CN116265562A - 一种低压高渗储层保护钻井液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种低压高渗储层保护钻井液及其制备方法，由以下重量百分比的物质组成：环保自适应型暂堵剂1.0‑2.0％，降滤失剂0.5‑1.0％，提粘剂0.1‑0.3％，抑制剂1‑3％，碱度调节剂0.1‑0.2％，加重剂5‑10％，余量为水。该钻井液主要成分是环保自适应型暂堵剂，其成分为可变形的弹性粒子和填充加固剂纳米碳酸钙或碳酸钡。由于可变形粒子承压强度低、酸溶性差，在合成过程中添加纳米碳酸钙或碳酸钡可提高暂堵剂的承压性能。以纳米碳酸钙为添加物，在暂堵剂的三维网状结构中起填充和骨架作用，环保性能优越，通过后期的酸化改造措施，可以达到解堵，从而保护储层。
Description
技术领域
本发明属于石油天然气钻井技术领域，具体涉及一种低压高渗储层保护钻井液及其制备方法。
背景技术
厄瓜多尔PARAHUACU油田开发已进入中后期，油层能量衰竭严重，储层压力系数为0.4-0.5，单井产量低。同时压力衰竭引起的岩性变化，注采开发产生高含水地层，均可能造成异常高压储层或高压区，给安全钻井带来不可预知的施工风险。由于储层压力复杂和注采不均衡，给钻井施工带来以下难点：①地层局部压力异常导致的井控风险，易造成溢流、井涌；②地层压力亏空，易造成钻具压差粘卡；③地层压力衰减，漏失风险增大；④地层压力系数低，储层保护难度大。特别是为了实现增产效果，对井筒工作储层保护提出更严格要求，在低压力条件下，降低钻井液的储层伤害，保持原始孔渗参数极为重要。
近年来，针对南美厄瓜多尔雨林区丛式井组地质条件复杂，环保要求严格，钻井周期长，井眼轨迹要求高，储层油水活跃等技术难点和特点，研发形成了硝酸钙、GAP和DRILL-IN三套环保型钻井液体系，满足了厄瓜多尔雨林环境高敏感地区环保和安全钻井需要。
其中针对产层的DRILL-IN体系在储层保护上主要采用了多级颗粒匹配碳酸钙屏蔽暂堵技术和油溶暂堵技术，在正常压力储层区块应用效果显著，但针对低效油田的高渗低压储层，需要提高封堵效果和储层承压能力，并且暂堵材料需要具有良好的自降解性能，酸溶性高，返排压力低，岩心渗透恢复高的要求。天然高分子材料具有优越的生物降解性和环保性能，其改性衍生物在钻井液中应用较多，但作为钻井液暂堵剂，需要进一步优选材料，进行吸水膨胀、孔喉匹配吸附和承压强度等方面展开研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低压高渗储层保护钻井液，克服现有技术中存在的上述技术问题。
本发明的另一个目的在于提供一种低压高渗储层保护钻井液的制备方法，制备工艺简便易行。
为此，本发明提供的技术方案如下：
一种低压高渗储层保护钻井液，由以下重量百分比的物质组成：环保自适应型暂堵剂1.0-2.0％，降滤失剂0.5-1.0％，提粘剂0.1-0.3％，抑制剂1-3％，碱度调节剂0.1-0.2％，加重剂5-10％，余量为水。
所述环保自适应型暂堵剂由可变形粒子和刚性粒子组成，所述可变形粒子和刚性粒子的重量比为1：1-1：5。
所述可变形粒子为丙烯酰胺、丙烯酸和2-甲基丙烯酸乙酯共聚而成三元共聚物。
所述刚性粒子为纳米碳酸钙或纳米碳酸钡。
所述降滤失剂为白沥青或低粘聚阴离子纤维素，其中，低粘聚阴离子纤维素表观粘度不大于25mPa.s。
所述提粘剂为高粘聚阴离子纤维素或羧甲基纤维素钠，其中，高粘聚阴离子纤维素表观粘度大于35mPa.s。
