[發明專利]一種提高地層破裂壓力的阻裂劑及其制備方法以及水基鉆井液和應用

有效

• 申請號: 201810909710.4
• 申請日: 2018-08-10
• 公開（公告）號: CN109054780B
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發明（設計）人: 王貴;楊京華;蒲曉林;曹成;李方
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: C09K8/035
• 分類號: C09K8/035;C09K8/03;C09K8/24;C09K8/514;C09K8/42
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 劉依云;喬雪微

本發明涉及石油工程鉆井領域，公開了一種提高地層破裂壓力的阻裂劑及其制備方法以及水基鉆井液和應用。該阻裂劑含有水、分散劑、顆粒填充材料、變形填充材料和纖維增強材料；且以100重量份的水為基準，分散劑為0.05?0.2重量份，顆粒填充材料為25?65重量份，纖維增強材料為1?5重量份，變形填充材料為5?15重量份；以及本發明中的水基鉆井液中含有超細顆粒填充材料，其能夠用于填充濾餅中微納米孔隙，改善濾餅的致密性，減緩井內液柱壓力向地層內傳遞；進一步，本發明中的水基鉆井液中含有高強度纖維材料，其能夠在濾餅中形成空間網架結構，提高濾餅的整體性和抗裂韌性，可使地層破裂壓力得到大幅提高。

技術領域

本發明涉及石油工程鉆井領域，具體涉及一種提高地層破裂壓力的阻裂劑，該阻裂劑的制備方法，一種含有該阻裂劑的水基鉆井液，以及該水基鉆井液在鉆遇窄安全密度窗口地層中的應用。

背景技術

在井下一定深度出露的地層，承受液體壓力的能力是有限的。當液體壓力達到某一數值時會使地層破裂，這個液體壓力稱為地層破裂壓力。對鉆井工程而言，并不希望地層破裂，因為地層破裂后容易引起井漏，繼而甚至誘發一系列的井下復雜情況的發生或事故。為了防止壓裂地層而引發井漏，裸眼井內鉆井液的有效液柱壓力必須小于地層破裂壓力，因此，地層破裂壓力對合理的井身結構設計和鉆井施工具有十分重要的意義。

油氣井鉆井過程中經常會鉆遇薄弱易漏地層，即使地層沒有先期破裂和漏失通道，但由于地層破裂壓力較低，由鉆井液循環引起的井下有效液柱壓力也可能大于地層破裂壓力而引起井漏，限制了同一裸眼段套管的“必封點”深度。因此，在井內有效液柱壓力一定時，地層破裂壓力越高，地層越不易發生井漏，同一裸眼段套管的“必封點”深度則可以更大，越有利于油氣井的安全高效鉆進和井身結構的優化。

鉆井過程的地層破裂壓力常采用液壓試驗求得。室內試驗和現場實踐表明，鉆井液作用下的地層破裂壓力高于嚴格材料力學意義上的地層巖石破裂壓力。其作用機理在于鉆井液中含有的各種固相顆粒和聚合物分子，在正壓差作用下，可以在井壁巖石表面形成一層濾餅，如果濾餅的滲透率很低，濾餅整體也表現出具有一定的抗撕裂能力，在井壁巖石裂紋形成初期，即在井壁地層損傷階段，井壁上的濾餅將橫跨在細小裂紋開口處，阻擋鉆井液介質與壓力向裂紋深部傳遞而發生水力劈裂，繼續升高井內壓力至濾餅被撕裂后地層才會發生明顯破裂，從而表現出更高地層破裂壓力。因此，鉆井液在井壁上形成濾餅的致密程度和抗裂韌性對地層破裂壓力有重要的影響。

郭永峰在《石油鉆采工藝》，2016，38(2)，P255中公開了“引入納米技術提高鉆井的井壁破裂壓力降低作業成本”，其中，加拿大能源服務公司(Canada Energy Service)在美國西德克薩斯(West Texas)首次使用了MMH(第3代混合金屬羥化物)的納米添加劑，加固井壁，提高鉆井過程破裂壓力。但是，向鉆井液中添加納米添加劑提高地層破裂壓力的作用原理為在鉆井過程中，將“可變形的網格狀泡沫狀物”，即可變形為任意形狀與尺寸的粉末，利用納米顆粒材料改善了濾餅的致密性，但是，并不能提高濾餅的抗撕裂能力，因而，提高地層破裂壓力的效果有待進一步提高。

許肯在《科技信息》，2013(10)，P177-178中公開了“提高地層破裂壓力的鉆井液實驗研究”，其中，公開了在實驗室以20-40目砂子為砂床模擬高滲透性地層，以8-10目砂子模擬低滲透性地層，篩選了多種堵漏材料。但是，該文僅是評價了堵漏材料對孔隙性地層的堵漏性能，并沒有描述通過改變濾餅致密性和抗撕裂能力來阻止地層破裂，更沒有體現堵漏材料對地層破裂壓力產生影響之效果。

CN107880862A公開了“一種提高承壓能力的封堵劑及其制備方法”，這種封堵劑包含了水、架橋材料、填充材料和交接材料，該封堵劑能夠在鉆井堵漏時提高地層承壓能力，但該封堵劑適用于地層發生漏失以后的堵漏過程中，并不能在漏失發生前起到提高地層破裂壓力的作用。