CN107353883A

CN107353883A - 一种钻井液、固壁剂及组合应用方法

Info

Publication number: CN107353883A
Application number: CN201710559041.8A
Authority: CN
Inventors: 刘振东; 张敬辉; 李公让; 周守菊; 孙浩玉; 李卉
Original assignee: Sinopec Oilfield Service Corp; Sinopec Shengli Petroleum Engineering Corp; Drilling Technology Research Institute of Sinopec Shengli Petroleum Engineering Corp
Current assignee: Sinopec Oilfield Service Corp; Sinopec Shengli Petroleum Engineering Corp; Drilling Technology Research Institute of Sinopec Shengli Petroleum Engineering Corp
Priority date: 2017-07-11
Filing date: 2017-07-11
Publication date: 2017-11-17

Abstract

本发明涉及钻井液、固壁剂及其应用领域。包括水和膨润土、包被抑制剂、小分子聚合物、流型调节剂、降滤失剂、烧碱和纯碱组成的钻井液；包括阳离子聚合物PDDA和成膜反应剂组成的固壁剂；以及前述钻井液和固壁剂的组合应用方法：按照钻井液循环周期，每一个周期内加入占钻井液质量百分比2~5%的固壁剂。该发明利用固壁剂中的氯化钙与钻井液中的碳酸钠反应生成碳酸钙，然后进行自组装的方式，在钻井井壁上形成致密、坚固的表面膜，用于对井壁进行加固，拓宽钻井液的安全密度窗口，保障钻井安全。

Description

一种钻井液、固壁剂及组合应用方法

技术领域

本发明涉及石油钻井领域，特别涉及一种钻井液及其固壁添加剂。

背景技术

在油气钻探过程中，井壁稳定是广泛存在的问题。井壁失稳易造成井壁垮塌、缩径、漏失、卡钻及储层污染等井下复杂情况和事故，不仅会拖延钻井周期，增加钻井成本，也会影响后续采油作业。严重时还可能使部分井眼报废甚至使整个井眼报废。造成井壁失稳的因素概括起来可分为三大类，包括地质、钻井液物理和化学、钻井作业等因素。改变钻井液的特性是目前井壁稳定的最主要手段之一，而形成致密且坚韧的泥饼则是保障井壁稳定的关键因素。

目前，针对井壁稳定问题，多采用在钻井液中加入封堵剂来解决。在研究和现场应用中，有诸多的封堵剂和钻井液体系。如，陈二丁将纳米乳液和成膜抑制剂SD-805加入到黑色正电胶钻井液中，研制出成膜强抑制纳米封堵钻井液（成膜强抑制纳米封堵钻井液的研究．钻井液与完井液，2011）。刘宝生将超低渗透钻井液技术与广谱型暂堵技术相结合，研发出一种新型成膜封堵钻井液(CBF)，其主要成分是成膜剂、暂堵剂和超低渗透剂（成膜封堵钻井液在旅大10-1油田的应用．钻井液与完井液，2009）。吕开河以屏蔽暂堵剂ZPJ、可变性粒子和填充加固剂为主要成分研制出的自适应屏蔽暂堵钻井液，该封堵剂的最大优点在于无需确切了解孔径分布就可以进行封堵（自适应屏蔽暂堵钻井液技术．中国石油大学学报（自然科学版），2008）。BP勘探公司以应力屏蔽理论为理论基础研制出一种多功能钻井液。低渗透的封堵剂在裂缝处形成能够实现压力封隔的封堵层，并且根据理想填充原理确定封堵剂颗粒的粒径（All Lost-Circulation Materials and Systems Are NotCreatedEqual. SPE Annual Technical Conference. Colorado, Society of PetroleumEngineers Inc,2003）。向朝纲研制出一种适用于水基钻井液的热塑性聚酯类封堵剂FDJ-EF。在一定的温度范围内，FDJ-EF粒子能够产生变形，压差可以将其挤入裂缝，在裂缝内形成低渗透的封堵层（新型封堵剂FDJ-EF封堵特性及其作用机理．断油气田，2012）。菲利普斯公司研制出一种弹性石墨封堵剂。弹性石墨化学稳定性高，而且具有凝胶一样的弹性与变形性，在压力下可以先收缩后膨胀，能够根据孔隙、裂缝的大小和形状进行自适应封堵（无粘土强封堵钻井液技术研究，中国石油大学硕士论文）。这些研究和应用对井壁稳定技术的发展起着重要的推动作用，但目前针对易坍塌地层的井壁稳定问题还没有完全解决，方法和材料性能还有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种钻井液、固壁剂及组合应用方法，用于井壁加固。该技术利用自组装的方法，在钻井井壁上形成致密、坚固的表面膜，用于对井壁进行加固，拓宽钻井液的安全密度窗口，保障钻井安全。

