对诱发深层、超深层断裂带发育破碎层井壁掉块坍塌的裂缝进行重点封堵强化，在钻开地层的瞬间建立起力链网络封堵保护井壁。
总之，本发明的可用于断裂带碳酸盐岩破碎地层的强封堵防塌钻井液可形成薄而致密的泥饼，具有优异的滤失造壁和封堵防塌性能。
现场应用实施例
顺北油气田因地质断裂运动导致地层破碎和应力集中，存在大量裂缝和弱结构面，在未实现有效封堵孔缝时，基于现有技术提高钻井液密度不仅无法稳定井壁，反而导致“井壁失稳-提高密度-短暂稳定-加剧滤液侵入-坍塌恶化”的恶性循环。以顺北5号挤压断裂带为例，顺北5-11H井的邻井5-1X井、顺北5-3井因奥陶系地层破碎垮塌，分别损失钻井周期242天和184天，按日均钻井成本13万元计算，累计损失5538万元。
为避免顺北5-11H井破碎带地层钻进时发生大规模垮塌掉块和卡钻事故，于该井7421-8014m储层段应用实施例7的钻井液体系。在钻井液体系性能方面，控制钻井液高温高压失水量小于10.0mL，瞬时失水小于1.0mL，动塑比大于5.0。在封堵防塌方面，控制钻井液粒径分布在0.4μm、2.5μm、15μm和55μm四点处于峰值，对诱发深层、超深层断裂带孔缝发育破碎层井壁掉块坍塌的裂缝进行重点封堵强化。
根据四开完钻后的实测井径数据可知，四开储层段最大井径为19.258cm，最小井径为14.519cm，平均井径为16.069cm，平均井径扩大率为7.7％，最大井径扩大率为29.08％，表明钻进时实施例7钻井液实现了对该井四开破碎带地层的高效封堵防塌。不仅钻井全程无阻卡，而且创造了5号断裂带定向钻井周期最短(周期23.2天)和井径最好(扩径率7.70％)的两项纪录。
可见，针对顺北油气田深井、超深井断裂带发育破碎地层频繁发生垮塌掉块和阻卡的钻探现状，本发明的钻井液，通过引入纳米级粒径封堵剂(纳米石墨烯和石蜡乳液)，搭配刚性防塌剂超细碳酸钙、柔性防塌剂磺化沥青和乳化沥青，配合膨润土、聚阴离子纤维素和重晶石，配合各处理剂间的最优加量，使钻井液粒径在0.4μm、2.5μm、15μm和55μm四点处于峰值，实现了对诱发深层、超深层断裂带孔缝发育破碎层井壁掉块坍塌裂缝的重点封堵强化。同时，该钻井液在超深井高温高压环境下通过高温交联和协同增效作用使钻井液性能得到进一步改善，在钻开地层的瞬间建立起力链网络，遏制井壁掉块坍塌，从根本上有效提高破碎弱构造地层的井壁承压能力，有力地支撑了优快钻井和降本增效。
虽然本发明已经参照具体实施方式进行了描述，但是本领域的技术人员应该理解在没有脱离本发明的真正的精神和范围的情况下，可以进行的各种改变。此外，可以对本发明的主体、精神和范围进行多种改变以适应特定的情形、材料、材料组合物和方法。所有的这些改变均包括在本发明的权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种钻井液，其包括水、膨润土、碳酸钠、降滤失剂、防塌剂、润滑剂和封堵剂；所述钻井液的pH值为8.5至9.5，密度为1至2g/cm3。
2.根据权利要求1所述的钻井液，其特征在于，以100质量份的水为基准，所述膨润土为4至5质量份，所述碳酸钠为0.2至0.25质量份，所述降滤失剂为3至5质量份，所述防塌剂6至10质量份，所述润滑剂为4至6质量份，所述封堵剂为5至8质量份。
3.根据权利要求1或2所述的钻井液，其特征在于，所述防塌剂包括粒径中值为2.64至3.92μm的碳酸钙，粒径中值为9.5至12.08μm、软化点为128至132℃的磺化沥青和粒径中值为18.93至24.55μm的乳化沥青；
优选地，所述碳酸钙、磺化沥青和乳化沥青的质量比为(1-3):1:1；其中，以100质量份的水为基准，碳酸钙2至6质量份，磺化沥青2质量份，乳化沥青2质量份。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的钻井液，其特征在于，所述膨润土为钙基膨润土和/或钠基膨润土；和/或
所述降滤失剂为聚阴离子纤维素、磺化酚醛树脂和羧甲基纤维素中的至少一种；和/或
所述封堵剂为石墨烯纳米片和/或石蜡乳液；和/或
所述润滑剂为石墨粉；和/或
所述钻井液中还包括加重剂，优选地，所述加重剂为API标准重晶石粉。
5.根据权利要求4所述的钻井液，其特征在于，所述石墨烯纳米片的平均厚度为130至470nm；所述石蜡乳液的固相粒径中值为0.83至1.18μm；和/或
所述润滑剂的粒径中值为3至6μm。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的钻井液的制备方法，其包括如下步骤：
1)于水中依次加入膨润土和碳酸钠，混匀后静置，得到预水化膨润土浆；
2)于所述预水化膨润土浆中依次加入降滤失剂、防塌剂、润滑剂和封堵剂，搅拌均匀后，调节pH值至8.5至9.5；任选地再加入加重剂调节密度至1至2g/cm3，优选地调节密度至1.2至1.4g/cm3，从而得到所述钻井液。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤1)中，在或不在搅拌状态下于水中加入所述膨润土，第一次搅拌；在或不在搅拌状态下加入碳酸钠，第二次搅拌；之后静置。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，在步骤2)中，在或不在搅拌状态下于所述预水化膨润土浆中加入所述降滤失剂，第三次搅拌；在搅拌状态下加入所述防塌剂，第四次搅拌；在或不在搅拌状态下加入所述润滑剂，第五次搅拌；在或不在搅拌状态下加入所述封堵剂，第六次搅拌；在或不在搅拌状态下加入pH值调节剂，第七次搅拌；任选地，在或不在搅拌状态下加入加重剂，第八次搅拌；从而得到所述钻井液；
优选地，所述防塌剂包括粒径中值为2.64至3.92μm的碳酸钙、粒径中值为9.5至12.08μm的磺化沥青和粒径中值为18.93至24.55μm的乳化沥青时，所述第四搅拌分为第I搅拌、所述第II搅拌和所述第III搅拌；加入所述碳酸钙进行第I搅拌；加入磺化沥青进行第II搅拌；加入所述乳化沥青进行第III搅拌；
优选地，所述第一搅拌、所述第二搅拌、所述第六搅拌和所述第III搅拌的时间独立地为25至35分钟；所述第三搅拌、所述第I搅拌、所述第II搅拌和所述第五搅拌的时间独立地为35至45分钟；所述第七搅拌的时间为15至25分钟；所述第八搅拌的时间为55至65分钟。
9.根据权利要求6至8中任意一项所述的制备方法，其特征在于，整个制备过程中在20至45℃的范围进行；和/或
在所述步骤1)中，静置的时间为24至28小时。
10.根据权利要求1至5中任意一项所述的钻井液或根据权利要求6至9中任意一项所述的制备方法制备得到的所述钻井液在封堵微纳米级发育孔缝、提高地层承压能力和防止碳酸盐岩地层垮塌掉块中的至少一种中的应用；
优选地，所述应用为在断裂带碳酸盐岩破碎地层用于封堵微纳米级发育孔缝、提高井周地层承压能力和防止地层垮塌掉块中的至少一种中的应用。
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