一种用于页岩地层的井壁强化水基钻井液及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种用于页岩地层的井壁强化水基钻井液，其组分按照质量份数计包括：其组分按照质量份数计包括：其组分按照质量份数计包括：其组分按照质量份数计包括：

【技术实现步骤摘要】
一种用于页岩地层的井壁强化水基钻井液及其应用


[0001]本专利技术涉及钻井工程钻井液
，尤其涉及一种用于页岩地层的井壁强化水基钻井液及其应用。

技术介绍

[0002]页岩地层的井壁失稳随着钻进地层深入，高温及地层复杂问题日益突出，研究攻克方向从前期的如何抑制黏土水化膨胀稳定井壁，到目前钻遇硬脆性泥页岩、破碎性油泥岩等易破碎地层防塌问题上。对于这种层理和微裂缝较发育、地层胶结差的水敏性页岩地层，其少量滤液侵入即可显著增加近井壁附近的孔隙压力，削弱液柱压力对井壁的有效力学支撑作用，从而导致井壁坍塌失稳。即使没有正压差，泥岩的亲水性也会导致泥页岩内部的毛细管吸水，进入地层内部的水导致黏土矿物水化膨胀和分散剥落，使孔隙压力增加，强度降低。尤其是采用水平井施工过程中，井斜较大，地层倾角大时，这种弱胶结的页岩地层掉块、卡钻或坍塌问尤其严重，如何利用钻井液技术提高这类地层的稳定性，保护井壁目前已成为面临的技术难题。
[0003]针对这个难题，技术发展及其解决思路主要集中在四个方面：其一是开发功能性材料提高钻井液的抑制性。但无机盐导致钻井液矿化度高，对钻井液配伍用处理剂抗盐污染性要求高，而有机盐成本较高。此外仅仅强调抑制性，适合于水化膨胀黏土矿物含量高压实性较好的泥岩地层，不适合硬脆性或破碎性页岩地层。其二是开发各种封堵类材料，或者是将抑制技术与封堵技术结合，这样操作的缺点一是造成成本浪费，二是导致级配不如预期合理，封堵性能达不到预期指标。其三，利用蜗牛贝壳吸附于岩石原理，研制仿生固壁剂，仿生固壁和化学粘附共同的缺点是内聚力降低，对破碎性地层岩石胶结性差，不足以应对弱胶结性地层的井壁失稳问题。其四是利用胶结性较强的化学类粘附胶结处理剂，如沥青功能材料、环氧树脂类黏胶、硅酸钠和特殊开发的处理剂等。但沥青类材料的胶结性主要在空气中较强，在水环境介质中当达到温度软化后以封堵性为主；环氧树脂类黏胶在水中也失去胶结作用，硅酸钠材料与钻井液配伍性差，而且上述材料的粒径较大，难以进入页岩油泥岩微纳米孔隙空间。
[0004]因此，亟待提出一种用于页岩弱胶结性地层的井壁强化水基钻井液，用以降低钻井过程因为黏土矿物水化，地层胶结性弱而导致的掉块、垮塌、卡钻等井下复杂事故风险。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中的上述问题，本专利技术提出了一种用于页岩地层的井壁强化水基钻井液及其应用。
[0006]第一方面，本专利技术提出了一种用于页岩地层的井壁强化水基钻井液，其特征在于，其组分按照质量份数计包括：
[0007][0008]作为本专利技术的具体实施方式，所述黏附胶结固壁剂包括黏附护壁剂、胶结固壁剂、促进剂。
[0009]所述黏附护壁剂、胶结固壁剂、促进剂的质量比为(10～20)：(5～15)：(0.2～1)。
[0010]作为本专利技术的具体实施方式，所述黏附护壁剂组分包括苯乙烯(SM)、丙烯酸丁酯(BA)、2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸(AMPS)、引发剂、阳离子结构剂、交联剂。所述苯乙烯(SM)、丙烯酸丁酯(BA)、2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸(AMPS)、引发剂、阳离子结构剂、交联剂的质量比为(2～15)：(1～4)：(1～4)：(0.05～0.2)：(2～6)：(0.2～0.6)。
[0011]作为本专利技术的具体实施方式，所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾、叔丁基过氧化氢和硫酸亚铁中的至少一种。
[0012]作为本专利技术的具体实施方式，所述阳离子结构剂为阳离子丙烯酰胺、阳离子聚丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵中的至少一种。
[0013]作为本专利技术的具体实施方式，所述交联剂为二烯丙基胺、丙二胺中的至少一种。
[0014]作为本专利技术的具体实施方式，胶结固壁剂为海藻酸盐，改性海藻酸盐、海藻酸丙二醇酯、丙烯酸、聚丙烯酸、甲基丙烯酸中的至少一种。
[0015]作为本专利技术的具体实施方式，所述促进剂为二价金属盐、三价金属盐中的至少一种。所述二价金属盐为氯化钙、氯化镁、硫酸钙、硫酸镁中的至少一种。
[0016]作为本专利技术的具体实施方式，所述全固相多尺度封堵剂包括钻井液中不同尺寸的全部固相。
[0017]所述全固相多尺度封堵剂，按照质量份包括：土粉0.5～4份、微米级刚性粒子1～3份、纳米级刚性粒子2～4份、纳米级柔性粒子2～5份、密度调节剂0～150份。
