CN118109173A - 一种适用于页岩油井眼稳定的环保型钻井液体系 - Google Patents
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Abstract
一种适用于页岩油井眼稳定的环保型钻井液体系，属于石油、天然气勘探开发过程中的钻井液领域。该钻井液体系由下述组分组成：清水、膨润土、有机盐、KCl、NaCl、胺基抑制剂、聚阴离子纤维素、水解聚丙烯腈铵盐、改性淀粉、磺化酚醛树脂、超细碳酸钙、乳化石蜡、聚合醇、纳微米封堵剂、黄原胶及润滑剂。本发明钻井液体系具有强抑制性和强封堵性，可有效降低黏土水化分散能力，同时降低钻井过程中的水相侵入地层岩石层理或微裂隙，从而能够维持井眼稳定，减少钻井过程中复杂事故的发生。本发明钻井液体系中未添加钻井液用柴油或白油作为处理剂，成本更低，环保性能更好。
Description
技术领域
本发明属于石油、天然气勘探开发过程中的钻井液领域，具体涉及一种适用于页岩油井眼稳定的环保型钻井液体系。
背景技术
页岩油气是指赋存于泥页岩中，以吸附及游离状态存在的非常规油气，是重要的非常规油气资源之一，具有广阔的开发前景。在我国大庆油田古龙地区、渤海湾盆地、四川盆地、新疆吉木萨尔等地区均发现有大量页岩油气资源，开发好这类储层对石油工业的持续稳定发展具有十分重要的意义。
页岩油气地层岩石以泥页岩为主，普遍具有黏土含量高、层理和微裂缝发育等特点，钻井开发过程中极易发生垮塌掉块，井眼极不稳定，导致钻井过程中页岩脱落掉块、井垮、井塌等复杂情况频繁发生，影响了页岩油气的效益开发。为满足页岩油气地层的安全钻井，解决井壁失稳等问题，钻井液需要具有较强的抑制黏土水化分散和封堵微裂隙的能力。
目前页岩油钻井普遍采用油基钻井液和高性能氯化钾钻井液。油基钻井液以油作为连续相，从根本上避免了水对岩石强度的影响，但其成本极高，不利于页岩油气资源经济开发，同时油基钻井液对环境有不利影响，且后续处理的难度和成本也较大。高性能氯化钾钻井液体系成本相对较低、环保效果较好，但其抑制性能不足，往往不能完全满足页岩油钻井需求。
发明内容
针对现有技术不足，本发明的目的在于提供一种页岩油钻井液体系，该钻井液体系成本较低、抑制性较高且环保效果较好，在页岩油钻井过程中使用该钻井液体系可有效提高井眼稳定性。
本发明所述的钻井液体系，按质量份数配比，包括如下成分：
清水100份，膨润土1～3份，有机盐6～8份，KCl 5～7份，NaCl 5～6份，胺基抑制剂0.5～0.8份，聚阴离子纤维素(PAC-LV)0.5～1份，水解聚丙烯腈铵盐(NH4-HPAN)1～1.5份，改性淀粉2～3份，磺化酚醛树脂(SMP)1～2份，超细碳酸钙2～3份，乳化石蜡2～3份，聚合醇2～3份，纳微米封堵剂2～3份，黄原胶XC 0.2～0.3份，润滑剂3～7份。
更为具体的，所述有机盐为甲酸钠、甲酸钾，优选的，采用甲酸钾。
所述胺基抑制剂为有机胺抑制剂WAN-1、有机胺抑制剂RS-712、有机胺抑制剂BZ-AN1、有机胺抑制剂YZ-1，优选的，采用有机胺抑制剂YZ-1。
所述纳微米封堵剂为纳微米二氧化硅、纳微米乳胶封堵剂、纳微米级氧化石墨、柔性聚酯，优选的，采用纳微米二氧化硅。
所述润滑剂为柴油、白油、沥青、石墨粉，优选的，采用石墨粉。
所述改性淀粉为羧甲基淀粉。
所述超细碳酸钙粒度为800目～3000目，优选的，采用粒度为1250目和3000目两种以1：1的比例进行复配。
所述聚合醇为聚乙二醇、聚丙二醇、聚丙三醇、乙二醇/丙二醇共聚物、聚醚型多元醇，浊点需低于60℃，优选的，采用聚醚型多元醇，浊点低于60℃。
本发明所述的钻井液体系的制备方法为：先加入清水和膨润土，使膨润土充分在水中溶解形成膨润土浆后，加入PAC-LV和改性淀粉保护水化效果，然后加入剩余组分处理剂，常温搅拌，转数8000-11000转/分，每种组分加料间隔5分钟，搅拌5分钟，完成配制时间共计150分钟。