所述抑制剂为胺基聚合物，其分子结构式为HO-(OR)n-[-NH-CH2-CH2-CH2-O-CH2-CH2-NH-]-R’O)m-H，其中，n和m均为正整数且不大于20。
由以下重量百分比的物质组成：环保自适应型暂堵剂2.0％，降滤失剂0.8％，提粘剂0.3％，抑制剂3％，碱度调节剂0.15％，加重剂10％，余量为水。
所述可变形粒子的制备过程如下：
以过硫酸铵为引发剂，N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，通N2保护，丙烯酰胺、丙烯酸和2-甲基丙烯酸乙酯在温度为60℃下反应6h，经过无水乙醇洗涤、烘干、粉碎制得三元共聚物；其中，丙烯酰胺、丙烯酸和2-甲基丙烯酸乙酯的摩尔配比为1：2：1，过硫酸铵、N,N-亚甲基双丙烯酰胺的加入量分别占丙烯酰胺、丙烯酸和2-甲基丙烯酸乙酯总质量的百分比为0.1％-0.15％、0.1％-0.2％。
一种低压高渗储层保护钻井液的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)将配方量的水加入容器中，在搅拌条件下加入部分量的碱度调节剂，充分搅拌至完全溶解，测pH值，到达9为止；
步骤2)边搅拌边依次加入配方量的提粘剂、降滤失剂、环保自适应型暂堵剂和抑制剂，搅拌50-60min；
步骤3)加入剩余量的碱度调节剂，调节pH至10，即得。
本发明的有益效果是：
本发明提供的这种低压高渗储层保护钻井液，主要成分是环保自适应型暂堵剂，其成分为可变形的弹性粒子和填充加固剂纳米碳酸钙或碳酸钡。由于可变形粒子承压强度低、酸溶性差，在合成过程中添加纳米碳酸钙或碳酸钡可提高暂堵剂的承压性能。以纳米碳酸钙为添加物，在暂堵剂的三维网状结构中起填充和骨架作用，后期可在酸性条件下解堵。聚合物/纳米复合材料是将纳米尺寸的添加物分散在聚合物中的复合材料，既有纳米材料的表面效应和量子尺寸效应，而且将纳米材料的刚性和热稳定性与聚合物的弹性结合，可明显调高环保自适应型材料的力学性能和热稳定性，使其具有耐高温、抗剪切和抗污染等优良性能，环保自适应型暂堵剂能够吸水膨胀，当进入储层孔喉和微裂缝，吸水膨胀，形成软架桥，刚性粒子碳酸钙进入填充，提高承压强度。低压高渗储层保护钻井液体系中含有大量的碳酸钙或碳酸钡，易酸溶，同时体系中含有的聚阴离子纤维素(低粘)、聚阴离子纤维素(高粘)或羧甲基纤维素钠CMC易生物降解，环保性能优越，通过后期的酸化改造措施，可以达到解堵，从而保护储层。
下面将结合附图做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例2钻井液的封堵性能对比柱状图；
图2是本发明实施例3钻井液的封堵性能对比柱状图；
图3是本发明实施例4钻井液的封堵性能对比柱状图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
现参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
实施例1：
本实施例提供了一种低压高渗储层保护钻井液，由以下重量百分比的物质组成：环保自适应型暂堵剂1.0-2.0％，降滤失剂0.5-1.0％，提粘剂0.1-0.3％，抑制剂1-3％，碱度调节剂0.1-0.2％，加重剂5-10％，余量为水。
本实施例提供的这种低压高渗储层保护钻井液，具有储层保护效果好，封堵性强，抑制性强，泥饼光滑致密成膜状，对储层伤害低，配方、配浆工艺简便易行的特点。
实施例2：
