[發明專利]一種鉆井液減輕劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201410184628.1
• 申請日: 2014-05-04
• 公開（公告）號: CN105086952B
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 王建宇;石秉忠;陳鋮;趙素麗;林永學;李勝
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院
• 主分類號: C09K8/03
• 分類號: C09K8/03;C09C3/10;C09C1/28
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司11372
• 代理人: 吳大建,陳偉

技術領域

本發明屬于鉆井液材料領域，尤其涉及一種可降低鉆井液密度的微米級空心球體材料(鉆井液減輕劑)及其制備方法。

背景技術

隨著中國經濟持續發展，國內油氣產量難以滿足實際需求，對進口油氣的依賴日益嚴重，在國際油價長期居高不下的形勢下，各石油公司加大了油氣資源的勘探與開發力度，一些存在裂縫、溶蝕空洞和張開孔隙、低壓低滲透油藏相繼投入開發；另一方面，經過幾十年的開采，國內不少油田開發都進入中后期，許多高產油田地層壓力也逐漸降低，如中國石化東北松南地區營城子組地層壓力為0.77～0.98g/cm³，鄂爾多斯大牛地氣田，地層壓力小于0.98g/cm³。此類油藏的勘探開發難度大，對鉆井液技術有特殊要求，若鉆井液密度過高，將導致鉆井液漏失和油氣層污染，為避免漏失和污染，通常要求鉆井液密度低于1.0g/cm³(低密度鉆井液)。傳統的低密度鉆井液技術主要有氣體、充氣、泡沫、油包水乳液等，但這些方式存在井壁失穩、脈沖信號衰減、常規MWD應用困難、環境污染嚴重、泵吸困難、鉆具腐蝕嚴重、設備系統復雜、投資和生產成本高等問題，而且鉆井液本身性能調控難度大、流變性和水力學計算復雜、井眼凈化效果不穩定等現實問題難以解決。在欠平衡井鉆井、大位移井鉆井和水平井鉆井中這些問題尤為突出。

為解決上述問題，有必要開發出新的低密度鉆井液技術。經大量研究，人們發現，使用空心微球材料作為減輕劑制備低密度鉆井液是一種具有發展前景的新技術，它既能實現降低鉆井液密度之目的，又可避免傳統低密度鉆井液技術存在的種種問題?？招奈⑶蚋鶕錃硬牧蠈傩圆煌?，可分為無機空心微球和有機空心微球兩大類。無機空心微球主要由氧化鋁、氧化鈦或硅酸鹽等金屬或非金屬的氧化物組成，其特點是強度高、耐溫、耐壓、耐酸、耐堿、耐油，但其剛性大，受到強烈剪切、沖擊或研磨時易發生破碎；有機空心微球主要由聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚碳酸酯、酚醛樹脂等有機聚合物組成，其特點是韌性及彈性好、抗研磨、抗沖擊、不易發生破碎，但耐溫、耐壓等性能不及無機空心微球?？招奈⑶虿牧显诟粢舾魺彷p質填料、化妝品、涂料、藥物緩釋、傳感器等領域已得到廣泛應用，而在石油鉆井和完井領域的應用相對較少，原因之一是石油鉆井領域的應用環境苛刻，井眼內部通常溫度高(≥90℃)、壓力大(≥25MPa)，同時還伴隨強烈的剪切、沖擊和研磨。常規的空心微球材料難以滿足此類環境的應用要求。20世紀60年代，前蘇聯首次曾嘗試向鉆井液中加入空心玻璃微球以制備低密度鉆井液；20世紀90年代，美國能源部和國外某些石油公司也研究使用空心玻璃微球和其他密度減輕材料配制低密度鉆井液和低密度水泥漿，并進行了現場應用。近年來，空心玻璃微球低密度水基或油基鉆井液已經在美國、俄羅斯、中國的多口低壓油氣井以及欠平衡井鉆井中推廣應用，展現出了良好的應用潛力。(石油鉆探技術，2006年第34卷第4期第41-44頁；鉆井液與完井液，2007年第24卷第1期第26-27頁)但在實際應用過程中，空心玻璃微球在鉆井液動態循環過程中發生破碎而導致鉆井液密度難以控制、材料消耗量大，成本過高等問題仍未得到較好地解決。為解決上述問題，需要研制耐溫、耐壓及抗研磨性能優于現有玻璃空心微球產品的新型空心微球材料作為新一代鉆井液減輕劑。

發明內容

鑒于上述現有技術狀況，為克服其中存在的缺點，本發明提供了一種鉆井液減輕劑，包括：

a)空心微球；

b)包覆于空心微球表面的聚合物層；

其中，所述鉆井液減輕劑的粒徑≤100μm，密度為0.3至0.65g/cm³，能夠耐90℃以上的溫度，耐40MPa以上的壓力；

所述空心微球占鉆井液減輕劑總重量的百分比為20-70％；

所述包覆于空心微球表面的聚合物層占鉆井液減輕劑總重量的百分比為30-80％。

a)中所述空心微球選自無機空心微球。根據權利要求1或2所述的鉆井液減輕劑，其特征在于，所述無機空心微球的粒徑≤90μm，密度≤0.5g/cm³，能夠耐90℃以上的溫度，耐28MPa以上的壓力。

所述無機空心微球為玻璃空心微球。

b)中所述包覆于空心固體表面的聚合物層選自聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯和苯乙烯-丙烯腈-丁二烯共聚物中的一種或者幾種。