一种仿生钻井液及其制备方法技术

本发明专利技术涉及钻井液领域，公开了一种仿生钻井液及其制备方法。所述仿生钻井液含有特定的仿生固壁剂、仿生页岩抑制剂、降滤失剂和两亲性储层保护剂，所述降滤失剂至少含有微晶纤维素。本发明专利技术提供的仿生钻井液能够有效地解决井壁失稳的问题，极具工业应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及钻井液领域，具体公开了一种仿生钻井液以及所述仿生钻井液的制备 方法。
技术介绍
随着国家对油气资源需求的不断扩大，复杂地层条件下的深井、超深井和页岩气 井数量的不断增加，钻井液的性能必须能够满足更加严苛的要求。其中，井壁稳定性问题一 直是钻井过程中难以得到彻底解决的一个世界性难题，井壁失稳所导致的井塌、缩径卡钻、 钻头泥包等井下复杂、事故每年给石油工业造成大量的经济损失。 为解决井壁稳定难题，目前国内外主要采用油基钻井液和高性能水基钻井液体 系。油基钻井液尽管能够有效稳定井壁，但是却存在成本高、环境污染严重、固井质量差等 问题。而对于高性能水基钻井液，目前的设计理念仅仅从"避免钻井液引起泥页岩黏土水 化膨胀"方面入手，筛选或设计能够最大程度维持泥页岩有效应力的钻井液体系。然而，并 没有一种水基钻井液体系能够完全抑制黏土的水化，因而无法有效解决井壁失稳难题，不 能代替油基钻井液满足复杂地质条件和非常规油气藏钻探的需要。由于泥页岩井壁失稳是 "力学-化学"親合作用的结果，因此，必须从提高井壁泥页岩自身内聚力（即井壁强化）的 角度出发，兼顾黏土化学抑制与泥页岩微孔隙封堵，才能真正有效的解决井壁失稳难题。由 于常规钻井液体系难以实现随钻强化井壁的目的，因此，寻找一种能够通过"强化、封堵、抑 制"的协同效应有效稳定井壁的钻井液体系是一个亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的上述缺陷而提供一种能够有效稳定井壁的 仿生钻井液以及所述仿生钻井液的制备方法。 具体地，本专利技术提供了一种仿生钻井液，其中，所述仿生钻井液含有仿生固壁剂、 仿生页岩抑制剂、降滤失剂和两亲性储层保护剂，所述降滤失剂至少含有纳晶纤维素； 所述仿生固壁剂含有作为主链的羧甲基壳聚糖和接枝在主链上的源自多巴胺的 基团，所述源自多巴胺的基团如式⑴所示： 所述仿生页岩抑制剂由式（2)所示的结构单元和式（3)所示的结构单元构成： 式（2)所示的结构单元和式（3)所示的结构单元的摩尔比为0. 2-6 :1，且所述仿 生页岩抑制剂的重均分子量为800-4000g/mol ; 所述两亲性储层保护剂由式⑷、（5)、（6)和（7)所示的结构单元构成： R1、R2、R3、R4和R 5各自独立地为氢、C「(；的烷基或C「C4的烷氧基；R 6和R 6'各自 独立地为(^-(：3的烷基；R 7为取代的或未取代的C1-C6的亚烷基；M为氢或碱金属元素 ；R 8 和R8'各自独立地为C ^C6的烷基、羟基取代的C ^C6的烷基、苯基或C ^C6烷基取代的苯基； 式（4)所示的结构单元、式（5)所示的结构单元、式（6)所示的结构单元和式（7)所示的 结构单元的摩尔比为1 :〇. 4-2 :0. 5-1 :0. 1-0. 5 ;所述两亲性储层保护剂的重均分子量为 150000-350000g/mol〇 此外，本专利技术提供的仿生钻井液的制备方法包括将所述仿生固壁剂、仿生页岩抑 制剂、降滤失剂和两亲性储层保护剂以及任选的膨润土、PH值调节剂、流型调节剂、润滑剂、 加重剂和水混合均匀。 本专利技术提供的仿生钻井液与井壁岩石接触后，其中的仿生固壁剂可以"定点"自发 固化形成强度较高的粘附性凝胶"仿生壳"，从而提高近井壁岩石强度；仿生页岩抑制剂能 够嵌入粘土层间域，通过与相邻粘土晶层的强氢键作用有效抑制泥页岩粘土的水化膨胀； 纳晶纤维素降滤失剂能够有效封堵泥页岩纳微米级孔隙和微裂缝；两亲性储层保护剂能够 在有效保护储层的同时起到泥页岩抑制的作用。此外，同时含有以上几种新型处理剂的仿 生钻井液能够通过"强化、封堵、抑制"的协同耦合实现内外因的统一，从而有效解决井壁失 稳问题。该仿生钻井液能够满足复杂地质条件和非常规油气藏钻井工程要求，从而有效维 持井壁稳定，极大地减少钻井施工过程中为解决井塌、卡钻、泥包钻头等井下复杂、事故所 造成的经济损失，极具工业应用前景。 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。【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。 