[發明專利]鉆井液的添加劑組合物和適合頁巖氣水平井的水基鉆井液

有效

• 申請號: 201610340588.4
• 申請日: 2016-05-20
• 公開（公告）號: CN106010478B
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 蔣官澄;伍賢柱;馬光長;張縣民;賀垠博;劉凡;高德利;楊麗麗;屈剛;趙利
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（北京）
• 主分類號: C09K8/03
• 分類號: C09K8/03;C09K8/12
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司11283
• 代理人: 劉兵,嚴政

技術領域

本發明涉及石油化工鉆井領域，具體地，涉及鉆井液的添加劑組合物和適合頁巖氣水平井的水基鉆井液。

背景技術

隨著能源消耗的日益增加，頁巖氣、頁巖油等非常規能源的開發利用逐漸受到重視。我國已探明的頁巖油氣藏儲量巨大，勘探開發價值高。目前開采頁巖氣主要采用長段水平井，多級分段壓裂的方法，以提高單井產量，提升工業開采價值。由于頁巖地層水敏性強、裂縫發育，鉆井過程中容易出現垮塌、縮徑等復雜情況，因此開采頁巖氣的鉆井完井液面臨的主要技術難題是長段水平井的井壁穩定問題。

當前頁巖層水平井主要采用油基鉆井液，可以較好地解決井壁穩定問題。但頁巖氣單井產出量普遍較低，油基泥漿的成本較高，降低了頁巖氣開采的工業價值，且油基鉆井液存在環保性差、回收成本高、安全性差等問題。水基鉆井液具有成本較低，相對更加環保，且易于發現油氣儲層等優點，但常見的水基鉆井液體系井壁穩定性差，潤滑防卡能力不足，限制了水基鉆井液在頁巖油氣開發中的應用。

我國頁巖氣普遍埋藏較深，例如四川盆地下寒武統頁巖氣層埋深2000-3500米，地層壓力大，且存在超高壓油氣層、鹽水層和膏泥巖等復雜地層，當鉆遇含氣量較大且裂縫發育的頁巖地層時，氣體溢出量劇增可能會導致井噴、井涌等事故。提高鉆井液密度可以有效平衡地層壓力，提高井壁穩定性，防止復雜情況發生。

目前，適合頁巖氣開采的水基鉆井液還不夠完善，主要表現在如下幾個方面。

(1)抗高溫能力有待提高。隨著井深的增加及井底溫度的升高，對水基鉆井液的抗溫性要求也在逐漸提升。

(2)密度普遍不高。常規密度的水基鉆井液已不能滿足高壓地層對鉆井液的密度要求，而提高鉆井液密度又會帶來諸如流變性差的問題。

(3)抑制性不高。常規的水基鉆井液已不能很好的抑制頁巖的分散，從而會引起井壁失穩，同時增加抑制性又會帶來諸如流變性和封堵性差的問題。

(4)封堵性不高。常規密度的水基鉆井液已不能充分封堵頁巖中的納微米孔隙。

發明內容

本發明的目的在于克服現有的水基鉆井液存在的密度較低、抗溫性較差、封堵性和抑制性較低的缺陷，提供了一種能夠獲得較高密度、較高抗溫性能、較高封堵性和抑制性的鉆井液的添加劑組合物和水基鉆井液。

為了實現上述目的，本發明提供一種鉆井液的添加劑組合物，該組合物含有納米封堵劑、仿生固壁劑和仿生頁巖抑制劑，

所述納米封堵劑為改性的二氧化硅納米顆粒，所述改性的二氧化硅納米顆粒上的改性基團包括丙烯酸類共聚物鏈，所述丙烯酸類共聚物鏈中的結構單元由下式(1)所示結構的單體中的一種或多種以及式(2)所示結構的單體中的一種或多種提供；

其中，R¹選自-OH、C1-C10的烷氧基或-N(R³)R²，R²和R³各自獨立地選自H、C1-C10的烷基和被取代基取代的C1-C10的烷基，所述取代基為-COOH、-OH、鹵素和-SO₃H中的一種或多種；L為C0-C10的亞烷基；

所述仿生固壁劑為主鏈上接枝有源自多巴胺的基團的羧甲基殼聚糖，所述源自多巴胺的基團如式(I-1)所示：

所述仿生頁巖抑制劑由式(3)所示的結構單元和式(4)所示的結構單元構成：

式(3)所示的結構單元和式(4)所示的結構單元的摩爾比為0.2-6：1，且所述仿生頁巖抑制劑的重均分子量為800-4000g/mol。

本發明還提供了含有上述鉆井液添加劑組合物的水基鉆井液。

當水基鉆井液中含有本發明的添加劑組合物時，能夠獲得較高抗溫性能、較高封堵性和抑制性且環保的鉆井液，特別是還能夠使得所得鉆井液獲得較高密度，特別適用于頁巖氣開采。是一種適合頁巖氣水平井的水基鉆井液。

本發明的其它特征和優點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。

附圖說明

附圖是用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本發明，但并不構成對本發明的限制。在附圖中：

圖1是納米封堵劑制備例1所得的改性的二氧化硅納米顆粒的SEM圖。

具體實施方式

以下對本發明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。