本發(fā)明涉及石油工業(yè)鉆井泥漿，具體涉及一種提高地層封堵防塌能力的鉆井液體系、制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)，對(duì)清潔能源供應(yīng)需求旺盛的背景下，預(yù)計(jì)近年來(lái)我國(guó)天然氣需求越來(lái)越高。在常規(guī)鉆井上，大段泥頁(yè)巖常常造成地層掉塊，導(dǎo)致井下復(fù)雜。非常規(guī)頁(yè)巖氣鉆井上，長(zhǎng)水平段井壁穩(wěn)定性有所不足，導(dǎo)致井壁不穩(wěn)，引發(fā)擴(kuò)徑、坍塌、卡鉆等井下復(fù)雜情況，是影響實(shí)現(xiàn)安全和高效鉆井目標(biāo)的瓶頸。

2、造成井壁失穩(wěn)的因素很多，包括頁(yè)巖氣獨(dú)特的儲(chǔ)藏空間，粘土礦物屬性，以及鉆井液滲透引起的毛細(xì)管效應(yīng)、水力尖劈效應(yīng)等。其中，頁(yè)巖孔隙具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)，少量濾液侵入即可顯著增加井壁附近的孔隙壓力，削弱靜液柱壓力對(duì)井壁的有效支撐作用，從而導(dǎo)致井壁坍塌失穩(wěn)。

3、維持頁(yè)巖井壁穩(wěn)定的關(guān)鍵是封堵材料能夠進(jìn)入微孔、微裂縫及層理等結(jié)構(gòu)中，從而形成致密封堵，減少濾液的侵入及壓力傳遞效應(yīng)。然而目前的封堵材料對(duì)于微孔、微裂縫的封堵效果并不理想，難以形成致密封堵。

4、鑒于此，提出本專利申請(qǐng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種提高地層封堵防塌能力的鉆井液體系、制備方法及其應(yīng)用，用于解決現(xiàn)有鉆井液體系無(wú)法對(duì)于微孔、微裂縫及層理等結(jié)構(gòu)形成致密封堵的技術(shù)問(wèn)題。

2、本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提供一種提高地層封堵防塌能力的鉆井液體系，包括以下重量份的各組分：90重量份的白油、cacl2鹽水10～20重量份，有機(jī)土2.5～4重量份，乳化劑3～5重量份，輔乳化劑2.5～4重量份，降濾失劑3～5重量份，潤(rùn)濕劑2.5～4重量份，生石灰2.5～4重量份，無(wú)機(jī)微納米顆粒2～8重量份、瀝青防塌劑4.5～6重量份，重晶石15～110份；

3、所述無(wú)機(jī)微納米顆粒包括無(wú)機(jī)微納米顆粒ⅰ、無(wú)機(jī)微納米顆粒ⅱ、無(wú)機(jī)微納米顆粒ⅲ，所述無(wú)機(jī)微納米顆粒ⅰ的平均粒徑為10μm～53μm，所述無(wú)機(jī)微納米剛性顆粒ⅱ的平均粒徑為6.5μm～18μm，所述無(wú)機(jī)微納米剛性顆粒ⅲ的平均粒徑為1.3～13μm。

4、本發(fā)明實(shí)施例中提供的鉆井液體系采用分級(jí)的不同粒徑的無(wú)機(jī)微納米顆粒與瀝青防塌劑相互配合作用，通過(guò)龍馬溪地層的縫隙特點(diǎn)，即對(duì)于地下孔、縫尺寸范圍為36nm-88μm的結(jié)構(gòu)，采用1/3的封堵架橋原理選擇無(wú)機(jī)微納米剛性顆粒的尺寸。

5、本發(fā)明實(shí)施例能在井筒和地層之間形成一種穩(wěn)定的致密泥餅結(jié)構(gòu)，對(duì)于地下孔、縫尺寸范圍為36nm-88μm的結(jié)構(gòu)，可以阻止壓力向裂縫傳遞提高裂縫擴(kuò)張阻力，進(jìn)而能有效地改善地層條件。同時(shí)本發(fā)明通過(guò)嚴(yán)格控制各組分的含量，使得各組分之間得以相互作用使得所制備的鉆井液在鉆井過(guò)程中能夠發(fā)揮出最佳的功效，進(jìn)而使所制得的鉆井液能夠?qū)崿F(xiàn)提高鉆井液的能力，防止井壁坍塌掉塊失穩(wěn)，保持井壁穩(wěn)定，應(yīng)用效果好。

