一種頁(yè)巖氣水平井強(qiáng)化井壁的水基鉆井液及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種頁(yè)巖氣水平井強(qiáng)化井壁鉆井液及其應(yīng)用，特別是涉及一種可替代 油基鉆井液的高性能水基鉆井液。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)頁(yè)巖氣資源預(yù)測(cè)技術(shù)可采儲(chǔ)量達(dá)10. 3X1012~47. 0X10 12m3,具有良好的勘 探開發(fā)前景，一旦成功地規(guī)?；碧介_發(fā)，能夠有效地緩解我國(guó)油氣供需矛盾，因此頁(yè)巖氣 勘探和開發(fā)已成為"十二五"國(guó)家重大戰(zhàn)略。
[0003] 現(xiàn)階段，水平鉆井技術(shù)是頁(yè)巖氣開發(fā)的核心技術(shù)之一，廣泛應(yīng)用于頁(yè)巖氣開發(fā)鉆 井。為了后期水力壓裂增產(chǎn)，水平井段多分布在天然裂縫發(fā)育地層，且沿最小水平主應(yīng)力方 向鉆進(jìn)。在鉆井過程中，鉆井液濾液極易侵入頁(yè)巖內(nèi)部，可導(dǎo)致嚴(yán)重的井壁失穩(wěn)問題。因此， 井壁穩(wěn)定問題成為水平井開發(fā)頁(yè)巖氣資源的關(guān)鍵技術(shù)難題之一。
[0004] 油基鉆井液具有優(yōu)異的抑制性、潤(rùn)滑性與高溫穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，是目前頁(yè)巖氣水平 井段的首選鉆井液，但其配制成本較高且存在環(huán)保問題，井漏處理困難，一旦發(fā)生井漏問 題，必將造成重大經(jīng)濟(jì)損失。水基鉆井液具有成本低廉以及環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，但在頁(yè)巖氣水 平井段鉆井中，常規(guī)水基鉆井液難以解決水平井段井壁失穩(wěn)與井眼漏失問題，且存在頁(yè)巖 抑制性能與極壓潤(rùn)滑性能不足等缺點(diǎn)，難以滿足頁(yè)巖氣水平井鉆探的工程技術(shù)需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種頁(yè)巖氣水平井強(qiáng)化井壁的水基鉆井液及其 應(yīng)用，該水基鉆井液的綜合性能與油基鉆井液相媲美，且具有強(qiáng)化穩(wěn)定井壁作用。本發(fā)明主 要將一種新型頁(yè)巖微納米顆粒封堵劑根據(jù)鉆井液性能要求與其他鉆井液配料混合，得到頁(yè) 巖氣水平井強(qiáng)化井壁的水基鉆井液。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0007] -種頁(yè)巖氣水平井強(qiáng)化井壁的水基鉆井液，包含以下重量份的組分：
[0008]水，100份；
[0009]粘土，0~5份；
[0010] 微納米顆粒封堵劑，〇. 5~3份；
[0011] 化學(xué)封堵劑，0. 5~3份；
[0012] 增粘劑，0.1~2份；
[0013] 降濾失劑，1~5份；
[0014] 聚胺抑制劑，0. 1~3份；
[0015] 包被抑制劑，0? 05~2份；
[0016] 潤(rùn)滑劑，1~5份；
[0017] 堿度調(diào)節(jié)劑，0. 1~1份；
[0018] 無機(jī)鹽，2~25份；
[0019] 加重劑，0~200份；
[0020] 所述的微納米顆粒封堵劑是以丙烯酸或甲基丙烯酸單體、乙烯基單體進(jìn)行乳液聚 合反應(yīng)的產(chǎn)物。
[0021 ] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的微納米顆粒封堵劑粒度分布為D10 < 100nm、D50 < 165nm、D90 < 260nm;
[0022] 優(yōu)選的，所述的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯單體為丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸 正丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯中的一種或兩種以上混合；