本发明所述的钻井液体系中，有机盐、NaCl、KCl和胺基抑制剂具有协同作用，有机盐、NaCl、KCl的分子量小，可以进入粘土结构中氧原子围成的空间中，而合成的胺基抑制剂虽然能吸附包裹在粘土表面，但其分子量较大，无法进入粘土硅氧四面体这样的基本构造单元中，四者复配使用能够取长补短，协同提高抑制性。
本发明所述的钻井液体系中，超细碳酸钙、乳化石蜡、聚合醇和纳微米封堵剂的比例会影响钻井液体系的封堵效果。该四种成分比例不同，体系中不同封堵颗粒大小占比不同，形成的泥饼质量不同，从而影响封堵效果。本发明钻井液体系中采用超细碳酸钙2～3份，乳化石蜡2～3份，聚合醇2～3份，纳微米封堵剂2～3份，在该比例范围内，均可实现优异的封堵效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明钻井液体系利用有机盐、KCl、NaCl和胺基抑制剂的协同作用，使体系具有强抑制性，可有效降低黏土水化分散能力，降低水化垮塌掉块，减少钻井过程中复杂事故的发生。本发明合理设计了钻井液体系中超细碳酸钙、乳化石蜡、聚合醇和纳微米封堵剂的比例，实现从微米到纳米多级复配，形成致密泥饼，可有效提高体系的封堵性能，降低钻井过程中的水相侵入地层岩石层理或微裂隙，维持井眼稳定。本发明钻井液体系中未添加钻井液用柴油或白油作为处理剂，成本更低，环保性能更好。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
清水100份，膨润土2份，充分溶解形成膨润土浆后，加入PAC-LV 0.8份，改性淀粉2.5份，搅拌均匀后，依次加入NH4-HPAN 1.2份，SMP 1.5份，超细碳酸钙2.5份，乳化石蜡2.5份，聚合醇2.5份，纳微米封堵剂2.5份，XC 0.2份，润滑剂5份，有机盐7份，KCl 6份，NaCl 6份，胺基抑制剂0.7份，常温搅拌，转数8000-11000转/分，每种组分加料间隔5分钟，搅拌5分钟，即得到本发明的钻井液体系。
本实施例中，改性淀粉采用羧甲基淀粉，聚合醇采用聚醚型多元醇(浊点低于60℃)，纳微米封堵剂采用纳微米二氧化硅，润滑剂采用石墨粉，有机盐采用甲酸钾，胺基抑制剂采用有机胺抑制剂YZ-1，采用超细碳酸钙为以粒度1250目和3000目两种以1：1的比例复配制得。
河页-H232井位于开鲁盆地陆东凹陷后河断裂背斜构造带河25页岩油试验区，属于页岩油水平井。本井为二开井身结构，一开采用311.1mm钻头，钻至496m，表层套管下深494m，二开采用215.9mm钻头，钻至3553m，油层套管下深3544m。
在辽兴公司河页-H232井二井段进行了试验，测试钻井液性能，按照GB16783.1－2014/IOS10414-1:2008国家标准，采用马氏漏斗测量黏度FV，密度计测量密度，直读式黏度计测量切力，常温常压滤失仪测量API失水(压力690kPa)，pH计测量pH值，高温高压滤失仪在120℃，3447kPa下测量HTHP失水，钻井液性能检测结果详见表1，结果表明所配制钻井液性能可满足井下页岩井段施工所需流变性和滤失量等常规性能要求。同时，本井二开井段496-3553m使用了本发明的钻井液体系，使用井段3057m，使用井段未出现严重垮塌掉块情况，井眼稳定，井径规则，完井通井和电测顺利，该钻井液体系满足了页岩油地层钻井井眼稳定、钻井安全、环境保护等各项要求。
表1河页-H232井分段钻井液性能
实施例2
清水100份，膨润土2份，充分溶解形成膨润土浆后，加入PAC-LV 1份，改性淀粉2.5份，搅拌均匀后，依次加入NH4-HPAN 1.5份，SMP 2份，超细碳酸钙2份，乳化石蜡2份，聚合醇2份，纳微米封堵剂2份，XC 0.2份，润滑剂3份，搅拌均匀后再加入有机盐8份，KCl 7份，NaCl5份，胺基抑制剂0.8份，常温搅拌，转数8000-11000转/分，每种组分加料间隔5分钟，搅拌5分钟，即得到本发明的钻井液体系。
