适用于长水平段井长时侵入的抗高温盐水基钻井液及其制备方法

本发明涉及钻井液，具体涉及一种适用于长水平段井长时侵入的抗高温盐水基钻井液及其制备方法。

背景技术：

1、为更高效的开采油气等常规能源及页岩气、煤层气、天然气水合物等非常规能源，长采用水平井钻井方式在储层中钻进开采。科学钻探等取芯钻进过程也面临长水平段钻井难题。水平井相对于垂直井，维持井壁稳定难度更高，常规钻井液体系难以维持长水平段井壁稳定。随着钻井技术提高，长水平井段长度在逐渐增长，此时面临钻井液长期浸泡和侵入导致井壁失稳难题。此外，随着钻井深度的增加，地层温度增高增大了长水平段井壁稳定难度。

2、中国专利文献cn110846003b公布了一种弱磁靶向润滑剂及含有该润滑剂的水基钻井液，该钻井液体系能应用于长水平段钻进过程，但其只考虑水平井长水平的润滑效率，未考虑其他钻井液性能参数影响。中国专利文献cn113980662a公布了一种用于页岩气长水平段大位移井油基钻井液体系，该钻井液体系适用于页岩气长水平段大位移井，但其为油基钻井液体系，对地层或地下水有污染，无法达到环保要求。中国专利文献cn111320972b公布了一种酰胺胺基壳聚糖及其制备方法和钻井液，该钻井液体系适用于页岩油气水平井长水平段钻井施工，其钻井液体系采用酰胺胺基壳聚糖与本发明不同且并未考虑钻井液长时侵入问题。

3、针对长水平段长时浸入钻井液技术领域，亟需研发一种适用于长水平段井长时侵入的抗高温盐水基钻井液，为更加高效钻进和开采能源资源提供技术支撑。

技术实现思路

1、为解决背景技术中存在的问题，本发明提供了一种适用于长水平段井长时侵入的抗高温盐水基钻井液及其制备方法，能够在长水平段井钻井过程中保持井壁稳定，实现抗高温、高抑制和环保性，满足长水平段井长时侵入地层钻进的需要。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供了一种适用于长水平段井长时侵入的抗高温盐水基钻井液，包括如下重量份的原料：膨润土1～2份、凹凸棒土1～3份，粘附封堵剂4～6份、水溶性粘度调节剂1～3份，聚合物提效剂1～5份，甲酸钠15～25份，碳酸钠0.2～0.8份，加重剂5～15份；所述水溶性粘度调节剂由如下方法制备得到：将棉和异丙醇混合均匀后，添加氢氧化钠进行碱化反应得到中间体碱化溶液，将所述中间体碱化溶液和氯乙酸加入反应釜中，加温至反应温度后，滴加盐酸反应，反应完成后，除去溶剂，将产物烘干得到所述水溶性粘度调节剂；所述聚合物提效剂由如下方法制备得到：

4、1)将氢氧化钠溶于水，加入腐殖酸，再添加焦亚硫酸钠和甲醛，升温至固定温度反应一定时间，得到磺化中间产品ⅰ；

5、2)将酚醛树脂、磺化中间产品ⅰ和水解聚丙烯腈加入反应釜反应，将产物干燥粉碎得到所述聚合物提效剂。

6、按上述方案，水溶性粘度调节剂制备过程中抽滤除去溶剂，产物碾碎后烘干。优选的，烘干温度为90～100℃。

7、按上述方案，所述棉、异丙醇和氢氧化钠的质量比为1：(0.2～0.25)：(0.7～0.77)，以浓度为36％的盐酸计，所述中间体碱化溶液、氯乙酸和盐酸的质量比为1：(1.4～1.5)：(2～2.1)。

8、按上述方案，氢氧化钠的添加温度为25～35℃，碱化反应的时间为60～70min。

9、按上述方案，中间碱化溶液、氯乙酸和盐酸的反应温度为65～75℃，反应时间为80～90min。

10、按上述方案，聚合物提效剂制备过程中，所述氢氧化钠与水的质量比为1：3.8～4.3，所述腐殖酸与水的质量比为1：2～2.5，焦亚硫酸钠与水的质量比为1：5～5.5，甲醛与水的质量比为1：9.5～10.2，酚醛树脂、磺化中间产品ⅰ和水解聚丙烯腈质量比为1：(1.6～2.2)：(0.8～1.3)。

11、按上述方案，步骤1)中反应温度为90～100℃，反应时间为3～4h，步骤2)中的反应温度为93～97℃，反应时间为3～4h。

12、按上述方案，步骤2)中干燥温度为90～100℃。

13、按上述方案，所述粘附封堵剂为纳米二氧化硅，所述加重剂为重晶石。

14、按上述方案，所述纳米二氧化硅的粒径为20～100nm。

15、第二方面，本发明提供了上述适用于长水平段井长时侵入的抗高温盐水基钻井液的制备方法，包括如下步骤：将水加入高搅杯中，中速搅拌下加入膨润土和凹凸棒土，中速搅拌16～18h，加入碳酸钠，高速搅拌15～20min，加入粘附封堵剂，高速搅拌20～30min，加入水溶性粘度调节剂，高速搅拌20～30min，加入聚合物提效剂，高速搅拌15～20min，加入甲酸钠，高速搅拌20～30min，加入加重剂，高速搅拌20～30min，制得所述适用于长水平段井长时侵入的抗高温盐水基钻井液，所述中速搅拌的转速为1000～2000r/min，高速搅拌的转速为6000-10000r/min。

