一种页岩气水平井强化井壁的水基钻井液及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种页岩气水平井强化井壁钻井液及其应用，特别是涉及一种可替代 油基钻井液的高性能水基钻井液。
【背景技术】
[0002] 我国页岩气资源预测技术可采储量达10. 3X1012~47. 0X10 12m3,具有良好的勘 探开发前景，一旦成功地规模化勘探开发，能够有效地缓解我国油气供需矛盾，因此页岩气 勘探和开发已成为"十二五"国家重大战略。
[0003] 现阶段，水平钻井技术是页岩气开发的核心技术之一，广泛应用于页岩气开发钻 井。为了后期水力压裂增产，水平井段多分布在天然裂缝发育地层，且沿最小水平主应力方 向钻进。在钻井过程中，钻井液滤液极易侵入页岩内部，可导致严重的井壁失稳问题。因此， 井壁稳定问题成为水平井开发页岩气资源的关键技术难题之一。
[0004] 油基钻井液具有优异的抑制性、润滑性与高温稳定性等优点，是目前页岩气水平 井段的首选钻井液，但其配制成本较高且存在环保问题，井漏处理困难，一旦发生井漏问 题，必将造成重大经济损失。水基钻井液具有成本低廉以及环境友好等优点，但在页岩气水 平井段钻井中，常规水基钻井液难以解决水平井段井壁失稳与井眼漏失问题，且存在页岩 抑制性能与极压润滑性能不足等缺点，难以满足页岩气水平井钻探的工程技术需求。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的不足，本发明提供一种页岩气水平井强化井壁的水基钻井液及其 应用，该水基钻井液的综合性能与油基钻井液相媲美，且具有强化稳定井壁作用。本发明主 要将一种新型页岩微纳米颗粒封堵剂根据钻井液性能要求与其他钻井液配料混合，得到页 岩气水平井强化井壁的水基钻井液。
[0006] 本发明的技术方案如下：
[0007] -种页岩气水平井强化井壁的水基钻井液，包含以下重量份的组分：
[0008]水，100份；
[0009]粘土，0~5份；
[0010] 微纳米颗粒封堵剂，〇. 5~3份；
[0011] 化学封堵剂，0. 5~3份；
[0012] 增粘剂，0.1~2份；
[0013] 降滤失剂，1~5份；
[0014] 聚胺抑制剂，0. 1~3份；
[0015] 包被抑制剂，0? 05~2份；
[0016] 润滑剂，1~5份；
[0017] 碱度调节剂，0. 1~1份；
[0018] 无机盐，2~25份；
[0019] 加重剂，0~200份；
[0020] 所述的微纳米颗粒封堵剂是以丙烯酸或甲基丙烯酸单体、乙烯基单体进行乳液聚 合反应的产物。
[0021 ] 根据本发明，优选的，所述的微纳米颗粒封堵剂粒度分布为D10 < 100nm、D50 < 165nm、D90 < 260nm;
[0022] 优选的，所述的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯单体为丙烯酸甲酯、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种或两种以上混合；
[0023] 优选的，所述的乙烯基单体为氯乙稀、苯乙稀、乙酸乙稀醋、对乙烯基苯磺酸钠中 的一种或两种以上混合。
[0024] 根据本发明，优选的，所述的微纳米颗粒封堵剂按如下步骤制备得到：
[0025] 将丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯单体、乙烯基单体、助溶剂加入装有水的反应釜中，高 速搅拌形成稳定分散体系，所述水、助溶剂、丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯单体、乙烯基单体的 质量比为150~300 :80~200 :10~30 :5~20 ;水浴加热密闭反应釜，加入引发剂引发聚 合反应，所述引发剂加量为单体总质量的0. 2~0. 8 % ;控制反应时间2~4小时，反应结 束，自然冷却即得水基钻井液用页岩微纳米颗粒封堵剂；
[0026] 进一步优选的，所述的助溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、丙三醇、异丙醇中的一种或两种 以上混合；所述的引发剂为过硫酸钾、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、异丙苯过氧化氢、过氧 化苯甲酰中的一种或两种以上混合。