[0023] 優(yōu)選的，所述的乙烯基單體為氯乙稀、苯乙稀、乙酸乙稀醋、對(duì)乙烯基苯磺酸鈉中 的一種或兩種以上混合。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的微納米顆粒封堵劑按如下步驟制備得到：
[0025] 將丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯單體、乙烯基單體、助溶劑加入裝有水的反應(yīng)釜中，高 速攪拌形成穩(wěn)定分散體系，所述水、助溶劑、丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯單體、乙烯基單體的 質(zhì)量比為150~300 :80~200 :10~30 :5~20 ;水浴加熱密閉反應(yīng)釜，加入引發(fā)劑引發(fā)聚 合反應(yīng)，所述引發(fā)劑加量為單體總質(zhì)量的0. 2~0. 8 % ;控制反應(yīng)時(shí)間2~4小時(shí)，反應(yīng)結(jié) 束，自然冷卻即得水基鉆井液用頁(yè)巖微納米顆粒封堵劑；
[0026] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的助溶劑為甲醇、乙醇、丙酮、丙三醇、異丙醇中的一種或兩種 以上混合；所述的引發(fā)劑為過硫酸鉀、偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈、異丙苯過氧化氫、過氧 化苯甲酰中的一種或兩種以上混合。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明，所述的微納米顆粒封堵劑采用無皂乳液聚合方法制備得到，其膠乳 粒子具有良好的單分散性與耐水性，且表面潔凈；加入到水基鉆井液之中，避免水基鉆井液 的起泡問題。而且，所述的微納米顆粒封堵劑具有良好的單分散性，平均粒徑分布在160nm 左右，穩(wěn)定性強(qiáng)，能夠均勻分散在淡水、淡水加重、鹽水鉆井液中，可變形封堵頁(yè)巖納米孔隙 與微裂縫，起到阻緩壓力傳遞與濾液侵入的作用，增強(qiáng)頁(yè)巖井壁穩(wěn)定性。此外，所述的微納 米顆粒封堵劑對(duì)鉆井液流變性能影響不大，且有利于降低鉆井液濾失量。作用機(jī)理如下：微 納米顆粒封堵劑為一種微納米尺度的可變形聚合物顆粒，能夠進(jìn)入頁(yè)巖納米孔隙與微裂縫 中，通過吸附、架橋與可變形填充作用，不斷沉降、填充、壓實(shí)，在頁(yè)巖內(nèi)部形成連續(xù)的致密 封堵層，起到阻緩壓力傳遞與濾液侵入的作用，增強(qiáng)頁(yè)巖井壁穩(wěn)定性。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的粘土為膨潤(rùn)土、海泡石、凹凸棒石、坡縷縞石中的一種 或兩種以上混合。上述粘土能夠增加水基鉆井液粘度與切力，形成致密泥餅，降低水基鉆井 液濾失量。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的化學(xué)封堵劑為硅酸鈉、硅酸鉀、聚合鋁、腐殖酸-鋁絡(luò) 合物中的一種或兩種以上混合。上述化學(xué)封堵劑能夠在頁(yè)巖內(nèi)部發(fā)生化學(xué)固結(jié)，起到化學(xué) 固壁作用。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明，所述的微納米顆粒封堵劑與化學(xué)封堵劑具有協(xié)同強(qiáng)化井壁作用，既 可以有效封堵頁(yè)巖微孔縫阻緩壓力傳遞，還可以顯著改善泥頁(yè)巖膜效率，有助于發(fā)揮化學(xué) 活度平衡防塌作用。
[0031] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的增粘劑為高純度生物聚合物、羥乙基纖維素、高粘度 羧甲基纖維素、高粘度聚陰離子纖維素中的一種或兩種以上混合。上述增粘劑能夠在高鹽 度環(huán)境中有效提高水基鉆井液的粘度和切力，改善水基鉆井液的流變性，以保證井眼清潔 和安全鉆進(jìn)。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的降濾失劑為陽(yáng)離子淀粉、低粘度聚陰離子纖維素、磺 化瀝青、磺化酚醛樹脂中的一種或兩種以上混合。添加上述降濾失劑能夠在井壁上形成低 滲、柔韌、薄而致密的泥餅，盡可能降低水基鉆井液濾失量。
