高性能水基钻井液体系及其制备方法与流程

本发明属于石油钻探钻井液，尤其是高性能水基钻井液体系及其制备方法。

背景技术：

1、高性能水基钻井液是20世纪90年代才发展起来的新型钻井液，采用水基钻井液在高难度井如页岩气水平井、大位移井和超深井等钻探过程中，经常会遇到卡钻、井眼失稳等复杂情况，这对水基钻井液的性能提出了更高的要求。针对这些复杂情况，目前现有的高性能水基钻井液体系中有的钻井液采用一种聚合物来达到多种性能即“一专多能”，有的采用多种聚合物协同作用来达到最优性能，有的为达到环保要求不含三磺材料等。

2、目前，这类钻井液通常包含有新型的聚合物处理剂。该钻井液具有稳定泥页岩、抑制黏土和钻屑分散、增加润滑性、提高机械钻速、防止钻头泥包、降低井底扭矩的功能。一些高性能水基钻井液应用井壁稳定的处理剂后，跟油基钻井液一样，也能降低地层孔隙压力的传递。所以，高性能水基钻井液可以用于环境脆弱，废弃物处理成本高，油和合成基钻井液使用受到限制的地方。

3、在面对盒8组地层、克里摩里组和乌拉力克组地层等复杂硬脆性泥页岩时，由于其水化能力较弱，且复杂地层发育有裂缝和孔隙，粘土矿物充填其中或分布在颗粒表面；比表面积和阳离子交换容量不高，但比亲水量较大，钻井液滤液容易在压差作用下沿地层微裂隙侵入地层，引起泥页岩局部水化，产生强大的水化膨胀压，造成井壁失稳。而现有的钻井液防漏堵漏性能较差，钻井液体系老化后粘度降低，滤失量也增大，润滑系数、膨胀量以及线膨胀率均较小，需要进一步的进行优化。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供高性能水基钻井液体系及其制备方法，有效防止泥页岩井壁失稳，满足非常规油气勘探水平井安全高效施工要求，有效减少井下复杂情况、缩短建井周期。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、高性能水基钻井液体系，包括基浆、流型调节剂、降滤失剂、防塌封堵剂、包被抑制剂和润滑剂；

4、所述流型调节剂的用量为基浆用量的0.2％～0.5％，所述降滤失剂的用量为基浆用量的1.0％～3.0％，所述防塌封堵剂的用量为基浆用量的1.0％～2.0％，所述包被抑制剂的用量为基浆用量的0.1％～4.0％，所述润滑剂的用量为基浆用量的1.0％～1.5％。