[0027] 根据本发明，所述的微纳米颗粒封堵剂采用无皂乳液聚合方法制备得到，其胶乳 粒子具有良好的单分散性与耐水性，且表面洁净；加入到水基钻井液之中，避免水基钻井液 的起泡问题。而且，所述的微纳米颗粒封堵剂具有良好的单分散性，平均粒径分布在160nm 左右，稳定性强，能够均匀分散在淡水、淡水加重、盐水钻井液中，可变形封堵页岩纳米孔隙 与微裂缝，起到阻缓压力传递与滤液侵入的作用，增强页岩井壁稳定性。此外，所述的微纳 米颗粒封堵剂对钻井液流变性能影响不大，且有利于降低钻井液滤失量。作用机理如下：微 纳米颗粒封堵剂为一种微纳米尺度的可变形聚合物颗粒，能够进入页岩纳米孔隙与微裂缝 中，通过吸附、架桥与可变形填充作用，不断沉降、填充、压实，在页岩内部形成连续的致密 封堵层，起到阻缓压力传递与滤液侵入的作用，增强页岩井壁稳定性。
[0028] 根据本发明，优选的，所述的粘土为膨润土、海泡石、凹凸棒石、坡缕缟石中的一种 或两种以上混合。上述粘土能够增加水基钻井液粘度与切力，形成致密泥饼，降低水基钻井 液滤失量。
[0029] 根据本发明，优选的，所述的化学封堵剂为硅酸钠、硅酸钾、聚合铝、腐殖酸-铝络 合物中的一种或两种以上混合。上述化学封堵剂能够在页岩内部发生化学固结，起到化学 固壁作用。
[0030] 根据本发明，所述的微纳米颗粒封堵剂与化学封堵剂具有协同强化井壁作用，既 可以有效封堵页岩微孔缝阻缓压力传递，还可以显著改善泥页岩膜效率，有助于发挥化学 活度平衡防塌作用。
[0031] 根据本发明，优选的，所述的增粘剂为高纯度生物聚合物、羟乙基纤维素、高粘度 羧甲基纤维素、高粘度聚阴离子纤维素中的一种或两种以上混合。上述增粘剂能够在高盐 度环境中有效提高水基钻井液的粘度和切力，改善水基钻井液的流变性，以保证井眼清洁 和安全钻进。
[0032] 根据本发明，优选的，所述的降滤失剂为阳离子淀粉、低粘度聚阴离子纤维素、磺 化沥青、磺化酚醛树脂中的一种或两种以上混合。添加上述降滤失剂能够在井壁上形成低 渗、柔韧、薄而致密的泥饼，尽可能降低水基钻井液滤失量。
[0033] 根据本发明，优选的，所述的聚胺抑制剂为聚胺、聚醚胺、烷基胺、季胺中的一种或 两种以上混合。聚胺抑制剂可以通过静电吸附、氢键作用等在粘土表面形成多点吸附，减弱 粘土表面间的静电斥力和表面水化膜斥力，抑制泥页岩表面水化。
[0034] 根据本发明，优选的，所述的包被抑制剂为阳离子聚丙烯酰胺、聚丙烯酰胺、聚丙 烯酸钾、两性离子聚合物中的一种或两种以上混合。上述包被抑制剂与聚胺抑制剂协同作 用，增强钻井液的抑制性。
[0035] 根据本发明，优选的，所述的润滑剂为固体润滑剂、极压润滑剂、水基润滑剂中的 一种或两种以上混合。添加上述润滑剂能够改善钻井液的极压润滑性，满足大位移水平井 的减摩降阻要求。
[0036] 根据本发明，优选的，所述的碱度调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钙中的一种 或两种以上混合。上述碱度调节剂一方面可以保持水基钻井液的pH值在10以上，还可以 保证化学封堵剂在钻井液中处于溶解状态。
[0037] 根据本发明，优选的，所述的无机盐为氯化钠、氯化钾、氯化钙、氯化镁中的一种或 两种以上混合。
[0038] 根据本发明，优选的，所述加重剂为重晶石、赤铁矿、四氧化三锰、氯化钙、甲酸钠、 甲酸钾中的一种或两种以上混合。可根据钻井液的密度要求来决定加重剂的加量。本发明 的页岩气水平井强化井壁的水基钻井液采用常规的配制方法配制即可。
[0039] 根据本发明，上述页岩气水平井强化井壁的水基钻井液在强化井壁稳定性中的应 用。
[0040] 本发明与现有技术相比具有如下优点：
[0041] 1.本发明页岩气水平井强化井壁的水基钻井液中所述微纳米颗粒封堵剂与化学 封堵剂具有协同强化井壁作用效果，既可以有效封堵页岩微孔缝阻缓压力传递，还可以显 著改善泥页岩膜效率，有助于发挥化学活度平衡防塌作用。
[0042] 2.本发明页岩气水平井强化井壁的水基钻井液具有优异的封堵性、抑制性及润滑 性，其综合性能与油基钻井液相当，且成本低廉、环境友好。
[0043] 3.本发明页岩气水平井强化井壁的水基钻井液能够解决页岩气水平井段井壁失 稳问题，且配置简单，维护方便。
【具体实施方式】
[0044] 下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。
[0045] 实施例中所用原料如无特殊说明，均为常规市购产品。
[0046] 实施例1
[0047] 配制不加重的页岩气水平井强化井壁的水基钻井液，包括以下重量份的组分：
[0048] 淡水：100份；膨润土： 1.