一种稳定泥页岩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泥页岩地层钻井技术领域，一种稳定泥页岩地层井壁的水基钻井液及其应用，所述水基钻井液含有防水剂、纳米膜结构封堵剂、表面水化抑制剂、甲酸钾、磺甲基酚醛树脂、磺化褐煤树脂、膨润土和水，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。将本发明专利技术的水基钻井液应用于泥页岩地层的钻井过程中，能够有效抑制泥页岩地层的水化膨胀与分散，有效封堵泥页岩地层，减缓岩石抗压强度降低，防止井壁坍塌、卡钻等，从而强化井壁稳定性并减少井下复杂情况。

【技术实现步骤摘要】
一种稳定泥页岩地层井壁的水基钻井液及其应用
本专利技术涉及泥页岩地层钻井
，具体地涉及一种稳定泥页岩地层井壁的水基钻井液及其应用。
技术介绍
长期以来，泥页岩地层钻井过程中井壁垮塌现象严重，井下复杂状况频发，使得钻井周期长、效率低、成本高，成为了制约油田勘探开发的主要技术瓶颈之一。泥页岩地层钻井的主要难点在于水敏性强、微裂缝和裂缝发育、浸泡时间长等引发的井壁垮塌、漏失、托压及卡钻等问题，核心是泥页岩地层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油气田安全、高效开发的重大技术难题。油基钻井液在泥页岩钻井过程中能够较好的防止井壁失稳，但其环境可接受性差，成本高。目前水基钻井液防止泥页岩水化膨胀的方法主要是加入胺基抑制剂、正电胶等，中和泥页岩表面的负电荷来达到抑制目的；或者通过改性纳米颗粒等材料，形成致密泥饼，降低钻井液滤失量，封堵泥页岩孔喉，减少滤液进入地层，一定程度稳定了泥页岩井壁。由于抑制或封堵能力不足，水基钻井液钻泥页岩过程中由井壁岩石水化、岩石强度降低引发的井壁失稳仍然严重，高效稳定泥页岩井壁的水基钻井液技术是目前的研究趋势。因此，对能够有效稳定泥页岩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泥页岩钻井中的上述缺陷，提供了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，该水基钻井液含有防水剂、纳米膜结构封堵剂、表面水化抑制剂、甲酸钾、磺甲基酚醛树脂、磺化褐煤树脂、膨润土和水，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。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，该方法包括将防水剂、纳米膜结构封堵剂、表面水化抑制剂、甲酸钾、磺甲基酚醛树脂、磺化褐煤树脂、膨润土和水混合。第三方面，本专利技术提供了本专利技术所述水基钻井液在稳定泥页岩地层井壁中的应用。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、甲酸钾，使得该水基钻井液能够有效阻止或抑制水进入泥页岩地层，抑制地层岩石水化，减缓地层岩石抗压强度降低，有效保持泥页岩地层井壁稳定。同时，将本专利技术的水基钻井液应用于泥页岩地层钻井中时，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水基钻井液侵入地层岩石，从而达到稳定泥页岩地层井壁的作用。以聚[苯乙烯-蒙脱土片层-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸]为例，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地层岩石孔隙，形成的纳米级胶束留在孔隙外而起堵孔作用，减少滤液进入地层。另外，其亲水性磺酸盐基团还可以吸附在地层岩石表面，同时其疏水基团则远离岩石表面伸向外侧，这样就赋予岩石表面一层疏水膜，抑制水基钻井液中自由水向地层的渗入，减弱地层岩石水化。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岩石表面定向聚集排列成分子膜，使岩石表面疏水疏油，有效减缓水进入地层深部。因此，将防水剂用于水基钻井液中对泥页岩地层进行钻井时，不仅可以防止水基钻井液的侵入，而且通过改变地层岩石表面润湿性阻止地层与外来流体间的直接接触，稳定井壁。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、阻止地层岩石毛细管的自吸作用，有效稳定井壁。表面水化抑制剂由于其在地层岩石孔喉和表面具有强烈吸附作用，并在岩石表面发生超分子作用，有效改变岩石孔喉和表面性能，强烈抑制由表面水化引起的地层岩石水化膨胀和分散，降低岩石膨胀率，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。甲酸钾可以有效降低泥页岩地层岩石渗透水化。甲酸钾通过压缩粘土矿物表面双电层，抑制地层中粘土矿物水化膨胀；钾离子还可以嵌入到粘土矿物晶层中，抑制水进入粘土矿物晶层间，抑制粘土矿物水化。同时，甲酸钾可以降低钻井液活度，抑制水进入地层，稳定低渗透地层井壁。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，该水基钻井液含有防水剂、纳米膜结构封堵剂、表面水化抑制剂、甲酸钾、磺甲基酚醛树脂、磺化褐煤树脂、膨润土和水。在本专利技术所述的水基钻井液中，相对于100重量份的水，所述防水剂的含量为0.05-0.5重量份、所述纳米膜结构封堵剂的含量为0.5-5重量份、所述表面水化抑制剂的含量为0.5-5重量份、所述甲酸钾的含量为0.5-5重量份、所述磺甲基酚醛树脂的含量为0.5-5重量份、所述磺化褐煤树脂的含量为0.5-5重量份、所述膨润土的含量为0.5-5重量份。在优选情况下，相对于100重量份的水，所述防水剂的含量为0.1-0.5重量份、所述纳米膜结构封堵剂的含量为2-3重量份、所述表面水化抑制剂的含量为2-5重量份、所述甲酸钾的含量为2-4重量份、所述磺甲基酚醛树脂的含量为2-3重量份、所述磺化褐煤树脂的含量为2-3重量份、所述膨润土的含量为1-3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，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。在优选情况下，为了进一步提高泥页岩地层井壁的稳定性能，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，该水基钻井液含有防水剂、纳米膜结构封堵剂、表面水化抑制剂、甲酸钾、磺甲基酚醛树脂、磺化褐煤树脂、膨润土和水，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 20181025957681.一种水基钻井液，其特征在于，该水基钻井液含有防水剂、纳米膜结构封堵剂、表面水化抑制剂、甲酸钾、磺甲基酚醛树脂、磺化褐煤树脂、膨润土和水，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，所述防水剂的含量为0.05-0.5重量份、所述纳米膜结构封堵剂的含量为0.5-5重量份、所述表面水化抑制剂的含量为0.5-5重量份、所述甲酸钾的含量为0.5-5重量份、所述磺甲基酚醛树脂的含量为0.5-5重量份、所述磺化褐煤树脂的含量为0.5-5重量份、所述膨润土的含量为0.5-5重量份。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，所述防水剂的含量为...

【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