[0018]作为本专利技术的具体实施方式，所述土粉为钠膨润土、钙膨润土、海泡石和凹凸棒土中的至少一种。
[0019]作为本专利技术的具体实施方式，所述微米级刚性粒子为碳酸钙颗粒、二氧化硅颗粒和石灰石颗粒中的至少一种。
[0020]作为本专利技术的具体实施方式，所述微米级刚性粒子是由碳酸钙和二氧化硅按照质量比为2:3组成。
[0021]现有技术中各种封堵类材料，或者是将抑制技术与封堵技术结合，这样操作的缺点是导致级配不如预期合理，封堵性能达不到预期指标。因此，本专利技术反复研究，得到优选地级配比例。
[0022]作为本专利技术的具体实施方式，所述碳酸钙颗粒为不同级配组成，所述不同级配的碳酸钙颗粒按照400目、800目、1000目的质量级配比例为2:1:4，或按照800目、1000目、5000目的质量级配比例为3:2:5，或按照800目、1500目、3000目的质量级配比例为3:1:6。
[0023]作为本专利技术的具体实施方式，所述二氧化硅颗粒为不同级配组成，所述不同级配的二氧化硅颗粒按照400目、800目、1000目的质量级配比例为2:1:4，或按照800目、1000目、5000目的质量级配比例为3:2:5，或按照800目、1500目、3000目的质量级配比例为3:1:6。
[0024]作为本专利技术的具体实施方案，所述石灰石颗粒为不同级配组成，所述不用级配的石灰石颗粒质量级配比例为400目、800目、1000目的质量级配比例为2:1:4，或按照800目、1000目、5000目的质量级配比例为3:2:5，或按照800目、1500目、3000目的质量级配比例为3:1:6。
[0025]作为本专利技术的具体实施方式，所述纳米级刚性粒子为二氧化硅颗粒、表面改性二氧化硅颗粒中的至少一种。
[0026]作为本专利技术的具体实施方式，所述纳米级改性二氧化硅颗粒为表面经过有机处理剂改性，提高其分散性和溶解性。
[0027]作为本专利技术的具体实施方式，所述不同级配二氧化硅颗粒按照10～100nm、50～500nm的质量级配比例优选为2：1。
[0028]作为本专利技术的具体实施方式，所述纳米级柔性粒子为可变性纳米微球、纳米乳液、纳米乳化石蜡或纳米纤维粉中的至少一种。
[0029]作为本专利技术的具体实施方式，所述密度调节剂为重晶石、有机盐中的至少一种。
[0030]作为本专利技术的具体实施方式，所述的连续液相为自来水、海水或地层水中的至少一种。
[0031]海水中的粒子会对钻井液处理剂产生影响，所以本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于页岩地层的井壁强化水基钻井液，其特征在于，其组分按照质量份数计包括：2.根据权利要求1所述的井壁强化水基钻井液，其特征在于，所述黏附胶结固壁剂包括黏附护壁剂、胶结固壁剂和促进剂；优选地，所述黏附护壁剂、所述胶结固壁剂、所述促进剂的质量比为(10～20)：(5～15)：(0.2～1)。3.根据权利要求2所述的井壁强化水基钻井液，其特征在于，所述黏附护壁剂的组分包括苯乙烯、丙烯酸丁酯、2
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丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸、引发剂、阳离子结构剂和交联剂；和/或所述苯乙烯、丙烯酸丁酯、2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸、引发剂、阳离子结构剂和交联剂的质量比为(2～15)：(1～4)：(1～4)：(0.05～0.2)：(2～6)：(0.2～0.6)；和/或所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾、叔丁基过氧化氢和硫酸亚铁中的至少一种；和/或所述阳离子结构剂为阳离子丙烯酰胺、阳离子聚丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵中的至少一种；和/或所述交联剂为二烯丙基胺、丙二胺中的至少一种。4.根据权利要求2或3所述的井壁强化水基钻井液，其特征在于，胶结固壁剂为海藻酸盐、改性海藻酸盐、海藻酸丙二醇酯、丙烯酸、聚丙烯酸和甲基丙烯酸中的至少一种；和/或所述促进剂为二价金属盐、三价金属盐中的至少一种；和/或优选地，所述二价金属盐为氯化钙、氯化镁、硫酸钙、硫酸镁中的至少一种。5.根据权利要求1
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4中任一项所述的井壁强化水基钻井液，其特征在于，所述全固相多尺度封堵剂包括钻井液中不同尺寸的全...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨倩云，李海斌，许军富，刘振东，杨玉精，程丙方，于雷，刘传清，梁明月，
申请(专利权)人：中石化胜利石油工程有限公司中石化胜利石油工程有限公司钻井液技术服务中心，
类型：发明
国别省市：