一种适用于页岩气井的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，公开了一种适用于页岩气井的钻井液及其制备方法，其中，该钻井液含有水、膨润土、增粘剂、流型调节剂、降滤失剂、封堵剂和加重剂，且以100重量份的水为基准，膨润土为1‑10重量份，增粘剂为5‑15重量份，流型调节剂为4‑13重量份，降滤失剂为4‑13重量份，封堵剂为20‑55重量份，加重剂为10‑60重量份；本发明专利技术采用改性纳米二氧化硅作为封堵剂，使得其在钻井液体系中分散度变高，粒度分布更加均匀，特别适用于微裂缝(微裂隙)和微孔发育、低孔低渗(10‑3‑10‑7md)、毛细效应突出的页岩地层的钻井施工。

Drilling fluid suitable for shale gas well and its preparation method

The invention relates to the field of drilling fluids, and discloses a drilling fluid suitable for shale gas wells and a preparation method thereof. The drilling fluid contains water, bentonite, tackifier, flow regime regulator, filtrate reducer, plugging agent and weighting agent, and the bentonite is 1_10 weight and the tackifier is 5_1 based on 100 weight of water. The invention adopts modified nano-silica as plugging agent, which makes its dispersion in drilling fluid system higher and particle size distribution more uniform, and is especially suitable for micro-cracking. Drilling operations in shale formations with developed fractures and micropores, low porosity and low permeability (10 3 10 7 md) and prominent capillary effect.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于页岩气井的钻井液及其制备方法
本专利技术涉及钻井液领域，具体地涉及一种适用于页岩气井的钻井液及其制备方法。
技术介绍
钻页岩气井的关键在于页岩井段井壁稳定问题，其中核心问题在于如何降低坍塌压力，用低密度钻井液保证井壁稳定、井眼规则、井下安全。既然用油基钻井液钻页岩气井并不理想，因此，低成本水基钻井液将成为可能。若用水基钻井液技术能解决上述诸多问题，将填补国内外在这一领域的空白。用水基钻井液技术钻页岩气井的首要工作就是页岩井段坍塌压力确定和水基钻井液对坍塌压力增加的评价方法，包括水化作用对井壁稳定和坍塌压力的影响，其次选择合理钻井液密度，加强封堵和抑制作用，正确选择水基钻井液类型，最终用低密度水基钻井液保证井壁稳定、井眼规则、井下安全。关于泥页岩井壁不稳定问题的相关钻井液理论及其技术已有实质性的进展，有的趋于完善，并在现场取得了成功应用，经济效益和社会效益显著。其中有的理论和相关技术可直接支撑页岩气井的井壁稳定性研究，但针对页岩地层的特殊性，如弱膨胀强分散、微裂缝(微裂隙)和微孔发育、低孔低渗(10-3-10-7md)、毛细效应突出、掉块坍塌突出等，相关的理论及其技术和评价方法必须进一步提升和加强，如力学和化学耦合问题、微裂缝、细微裂缝封堵评价方法与评价标准、根据井眼轨迹和地应力状态确定页岩水平井眼地层坍塌压力计算方法、钻井液抑制性大小与地层坍塌压力增量之间的定量关系等等。