CN114621737B - 水基钻井液体系及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水基钻井液体系及其制备方法，涉及石油钻井领域。该水基钻井液体系包括：膨润土、氢氧化钠、降滤失剂、纳米封堵剂、井壁强化剂、抑制剂、包被剂、细目钙、复合盐、重晶石和水。基于100ml的水，膨润土为3g‑8g，氢氧化钠为0.1g‑0.8g、降滤失剂为0.5g‑2.5g，纳米封堵剂为2g‑6g，井壁强化剂为1g‑6g，抑制剂为0.1g‑0.6g，包被剂为0.1g‑0.6g，细目钙为2g‑6g，复合盐为15g‑30g；重晶石的重量份由水基钻井液体系的密度确定。该水基钻井液体系在钻井的过程中能较好的稳定井壁、降低井下复杂情况。

Description

水基钻井液体系及其制备方法
技术领域
本发明实施例涉及石油钻井领域，特别涉及水基钻井液体系及其制备方法。
背景技术
对于凹陷灰质、膏质发育的页岩地层，例如，吉林油田吉木萨尔区块，在前期钻井作业过程中容易存在泥岩缩径、井壁失稳等问题，经分析，这类页岩地层的粘土矿物总量在30％-50％之间，主要以伊蒙混层为主，同时含有一定绿泥石。当水分子进入层理面和裂缝层片之间时，加剧了粘土微粒的膨胀、运移，进而堵塞地层孔喉，降低储层有效渗透率，对储层造成不可挽回的损害；同时高粘土矿物地层很容易发生水化，导致岩石强度变低、硬度减小，钻井施工表现为起钻挂卡、下钻频繁划眼，严重地会造成井眼报废。
目前，对于上述类型的页岩地层的钻井作业，所使用的钻井液体系为常规水基钻井液体系，例如，其包括：无机盐、包被剂、超细钙和沥青等。
在实现本发明实施例的过程中，本发明人发现相关技术存在以下几个方面的问题：
目前常规的水基钻井液体系对于上述容易存在泥岩缩径、井壁失稳等问题的页岩地层的钻井作业，并不能达到良好的保护储层和稳定井壁的目的。
发明内容
本发明实施例提供一种水基钻井液体系及其制备方法，以解决页岩开采钻井过程中出现的地层上层缩径卡钻、下层井壁失稳等问题。
具体而言，包括以下技术方案：
一方面，本发明实施例提供了一种水基钻井液体系，所述水基钻井液体系包括以下组分：膨润土、氢氧化钠、降滤失剂、纳米封堵剂、井壁强化剂、抑制剂、包被剂、细目钙、复合盐、重晶石和水。
基于100ml的水，所述膨润土为3g-8g，所述氢氧化钠为0.1g-0.8g、所述降滤失剂为0.5g-2.5g，所述纳米封堵剂为2g-6g，所述井壁强化剂为1g-6g，所述抑制剂为0.1g-0.6g，所述包被剂为0.1g-0.6g，所述细目钙为2g-6g，所述复合盐为15g-30g；
所述重晶石的重量份由所述水基钻井液体系的密度确定。
在一些可能的实现方式中，所述纳米封堵剂为聚乙二醇表面改性的纳米石墨烯。
在一些可能的实现方式中，所述井壁强化剂为用于井壁稳定的仿生聚合物。
在一些可能的实现方式中，所述仿生聚合物包括：主链、与所述主链接枝的仿生基团；
所述主链为水溶性聚合物；
所述仿生基团为多巴胺基团。
在一些可能的实现方式中，所述抑制剂为芳香胺盐酸盐。
在一些可能的实现方式中，所述复合盐为氯化钾和氯化钠的混合物。
在一些可能的实现方式中，所述包被剂为丙烯酰胺类聚合物。
在一些可能的实现方式中，所述降滤失剂为纤维素类降滤失剂。
另一方面，本发明实施例还提供了上述任一种水基钻井液体系的制备方法，所述方法包括：
将膨润土溶解于水中，制备得到土浆；
将所述土浆、氢氧化钠、降滤失剂、纳米封堵剂、井壁强化剂、抑制剂、包被剂、细目钙、复合盐混合均匀，形成基液；
根据所述水基钻井液体系的密度，向所述基液内加入重晶石，混合均匀，得到所述水基钻井液体系。
