一种稳定页岩气地层井壁的水基钻井液及其应用制造技术

本发明专利技术涉及页岩气钻井技术领域，公开了一种稳定页岩气地层井壁的水基钻井液及其应用，所述水基钻井液包括纳米膜结构封堵剂、防水剂、表面水化抑制剂、聚合醇、膨润土、聚阴离子纤维素、磺化褐煤树脂和水，其中，所述防水剂为N‑全氟烷基磺酰基丙基三乙氧硅烷，所述纳米膜结构封堵剂包括蒙脱土片层、式(1)所示的结构单元和式(2)所示的结构单元。将本发明专利技术所述的水基钻井液应用于稳定页岩气地层井壁中时，表现出较好的抑制、流变及减缓页岩抗压强度降低性能。

【技术实现步骤摘要】
一种稳定页岩气地层井壁的水基钻井液及其应用
本专利技术涉及页岩气钻井
，具体地涉及一种稳定页岩气地层井壁的水基钻井液及其应用。
技术介绍
我国页岩气地质资源储量为80×1012m3，技术可采资源储量为(10～25)×1012m3，具有良好的勘探开发前景，一旦成功地规模化勘探开发，能够有效地缓解我国油气供需矛盾，因此页岩气勘探和开发已成为国家重大战略。页岩气钻井的主要难点在于页岩的水敏性强、微裂缝和裂缝发育、浸泡时间长及井斜角大等引发的井壁垮塌、漏失、托压及卡钻等问题，核心是页岩地层长水平段井眼的井壁稳定问题，井壁失稳及其由它而引发的各种井下复杂问题成为实现页岩气安全、高效开发的重大技术难题。国内外以中长段水平井为基础，实现了页岩气的工业开发，强封堵、强抑制油基钻井液基本能够满足页岩气钻井的需要，但环境可接受性差、成本高，可替代油基钻井液的水基钻井液是未来的发展趋势。水基钻井液钻页岩气长水平井过程中井壁坍塌非常严重，已成为制约页岩气安全、高效开发的技术瓶颈。因此，对能够有效稳定页岩气地层井壁的水基钻井液研究具有重要的现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有的水基钻井液在页岩气钻井中的上述缺陷，提供一种水基钻井液及其制备方法和应用。为了实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种水基钻井液，该水基钻井液含有纳米膜结构封堵剂、防水剂、表面水化抑制剂、聚合醇、膨润土、聚阴离子纤维素、磺化褐煤树脂和水，所述防水剂为N-全氟烷基磺酰基丙基三乙氧硅烷，所述纳米膜结构封堵剂包括蒙脱土片层、式(1)所示的结构单元和式(2)所示的结构单元，其中，R1，R2，R3，R4和R5各自独立地为氢、C1-C4的烷基或C1-C4的烷氧基，R6为C1-C6的亚烷基，R7为H或Na。第二方面，本专利技术提供了本专利技术所述水基钻井液的制备方法，该方法包括将纳米膜结构封堵剂、防水剂、表面水化抑制剂、聚合醇、膨润土、聚阴离子纤维素、磺化褐煤树脂和水进行混合。第三方面，本专利技术提供了本专利技术所述的水基钻井液在稳定页岩气地层井壁中应用。在本专利技术所述的水基钻井液中，通过引入四种核心处理剂材料，即纳米膜结构封堵剂、防水剂、表面水化抑制剂和聚合醇，使得本专利技术所述的水基钻井液能够有效阻止或抑制水进入页岩地层，抑制页岩水化，减缓页岩抗压强度降低，有效保持页岩气地层井壁稳定；而且，将该水基钻井液应用于页岩气地层钻井中时，能够表现出较好的抑制性能、流变性能、防塌性能。其中，纳米膜结构封堵剂能够有效减少钻井过程中钻井液侵入页岩，从而达到稳定页岩井壁的作用。这是由于：①纳米膜结构封堵剂中聚苯乙烯链段的疏水缔合作用，使得大分子基团存在较多的物理交联点，保护了体系中存在的细微粒，并限制了交联网络结构中自由水的流动，从而降低了水基钻井液体系的滤失量；②纳米膜结构封堵剂中聚苯乙烯链段因疏水缔合作用自组装成纳米级的胶束，使得亲水性聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸链段进入页岩孔隙，形成的纳米级胶束留在孔隙外而起堵孔作用，减少滤液进入页岩。另外，其亲水性磺酸盐基团还可以吸附在页岩表面，同时其疏水基团则远离页岩表面伸向外侧，这样就赋予页岩表面一层疏水膜，抑制水基钻井液中自由水向页岩的渗入，减弱页岩水化。防水剂N-全氟烷基磺酰基丙基三乙氧硅烷，由于氟原子非常难以被极化，使氟碳链极性小，进而使氟碳链具有较强的疏水、疏油性能，而且氟碳表面活性剂分子在页岩表面定向聚集排列成分子膜，使岩石表面疏水疏油，有效减缓水进入页岩深部。因此，在将所述防水剂用于水基钻井液中对页岩进行钻井时，不仅可以防止钻井液的侵入，而且通过改变页岩表面润湿性阻止页岩与外来流体间的直接接触，稳定页岩井壁。本专利技术的防水剂还能够显著降低钻井液表面张力和油水界面张力、阻止页岩毛细管的自吸作用，有效稳定页岩。表面水化抑制剂由于其在页岩孔喉和页岩表面具有强烈吸附作用，并在页岩表面发生超分子作用，有效改变页岩孔喉和页岩表面性能，强烈抑制由表面水化引起的页岩水化膨胀和分散，降低页岩膨胀率，能够防止井壁坍塌、卡钻和强化井壁稳定性并减少井下复杂事故。聚合醇可以通过吸附在页岩表面，抑制页岩中粘土矿物水化膨胀，同时，降低水基钻井液活度，抑制水进入页岩地层，稳定页岩井壁。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。图1是实施例1-3、对比例1-2及清水浸泡页岩后抗压强度和原始页岩抗压强度的对比图。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。第一方面，本专利技术提供了一种水基钻井液，所述水基钻井液含有纳米膜结构封堵剂、防水剂、表面水化抑制剂、聚合醇、膨润土、聚阴离子纤维素、磺化褐煤树脂和水。在本专利技术所述的水基钻井液中，相对于100重量份的水，所述纳米膜结构封堵剂的含量为0.5-5重量份，所述防水剂的含量为0.05-0.5重量份，所述表面水化抑制剂的含量为0.5-5重量份，所述聚合醇的含量为0.5-5重量份，所述膨润土的含量为0.5-5重量份，所述聚阴离子纤维素的含量为0.05-1重量份，所述磺化褐煤树脂的含量为0.5-5重量份。在优选情况下，相对于100重量份的水，所述纳米膜结构封堵剂的含量为2-3重量份，所述防水剂的含量为0.1-0.5重量份，所述表面水化抑制剂的含量为2-5重量份，所述聚合醇的含量为2-4重量份，所述膨润土的含量为1-3重量份，所述聚阴离子纤维素的含量为0.1-0.5重量份，所述磺化褐煤树脂的含量为2-3重量份。在本专利技术所述的水基钻井液中，所述纳米膜结构封堵剂包括蒙脱土片层、式(1)所示的结构单元和式(2)所示的结构单元，其中，R1，R2，R3，R4和R5各自独立地为氢、C1-C4的烷基或C1-C4的烷氧基，R6为C1-C6的亚烷基，R7为H或Na。在优选情况下，为了进一步提高水基钻井液的稳定页岩井壁的性能，R1，R2，R3，R4和R5各自独立地为氢、C1-C3的烷基或C1-C3的烷氧基，进一步优选各自独立地为氢、甲基、乙基、甲氧基或乙氧基，更进一步优选各自独立地为氢、甲基或乙基；R6为C1-C4的亚烷基，例如亚甲基、亚乙基、亚丙基或亚丁基，进一步优选为亚丁基，即-C(CH3)2-CH2-。在本专利技术中，所述纳米膜结构封堵剂是通过将特定结构的单体插入到有机蒙脱土层间并进行原位聚合反应，得到的蒙脱土片层以纳米级分散在两亲性嵌段聚合物基体中的纳米复合材料。所述纳米膜结构封堵剂的制备方法可以参考专利申请CN106554757A。所述纳米膜结构封堵剂也可以为市售产品，例如购自成都春峰石油科技有限公司。在所述纳米膜结构封堵剂中，式(1)所示的结构单元与蒙脱土片层的质量比为1：(0.02-0.1)，进一步优选为1：(0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水基钻井液，其特征在于，该水基钻井液含有纳米膜结构封堵剂、防水剂、表面水化抑制剂、聚合醇、膨润土、聚阴离子纤维素、磺化褐煤树脂和水，其中，所述防水剂为N‑全氟烷基磺酰基丙基三乙氧硅烷，所述纳米膜结构封堵剂包括蒙脱土片层、式(1)所示的结构单元和式(2)所示的结构单元，式(1)：