6、在一些可選的實(shí)施例中，所述無(wú)機(jī)微納米顆粒ⅰ、無(wú)機(jī)微納米剛性顆粒ⅱ、無(wú)機(jī)微納米剛性顆粒ⅲ的重量比為1:1～2:1～3。采用此重量比可以使失水低。在一些可選的實(shí)施例中，所述無(wú)機(jī)微納米顆粒ⅰ、無(wú)機(jī)微納米剛性顆粒ⅱ、無(wú)機(jī)微納米剛性顆粒ⅲ的重量比為1:1.2:2；

7、所述無(wú)機(jī)微納米顆粒為碳酸鈣顆粒。

8、本發(fā)明實(shí)施例中采用無(wú)機(jī)微納米碳酸鈣顆粒，屬于無(wú)機(jī)微納米剛性顆粒，對(duì)于形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的致密泥餅具有有利作用。

9、在一些可選的實(shí)施例中，所述瀝青防塌劑為軟化點(diǎn)為120℃～140℃的氧化瀝青粉與軟化點(diǎn)為140℃～160℃的氧化瀝青粉的混合；

10、所述軟化點(diǎn)為120℃～140℃的氧化瀝青粉中瀝青含量為35％～40％、膠質(zhì)含量為30％～35％，軟化點(diǎn)為140℃～160℃的氧化瀝青粉中瀝青含量為40～55％、膠質(zhì)含量為20～35％。

11、本發(fā)明實(shí)施例中，采用氧化瀝青進(jìn)行防塌，其能夠在一定的溫度和壓力下軟化變形，當(dāng)在足夠高的溫度和壓力作用下，瀝青被軟化并擠入頁(yè)巖的微裂縫或孔隙中，將頁(yè)巖黏連在一起，瀝青還能覆蓋在頁(yè)巖表面，形成一層致密而有韌性的薄膜，不但延續(xù)了鉆井液濾液向頁(yè)巖內(nèi)部的滲濾，而且對(duì)鉆井液流的沖蝕起到了理想的屏障效果，從而封堵裂隙。兩種瀝青混合后可大幅度提高瀝青的封堵效果；采用上述兩種軟化點(diǎn)結(jié)合的氧化瀝青可以應(yīng)用于地層溫度條件為120～150℃的環(huán)境中，可以將瀝青軟化，保證更好的封堵效果；且在封堵性上，瀝青的顆粒要大些，先在泥餅上堆積，再用更細(xì)一點(diǎn)的微納米顆粒填充更細(xì)的孔隙，達(dá)到更好的封堵效果。在一些可選的實(shí)施例中，所述軟化點(diǎn)為120℃～140℃的氧化瀝青粉與軟化點(diǎn)為140℃～160℃的氧化瀝青粉按照質(zhì)量比為1:2混合。將軟化點(diǎn)為140℃～160℃的質(zhì)量設(shè)置更大，可以起到更好的封堵效果。在一些可選的實(shí)施例中，所述降濾失劑包括改性脂肪酸降濾失劑，所述改性脂肪酸降濾失劑為含共軛二烯烴脂肪酸與含碳碳雙鍵的酸酐進(jìn)行1，4-環(huán)加成反應(yīng)，生成六元環(huán)烯烴。如可采用共軛亞油酸、共軛亞油酸乙酯和馬來(lái)酸酐等。在一些可選的實(shí)施例中，鉆井液體系的密度為1.10g/cm3～2.30g/cm3。

12、在一些可選的實(shí)施例中，所述乳化劑為脂肪酸聚酰胺；

13、所述輔乳化劑為改性脂肪酸酰胺；

14、所述潤(rùn)濕劑為月桂基三甲基溴化銨。

15、本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供一種提高地層封堵防塌能力的鉆井液體系，包括以下步驟：