在一些可能的实现方式中，将膨润土溶解于水中，在3000rpm-4000rpm的转速下搅拌1-2小时，然后静置20-24小时，得到所述土浆。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
本发明实施例提供的水基钻井液，通过使用了上述质量百分比的各组分，特别地，使用了井壁强化剂、抑制剂和纳米封堵剂，通过井壁强化剂利于对泥页岩进行加固、强化，提供泥页岩的胶结强度，通过抑制剂能够抑制泥页岩中粘土的水化膨胀，通过纳米封堵剂能够对地层中的微纳米级孔隙及微裂隙进行有效封堵。在上述各组分的协同作用下，能够达到保护储层和稳定井壁的双重作用，利于降低井下复杂情况，提高钻井速度。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。
吉林油田吉木萨尔区块位于新疆昌吉州吉木萨尔县境内，在前期钻井过程中泥岩缩径、井壁失稳等复杂情况频发，钻井周期长，严重制约了勘探进程。经分析发现，该区域页岩地层粘土矿物总量在30％-50％之间，主要以伊蒙混层为主，同时含有一定绿泥石。当水分子进入层理面和裂缝层面之间时，加剧了粘土微粒的膨胀、运移，堵塞地层孔喉，降低储层有效渗透率，对储层造成不可挽回的损害，同时高粘土矿物地层很容易发生水化，导致岩石强度变低、硬度减小，钻井施工表现为起钻挂卡、下钻频发划眼，严重的会造成井眼报废。
吉木萨尔区块钻井技术的难点包括：新近系、古近系膏质、灰质泥岩发育，易膨胀缩径卡钻；齐古组地层泥岩水敏性强，容易造成井眼膨胀缩径卡钻，底部泥岩易剥落掉块；西山窑、八道湾煤层发育易垮塌，煤层段较长，易形成大肚子，返砂困难造成挂卡；烧房沟、梧桐沟组硬脆泥岩掉块，下钻遇阻频繁划眼等情况。
因此，需要开发一种水基钻井液体系，以解决如吉木萨尔区块之类的页岩地层存在的上部地层缩径卡钻、下部地层井壁失稳、储层保护难度大的问题。
本发明实施例一方面提供一种水基钻井液体系，该水基钻井液体系包括以下组分：膨润土、氢氧化钠、降滤失剂、纳米封堵剂、井壁强化剂、抑制剂、包被剂、细目钙、复合盐、重晶石和水。
基于100ml的水，膨润土为3g-8g，氢氧化钠为0.1g-0.8g、降滤失剂为0.5g-2.5g，纳米封堵剂为2g-6g，井壁强化剂为1g-6g，抑制剂为0.1g-0.6g，包被剂为0.1g-0.6g，细目钙为2g-6g，复合盐为15g-30g；
重晶石的重量份由水基钻井液体系的密度确定。
在一些可能的实现方式中，以1体积份为1ml，1重量份为1g为标准，基于100体积份的水，膨润土为4-6重量份，氢氧化钠为0.2-0.5重量份、降滤失剂为1-2重量份，纳米封堵剂为3-5重量份，井壁强化剂为2-5重量份，抑制剂为0.2-0.5重量份，包被剂为0.2-0.5重量份，细目钙为3-5重量份，复合盐为20-28重量份，重晶石的重量份由所需要配制的水基钻井液体系的密度确定。
本发明实施例提供的水基钻井液，通过使用了上述质量百分比的各组分，特别地，使用了井壁强化剂、抑制剂和纳米封堵剂，通过井壁强化剂利于对泥页岩进行加固、强化，提供泥页岩的胶结强度，通过抑制剂能够抑制泥页岩中粘土的水化膨胀，通过纳米封堵剂能够对地层中的微纳米级孔隙及微裂隙进行有效封堵。在上述各组分的协同作用下，能够达到保护储层和稳定井壁的双重作用，利于降低井下复杂情况，提高钻井速度。
以下就该水基钻井液体系中涉及的各组分及其作用分别进行阐述：
在一些可能的实现方式中，纳米封堵剂为聚乙二醇表面改性的纳米石墨烯，其可参见专利CN110205104A所述。
该纳米封堵剂通过以下方法制备得到：步骤1：将纳米石墨烯分散在溶剂中得到分散液；步骤2：将聚乙二醇分散在所述分散液中进行表面改性；步骤3：对步骤2得到的产物水洗、分离和干燥，得到该纳米封堵剂。