本专利技术提供的仿生钻井液含有仿生固壁剂、仿生页岩抑制剂、降滤失剂和两亲性 储层保护剂，所述降滤失剂至少含有纳晶纤维素； 所述仿生固壁剂含有作为主链的羧甲基壳聚糖和接枝在主链上的源自多巴胺的 基团，所述源自多巴胺的基团如式⑴所示： 所述仿生页岩抑制剂由式（2)所示的结构单元和式（3)所示的结构单元构成： 式（2)所示的结构单元和式（3)所示的结构单元的摩尔比为0. 2-6 :1，且所述仿 生页岩抑制剂的重均分子量为800-4000g/mol ; 所述两亲性储层保护剂由式（4)、（5)、（6)和（7)所示的结构单元构成： R1、R2、R3、R4和R 5各自独立地为氢、C「(；的烷基或C「C4的烷氧基；R 6和R 6'各自 独立地为(^-(：3的烷基；R 7为取代的或未取代的C1-C6的亚烷基；M为氢或碱金属元素 ；R 8 和R8'各自独立地为C ^C6的烷基、羟基取代的C ^C6的烷基、苯基或C ^C6烷基取代的苯基； 式（4)所示的结构单元、式（5)所示的结构单元、式（6)所示的结构单元和式（7)所示的 结构单元的摩尔比为1 :〇. 4-2 :0. 5-1 :0. 1-0. 5 ;所述两亲性储层保护剂的重均分子量为 150000-350000g/mol〇 本专利技术对所述仿生固壁剂、仿生页岩抑制剂、纳晶纤维素和两亲性储层保护剂的 含量没有特别地限定，但为了使得这几种物质能够协同起到更好的稳定井壁效果，优选地， 以所述仿生钻井液的总重量为基准，所述仿生固壁剂的含量为3-7重量％，所述仿生页岩 抑制剂的含量为1-2重量％，所述纳晶纤维素的含量为0. 5-1重量％，所述两亲性储层保护 剂的含量为2-3重量％。 在本专利技术提供的仿生钻井液中，所述仿生固壁剂作用机理如下：海洋生物贻贝的 足丝线能够在水环境下牢固地黏附在岩石表面，而足丝蛋白中含有的一种特殊的氨基酸衍 生物-多巴胺被证明是贻贝足丝线具有强水下黏附性能的关键。当贻贝将足丝蛋白从体内 分泌到海底岩石表面时，足丝蛋白通过多巴胺基团与海水中Fe 3+离子发生交联固化反应， 从而形成具有强黏附性和内聚力的足丝线，将贻贝粘附在岩石表面。模仿贻贝黏附蛋白结 构研发的仿生固壁剂能够随钻井液与泥页岩井壁接触并吸附在泥页岩表面，并通过多巴胺 基团与泥页岩表面Fe 3+的络合作用，在井壁表面交联固化形成一层厚度为100μπι-lmm(随 钻井液中聚合物浓度增加而增大）的具有较强黏附性的聚合物膜。该聚合物膜不仅能够有 效阻止钻井液向地层的渗透，而且具有一定强度，能够部分抵消岩石所受的水化应力，从而 起到封堵井壁泥页岩孔隙并提高泥页岩强度的作用。 根据本专利技术的一种优选实施方式，所述仿生固壁剂含有式（I)所示的结构单元：η为1以上的整数，η个R5各自独立地为H或源自多巴胺的基团且11个1?5中至少一者为源自多巴胺的基团，1?4为!1或(：1-(： 1(|的烷基，R"'为H、-CH2COOIV 或-CH2COOR3，且RJPR"'不同时为H，R/为氢或碱金本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种仿生钻井液，其特征在于，所述仿生钻井液含有仿生固壁剂、仿生页岩抑制剂、降滤失剂和两亲性储层保护剂，所述降滤失剂至少含有纳晶纤维素；所述仿生固壁剂含有作为主链的羧甲基壳聚糖和接枝在主链上的源自多巴胺的基团，所述源自多巴胺的基团如式(1)所示：所述仿生页岩抑制剂由式(2)所示的结构单元和式(3)所示的结构单元构成：式(2)所示的结构单元和式(3)所示的结构单元的摩尔比为0.2‑6：1，且所述仿生页岩抑制剂的重均分子量为800‑4000g/mol；所述两亲性储层保护剂由式(4)、(5)、(6)和(7)所示的结构单元构成：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和R6'各自独立地为C1‑C3的烷基；R7为取代的或未取代的C1‑C6的亚烷基；M为氢或碱金属元素；R8和R8'各自独立地为C1‑C6的烷基、羟基取代的C1‑C6的烷基、苯基或C1‑C6烷基取代的苯基；式(4)所示的结构单元、式(5)所示的结构单元、式(6)所示的结构单元和式(7)所示的结构单元的摩尔比为1：0.4‑2：0.5‑1：0.1‑0.5；所述两亲性储层保护剂的重均分子量为150000‑350000g/mol。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋官澄，宣扬，张县民，伍贤柱，陈俊斌，欧阳伟，罗陶涛，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11