本發(fā)明涉及油氣開采，具體是涉及一種防氣竄的高密度頁巖氣鉆采用水基鉆井液及制備方法。

背景技術(shù)：

1、頁巖氣是指富含有機質(zhì)、成熟的暗色泥頁巖或高碳泥頁巖中由于有機質(zhì)吸附作用或巖石中存在著裂縫和基質(zhì)孔隙，使之儲集和保存了一定具商業(yè)價值的生物成因、熱解成因及二者混合成因的天然氣。頁巖氣賦存于以富有機質(zhì)頁巖為主的儲集巖系中的非常規(guī)天然氣。是連續(xù)生成的生物化學(xué)成因氣、熱成因氣或二者的混合，可以游離態(tài)存在于天然裂縫和孔隙中，以吸附態(tài)存在于干酪根、黏土顆粒表面，還有極少量以溶解狀態(tài)儲存于干酪根和瀝青質(zhì)中，游離氣比例一般在20％～85％。

2、頁巖氣所在的地層由于其裂縫和層理發(fā)育嚴重，在施工過程中對鉆井液的井壁穩(wěn)定性等方面要求極高，極易發(fā)生井壁坍塌，對鉆井液的要求也非常高。常規(guī)水基鉆井液不能很好地解決這些問題，傳統(tǒng)的解決辦法仍然是采用油基鉆井液，但油基鉆井液存在配制成本高、環(huán)保壓力大等缺點。

3、對于鄂爾多斯盆地的頁巖氣田來說，其井深較深，且地層環(huán)境更為復(fù)雜，黏土礦物含量高，呈現(xiàn)弱膨脹性和破碎性，再加上水平井鉆井的水平段長，對于鉆井液的考驗更為嚴峻。在目前，已有學(xué)者對此進行了研究，例如專利cn117535037a公開了一種頁巖氣綠色水基鉆井液及其應(yīng)用，包括以下組分：水、膨潤土、增粘劑、堿度調(diào)節(jié)劑、頁巖抑制穩(wěn)定劑、降濾失劑、頁巖封堵劑、潤滑劑和加重材料，可實現(xiàn)頁巖氣鉆井時保持井壁穩(wěn)定。但經(jīng)過分析，該水基鉆井液仍然不符合上述地層環(huán)境復(fù)雜的長水平段水平井的鉆井施工，需要更加合適的水基鉆井液。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述存在的問題，本發(fā)明提供了一種防氣竄的高密度頁巖氣鉆采用水基鉆井液及制備方法。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是：

3、一種防氣竄的高密度頁巖氣鉆采用水基鉆井液，包括基漿、重晶石粉、鈦鐵礦粉和潤滑劑，所述基漿按照重量百分比計，包括甲酸鉀30～35％，膨潤土3～4％，降濾失劑2～3％，防塌劑pa-2?4～5％，白油3～4％，聚合醇msj2～3％，超細caco3粉末1～2％，乳化瀝青1.5～2％，隨鉆封堵劑1～1.5％，黃原膠0.1～0.2％，氫氧化鈉0.02～0.03％，余量為水，潤滑劑占水基鉆井液總體積的0～3％；

4、所述重晶石粉在所述水基鉆井液中的密度為1.35～1.45g/cm3，所述鈦鐵礦粉在所述水基鉆井液中的密度為1.15～1.35g/cm3。

5、進一步地，所述降濾失劑是由降濾失劑jt888和降濾失劑sj-2以2:1的重量比混合而成。

6、說明：優(yōu)選出的兩種降濾失劑已被證明在頁巖氣鉆井領(lǐng)域能夠起到良好的效果，此處對二者進行整合從而確保本發(fā)明的水基鉆井液降濾失性能良好。

7、進一步地，所述超細caco3粉末為過2000目篩的caco3粉末與過3000目篩的caco3粉末以1:1的重量比混合而成。

8、說明：優(yōu)選出兩種不同尺寸大小的caco3粉末組合而成超細caco3粉末，提高水基鉆井液的攜巖效率。

9、進一步地，所述乳化瀝青為陽離子乳化瀝青，所述隨鉆封堵劑為隨鉆封堵劑sd-i型。

10、進一步地，所述潤滑劑是由丙烯酸甲酯-乙二胺高分子聚合物包覆改性zns得到，所述潤滑劑的制備方法包括以下步驟：

11、s1、潤滑劑制備：

12、s1-1、改性zns制備：取氯化鋅粉末、硫粉和乙二胺，以3:4:100的摩爾比混合后加入到反應(yīng)釜中，加熱到180～200℃反應(yīng)3～4d，冷卻至室溫后取出，清洗后烘干得到改性zns粉末；

13、s1-2、高分子聚合物制備：取混有乙二胺的第一甲醇溶液，所述第一甲醇溶液中乙二胺的質(zhì)量濃度為40％，在冰浴條件下持續(xù)通入氮氣，并持續(xù)滴加丙烯酸甲酯，所述丙烯酸甲酯與第一甲醇溶液中乙二胺的體積比為1:1，滴加完畢后停止通入氮氣并靜置1d，得到四元胺，在冰浴條件下持續(xù)通入氮氣，并持續(xù)滴加混有乙二胺的第二甲醇溶液，所述第二甲醇溶液中乙二胺的質(zhì)量濃度為60％，第二甲醇溶液中乙二胺與丙烯酸甲酯的體積比為1:2，滴加完畢后停止通入氮氣并靜置1d，減壓蒸餾得到第一代高分子聚合物，即完成1次迭代；