其中，步骤1中，使用的溶剂为水和/或无水乙醇；优选地，相对于100mL的溶剂，纳米石墨烯的用量为0.05g-5g。
步骤2中，表面改性的条件为：温度为60-80℃，搅拌速率为500-900r/min，时间为3-5小时；优选地，相对于100mL的所述溶剂，聚乙二醇的用量为1-5g。
步骤3中，分离的条件包括：分离的转速为3000r/min-5000r/min；干燥的条件包括：温度为50℃-80℃，时间为6h-12h。
常规封堵材料粒径较大且与裂缝不匹配，很难进入页岩微纳米裂缝，且极易产生团聚现象，使颗粒尺寸变大，影响钻井液整体性能。本发明实施例使用聚乙二醇包被纳米石墨烯颗粒实现表面改性制备出具有强封堵性的纳米封堵剂，具有优良的水稳定性，防止纳米粒子之间团聚。本发明实施例使用的纳米封堵剂能够对微纳米级裂缝实现有效封堵，阻断钻井液液相进入裂缝，在近井壁形成持久致密的封堵屏障，进而阻止孔隙压力传递、降低水力尖劈效应，防止掉块，实现地层有效防塌，保持地层稳定。
本发明实施例提供的纳米封堵剂的粒径分布为30nm-80nm，优选为40nm-75nm。
本发明实施例中，使用的井壁强化剂为用于井壁稳定的仿生聚合物。在一些可能的实现方式中，仿生聚合物包括：主链、与主链接枝的仿生基团；主链为水溶性聚合物，例如为羧甲基壳聚糖；仿生基团为多巴胺基团。
本发明实施例所使用的井壁强化剂可以参见CN104177517A中涉及的井壁强化剂及井壁强化剂的制备方法。
上述井壁强化剂能够自发在泥页岩即表明吸附并通过“仿生基团”与泥岩表面的Ca2+、Mg2+等金属离子发生螯合交联反应，固化形成具有较强黏附性和内聚力的凝胶膜，即“仿生壳”，“仿生壳”能够提高泥页岩的胶结强度，从而实现泥页岩强化，从而利于井壁的稳定。
本发明实施例所提供的水基钻井液通过井壁强化剂直接对泥页岩进行加固、强化来提供泥页岩胶结强度，且能够一定程度上抑制泥页岩中粘土的水化膨胀，并能够对纳微米级孔隙及微裂隙进行有效封堵，能够达到保护储层和稳定井壁的双重作用，能够降低井下复杂情况，提高钻井速度，且能够快速发现和保护储层，加快勘探开发进度。
相关技术中采用的抑制剂一般为聚丙烯酸钾、聚丙烯酰胺、胺基抑制剂等，抑制粘土水化效果一般。
本发明实施例中，所使用的抑制剂为芳香胺盐酸盐，例如为盐酸多巴胺。
将芳香胺盐酸盐，特别是盐酸多巴胺作为钻井液用页岩抑制剂能够起到极强的抑制粘土水化分散的作用。这因为在钻井过程中，通过将盐酸多巴胺和钻井液混合，使得在钻井液侵入页岩地层时，盐酸多巴胺能够嵌入页岩中的粘土层间域并与相邻粘土晶层形成强氢键，从而起到极强的抑制粘土水化分散的作用。此外，盐酸多巴胺具备优良的页岩地层封堵性能，这是因为盐酸多巴胺在页岩近表面的孔隙和微裂缝间自发聚合形成纳-微米级封堵材料，有效封堵了页岩的孔隙和微裂缝，防止了钻井液中自由水侵入页岩，并通过抑制页岩微裂缝的发育，起到了抑制页岩分散、剥落的作用。
本发明实施例中，作为钻井液用页岩抑制剂的盐酸多巴胺具有优良的抑制效果。具体地，盐酸多巴胺可以有效地起到抑制粘土水化膨胀作用和抑制页岩分散、剥落的作用，同时能够有效封堵页岩近表面的孔隙和微裂缝。
本发明实施例中，使用的膨润土为钠基膨润土或经钠化改性的钙基膨润土。使用的氢氧化钠为工业用氢氧化钠。细目钙为目数为200-600目的碳酸钙，可选为目数为200-500目的碳酸钙。
在一种可能的实施方式中，复合盐为氯化钾和氯化钠的混合物，基于100ml的水，氯化钾的使用量为6-9g，例如为8g，氯化钠的使用量为18-25g，例如为20g，上述种类的复合盐对于提高各组分之间的协同作用是非常有利的。