16、本发明的原理为：本发明的钻井液体系中含有粘性封堵剂、水溶性粘度调节剂、聚合物提效剂等核心处理剂材料，膨润土和凹凸棒土作为粘土矿物颗粒，为钻井液的处理剂发挥效果提供具体的载体，粘附封堵剂能起到良好的粘附和降滤失效果，既可以改善岩石表面的湿润性能，同时又能吸附在岩石表面降低钻井液的侵入，尤其是纳米二氧化硅颗粒作为惰性材料，尺寸小于砂岩和泥页岩孔喉，可很好的进入各种岩石孔隙。水溶性粘度调节剂具有环保和抗高温性能，可调节钻井液的流变性能，其可吸附于粘土矿物颗粒和亲水性的纳米二氧化硅颗粒上，进入岩石孔隙内部，增加钻井液的抑制性能，此外，水溶性粘度调节剂能在钻井液中形成网架结构，提升钻井液的粘度和切力，从而携带岩屑，维持井壁稳定，聚合物提效剂可阻滞滤液进一步进入岩石孔隙，同时与地层作用，维持长时间的长水平段井壁稳定，降低钻井风险，水溶性粘度调节剂的纤维状材料能够吸附在聚合物提效剂中的脂类材料上，增强聚合物提效剂的抑制和抗温能力。甲酸钠能够提供高浓度得到甲酸根离子，保持钻井液体系的抑制性能。

17、本发明的有益效果是：本发明的钻井液中的各组分协同作用，使得该钻井液体系在长时、长水平段、高盐、高温高压条件下能有效阻滞钻井液的侵入，保持井壁稳定，防止井壁垮塌和卡钻，维护方便；能够在240h时长、200℃高温、以及盐浓度为16～20wt％下满足水平段井的侵入地层钻进的需要，其环保性为ec50为30000～50000mg/l，且制备方法简单，具有广阔的应用前景。

技术特征：

1.一种适用于长水平段井长时侵入的抗高温盐水基钻井液，其特征在于，包括如下重量份的原料：膨润土1～2份、凹凸棒土1～3份，粘附封堵剂4～6份、水溶性粘度调节剂1～3份，聚合物提效剂1～5份，甲酸钠15～25份，碳酸钠0.2～0.8份，加重剂5～15份；

2.根据权利要求1所述的适用于长水平段井长时侵入的抗高温盐水基钻井液，其特征在于，所述棉、异丙醇和氢氧化钠的质量比为1：(0.2～0.25)：(0.7～0.77)，所述中间体碱化溶液、氯乙酸和盐酸的质量比为1：(1.4～1.5)：(2～2.1)。

3.根据权利要求1所述的适用于长水平段井长时侵入的抗高温盐水基钻井液，其特征在于，氢氧化钠的添加温度为25～35℃，碱化反应的时间为60～70min。

4.根据权利要求1所述的适用于长水平段井长时侵入的抗高温盐水基钻井液，其特征在于，中间碱化溶液、氯乙酸和盐酸的反应温度为65～75℃，反应时间为80～90min。

5.根据权利要求1所述的适用于长水平段井长时侵入的抗高温盐水基钻井液，其特征在于，所述氢氧化钠与水的质量比为1：3.8～4.3，所述腐殖酸与水的质量比为1：2～2.5，焦亚硫酸钠与水的质量比为1：5～5.5，甲醛与水的质量比为1：9.5～10.2，酚醛树脂、磺化中间产品ⅰ和水解聚丙烯腈质量比为1：(1.6～2.2)：(0.8～1.3)。

6.根据权利要求1所述的适用于长水平段井长时侵入的抗高温盐水基钻井液，其特征在于，步骤1)中反应温度为90～100℃，反应时间为3～4h，步骤2)中的反应温度为93～97℃，反应时间为3～4h。

7.根据权利要求1～6任一项所述的适用于长水平段井长时侵入的抗高温盐水基钻井液，其特征在于，所述粘附封堵剂为纳米二氧化硅，所述加重剂为重晶石。

8.如权利要求1～7任一项所述的适用于长水平段井长时侵入的抗高温盐水基钻井液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将水加入高搅杯中，中速搅拌下加入膨润土和凹凸棒土，中速搅拌16～18h，加入碳酸钠，高速搅拌15～20min，加入粘附封堵剂，高速搅拌20～30min，加入水溶性粘度调节剂，高速搅拌20～30min，加入聚合物提效剂，高速搅拌15～20min，加入甲酸钠，高速搅拌20～30min，加入加重剂，高速搅拌20～30min，制得所述适用于长水平段井长时侵入的抗高温盐水基钻井液，所述中速搅拌的转速为1000～2000r/min，高速搅拌的转速为6000-10000r/min。

技术总结本发明提供了一种适用于长水平段长时侵入的抗高温盐水基钻井液及其制备方法，钻井液包括如下重量份的原料：膨润土1～2份、凹凸棒土1～3份，粘附封堵剂4～6份、水溶性粘度调节剂1～3份，聚合物提效剂1～5份，甲酸钠15～25份，碳酸钠0.2～0.8份，加重剂5～15份，水溶性粘度调节剂由棉、异丙醇和氢氧化钠混合后得到的中间体碱化溶液和氯乙酸、盐酸经聚合反应得到，聚合物提效剂由氢氧化钠、腐殖酸、焦亚硫酸钠、甲醛、酚醛树脂和水解聚丙烯腈经溶液聚合反应得到。本发明的钻井液中的各组分协同作用，使得该钻井液体系在长时、长水平段、高盐、高温高压条件下能有效阻滞钻井液的侵入，保持井壁稳定，防止井壁垮塌和卡钻。技术研发人员：杨现禹,王韧,龙一夫,解经宇,郭振华,朱振南,杨宽才,孔二伟,蔡记华,蒋国盛,韩子辰,薛曼,梁梦佳,金纯正,徐茂岩,陈茜受保护的技术使用者：中国地质大学（武汉）技术研发日：技术公布日：2024/6/20