为了达到本发明的目的，本发明技术方案是这样实现的，

一种钻井液，包括水和添加剂，每种添加剂与水的重量百分比分别为：

膨润土4 ~ 5％、

包被抑制剂0.2~ 0.5％、

小分子聚合物0.1~ 0.2%、

流型调节剂0.2 ~ 1.5％、

降滤失剂3~ 5％、

烧碱（氢氧化钠）0.4~ 0.6％、

纯碱（碳酸钠）0.3~ 0.8％。

所述包被抑制剂为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钾、钻井液用天然高分子强包被剂（IND30）中的一种或几种的组合物；

所述小分子聚合物为聚丙烯酸（PAA）；

所述流型调节剂为水解聚丙烯腈铵盐、黄原胶中的一种或两种的组合物；

所述降滤失剂为腐植酸类降滤失剂、低粘羧甲基纤维素、磺化酚醛树脂、天然沥青中的一种或几种的组合物。

一种固壁剂，在阳离子聚合物PDDA（邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯）溶液中添加与阳离子聚合物PDDA溶液的质量百分比为2~10%的成膜反应剂。

所述的成膜反应剂为CaCl₂。

一种钻井液和固壁剂的组合应用方法是：按照钻井液循环周期，每一个周期内加入占钻井液质量百分比2~5%的固壁剂；所述钻井液为权利要求1或2所述的钻井液；所述固壁剂为权利要求3或4所述的固壁剂。

本发明与现有技术相比具有以下优势：

（1）本发明中井壁加固的原理是，固壁剂中的CaCl₂与钻井液中的碳酸钠反应生成碳酸钙。PDDA首先吸附在井壁上，生成的碳酸钙以及钻井液中的蒙脱土等小颗粒物质再被吸附到PDDA上，然后再吸附一层PAA，之后再吸附一层碳酸钙、蒙脱土等小颗粒。按照此模式循环吸附成膜，达到固壁的目的。生成的有机膜机械性能优良，致密有韧性，其固壁效果较好。

（2）本发明采用仿生固壁的方法，具有一定的环保友好性。

具体实施方式

实施例1：

一种钻井液按照添加剂与水的重量百分比含有：

膨润土4％、

聚丙烯酰胺0.2％、

PAA（聚丙烯酸）0.1%、

水解聚丙烯腈铵盐0.2％、

磺化酚醛树脂5％、

烧碱（氢氧化钠）0.4％、

纯碱（碳酸钠）0.8％。

在上述钻井液中使用的固壁剂是在阳离子聚合物PDDA（邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯）溶液的基础上，添加5%（质量百分比）成膜反应剂CaCl₂形成的。

固壁剂使用方法是：按照钻井液循环周期，每一个周期内加入2%（质量百分比）的固壁剂。

实施例2：

一种钻井液按照添加剂与水的重量百分比含有：

膨润土5％、

聚丙烯酸钾0.5％、

PAA（聚丙烯酸）0.1%、

水解聚丙烯腈铵盐1.5％、

磺化酚醛树脂3％、

烧碱（氢氧化钠）0.6％、

纯碱（碳酸钠）0.3％。

在上述钻井液中使用的固壁剂是在阳离子聚合物PDDA（邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯）溶液的基础上，添加2%（质量百分比）成膜反应剂CaCl₂形成的。

实施例3：

一种钻井液按照添加剂与水的重量百分比含有：

膨润土5％、

钻井液用天然高分子强包被剂IND30 0.5％、

PAA（聚丙烯酸）0.2%、

黄原胶08％、

天然沥青4％、

烧碱（氢氧化钠）0.5％、

纯碱（碳酸钠）0.4％。

在上述钻井液中使用的固壁剂是在阳离子聚合物PDDA（邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯）溶液的基础上，添加10%（质量百分比）成膜反应剂CaCl₂形成的。

固壁剂使用方法是：按照钻井液循环周期，每一个周期内加入3%（质量百分比）的固壁剂。

Claims

1.一种钻井液，包括水和添加剂，其特征在于，每种添加剂与水的重量百分比分别为：

膨润土4 ~ 5％、

包被抑制剂0.2~ 0.5％、

小分子聚合物0.1~ 0.2%、

流型调节剂0.2 ~ 1.5％、

降滤失剂3~ 5％、

烧碱（氢氧化钠）0.4~ 0.6％、

纯碱（碳酸钠）0.3~ 0.8％。

2.根据权利要求1所述的一种钻井液，其特征在于：

所述小分子聚合物为聚丙烯酸（PAA）；

3.一种固壁剂，其特征在于，在阳离子聚合物PDDA溶液中添加与阳离子聚合物PDDA溶液的质量百分比为2~10%的成膜反应剂。

4.根据权利要求3所述的固壁剂，其特征在于：所述的成膜反应剂为CaCl₂。

5.一种钻井液和固壁剂的组合应用方法，其特征是：按照钻井液循环周期，每一个周期内加入占钻井液质量百分比2~5%的固壁剂；所述钻井液为权利要求1或2所述的钻井液；所述固壁剂为权利要求3或4所述的固壁剂。