本发明实施例中，使用的加重剂为重晶石，重晶石为超细硫酸钡，粒度为325目，比重为4.3g/cm3，白度为85。
降滤失剂能够降低钻井液滤失量，本发明实施例中，适用的降滤失剂包括但不限于：纤维素类、腐殖酸类、丙烯酸类、淀粉类、树脂类降滤失剂等。
作为优选，降滤失剂为抗温复合降滤失剂，以下通过举例来提供一类抗高温的降滤失剂：
作为一种示例，该降滤失剂由羧甲基纤维素钠、磺化纤维素和接枝淀粉按比例混合而成，可参见专利CN111363524A中所示。其制备过程包括以下步骤：
S1、纤维素处理：将纤维素原料破碎，并高温蒸煮3～4h，形成纸浆；
S2、羧甲基纤维素钠的制备，其又包括以下步骤：
1、纤维素碱化
纸浆冷却至40～60℃，将容器中缓慢添加浓度为50％的氢氧化钠溶液，纸浆和氢氧化钠溶液的质量比为1：1，在氢氧化钠溶液的添加过程中需要不断进行搅拌，直至纤维素被碱化，时间控制在2～3h，碱化过程中需要控制温度为40～60℃。
2、羧甲基纤维素钠合成
碱化的纤维素混合溶液加入浓度为40％的一氯乙酸溶液，碱化的纤维素混合溶液和一氯乙酸溶液的质量比为1：1.0～1.5，在一氯乙酸溶液的添加过程中需要不断进行搅拌，直至反应结束，时间控制在0.5～1h。
3、羧甲基纤维素钠的提取破碎
将羧甲基纤维素钠溶液低温低压进行蒸发处理，获得羧甲基纤维素钠固体，使用破碎机将其破碎成细小颗粒，并使用乙醇清洗后备用。
S3、磺化纤维素的制备，其又包括以下步骤：
1、纤维素的氧化
纸浆中加入氧化剂，使得纤维素分子链上形成醛基，温度控制在30～60℃，纸浆和氧化剂的质量比为1：0.8～1.2，氧化剂的添加需要不断搅拌。氧化剂为双氧水或者臭氧。
2、纤维素的磺化
在氧化的纤维素混合溶液中加入浓度为60％的氯磺酸溶液，温度控制在50～80℃，氧化的纤维素混合溶液和氯磺酸溶液的质量比为1：1～2，氯磺酸溶液的添加需要不断搅拌；
3、磺化纤维素的提取破碎
将磺化纤维素溶液低温低压进行蒸发处理，获得磺化纤维素的固体，使用破碎机将其破碎成细小颗粒，备用；
S4、降滤失剂的配制
按照羧甲基纤维素钠、磺化纤维素和接枝淀粉的质量配比为1：0.6～0.8：0.1～0.3，制备得到降滤失剂。
作为另一种示例，该钻井液为抗温抗盐的酚醛树脂类降滤失剂，可参见专利文献CN108084444A中所示，去通过如下方法制备得到：
该降滤失剂由如下重量份配比的原料制成：苯酚100份、甲醛100-200份、A类催化剂1-3份、B类催化剂10-20份、焦亚硫酸钠150-200份、纤维素类高分子聚合物30-50份。
进一步的，该降滤失剂由如下重量份配比的原料制成：苯酚100份、甲醛150份、A类催化剂2份、B类催化剂15份、焦亚硫酸钠175份、纤维素类高分子聚合物40份。
该抗温抗盐的酚醛树脂类降滤失剂的制备方法包括以下步骤：
(1)混合：在带有搅拌及回流冷却器的反应釜中依次加入苯酚、甲醛；
(2)首次催化：向步骤(1)的反应体系中加入催化剂A，加温反应釜至80-100℃，搅拌反应30-50min；
(3)二次催化：向步骤(2)的反应体系中加入催化剂B和焦亚硫酸钠，加温反应釜至90-105℃，搅拌反应1-2h；
(4)出料：向步骤(3)的反应体系中加入纤维素类高分子聚合物，加温反应釜至90-105℃，搅拌反应2-4h，反应结束后冷却出料；
(5)包装：将步骤(4)的物料制备成水剂或粉剂进行包装。
其中，A类催化剂选自盐酸或草酸中任意一种。B类催化剂选自氢氧化钠、氢氧化钾中任意一种。纤维素类高分子聚合物选自羟乙基羧甲基纤维素、羧甲基纤维素或聚阴离子纤维素中至少一种。
本发明实施例中，可以使用本领域常用的钻井液用包被剂，作为优选，本发明实施例使用的包被剂为丙烯酰胺类聚合物，可参见专利CN110387006A中所示。