【技术特征摘要】
2018.03.27 CN 20181025868771.一种水基钻井液，其特征在于，该水基钻井液含有纳米膜结构封堵剂、防水剂、表面水化抑制剂、聚合醇、膨润土、聚阴离子纤维素、磺化褐煤树脂和水，其中，所述防水剂为N-全氟烷基磺酰基丙基三乙氧硅烷，所述纳米膜结构封堵剂包括蒙脱土片层、式(1)所示的结构单元和式(2)所示的结构单元，式(1)：式(2)：其中，R1，R2，R3，R4和R5各自独立地为氢、C1-C4的烷基或C1-C4的烷氧基，R6为C1-C6的亚烷基，R7为H或Na。2.根据权利要求1所述的水基钻井液，其特征在于，相对于100重量份的水，所述纳米膜结构封堵剂的含量为0.5-5重量份，所述防水剂的含量为0.05-0.5重量份，所述表面水化抑制剂的含量为0.5-5重量份，所述聚合醇的含量为0.5-5重量份，所述膨润土的含量为0.5-5重量份，所述聚阴离子纤维素的含量为0.05-1重量份，所述磺化褐煤树脂的含量为0.5-5重量份。3.根据权利要求2所述的水基钻井液，其特征在于，相对于100重量份的水，所述纳米膜结构封堵剂的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘敬平，孙金声，吕开河，黄贤斌，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37