[0033] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的聚胺抑制劑為聚胺、聚醚胺、烷基胺、季胺中的一種或 兩種以上混合。聚胺抑制劑可以通過靜電吸附、氫鍵作用等在粘土表面形成多點(diǎn)吸附，減弱 粘土表面間的靜電斥力和表面水化膜斥力，抑制泥頁(yè)巖表面水化。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的包被抑制劑為陽(yáng)離子聚丙烯酰胺、聚丙烯酰胺、聚丙 烯酸鉀、兩性離子聚合物中的一種或兩種以上混合。上述包被抑制劑與聚胺抑制劑協(xié)同作 用，增強(qiáng)鉆井液的抑制性。
[0035] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的潤(rùn)滑劑為固體潤(rùn)滑劑、極壓潤(rùn)滑劑、水基潤(rùn)滑劑中的 一種或兩種以上混合。添加上述潤(rùn)滑劑能夠改善鉆井液的極壓潤(rùn)滑性，滿足大位移水平井 的減摩降阻要求。
[0036] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的堿度調(diào)節(jié)劑為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氧化鈣中的一種 或兩種以上混合。上述堿度調(diào)節(jié)劑一方面可以保持水基鉆井液的pH值在10以上，還可以 保證化學(xué)封堵劑在鉆井液中處于溶解狀態(tài)。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的無機(jī)鹽為氯化鈉、氯化鉀、氯化鈣、氯化鎂中的一種或 兩種以上混合。
[0038] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述加重劑為重晶石、赤鐵礦、四氧化三錳、氯化鈣、甲酸鈉、 甲酸鉀中的一種或兩種以上混合。可根據(jù)鉆井液的密度要求來決定加重劑的加量。本發(fā)明 的頁(yè)巖氣水平井強(qiáng)化井壁的水基鉆井液采用常規(guī)的配制方法配制即可。
[0039] 根據(jù)本發(fā)明，上述頁(yè)巖氣水平井強(qiáng)化井壁的水基鉆井液在強(qiáng)化井壁穩(wěn)定性中的應(yīng) 用。
[0040] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0041] 1.本發(fā)明頁(yè)巖氣水平井強(qiáng)化井壁的水基鉆井液中所述微納米顆粒封堵劑與化學(xué) 封堵劑具有協(xié)同強(qiáng)化井壁作用效果，既可以有效封堵頁(yè)巖微孔縫阻緩壓力傳遞，還可以顯 著改善泥頁(yè)巖膜效率，有助于發(fā)揮化學(xué)活度平衡防塌作用。
[0042] 2.本發(fā)明頁(yè)巖氣水平井強(qiáng)化井壁的水基鉆井液具有優(yōu)異的封堵性、抑制性及潤(rùn)滑 性，其綜合性能與油基鉆井液相當(dāng)，且成本低廉、環(huán)境友好。
[0043] 3.本發(fā)明頁(yè)巖氣水平井強(qiáng)化井壁的水基鉆井液能夠解決頁(yè)巖氣水平井段井壁失 穩(wěn)問題，且配置簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。
【具體實(shí)施方式】
[0044] 下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但不限于此。
[0045] 實(shí)施例中所用原料如無特殊說明，均為常規(guī)市購(gòu)產(chǎn)品。
[0046] 實(shí)施例1
[0047] 配制不加重的頁(yè)巖氣水平井強(qiáng)化井壁的水基鉆井液，包括以下重量份的組分：
[0048] 淡水：100份；膨潤(rùn)土： 1.