16、(1)將主乳化劑、輔乳化劑、潤(rùn)濕劑、有機(jī)土、白油混合攪拌；

17、(2)加入cacl2水溶液、生石灰混合攪拌；

18、(3)加入降慮失劑、瀝青防塌劑、無(wú)機(jī)微納米顆粒高速攪拌，即得鉆井液體系；

19、步驟(1)中的攪拌速度為10000r/min～12000r/min，攪拌時(shí)間為20min；

20、步驟(2)中的攪拌速度為10000r/min～12000r/min，攪拌時(shí)間為35min；

21、步驟(3)中的攪拌速度為8000r/min～10000r/min，攪拌時(shí)間為60min。

22、本發(fā)明的第三個(gè)目的在于提供以上任一項(xiàng)所述的一種提高地層封堵防塌能力的鉆井液體系或上述制備方法制備得到的鉆井液體系在石油鉆井中的應(yīng)用。

23、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

24、(1)本發(fā)明實(shí)施例提供的一種提高地層封堵防塌能力的鉆井液體系，采用分級(jí)的不同粒徑的無(wú)機(jī)微納米顆粒與瀝青防塌劑相互配合作用，能在井筒和地層之間形成一種穩(wěn)定的致密泥餅結(jié)構(gòu)，對(duì)于地下孔、縫尺寸范圍為36nm-88μm的結(jié)構(gòu)，可以阻止壓力向裂縫傳遞提高裂縫擴(kuò)張阻力，進(jìn)而能有效地改善地層條件。同時(shí)本發(fā)明通過(guò)嚴(yán)格控制各組分的含量，使得各組分之間得以相互作用使得所制備的鉆井液在鉆井過(guò)程中能夠發(fā)揮出最佳的功效，進(jìn)而使所制得的鉆井液能夠?qū)崿F(xiàn)提高鉆井液的能力，防止井壁坍塌掉塊失穩(wěn)，保持井壁穩(wěn)定，應(yīng)用效果好。

25、(2)本發(fā)明實(shí)施例提供的一種提高地層封堵防塌能力的鉆井液體系，采用氧化瀝青進(jìn)行防塌，其能夠在一定的溫度和壓力下軟化變形，當(dāng)在足夠高的溫度和壓力作用下，瀝青被軟化并擠入頁(yè)巖的微裂縫或孔隙中，將頁(yè)巖黏連在一起，瀝青還能覆蓋在頁(yè)巖表面，形成一層致密而有韌性的薄膜，不但延續(xù)了鉆井液濾液向頁(yè)巖內(nèi)部的滲濾，而且對(duì)鉆井液流的沖蝕起到了理想的屏障效果，從而封堵裂隙。兩種瀝青混合后可大幅度提高瀝青的封堵效果。

26、(3)本發(fā)明實(shí)施例提供的一種提高地層封堵防塌能力的鉆井液體系，可用于泥頁(yè)巖地層鉆井，在不影響鉆井液流變性情況下，提高了泥餅的致密程度和封堵效果，降低了泥餅的滲透性。由于泥頁(yè)巖氣井的地層為頁(yè)巖含有有機(jī)質(zhì)和黏土礦物，無(wú)論是水或油都會(huì)導(dǎo)致泥頁(yè)巖的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響，從而導(dǎo)致井壁失穩(wěn)。本發(fā)明可以減少鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆井液對(duì)井壁的影響，減少掉塊，保障水平鉆進(jìn)的順利實(shí)施。

27、(4)本發(fā)明實(shí)施例提供的一種提高地層封堵防塌能力的鉆井液體系，可用于對(duì)微裂縫尺寸對(duì)應(yīng)地下孔、縫尺寸范圍為36nm-88μm，在高溫高壓條件下的濾失量為1.4～2.2ml之間，濾失量最低可以達(dá)到1.4mm，泥餅的厚度可以達(dá)到2mm。在進(jìn)行10μm孔徑的陶瓷沙盤(pán)條件下，用本發(fā)明實(shí)施例獲得的鉆井濾失液進(jìn)行封堵后，在0min瞬時(shí)慮失、30min長(zhǎng)期慮失的量均為0ml，可以很好的封堵防塌的效果。