在实施例1的基础上，本实施例提供了一种低压高渗储层保护钻井液，由以下重量百分比的物质组成：环保自适应型暂堵剂1.0％，降滤失剂0.5％，提粘剂0.1％，抑制剂2％，碱度调节剂0.2％，加重剂5％，余量为水。
其中，环保自适应型暂堵剂由可变形粒子和刚性粒子直接混合而成，可变形粒子和刚性粒子的重量比为1：5。
在本实施例中，可变形粒子为AM(丙烯酰胺)、AA(丙烯酸)和2-甲基丙烯酸乙酯共聚而成三元共聚物，单体配比AA：AM：2-甲基丙烯酸乙酯＝1：2：1，以过硫酸铵APS(占单体总质量的0.1％-0.15％)为引发剂，以N,N-亚甲基双丙烯酰胺MBA(占单体总质量的0.1％-0.2％)为交联剂，通N2保护，在温度为60℃下反应6h，经过无水乙醇洗涤、烘干、粉碎制得。碱度调节剂为烧碱，加重剂为重晶石。
刚性粒子为纳米碳酸钙；降滤失剂为白沥青；提粘剂为高粘聚阴离子纤维素，表观粘度大于35mPa.s；抑制剂为钻井液用防塌抑制剂胺基聚合物，其分子结构式为HO-(OR)n-[-NH-CH2-CH2-CH2-O-CH2-CH2-NH-]-R’O)m-H，其中，n和m均为正整数且不大于20。
钻井液制备过程：
步骤1)将配方量的水加入容器中，在搅拌条件下加入部分量的碱度调节剂，充分搅拌至完全溶解，测pH值，到达9为止；
步骤2)边搅拌边依次加入配方量的提粘剂、降滤失剂、环保自适应型暂堵剂和抑制剂，搅拌50-60min；
步骤3)加入剩余量的碱度调节剂，调节pH至10，即得。
本发明原理：
钻井液中的环保自适应型暂堵剂由可变形的弹性粒子和填充加固剂纳米碳酸钙/碳酸钡组成。由于可变形粒子承压强度低、酸溶性差，在合成过程中添加纳米碳酸钙或碳酸钡可提高暂堵剂的承压性能。以纳米碳酸钙为添加物，在暂堵剂的三维网状结构中起填充和骨架作用，后期可在酸性条件下解堵。聚合物/纳米复合材料是将纳米尺寸的添加物分散在聚合物中的复合材料，既有纳米材料的表面效应和量子尺寸效应，而且将纳米材料的刚性和热稳定性与聚合物的弹性结合，可明显调高环保自适应型材料的力学性能和热稳定性，使其具有耐高温、抗剪切和抗污染等优良性能，环保自适应型暂堵剂能够吸水膨胀，当进入储层孔喉和微裂缝，吸水膨胀，形成软架桥，刚性粒子碳酸钙进入填充，提高承压强度。低压高渗储层保护钻井液体系中含有大量的碳酸钙或碳酸钡，易酸溶，同时体系中含有的聚阴离子纤维素(低粘)、聚阴离子纤维素(高粘)或CMC易生物降解，环保性能优越，通过后期的酸化改造措施，可以达到解堵，从而保护储层。
实施例3：
在实施例1的基础上，本实施例提供了一种低压高渗储层保护钻井液，由以下重量百分比的物质组成：环保自适应型暂堵剂2.0％，降滤失剂1.0％，提粘剂0.2％，抑制剂1％，碱度调节剂0.1％，加重剂8％，余量为水。
其中，环保自适应型暂堵剂由可变形粒子和刚性粒子组成，可变形粒子和刚性粒子的重量比为1：3。
在本实施例中，可变形粒子为AM(丙烯酰胺)、AA(丙烯酸)和2-甲基丙烯酸乙酯共聚而成三元共聚物，制备过程见实施例2。碱度调节剂为碳酸钠，加重剂为碳酸钙。
刚性粒子为纳米碳酸钡；降滤失剂为低粘聚阴离子纤维素，其表观粘度不大于25mPa.s；提粘剂为羧甲基纤维素钠CMC；抑制剂为钻井液用防塌抑制剂胺基聚合物，其分子结构式为HO-(OR)n-[-NH-CH2-CH2-CH2-O-CH2-CH2-NH-]-R’O)m-H，其中，n和m均为正整数且不大于20。
钻井液制备过程同实施例2。
实施例4：
在实施例1的基础上，本实施例提供了一种低压高渗储层保护钻井液，由以下重量百分比的物质组成：环保自适应型暂堵剂2.0％，降滤失剂0.8％，提粘剂0.3％，抑制剂3％，碱度调节剂0.15％，加重剂10％，余量为水。