14、隨后將所述第一甲醇溶液替換為所述第一代高分子聚合物，并重復(fù)上述步驟，得到第二代高分子聚合物時即完成下一次迭代，每次迭代加入的丙烯酸甲酯量相同，加入的第二甲醇溶液量相同，重復(fù)進行3次迭代得到第三代高分子聚合物；

15、s1-3、潤滑劑制備：將步驟s1-1中得到的改性zns粉末加入到步驟s1-2中得到的第三代高分子聚合物中，攪拌后重復(fù)上述迭代過程，得到的第四代丙烯酸甲酯-乙二胺高分子聚合物包覆改性zns即為潤滑劑。

16、更進一步地，所述步驟s1-1中氯化鋅粉末和硫粉均過1000目篩，清洗時選用去離子水清洗3～4次，烘干溫度為45～50℃。

17、說明：優(yōu)選氯化鋅粉末和硫粉的尺寸大小從而確保改性zns尺寸大小符合潤滑劑的要求。

18、更進一步地，所述步驟s1-3中改性zns粉末與第三代高分子聚合物的重量比為1:25～30。

19、上述任意一項所述的一種防氣竄的高密度頁巖氣鉆采用水基鉆井液的制備方法，包括以下步驟：

20、在步驟s1完成后，繼續(xù)進行后續(xù)步驟；

21、s1、基漿配漿：在鉆井施工過程中向井筒內(nèi)加入水后，開泵循環(huán)，再依次加入所述基漿的各個組分，循環(huán)鉆進即可完成基漿的配漿；

22、s2、鉆井液加重成漿：在鉆進或者循環(huán)基漿的過程中向井筒內(nèi)依次加入重晶石粉、鈦鐵礦粉和潤滑劑，即可完成對基漿的加重從而得到所述水基鉆井液。

23、上述任意一項所述的一種防氣竄的高密度頁巖氣鉆采用水基鉆井液的應(yīng)用，將所述水基鉆井液用于頁巖氣水平井鉆井施工中，應(yīng)用方法為：

24、在一開鉆進時，所述水基鉆井液中潤滑劑占水基鉆井液總體積的0％；

25、在二開鉆進時，所述水基鉆井液中潤滑劑占水基鉆井液總體積的0～1％；

26、在三開及以上開鉆鉆進時，所述水基鉆井液中潤滑劑占水基鉆井液總體積的1～3％，具體為：

27、直井鉆進時水基鉆井液中潤滑劑占水基鉆井液總體積的1～1.8％；

28、造斜段進時水基鉆井液中潤滑劑占水基鉆井液總體積的2.6～3％；

29、水平段鉆進時水基鉆井液中潤滑劑占水基鉆井液總體積的1.8～2.6％。

30、本發(fā)明的有益效果是：

31、(1)本發(fā)明的一種防氣竄的高密度頁巖氣鉆采用水基鉆井液以甲酸鉀為主要成分制備成基漿，并向基漿中加入重晶石粉、鈦鐵礦粉和潤滑劑，從而最終得到符合鄂爾多斯盆地高密度頁巖氣鉆采的水基鉆井液，攜巖能力良好，濾失造壁性能好，以較低的成本實現(xiàn)了最佳加重可行性，尤其是對于高密度頁巖氣鉆井過程中的潤滑性能起到了良好的改進效果，有效保護鉆頭，延長了鉆頭使用壽命。

32、(2)本發(fā)明的一種防氣竄的高密度頁巖氣鉆采用水基鉆井液的制備方法對潤滑劑進行了優(yōu)化，通過在高分子聚合物內(nèi)包覆改性zns粉末，既能夠高分子聚合物作用在井壁泥餅上，使鉆具(尤其是鉆頭)與井壁形成潤滑膜，保持潤滑膜結(jié)構(gòu)破壞與生產(chǎn)的動態(tài)平衡，提高潤滑膜的動態(tài)穩(wěn)定性，通過超支化表層活性基團分布及高密度分支鏈，極易在膨潤土粒子表面吸附，增強了泥餅基體粒子間聯(lián)結(jié)，改善鉆具摩擦邊界條件，選擇在迭代的第三代植入改性zns粉末，利用改性zns粉末能夠在摩擦副表面形成一層邊界潤滑膜，有效地提升了高分子聚合物的潤滑性能，并將改性zns粉末與高分子聚合物共同完成一次迭代，高分子聚合物的超支化表層活性基團分布及高密度分支鏈能夠深入到改性zns粉末的有機胺插層中，提高了二者的關(guān)聯(lián)性強度。

33、(3)本發(fā)明的一種防氣竄的高密度頁巖氣鉆采用水基鉆井液的應(yīng)用中詳細限定了將本發(fā)明的水基鉆井液應(yīng)用到頁巖氣水平井鉆井施工中的具體方法，主要在于不同階段加入不同劑量的潤滑劑，在一開鉆進時主要鉆開表層土壤，土壤疏松因此不需要潤滑劑，在二開鉆進時開始鉆進頁巖巖層，需要加入適量的潤滑劑，在三開及以上開鉆鉆進時由于頻繁鉆開頁巖巖層，因此需要加大潤滑劑的用量，主要表現(xiàn)為直井段鉆進適量添加，造斜段鉆進時鉆頭與巖層摩擦量達到最大，因此潤滑劑用量也最大，水平段對于鉆頭的壓力減輕，但也存在卡鉆風(fēng)險，因此適當調(diào)節(jié)潤滑劑用量，最終得到了一套符合本發(fā)明水基鉆井液的綜合應(yīng)用方法，對于將本發(fā)明的水基鉆井液應(yīng)用在鄂爾多斯盆地高密度頁巖氣鉆采中具有指導(dǎo)意義。