[發明專利]一種穩定頁巖氣地層井壁的水基鉆井液及其應用

在審

• 申請號: 201810301523.8
• 申請日: 2018-04-04
• 公開（公告）號: CN108531147A
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發明（設計）人: 劉敬平;孫金聲;呂開河;黃賢斌
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: C09K8/035
• 分類號: C09K8/035;C09K8/24;C09K8/22;C09K8/508;E21B21/00
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 嚴政;劉依云

本發明涉及頁巖氣鉆井技術領域，公開了一種穩定頁巖氣地層井壁的水基鉆井液及其應用，所述水基鉆井液包括納米膜結構封堵劑、防水劑、表面水化抑制劑、聚合醇、膨潤土、聚陰離子纖維素、磺化褐煤樹脂和水，其中，所述防水劑為N?全氟烷基磺酰基丙基三乙氧硅烷，所述納米膜結構封堵劑包括蒙脫土片層、式(1)所示的結構單元和式(2)所示的結構單元。將本發明所述的水基鉆井液應用于穩定頁巖氣地層井壁中時，表現出較好的抑制、流變及減緩頁巖抗壓強度降低性能。

技術領域

本發明涉及頁巖氣鉆井技術領域，具體地涉及一種穩定頁巖氣地層井壁的水基鉆井液及其應用。

背景技術

我國頁巖氣地質資源儲量為80×10¹²m³，技術可采資源儲量為(10～25)×10¹²m³，具有良好的勘探開發前景，一旦成功地規模化勘探開發，能夠有效地緩解我國油氣供需矛盾，因此頁巖氣勘探和開發已成為國家重大戰略。

頁巖氣鉆井的主要難點在于頁巖的水敏性強、微裂縫和裂縫發育、浸泡時間長及井斜角大等引發的井壁垮塌、漏失、托壓及卡鉆等問題，核心是頁巖地層長水平段井眼的井壁穩定問題，井壁失穩及其由它而引發的各種井下復雜問題成為實現頁巖氣安全、高效開發的重大技術難題。

國內外以中長段水平井為基礎，實現了頁巖氣的工業開發，強封堵、強抑制油基鉆井液基本能夠滿足頁巖氣鉆井的需要，但環境可接受性差、成本高，可替代油基鉆井液的水基鉆井液是未來的發展趨勢。水基鉆井液鉆頁巖氣長水平井過程中井壁坍塌非常嚴重，已成為制約頁巖氣安全、高效開發的技術瓶頸。

因此，對能夠有效穩定頁巖氣地層井壁的水基鉆井液研究具有重要的現實意義。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有的水基鉆井液在頁巖氣鉆井中的上述缺陷，提供一種水基鉆井液及其制備方法和應用。

為了實現上述目的，第一方面，本發明提供了一種水基鉆井液，該水基鉆井液含有納米膜結構封堵劑、防水劑、表面水化抑制劑、聚合醇、膨潤土、聚陰離子纖維素、磺化褐煤樹脂和水，所述防水劑為N-全氟烷基磺酰基丙基三乙氧硅烷，所述納米膜結構封堵劑包括蒙脫土片層、式(1)所示的結構單元和式(2)所示的結構單元，

其中，R₁，R₂，R₃，R₄和R₅各自獨立地為氫、C₁-C₄的烷基或C₁-C₄的烷氧基，R₆為C₁-C₆的亞烷基，R₇為H或Na。

第二方面，本發明提供了本發明所述水基鉆井液的制備方法，該方法包括將納米膜結構封堵劑、防水劑、表面水化抑制劑、聚合醇、膨潤土、聚陰離子纖維素、磺化褐煤樹脂和水進行混合。

第三方面，本發明提供了本發明所述的水基鉆井液在穩定頁巖氣地層井壁中應用。

在本發明所述的水基鉆井液中，通過引入四種核心處理劑材料，即納米膜結構封堵劑、防水劑、表面水化抑制劑和聚合醇，使得本發明所述的水基鉆井液能夠有效阻止或抑制水進入頁巖地層，抑制頁巖水化，減緩頁巖抗壓強度降低，有效保持頁巖氣地層井壁穩定；而且，將該水基鉆井液應用于頁巖氣地層鉆井中時，能夠表現出較好的抑制性能、流變性能、防塌性能。