本实施例中，改性淀粉采用羧甲基淀粉，聚合醇采用聚醚型多元醇(浊点低于60℃)，纳微米封堵剂采用纳微米二氧化硅，润滑剂采用石墨粉，有机盐采用甲酸钾，胺基抑制剂采用有机胺抑制剂YZ-1，采用超细碳酸钙为以粒度1250目和3000目两种以1：1的比例复配制得。
按照石油行业通行评价方法之一，采用动态线性膨胀仪测试常温常压下页岩在蒸馏水空白样、实施例2钻井液、油基钻井液及高性能氯化钾钻井液中不同实验时间内的膨胀量(膨胀量越小，说明钻井液体系的抑制性越好，反之，则越差)，实验结果如表2所示，结果显示，本发明的钻井液体系页岩线性膨胀量低于高性能氯化钾钻井液，稍大于油基钻井液，证明本发明的钻井液体系页岩膨胀抑制性明显优于高性能氯化钾，接近油基钻井液。
表2页岩线性膨胀量测试实验
(备注：油基钻井液油水比一般为(60～100)：(40～0)，本实验油基钻井液配方油水比为90:10，高性能氯化钾体系中抑制剂采用10％氯化钾+1.5％有机胺聚合物。)
实施例3
清水100份，膨润土2份，充分溶解形成膨润土浆后，加入PAC-LV 1份，改性淀粉2.5份，搅拌均匀后，依次加入NH4-HPAN 1.5份，SMP 2份，超细碳酸钙2份，乳化石蜡2份，聚合醇2份，纳微米封堵剂2份，XC 0.2份，润滑剂3份，搅拌均匀后再加入有机盐8份，KCl 7份，NaCl5份，胺基抑制剂0.8份，常温搅拌，转数8000-11000转/分，每种组分加料间隔5分钟，搅拌5分钟，即得到本发明的钻井液体系。
本实施例中，改性淀粉采用羧甲基淀粉，聚合醇采用聚醚型多元醇(浊点低于60℃)，纳微米封堵剂采用纳微米二氧化硅，润滑剂采用石墨粉，有机盐采用甲酸钾，胺基抑制剂采用有机胺抑制剂YZ-1，采用超细碳酸钙为以粒度1250目和3000目两种以1：1的比例复配制得。
按照石油行业通行评价方法之一，采用高温滚动加热炉测量在120℃、690KPa、16h条件下页岩在实施例3钻井液、油基钻井液及高性能氯化钾钻井液分散量(滚动后重量越多，说明页岩分散量越少，钻井液体系的抑制性越好，反之，则越差)，实验结果如表3所示，结果显示，本发明的钻井液体系岩屑回收率远高于氯化钾钻井液，接近油基钻井液，证明本发明的钻井液体系对页岩分散抑制明显优于高性能氯化钾水基钻井液抑制性，已接近油基钻井液抑制性能。
表3岩屑滚动回收率实验
| 钻井液体系 | 原始重量/g | 滚动后重量/g | 滚动回收率/％ |
| 实施例3 | 40.12 | 38.74 | 96.55 |
| 油基钻井液 | 39.95 | 39.33 | 98.46 |
| 高性能氯化钾钻井液 | 39.839 | 36.47 | 91.54 |
(备注：油基钻井液油水比一般为(60～100)：(40～0)，本实验油基钻井液配方油水比为90:10，高性能氯化钾体系中抑制剂采用10％氯化钾+1.5％有机胺聚合物。)
实施例4
清水100份，膨润土2份，充分溶解形成膨润土浆后，加入PAC-LV 1份，改性淀粉2.5份，搅拌均匀后，依次加入NH4-HPAN 1.5份，SMP 2份，超细碳酸钙3份，乳化石蜡3份，聚合醇3份，纳微米封堵剂3份，XC 0.2份，润滑剂3份，搅拌均匀后再加入有机盐8份，KCl 7份，NaCl5份，胺基抑制剂0.8份，常温搅拌，转数8000-11000转/分，每种组分加料间隔5分钟，搅拌5分钟，即得到本发明的钻井液体系。
本实施例中，改性淀粉采用羧甲基淀粉，聚合醇采用聚醚型多元醇(浊点低于60℃)，纳微米封堵剂采用纳微米二氧化硅，润滑剂采用石墨粉，有机盐采用甲酸钾，胺基抑制剂采用有机胺抑制剂YZ-1，采用超细碳酸钙为以粒度1250目和3000目两种以1：1的比例复配制得。
按照GB16783.1－2014/IOS10414-1:2008国家标准，对实施例4钻井液、油基钻井液及高性能氯化钾钻井液进行封堵性评价实验，采用低温低压滤失仪测量API失水，高温高压滤失仪在120℃，3447KPa下测量HTHP失水，按照堵塞仪使用说明书，采用砂床堵塞仪测量砂床滤失量，渗透性堵塞仪测量PPT滤失量，实验结果表4所示，结果表明，本发明的钻井液体系对页岩封堵性明显优于高性能氯化钾水基钻井液，略低于油基钻井液封堵性能。