因此，如果能够采用水基钻井液技术能有效解决这些技术难题，将填补国内外在这一领域的空白，为工程院将来在页岩气安全钻井和有效开发提供坚实基础。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的上述问题，针对现阶段水基钻井液的理论和技术对于页岩地层微裂缝(微裂隙)和微孔发育、低孔低渗(10-3-10-7md)、毛细效应突出等问题无法彻底解决，而提供一种适用于页岩气井的钻井液及其制备方法。为了实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种适用于页岩气井的钻井液，其中，该钻井液含有水、膨润土、增粘剂、流型调节剂、降滤失剂、封堵剂和加重剂，且以100重量份的水为基准，所述膨润土的含量为1-10重量份，所述增粘剂的含量为5-15重量份，所述流型调节剂的含量为4-13重量份，所述降滤失剂的含量为4-13重量份，所述封堵剂的含量为20-55重量份，所述加重剂的含量为10-60重量份。本专利技术另一方面提供了一种适用于页岩气井的钻井液的制备方法，其中，该制备方法包括以下步骤：(1)将膨润土预水化处理；(2)将步骤(1)得到的预水化处理后的膨润土与改性纳米二氧化硅混合；(3)将步骤(2)得到的混合物与增粘剂、流型调节剂、降滤失剂和加重剂混合。通过上述技术方案，本专利技术采用改性纳米二氧化硅，使得其在钻井液中分散度变高，粒度分布更加均匀，特别适用于微裂缝(微裂隙)和微孔发育、低孔低渗(10-3-10-7md)、毛细效应突出的页岩地层的钻井施工，具有强封堵效果。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。为了实现本专利技术的目的，本专利技术一方面提供了一种适用于页岩气井的钻井液，其中，该钻井液含有水、膨润土、增粘剂、流型调节剂、降滤失剂、封堵剂和加重剂，且以100重量份的水为基准，所述膨润土的含量可以为1-10重量份，所述增粘剂的含量可以为5-15重量份，所述流型调节剂的含量可以为4-13重量份，所述降滤失剂的含量可以为4-13重量份，所述封堵剂的含量可以为20-55重量份，所述加重剂的含量可以为10-60重量份。在本专利技术中，为了能够很好地适用于微裂缝(微裂隙)和微孔发育、低孔低渗(10-3-10-7md)、毛细效应突出的页岩地层的钻井施工，优选情况下，以100重量份的水为基准，所述膨润土的含量为5-7重量份，所述增粘剂的含量为9-11重量份，所述流型调节剂的含量为9-11重量份，所述降滤失剂的含量为9-11重量份，所述封堵剂的含量为44-46重量份，所述加重剂的含量为35-45重量份。根据本专利技术的钻井液，其中，所述膨润土可以为购自新疆中非夏子街膨润土有限责任公司的新疆中非夏子街膨润土。其中，所述增粘剂可以为黄原胶、石棉纤维和/或羟乙基纤维素的一种或几种；为了能够很好地抑制黏土矿物表面水化的问题，优选情况下，所述增粘剂为羟乙基纤维素；在本专利技术中，所述黄原胶可以为购自河南永佳化工产品有限公司，型号为XC；所述石棉纤维可以为购自灵寿县鹏博矿产品加工厂，型号为SM-1；所述羟乙基纤维素可以为购自肥城雨田化工有限公司，型号为HEC。其中，所述流型调节剂可以为无铬磺化褐煤、丙烯酰胺和/或丙烯酸钠的一种或几种；为了能够很好地抑制黏土矿物表面水化的问题，优选情况下，所述流型调节剂为丙烯酸钠；在本专利技术中，所述无铬磺化褐煤可以为购自成都川锋化工有限责任公司，型号为M-SMC；所述丙烯酰胺可以为购自成都市科龙化工试剂厂，型号为ACM；所述丙烯酸钠可以为购自成都市科龙化工试剂厂，型号为SA。其中，所述降滤失剂可以为磺甲基酚醛树脂、褐煤树脂和/或羧甲基淀粉的一种或几种；为了能够很好地抑制黏土矿物表面水化的问题，优选情况下，所述降滤失剂为褐煤树脂；在本专利技术中，所述磺甲基酚醛树脂可以为购自河北燕兴化工有限公司，型号为SMP-2；所述褐煤树脂可以为购自成都川锋化工有限责任公司，型号为SPNH；所述羧甲基淀粉可以为购自河北燕兴化工有限公司，型号为CMS。