举例来说，通过以下方法制备得到该丙烯酰胺类聚合物包被剂：
示例1：
(11)将28g丙烯酸溶于200g水里，搅拌1～2分钟，再加入氢氧化钾将pH调至7，搅拌5分钟；然后再加入24g N,N-二甲基丙烯酰胺搅拌3分钟，使其充分溶解，然后加入23g N,N-二甲基二烯丙基氯化铵搅拌2分钟，然后再加入6g N-乙烯基吡咯烷酮，搅拌均匀，即可得到单体的含水混合物；
(12)将60g 5#白油和19g乳化剂司盘80混合并搅拌20分钟，使乳化剂溶解均匀，得到乳化剂的含油混合物；
(13)将单体的含水混合物和乳化剂的含油混合物混合，并在剪切乳乳化仪中剪切乳化3分钟，然后在乳液中加入0.2g引发剂偶氮二异丁腈，再剪切乳化2分钟；然后将该乳液至于密闭容器中，在60℃下反应16小时，得到丙烯酰胺类聚合物乳液，作为超分子包被剂，其中，丙烯酰胺类聚合物的数均分子量为70万。
示例2：
(21)将22g丙烯酸溶于200g水里，搅拌1～2分钟，再加入氢氧化钾将pH调至7，搅拌5分钟；然后再加入28g N,N-二甲基丙烯酰胺搅拌3分钟，使其充分溶解，然后加入26g N,N-二甲基二烯丙基氯化铵搅拌2分钟，然后再加入8g N-乙烯基吡咯烷酮，搅拌均匀，即可得到单体的含水混合物；
(22)将70g 5#白油和27g乳化剂司盘80混合并搅拌20分钟，使乳化剂溶解均匀，得到乳化剂的含油混合物；
(23)将单体的含水混合物和乳化剂的含油混合物混合，并在剪切乳化仪中剪切乳化3分钟，然后在乳液中加入0.3g引发剂偶氮二异庚腈，再剪切乳化2分钟；然后将该乳液至于密闭容器中，在65℃下反应22小时，得到丙烯酰胺类聚合物乳液，作为超分子包被剂，其中，丙烯酰胺类聚合物的数均分子量为110万。
示例3
(31)将26g丙烯酸溶于200g水里，搅拌1～2分钟，再加入氢氧化钾将pH调至7，搅拌5分钟；然后再加入26g N,N-二甲基丙烯酰胺搅拌3分钟，使其充分溶解，然后加入29g N,N-二甲基二烯丙基氯化铵搅拌2分钟，然后再加入8g N-乙烯基吡咯烷酮，搅拌均匀，即可得到单体的含水混合物；
(32)将70g 5#白油和27g乳化剂司盘80混合并搅拌20分钟，使乳化剂溶解均匀，得到乳化剂的含油混合物；
(33)将单体的含水混合物和乳化剂的含油混合物混合，并在剪切乳乳化仪中剪切乳化3分钟，然后在乳液中加入0.2g引发剂偶氮二异丁腈，再剪切乳化2分钟；然后将该乳液至于密闭容器中，在60℃下反应20小时，得到丙烯酰胺类聚合物乳液，作为超分子包被剂，其中，丙烯酰胺类聚合物的数均分子量为90万。
针对吉木萨尔区块前期钻井施工过程中存在上部地层缩径卡钻、下部地层井壁失稳、储层发现及保护难度大导致钻井施工过程中复杂情况频发，钻井周期长，储层易污染等难题，严重制约了吉木萨尔凹陷勘探开发效率的问题。
本发明实施例提供的上述水基钻井液体系，在保证钻井成功率的基础上提高发现和保护油层能力，从而达到高效勘探、开发吉木萨尔页岩油的目的。
本发明实施例提供的水基钻井液体系具有良好的流变性和滤失造壁性，抑制性和储层保护性能。
根据本发明实施例提供的水基钻井液，经测试，在经120℃老化16h后的高温高压滤失量在5ml以下，常温中压降滤失量在1.0ml以下。
该水基钻井液体系的岩屑滚动回收率在90％以上，具有良好的页岩抑制性。
该水基钻井液体系的渗透率恢复值在90％以上，具有良好的储层保护效果。
该水基钻井液体系老化前与老化16h后的表观粘度之差在8mPa·s以下，甚至在6mPa·s以下，老化前与老化72h后的表观粘度之差在20mPa·s以下，甚至在18mPa·s以下。
