鑲嵌屏蔽鉆井液的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鑲嵌屏蔽鉆井液，包括以下重量含量的組分：0.2%-8.5%鑲嵌屏蔽劑，0-5%增粘劑，0-8%加重劑，余量為基礎(chǔ)液，鑲嵌屏蔽劑通過將單體、引發(fā)劑、分散劑、剛性內(nèi)核等加入到水中，攪拌均勻，并升溫至反應(yīng)，烘干制得。該鉆井液由于使用鑲嵌屏蔽劑，起到單向封堵的作用，且其彈性可變性特征可使其對入口為不同形狀的孔隙均具有良好的適應(yīng)性，不影響油井產(chǎn)能。
【專利說明】鑲嵌屏蔽鉆井液

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鑲嵌屏蔽鉆井液，以及該鑲嵌屏蔽鉆井液的制備方法和使用方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著世界油氣需求的持續(xù)增長，采用保護(hù)儲層鉆井液技術(shù)勘探開發(fā)復(fù)雜油氣藏的 力度逐年加大。研制低傷害鉆井完井液，最大限度地減輕鉆井過程中造成的儲層損害，是取 得復(fù)雜油氣減鉆探成果的關(guān)鍵。
[0003] 為了有效阻止鉆井液侵入儲層，現(xiàn)有技術(shù)中已有常規(guī)屏蔽暫堵技術(shù)、廣譜屏蔽暫 堵技術(shù)和理想充填屏蔽暫堵技術(shù)等。這些屏蔽暫堵技術(shù)要求暫堵劑粒子尺寸小于孔隙或裂 縫尺寸，且按一定規(guī)則與儲層孔喉尺寸嚴(yán)格匹配，因此準(zhǔn)確獲取儲層孔隙尺寸及分布狀況 是成功實施屏蔽暫堵技術(shù)的前提和關(guān)鍵所在。但是，由于受儲層巖石非均質(zhì)性的限制，往往 很難準(zhǔn)確獲取施工井的孔隙尺寸數(shù)據(jù)，常常導(dǎo)致屏蔽暫堵效果不理想，有時甚至?xí)哟髮?油氣層的損害，且屏蔽暫堵后往往需要后續(xù)的解堵作業(yè)，增加了生產(chǎn)成本，現(xiàn)有技術(shù)的鉆井 液作用機(jī)理可參見圖1。
[0004] 對于理想的鉆井液，投資方最需要的是：在井筒內(nèi)儲層污染最小，或接近無污染 (30mm)，產(chǎn)量高；儲層固井質(zhì)量全部合格（95?100%);壽命長，避免竄層、套損、或?qū)е聜?cè) 鉆；在地面上循環(huán)漿、坑漿可全部回收重復(fù)使用，以達(dá)到環(huán)保要求。而鉆井工程方最需要的 是：在井筒內(nèi)高滲透砂巖井段不要粘卡、失漿過大；泥頁巖井段不要坍塌掉塊、造漿、泥包 鉆頭；斜井段要低濾失、潤滑、破壞砂床、低摩阻；井壁穩(wěn)定、擴(kuò)大率小且分布窄；鉆屑狀態(tài) 保持率高；在地面上鉆屑易于一次性脫除；循環(huán)漿、坑漿全部可回收重復(fù)使用。技術(shù)的關(guān)鍵 在于，在復(fù)雜的地質(zhì)條件下，在不能用膨潤土的環(huán)境中，實現(xiàn)不用膨潤土的安全高效鉆井。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服上述缺陷并達(dá)到各方面的期望，本發(fā)明提供一種鑲嵌屏蔽鉆井液。進(jìn)一 步地，本發(fā)明還提供一種鑲嵌屏蔽鉆井液的制備方法和使用方法。
[0006] 本發(fā)明人經(jīng)過銳意研究得到一種包含鑲嵌屏蔽劑的鉆井液。由于鑲嵌屏蔽劑具有 彈性可變性和直徑大于儲層孔隙直徑的特點，在壓差的作用下，鑲嵌屏蔽劑顆粒部分鑲嵌 入孔隙入口處，將孔隙封堵住，其余部分仍在孔隙外面，起到單向封堵的作用。同時，此封堵 材料的彈性可變性特征可使其對入口為不同形狀的孔隙均具有良好的適應(yīng)性，克服了剛性 顆粒因不能變形而適應(yīng)性差的缺點。其作用機(jī)理可參見圖2。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明提供的鑲嵌屏蔽鉆井液包括以下重量含量的組分：