其中，环保自适应型暂堵剂由可变形粒子和刚性粒子组成，可变形粒子和刚性粒子的重量比为1：1。
在本实施例中，可变形粒子同实施例2。碱度调节剂为碳酸钠，加重剂为重晶石。刚性粒子为纳米碳酸钙；降滤失剂为白沥青；提粘剂为高粘聚阴离子纤维素；抑制剂为钻井液用防塌抑制剂胺基聚合物，其分子结构式为HO-(OR)n-[-NH-CH2-CH2-CH2-O-CH2-CH2-NH-]-R’O)m-H且不大于20，其中，n和m均为正整数。
钻井液制备过程同实施例2。
一、对实施例2-实施例4制备的钻井液基本性能进行测定，结果见表1。
表1钻井液性能参数
| 项目 | 性能指标 |
| 密度(g/cm3) | 1.08-1.55 |
| 马氏漏斗粘度(s) | 40-80 |
| 失水(ml) | ＜5.0 |
| 滤饼(mm) | 0.2-0.5 |
| 塑性粘度(mPa.s) | 15-50 |
| 动切力(Pa) | 5-40 |
| 静切力(Pa) | 2-5/3-8 |
| pH | 8-10 |
二、实施例2-实施例4钻井液体系封堵性评价
采用OFITE渗透性封堵仪评价了实施例2-实施例4制备的储层保护钻井液体系的封堵性能，实验结果分别见图1、图2和图3所示。其中，磨砂盘指的是石英砂做的滤失片，基浆是由钻井液中除环保自适应型暂堵剂的其他组分组成。
实验结果表明，储层保护钻井液封堵效果良好，滤失量低，表明体系能够有效进行瞬时封堵，快速形成优质泥饼，降低孔隙压力传输，有利于稳定井壁。
三、实施例2-实施例4钻井液体系岩心伤害评价
实验采用法国VINCI公司CFS700型多功能岩心驱替仪，过程为全自动记录，所选长北区块相邻井山西组气层岩心进行评价实验，严格按设计实验参数进行控制，并全自动记录实施的实验参数，结果见表2。
表2岩心伤害实验汇总结果
由表中数据可知，实施例2-实施例4(在表中简称为例2、例3和例4)钻井液体系分别伤害1#～3#气层岩心，经过设计的实验参数条件伤害后，伤害率分别为9.01％、11.67％和11.35％，达到低伤害程度。
四、实施例2-实施例4钻井液体系抑制性评价
采用页岩膨胀率法测定实施例2-实施例4钻井液体系的抑制能力，结果见表3。
表3钻井液体系的岩心膨胀率测试结果表
由表3岩心膨胀率测试数据可以看出，实施例2、实施例3、实施例4钻井液体系岩心膨胀率8h后分别达到25.13％，29.07％，21.19％，体系岩心膨胀率16h后分别达到25.13％，32.39％，24.65％，表明体系的抑制性很强。
五、实施例2-例4钻井液体系加重评价实验
使用加重剂对例2-例4钻井液体系进行加重，考察其加重能力，加重实验数据分别见表4、表5和表6。
表4实施例2钻井液加重实验数据表
表5实施例3钻井液加重实验数据表
表6实施例4钻井液加重实验数据表
由表4-表6可知，实施例2-例4钻井液体系的密度加重到1.50g/cm3，体系流变性能良好。
六、实施例2-例4钻井液体系环境指标评价
表7低压高渗储层保护钻井液体系与其他体系环境指标对比
表8低压高渗储层保护钻井液体系与其他体系环保指标对比
由表7和表8可以看出，低压高渗储层保护钻井液体系BOD5/CODCr﹥0.05，易降解，生物毒性为无毒，重金属离子符合《污水综合排放标准》GB8978-1996。
七、实施例2-例4钻井液体系封堵解堵评价
表9例4低压高渗储层保护钻井液与聚磺钻井液酸化解堵实验数据对比表