该水基钻井液体系老化前与老化16h后的塑性粘度之差在5mPa·s以下，甚至在4mPa·s以下，老化前与老化72h后的塑性粘度之差在12mPa·s以下，甚至在10mPa·s以下。
本发明实施例的另一方面提供了一种水基钻井液体系的制备方法，该方法包括以下步骤：
将膨润土溶解于水中，制备得到土浆。
将土浆、氢氧化钠、降滤失剂、纳米封堵剂、井壁强化剂、抑制剂、包被剂、细目钙、复合盐混合均匀，形成基液。以上各个组分可以依次添加，以提高混合效果。
根据水基钻井液体系的密度，向基液内加入重晶石，混合均匀，得到水基钻井液体系。
其中，将膨润土溶解于水中，在3000rpm-4000rpm的转速下搅拌1-2小时，然后静置20-24小时，得到土浆。
向基液内加入重晶石后，进行搅拌，搅拌的速度为8000r/min-15000r/min，例如为12000r/min，搅拌时间为5-50min，例如为5min、10min、20min、30min、50min。
本发明实施例所提供的水基钻井液体系的制备方法工艺简单、易于操作。所得水基钻井液体系中，井壁强化剂不仅能够通过提高泥页岩胶结强度直接对泥页岩进行加固、强化，而且能够一定程度抑制泥页岩中粘土的水化膨胀；纳米封堵剂对井壁微裂缝进行封堵；抑制剂抑制粘土的水化；包被剂是对劣质土进行絮凝包被。通过抑制剂抑制页岩地层的粘土水化的同时，对岩石微裂缝的封堵，同时提高页岩的胶结强度，对页岩进行加固，针对劣质土进行絮凝包被，做到了从力学-化学的多重耦合，解决了页岩地层井壁失稳问题，减轻或避免储层损害等问题。
本发明实施例所提供的水基钻井液应用于吉木萨尔区块钻井过程中，为钻井提速提供了强有力井壁稳定保障作用，提速效果明显，能够保证安全钻完井，缩短钻井周期，大幅度降低了钻井成本，且能实现储层快速发现目的，为吉林油田增产上储提供技术支撑。
以下将通过具体实施例进行详细阐述：
实施例1
本实施例1提供了一种水基钻井液体系，该水基钻井液体系包括如下质量百分比的组分：基于100ml的水，钠基膨润土为4g，氢氧化钠为0.3g、降滤失剂为1.4g，纳米封堵剂为3g，井壁强化剂为3g，抑制剂为0.3g，包被剂为0.3g，细目钙为4g，复合盐为28g；加重剂重晶石的量以使水基钻井液体系的密度为1.60g/cm3即可。
井壁强化剂为仿生聚合物，包括：羧甲基壳聚糖主链、与主链接枝的仿生基团多巴胺基团。抑制剂为盐酸多巴胺。复合盐为8g氯化钾和20g氯化钠的混合物。细目钙为目数为200-400目的碳酸钙。
其中，纳米封堵剂通过以下方法制备得到：取10g纳米石墨烯材料在1000mL水中在磁力搅拌速率为1200r/min的条件下高速搅拌，分散均匀后，取30g聚乙二醇在60℃温度条件下，磁力搅拌1200r/min搅拌条件下加入石墨烯溶液中，持续搅拌3小时进行表面改性，将混合溶液进行3次水洗并在3000r/min的转速下离心分离，60℃下烘8h，得到该纳米封堵剂，该纳米封堵剂不溶于水，平均粒径为43.5nm。
降滤失剂通过以下方法制备得到：将10kg苯酚、15kg甲醛依次加入带有搅拌及回流冷却器的反应釜中，在0.2kg盐酸的作用下，加温至100℃，搅拌反应45分钟，然后继续加入1.5kg氢氧化钠和17kg焦亚硫酸钠加温100℃反应2小时，再加入4kg羧甲基纤维素加温100℃继续反应3.5小时后出料，即可制备得到该降滤失剂。
包被剂为丙烯酰胺类聚合物，通过以下方法制备得到：将28g丙烯酸溶于200g水里，搅拌1～2分钟，再加入氢氧化钾将pH调至7，搅拌5分钟；然后再加入24g N,N-二甲基丙烯酰胺搅拌3分钟，使其充分溶解，然后加入23g N,N-二甲基二烯丙基氯化铵搅拌2分钟，然后再加入6g N-乙烯基吡咯烷酮，搅拌均匀，即可得到单体的含水混合物。将60g 5#白油和19g乳化剂司盘80混合并搅拌20分钟，使乳化剂溶解均匀，得到乳化剂的含油混合物。将单体的含水混合物和乳化剂的含油混合物混合，并在剪切乳乳化仪中剪切乳化3分钟，然后在乳液中加入0.2g引发剂偶氮二异丁腈，再剪切乳化2分钟；然后将该乳液至于密闭容器中，在60℃下反应16小时，得到数均分子量为70万的丙烯酰胺类聚合物乳液。