表4封堵性评价实验
实施例5
清水100份，膨润土2份，充分溶解形成膨润土浆后，加入PAC-LV 1份，改性淀粉2.5份，搅拌均匀后，依次加入NH4-HPAN 1.5份，SMP 2份，超细碳酸钙3份，乳化石蜡3份，聚合醇3份，纳微米封堵剂3份，XC 0.2份，润滑剂3份，搅拌均匀后再加入有机盐8份，KCl 7份，NaCl5份，胺基抑制剂0.8份，常温搅拌，转数8000-11000转/分，每种组分加料间隔5分钟，搅拌5分钟，即得到本发明的钻井液体系。
本实施例中，改性淀粉采用羧甲基淀粉，聚合醇采用聚醚型多元醇(浊点低于60℃)，纳微米封堵剂采用纳微米二氧化硅，润滑剂采用石墨粉，有机盐采用甲酸钾，胺基抑制剂采用有机胺抑制剂YZ-1，采用超细碳酸钙为以粒度1250目和3000目两种以1：1的比例复配制得。
按照国家标准《污水综合排放标准》GB8978—2002标准方法，对实施例5钻井液、油基钻井液及高性能氯化钾钻井液进行了钻井液环保性能评价试验，试验结果如表5所示，结果显示，本发明的钻井液体系环保性能明显优于高性能氯化钾钻井液和油基钻井液，大大降低了钻井液成本和钻井废弃物处理费用。
表5环保性能评价实验
Claims (15)
1.一种适用于页岩油井眼稳定的环保型钻井液体系，其特征在于，主要由下述组分组成：清水100份，膨润土1～3份，有机盐6～8份，KCl 5～7份，NaCl 5～6份，胺基抑制剂0.5～0.8份，PAC-LV 0.5～1份，NH4-HPAN 1～1.5份，改性淀粉2～3份，SMP 1～2份，超细碳酸钙2～3份，乳化石蜡2～3份，聚合醇2～3份，纳微米封堵剂2～3份，黄原胶XC 0.2～0.3份，润滑剂3～7份。
2.根据权利要求1所述的钻井液体系，其特征在于，所述有机盐为甲酸钠、甲酸钾。
3.根据权利要求1所述的钻井液体系，其特征在于，所述有机盐为甲酸钠。
4.根据权利要求1所述的钻井液体系，其特征在于，所述胺基抑制剂为有机胺抑制剂WAN-1、有机胺抑制剂RS-712、有机胺抑制剂BZ-AN1、有机胺抑制剂YZ-1。
5.根据权利要求1所述的钻井液体系，其特征在于，所述胺基抑制剂为有机胺抑制剂YZ-1。
6.根据权利要求1所述的钻井液体系，其特征在于，所述纳微米封堵剂为纳微米二氧化硅、纳微米乳胶封堵剂、纳微米级氧化石墨、柔性聚酯。
7.根据权利要求1所述的钻井液体系，其特征在于，所述纳微米封堵剂为纳微米二氧化硅。
8.根据权利要求1所述的钻井液体系，其特征在于，所述润滑剂为柴油、白油、沥青、石墨粉。
9.根据权利要求1所述的钻井液体系，其特征在于，所述润滑剂为石墨粉。
10.根据权利要求1所述的钻井液体系，其特征在于，所述改性淀粉为羧甲基淀粉。
11.根据权利要求1所述的钻井液体系，其特征在于，所述超细碳酸钙粒度为800～3000目。
12.根据权利要求1所述的钻井液体系，其特征在于，所述超细碳酸钙粒度为采用粒度为1250目和3000目两种以1：1的比例进行复配。
13.根据权利要求1所述的钻井液体系，其特征在于，所述聚合醇为聚乙二醇、聚丙二醇、聚丙三醇、乙二醇/丙二醇共聚物、聚醚型多元醇，浊点低于60℃。
14.根据权利要求1所述的钻井液体系，其特征在于，所述聚合醇为聚醚型多元醇，浊点低于60℃。
15.根据权利要求1所述的钻井液体系的制备方法，其特征在于，先加入清水和膨润土，使膨润土充分在清水中溶解形成膨润土浆后，加入PAC-LV和改性淀粉保护水化效果，然后加入剩余组分的处理剂，常温搅拌，转数8000-11000转/分，每种组分加料间隔5分钟，搅拌5分钟，完成配制时间共计150分钟。
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