实验结果可知，三块岩心使用低压高渗储层保护钻井液封堵后，平均封堵率达到了92.0％，通过1％酸液酸溶后，平均解堵率均达到93.13％以上，而最后一块岩心经过聚磺钻井液封堵后，封堵率达到了84.2，通过1％酸液酸溶后，解堵率只有68.4％，说明低压高渗储层保护钻井液在酸化解堵方面性能优于聚磺钻井液。
以上实施例中的低粘聚阴离子纤维素(LV-PAC)和高粘聚阴离子纤维素(H V-PAC)均为市售产品，生产厂家为山东省阳谷县龙泉化工厂。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种低压高渗储层保护钻井液，其特征在于，由以下重量百分比的物质组成：环保自适应型暂堵剂1.0-2.0％，降滤失剂0.5-1.0％，提粘剂0.1-0.3％，抑制剂1-3％，碱度调节剂0.1-0.2％，加重剂5-10％，余量为水。
2.根据权利要求1所述的一种低压高渗储层保护钻井液，其特征在于：所述环保自适应型暂堵剂由可变形粒子和刚性粒子组成，所述可变形粒子和刚性粒子的重量比为1：1-1：5。
3.根据权利要求2所述的一种低压高渗储层保护钻井液，其特征在于：所述可变形粒子为丙烯酰胺、丙烯酸和2-甲基丙烯酸乙酯共聚而成三元共聚物。
4.根据权利要求2所述的一种低压高渗储层保护钻井液，其特征在于：所述刚性粒子为纳米碳酸钙或纳米碳酸钡。
5.根据权利要求1所述的一种低压高渗储层保护钻井液，其特征在于：所述降滤失剂为白沥青或低粘聚阴离子纤维素，其中，低粘聚阴离子纤维素表观粘度不大于25mPa.s。
6.根据权利要求1所述的一种低压高渗储层保护钻井液，其特征在于：所述提粘剂为高粘聚阴离子纤维素或羧甲基纤维素钠，其中，高粘聚阴离子纤维素表观粘度大于35mPa.s。
7.根据权利要求1所述的一种低压高渗储层保护钻井液，其特征在于：所述抑制剂为胺基聚合物，其分子结构式为HO-(OR)n-[-NH-CH2-CH2-CH2-O-CH2-CH2-NH-]-R’O)m-H，其中，n和m均为正整数且不大于20。
8.根据权利要求1所述的一种低压高渗储层保护钻井液，其特征在于，由以下重量百分比的物质组成：环保自适应型暂堵剂2.0％，降滤失剂0.8％，提粘剂0.3％，抑制剂3％，碱度调节剂0.15％，加重剂10％，余量为水。
9.根据权利要求3所述的一种低压高渗储层保护钻井液，其特征在于：所述可变形粒子的制备过程如下：
以过硫酸铵为引发剂，N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，通N2保护，丙烯酰胺、丙烯酸和2-甲基丙烯酸乙酯在温度为60℃下反应6h，经过无水乙醇洗涤、烘干、粉碎制得三元共聚物；其中，丙烯酰胺、丙烯酸和2-甲基丙烯酸乙酯的摩尔配比为1：2：1，过硫酸铵、N,N-亚甲基双丙烯酰胺的加入量分别占丙烯酰胺、丙烯酸和2-甲基丙烯酸乙酯总质量的百分比为0.1％-0.15％、0.1％-0.2％。
10.根据权利要求1所述的一种低压高渗储层保护钻井液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)将配方量的水加入容器中，在搅拌条件下加入部分量的碱度调节剂，充分搅拌至完全溶解，测pH值，到达9为止；
步骤2)边搅拌边依次加入配方量的提粘剂、降滤失剂、环保自适应型暂堵剂和抑制剂，搅拌50-60min；
步骤3)加入剩余量的碱度调节剂，调节pH至10，即得。
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