该水基钻井液体系的配制过程如下：
将膨润土溶解于水中，在4000rpm的转速下搅拌2小时，然后静置24小时，得到土浆。
将土浆、氢氧化钠、降滤失剂、纳米封堵剂、井壁强化剂、抑制剂、包被剂、细目钙、复合盐依次混合均匀，形成基液。
根据水基钻井液体系的密度，向基液内加入重晶石，混合均匀，得到该水基钻井液体系。
实施例2
本实施例2提供了一种水基钻井液体系，该水基钻井液体系包括如下质量百分比的组分：基于100ml的水，钠基膨润土为6g，氢氧化钠为0.5g、降滤失剂为2g，纳米封堵剂为6g，井壁强化剂为4g，抑制剂为0.5g，包被剂为0.5g，细目钙为6g，复合盐为20g；加重剂重晶石的量以使水基钻井液体系的密度为1.80g/cm3即可。
复合盐为6g氯化钾和14g氯化钠的混合物，其余各组分与实施例1中的各组分均相同，在此不再赘述。
对比例1
对比例1提供了一种目前常用的水基钻井液体系，包括如下质量百分比的组分：3％土浆、0.5％氢氧化钠、1％羧甲基纤维素钠盐、1％有机硅褐煤、0.2％聚丙烯酸钾、0.5％胺基抑制剂、1％天然沥青、2％细目钙、7％KCL+15％NaCL、加入适量重晶石，使得水基钻井液体系密度为1.60g/cm3。
实验例1
对实施例1和对比例1提供的水基钻井液体系进行性能测试，具体是包括：老化前、老化16h和老化72h后的性能测试，老化温度为120℃，所得测试结果如表1所示。
其中，流变性测试温度为60℃，高温高压降滤失量HTHP：120℃，3.5MPa。
表1
注：Ф6/Ф3为六速粘度计6转及3转的读数。
从表1中可以看出，实施例1提供的水基钻井液体系的表观粘度和塑性粘度在老化前和老化后均低于对比例1，说明实施例1的水基钻井液体系具有良好的流变性。老化后，实施例1的水基钻井液体系的中压失水量和高温高压失水量均低于对比例1，说明实施例1的水基钻井液体系具有良好的滤失造壁性。
实验例2
依据NB/T 10121-2018对实施例1和对比例1提供的水基钻井液页岩抑制性进行评价：
将实施例1和对比例1提供的水基钻井液体系于120℃下老化16h，然后测试岩屑回收率，并以清水作为对照，所得测试结果如表2所示。
表2
项目 清水 对比例1 实施例1
岩屑滚动回收率％ 10.0 78.8 99.0
从表2中可以看出，清水的岩屑滚动回收率为10.0％，对比例1的水基钻井液体系的岩屑滚动回收率为78.8％，实施例1的水基钻井液体系的岩屑滚动回收率为99.0％，由此可以看出，实施例1所得水基钻井液体体系具有良好的页岩抑制性。
实验例3
本实验例3对实施例1和对比例1提供的的水基钻井液进行储层保护性能评价。依据SY/T 6452-2000采用岩心油水相对渗透率测定仪对实施例1和对比例1的水基钻井液体系进行渗透率测试，所用的岩心为吉36井区芦草沟组岩心，测试结果如表3所示。
表3
从表3中可以看出，对比例1的水基钻井液体系的渗透率恢复值为65.7％，实施例1的水基钻井液体系的渗透率恢复值为92.5％，说明实施例1的水基钻井液体系具有良好的储层保护效果，储能保护性能优异。
实验例4
本实验例4分别将实施例1和对比例1提供的水基钻井液体系应用于吉林油田区块和新疆油田公司区块的钻井过程中。
