[發明專利]一種有機-無機復合硅酸鹽耐高溫成膜鉆井液體系

有效

• 申請號: 201910151350.0
• 申請日: 2019-02-28
• 公開（公告）號: CN109735314B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 郭明義;李穎;韓煒超;譚現鋒;博坤;曹品魯
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C09K8/24
• 分類號: C09K8/24
• 代理公司: 長春市吉利專利事務所(普通合伙) 22206
• 代理人: 李曉莉

本發明公開了一種有機?無機復合硅酸鹽耐高溫成膜鉆井液體系，屬于地質資源勘探與開發技術領域所用的鉆井液，所述鉆井液體系由以下原料組成：膨潤土基漿、增粘劑、降濾失劑、封堵劑、加重劑、無機硅酸鹽和有機硅酸鹽，各原料的用量為以膨潤土基漿的重量計，膨潤土基漿的質量分數為1％～4％，所述有機硅酸鹽濃度為0.05mol/L～0.5mol/L，無機硅酸鹽的質量分數為0.1％～5％。本發明提出的有機?無機復合硅酸鹽耐高溫成膜鉆井液體系提高了鉆井液的抑制防塌能力，更好地滿足井壁穩定、安全鉆進的需求，達到了抑制、封堵和化學固壁的目的。

技術領域

本發明涉及地質資源勘探與開發技術領域所用的鉆井液，具體涉及一種有機-無機復合硅酸鹽耐高溫成膜鉆井液體系。

背景技術

當前我國已經進入非常規能源勘探開發的新階段，頁巖油氣成為了研究的熱點。頁巖是細粒的沉積巖，可以說是石油和天然氣的豐富來源。頁巖的儲層特性不同于常規天然氣儲層，頁巖層理構造發育，力學特性與均質地層有較大差別，層理面膠結程度較弱，易膨脹易破碎，儲層物性較差，孔隙度和滲透率很低。近年來，頁巖油氣勘探取得了巨大的進展，但在鉆井過程中存在許多問題，如在鉆井過程中，由于巖石強度降低、地層水化膨脹和地層粘土的分散而導致的井壁失穩和地層損害。

近些年來，油氣資源的消耗大幅增長，面對如此快的增長形式，油氣資源面臨著枯竭的危險，地表油氣的開采已經不能滿足與日俱增的需求量，在深井鉆探過程中，溫度隨著地層深度的增加而增加，隨著鉆井逐漸向深井方向開采，鉆井液停留于地層深處的時間逐漸增長，這對鉆井液處理劑的抗溫性能提出了更苛刻的要求。溫度和停留時間的增加，加劇了一些副反應，甚至產生了一些副反應，比如高溫下的降解、交聯等副反應的加速，使鉆井液的性質和性能發生改變。尤其是鉆遇深井中的裂縫地層、破碎地層，對于鉆井液的抗高溫及防塌性有更高的要求。

目前，水基鉆井液在頁巖氣鉆井施工中需要解決的核心問題是如何保證頁巖地層的井壁穩定。而井壁穩定主要取決于三個方面：合理的鉆井液密度；足夠的水化抑制性；良好的微裂隙封堵能力。在鉆井作業中，使用各種添加劑(其中氯化鉀是非常常見的)可以實現高水平的頁巖抑制。但相對高的濃度被認為是對環境具有不利影響，限制了它們的使用。此外，陽離子聚合物的高毒性限制了它們的使用。為了緩解這些問題，一系列具有理想抑制功能的低分子量銨鹽可以彌補這些缺陷。它們沒有毒性和危險性，它們在鉆井液中的使用可以顯著減少鉆屑處理成本，但是季銨鹽和多胺仍然存在一些缺點，如一些季胺類(例如四甲基氯化銨)的毒性和由于氨基與四面體硅氧烷表面氫鍵的減弱，多胺在高溫下的抑制作用相對較低，但不具備良好的防塌性能。

由于現有鉆井液體系存在的抑制作用相對較弱，防塌性能差的缺點，因此亟需提供一種能在高溫環境中達到抑制與防塌效果的鉆井液體系。

發明內容

本發明的目的是針對現有鉆井液體系存在的問題，提供一種有機-無機復合硅酸鹽耐高溫成膜鉆井液體系，能在高溫環境中達到抑制與防塌效果。

為實現上述目的，本發明提出了一種有機-無機復合硅酸鹽耐高溫成膜鉆井液體系，其特征在于，所述鉆井液體系由以下原料組成：膨潤土基漿、增粘劑、降濾失劑、封堵劑、加重劑、無機硅酸鹽和有機硅酸鹽，各原料的用量為以膨潤土基漿的重量計，膨潤土基漿的質量分數為1％～4％，增粘劑用量為膨潤土基漿重量的0.1％～2％，降濾失劑用量為膨潤土基漿重量的0.1％～3％，封堵劑用量為膨潤土基漿重量的1％～5％，加重劑用量為膨潤土基漿重量的10％～95％，有機硅酸鹽用量為膨潤土基漿重量的0.5％～5％，無機硅酸鹽用量為膨潤土基漿重量的0.1％～5％。

所述有機硅酸鹽濃度為0.05mol/L～0.5mol/L，無機硅酸鹽的質量分數為0.1％～5％。