其中，所述加重剂可以为重晶石、石灰石粉和/或铁矿粉；优选情况下，所述加重剂为铁矿粉；在本专利技术中，所述重晶石可以为购自灵寿县垚鑫矿产品加工厂，型号为BS-1；所述石灰石粉可以为购自灵寿县垚鑫矿产品加工厂，主要产物为CaCO3；所述铁矿粉可以为购自灵寿县垚鑫矿产品加工厂，主要产物为Fe3O4。其中，所述封堵剂的制备方法包括以下步骤：(1)将纳米二氧化硅溶解于N-甲基吡咯烷酮中；(2)将吡咯烷酮与硅烷偶联剂混合；(3)将步骤(1)得到的混合物与步骤(2)得到的混合物进行反应；(4)将步骤(3)得到的反应物离心处理。在该制备方法中，其中，该方法还包括在将纳米二氧化硅溶解于N-甲基吡咯烷酮之前进行干燥处理；在本专利技术中，所述纳米二氧化硅可以为球形，所述纳米二氧化硅可以为购自上海缘钛化工产品有限公司，型号为Y200。在该制备方法中，优选情况下，将所述纳米二氧化硅进行干燥处理的条件可以包括：将该纳米二氧化硅放置于真空干燥箱中，在温度为70-98℃环境下干燥18-24小时；更优选情况下，在85-95℃环境下干燥20-22小时。在该制备方法中，在步骤(1)中，所述溶解的条件可以包括：将干燥后的纳米二氧化硅取出置于三口烧瓶中，加入N-甲基吡咯烷酮，在温度为25-40℃，超声频率为2-4兆赫兹(MHz)条件下超声3-55分钟；优选情况下，在31-35℃环境下，超声分散40-50分钟，超声频率为3-3.5兆赫兹(MHz)。在该制备方法中，在步骤(2)中，将吡咯烷酮与硅烷偶联剂混合均匀；优选情况下，该混合可以在搅拌条件下进行，其中，搅拌的设备没有具体限定，以及搅拌的条件可以在搅拌速率为1000-2000转/分钟的条件下进行，只要将吡咯烷酮与硅烷偶联剂混合均匀即可。在该制备方法中，在步骤(3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于页岩气井的钻井液，其特征在于，该钻井液含有水、膨润土、增粘剂、流型调节剂、降滤失剂、封堵剂和加重剂，且以100重量份的水为基准，所述膨润土的含量为1‑10重量份，所述增粘剂的含量为5‑15重量份，所述流型调节剂的含量为4‑13重量份，所述降滤失剂的含量为4‑13重量份，所述封堵剂的含量为20‑55重量份，所述加重剂的含量为10‑60重量份。

【技术特征摘要】
1.一种适用于页岩气井的钻井液，其特征在于，该钻井液含有水、膨润土、增粘剂、流型调节剂、降滤失剂、封堵剂和加重剂，且以100重量份的水为基准，所述膨润土的含量为1-10重量份，所述增粘剂的含量为5-15重量份，所述流型调节剂的含量为4-13重量份，所述降滤失剂的含量为4-13重量份，所述封堵剂的含量为20-55重量份，所述加重剂的含量为10-60重量份。2.根据权利要求1所述的钻井液，其中，以100重量份的水为基准，所述膨润土的含量为5-7重量份，所述增粘剂的含量为9-11重量份，所述流型调节剂的含量为9-11重量份，所述降滤失剂的含量为9-11重量份，所述封堵剂的含量为44-46重量份，所述加重剂的含量为35-45重量份。3.根据权利要求1或2所述的钻井液，其中，所述增粘剂为黄原胶、石棉纤维和/或羟乙基纤维素中的一种或几种；所述流型调节剂为无铬磺化褐煤、丙烯酰胺和/或丙烯酸钠的一种或几种；所述降滤失剂为磺甲基酚醛树脂、褐煤树脂和/或羧甲基淀粉的一种或几种；所述加重剂为重晶石、石灰石粉和/或铁矿粉；优选地，所述增粘剂为羟乙基纤维素；所述流型调节剂为丙烯酸钠；所述降滤失剂为褐煤树脂；所述加重剂为铁矿粉。4.根据权利要求3所述的钻井液，其中，所述封堵剂的制备方法包括以下步骤：(1)将纳米二氧化硅溶解于N-甲基吡咯烷酮中；(2)将吡咯烷酮与硅烷偶联剂混合；(3)将步骤(1)得到的混合物与步骤(2)得到的混合物进行反应；(4)将步骤(3)得到的反应物进行离心处理。5.根据权利要求4所述的钻井液，其中，该方法还包括在将纳米二氧化硅溶解于N-甲基吡咯烷酮之前进行干燥处理；优选地，所述干燥处理的条件包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：白杨，罗平亚，王平全，邓嘉丁，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51