5、进一步的，所述流型调节剂为水解聚丙烯酸钾kpam、高粘羧甲基纤维素cmc-hv和大分子聚合物80a-51中的一种；

6、所述防塌封堵剂为纳米封堵剂sdmp-55或成膜封堵剂pf-lpf；

7、所述包被抑制剂为页岩抑制剂有机硅、页岩抑制剂rs-1、包被剂141和fa-367中的一种；

8、所述降滤失剂为改性淀粉或pac-lv；

9、所述润滑剂为sdzl或固体聚合醇pgcs-1。

10、一种所述高性能水基钻井液体系的制备方法，包括以下步骤：

11、配置基浆；

12、在搅拌状态下向基浆内加入流型调节剂、降滤失剂、防塌封堵剂、包被抑制剂和润滑剂，加热，待各组分充分溶解后，加入加重剂，获得高性能水基钻井液体系。

13、进一步的，所述基浆配置过程为：向水中加入钠基膨润土，搅拌使其均匀分散；

14、其中，所述钠基膨润土的加入量为水的2％～4％，所述搅拌转速为4000～6000r/min，所述搅拌时间为20～30min。

15、进一步的，所述搅拌过程采用变频高速搅拌器，转速为6000～8000r/min，搅拌时间为30～45min。

16、进一步的，所述反应温度为60～80℃。

17、进一步的，所述加重剂为重晶石粉，所述加重剂的加入量为基浆用量的0～5％。

18、进一步的，所述获得的高性能水基钻井液体系的密度为1.05～1.5g/cm3。

19、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

20、本发明提供一种高性能水基钻井液体系，主要应用在天环坳陷复杂地层井壁中。具有封堵性能高、防塌性能强、流变性能好，携岩能力强，润滑性良好等特点，有效防止泥页岩井壁失稳，满足非常规油气勘探水平井安全高效施工要求，有效减少井下复杂情况、缩短建井周期。针对天环坳陷复杂地层井壁失稳的物理化机理和力学性质分析，提出“物化封堵-抑制防塌-有效润滑-应力支撑”的新多元防塌对策。强调物化封堵作用、有效应力支撑井壁作用相结合，并加强表面水化抑制性。增强钻井液体系的润滑性能，使之在水平段钻井时降低摩阻和扭矩，基于致密承压理论针对不同封堵情况，采用不同的技术与堵漏材料。将刚性颗粒、弹性颗粒、纤维材料等不同类型防漏堵漏材料相结合，从而达到强力封堵的效果；进一步建立有效应力支撑井壁以平衡井壁坍塌压力。

21、本发明还提供一种高性能水基钻井液体系的制备方法，通过配伍性优化构建了高性能水基钻井液，基于单剂优选，对优选出的处理剂配方优化加量，通过测试各实验浆150℃/16h老化前后的流变性、滤失性和润滑性，形成最优的钻井液体系。该体系相对于现有的钻井液体系，可抗温度由120℃提升至150℃，且密度1.05～1.5g/cm3可调；高温高压瞬时滤失量由8.12ml降低至2.56ml，高温高压滤失量由12ml降低至8ml，润滑系数由0.178降低至0.032，润滑性能较得到大幅提升，并能成功封堵200μm和400μm的模拟裂缝。本发明提出的高性能水基钻井液体系在抗污染性能、抗温耐温性能、抑制防塌性能等均实现优化。

技术特征：

1.高性能水基钻井液体系，其特征在于，包括基浆、流型调节剂、降滤失剂、防塌封堵剂、包被抑制剂和润滑剂；

2.根据权利要求1所述的高性能水基钻井液体系，其特征在于，所述流型调节剂为水解聚丙烯酸钾kpam、高粘羧甲基纤维素cmc-hv和大分子聚合物80a-51中的一种；

3.一种权利要求1～2任一项所述高性能水基钻井液体系的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述高性能水基钻井液体系的制备方法，其特征在于，所述基浆配置过程为：向水中加入钠基膨润土，搅拌使其均匀分散；

5.根据权利要求3所述高性能水基钻井液体系的制备方法，其特征在于，所述搅拌过程采用变频高速搅拌器，转速为6000～8000r/min，搅拌时间为30～45min。

6.根据权利要求3所述高性能水基钻井液体系的制备方法，其特征在于，所述反应温度为60～80℃。

7.根据权利要求3所述高性能水基钻井液体系的制备方法，其特征在于，所述加重剂为重晶石粉，所述加重剂的加入量为基浆用量的0～5％。

8.根据权利要求3所述高性能水基钻井液体系的制备方法，其特征在于，所述获得的高性能水基钻井液体系的密度为1.05～1.5g/cm3。

技术总结本发明公开了一种高性能水基钻井液体系及其制备方法，包括基浆、流型调节剂、降滤失剂、防塌封堵剂、包被抑制剂和润滑剂；所述流型调节剂为水解聚丙烯酸钾KPAM、高粘羧甲基纤维素CMC‑HV和大分子聚合物80A‑51中的一种；所述防塌封堵剂为纳米封堵剂SDMP‑55或成膜封堵剂PF‑LPF；所述包被抑制剂为页岩抑制剂有机硅、页岩抑制剂RS‑1、包被剂141和FA‑367中的一种；所述降滤失剂为改性淀粉或PAC‑LV；所述润滑剂为SDZL或固体聚合醇PGCS‑1。本发明通过配伍性优化构建的高性能水基钻井液，具有封堵性能高、防塌性能强、流变性能好，携岩能力强，润滑性良好等特点，有效防止泥页岩井壁失稳，满足非常规油气勘探水平井安全高效施工要求，有效减少井下复杂情况、缩短建井周期。技术研发人员：陆红军,张矿生,欧阳勇,刘汉斌,思代春,解永刚,段志锋,高云文,黄占盈,宫臣兴,陈志勇,谢江锋,白明娜受保护的技术使用者：中国石油天然气股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11