实施例1提供的水基钻井液体系应用于吉木萨尔吉36-4、吉36-5、吉36-6、吉36-12、吉页1井中，对比例1提供的水基钻井液应用于J10005-H、JHW00526、JHW01321、JHW01121、JHW151、J10014、JHW041、J10038-H、J10043-H、J10016-H井中，完井质量数据如表4所示。
表4
从表4中可以看出，采用对比例1的水基钻井液体系的新疆油田区块井平均机械钻速为4.72m/h，采用实施例1的水基钻井液体系的吉林油田吉木萨尔区块应用井平均机械钻速为6.37m/h，平均机械钻速提高了1.65m/h，提高率达34.96％以上。说明实施例1的水基钻井液体系为钻井提速提供强有力井壁稳定保障作用，提速效果明显。
采用实施例1的水基钻井液体系的吉木萨尔区块无任何井下复杂，而采用对比例1的水基钻井液体系的新疆区域井平均井下复杂率为5.55％，吉木萨尔区块油层段平均井径扩大率为3.926％，比新疆油田区块降低1.32％，吉木萨尔区块平均钻井周期比新疆油田区域节约18.5天，实施例1的水基钻井液体系能够保证安全钻完井，且缩短了钻井周期，大幅度降低了钻井成本，对吉木萨尔区块的提速增效提供坚实的基础。
吉36-5、吉36-12、吉36-4、及36-6现场取心获得油斑、油浸、富含油级显示，吉页1井全井共发现17套显示，气测后效最高达到87％，实现了储层快速发现的目的。
综上可知，本发明实施例提供的水基钻井液体系具有良好的抑制性、封堵性，通过提高井壁岩石强度，能够有效封堵纳米空隙和微米空隙，实现力学-化学“多重耦合”，解决井壁失稳、减轻或避免储能损害等问题，提高了钻井速度，降低了钻井成本，且实现了储层快速发现的目的，对于加快吉木萨尔地区产能建设具有重要的实际意义。
以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种水基钻井液体系，其特征在于，所述水基钻井液体系包括以下组分：膨润土、氢氧化钠、降滤失剂、纳米封堵剂、井壁强化剂、抑制剂、包被剂、细目钙、复合盐、重晶石和水；
基于100ml的水，所述膨润土为3g-8g，所述氢氧化钠为0.1g-0.8g、所述降滤失剂为0.5g-2.5g，所述纳米封堵剂为2g-6g，所述井壁强化剂为1g-6g，所述抑制剂为0.1g-0.6g，所述包被剂为0.1g-0.6g，所述细目钙为2g-6g，所述复合盐为15g-30g；
所述重晶石的重量份由所述水基钻井液体系的密度确定；
所述抑制剂为盐酸多巴胺；
所述纳米封堵剂为聚乙二醇表面改性的纳米石墨烯，所述纳米封堵剂的粒径分布为30nm-80nm；
所述井壁强化剂为用于井壁稳定的仿生聚合物；
所述仿生聚合物包括：主链、与所述主链接枝的仿生基团；
所述主链为水溶性聚合物；
所述仿生基团为多巴胺基团；
所述包被剂为丙烯酰胺类聚合物；
所述降滤失剂为抗温复合降滤失剂；
所述复合盐为氯化钾和氯化钠的混合物，基于100ml的水，氯化钾的使用量为6-9g，氯化钠的使用量为18-25g。
2.权利要求1所述的水基钻井液体系的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
将膨润土溶解于水中，制备得到土浆；
将所述土浆、氢氧化钠、降滤失剂、纳米封堵剂、井壁强化剂、抑制剂、包被剂、细目钙、复合盐混合均匀，形成基液；
根据所述水基钻井液体系的密度，向所述基液内加入重晶石，混合均匀，得到所述水基钻井液体系。
3.根据权利要求2所述的水基钻井液体系的制备方法，其特征在于，将膨润土溶解于水中，在3000rpm-4000rpm的转速下搅拌1-2小时，然后静置20-24小时，得到所述土浆。
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