[0008] 鑲嵌屏蔽劑，0· 2%-8· 5%，
[0009] 增粘劑， 0-5%，
[0010]加重劑， 0-8%
[0011] 余量為基礎(chǔ)液，
[0012] 其中，所述重量含量是指所述組分基于鑲嵌屏蔽鉆井液總重量的重量百分比。
[0013] 在本發(fā)明提供的鑲嵌屏蔽鉆井液中，基于鉆井液總重量而言，鑲嵌屏蔽劑含量為 0. 2%-8. 5%，優(yōu)選2%-5%。當(dāng)鑲嵌屏蔽劑含量在此范圍內(nèi)時，所得鉆井液能夠有效鑲嵌封堵 鉆井周圍的空隙，防止鉆井液滲透侵入儲層。如果鑲嵌屏蔽劑含量低于〇. 2%，由于其用量 過低導(dǎo)致鑲嵌屏蔽不足，鉆井液可能會滲透侵入儲層。另一方面，如果鑲嵌屏蔽劑含量高于 8. 5%，不僅由于其用量過高導(dǎo)致成本增加，而且由于用量過剩導(dǎo)致鑲嵌屏蔽劑顆粒留存于 鉆井液中，影響鉆井液的性能。
[0014] 在本發(fā)明中，所用鑲嵌屏蔽劑通過以下方法制備：
[0015] 將100重量份份剛性無機(jī)內(nèi)核、500-2600重量份單體、50-300重量份引發(fā)劑和 30-300重量份分散劑等加入到水中，升溫至60°C _90°C，反應(yīng)完成后形成長鏈聚合物，烘干 得到鑲嵌屏蔽劑。
[0016] 其中，所述剛性無機(jī)內(nèi)核選自石英砂或硅酸鹽礦物。
[0017] 所述單體為丙烯酰胺。
[0018] 所述引發(fā)劑選自：酰類過氧化物如過氧化苯甲酰、過氧化月桂酰等，或者酯類過氧 化物如過氧化苯甲酸叔丁酯、過氧化叔戊酸叔丁基酯；可以使用其中的任意一種，或者兩種 或兩種以上的任意組合物。
[0019] 所述分散劑選自三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸鈉、甲基戊醇或古爾膠等。可以使 用其中的任意一種，或者兩種或兩種以上的任意組合物。
[0020] 在根據(jù)本發(fā)明提供的鑲嵌屏蔽劑中，作為單體，也可以使用丙烯酰胺與其他單體 的組合物，不過并不優(yōu)選。
[0021] 通常，根據(jù)本發(fā)明提供的鑲嵌屏蔽劑平均粒徑為4?400 μ m，優(yōu)選平均粒徑在 50 μ m左右。實踐中，鑲嵌屏蔽劑的粒徑可根據(jù)生產(chǎn)需要進(jìn)行調(diào)整。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明提供的鑲嵌屏蔽劑是網(wǎng)狀凝膠，外形尺寸達(dá)到4?400 μ m，可以在鉆 屑表面發(fā)生多點吸附，并抑制分散。網(wǎng)狀凝膠覆蓋鉆屑表面，造成鉆屑與自由水的隔離，產(chǎn) 生抑制分散。鑲嵌屏蔽體系對泥頁巖具有很強(qiáng)的抑制、包被、防止坍塌作用。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明提供的鑲嵌屏蔽劑具有以下優(yōu)點：①良好的彈性和一定的可變形性， 在壓差作用下會發(fā)生彈性變形，以適應(yīng)不同形狀和尺寸的孔喉，對較寬尺寸的孔喉產(chǎn)生良 好的封堵作用，減少鉆井液濾失量；②抑制粘土的水化分散，具有良好的防塌作用，油層保 護(hù)效果良好；③與鉆井液和其它處理劑的配伍性好，不起泡；④無毒、有利于環(huán)境保護(hù)。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明提供的鑲嵌屏蔽劑具有增粘、降濾失、防塌及保護(hù)油層等多項作用，具 有一劑多用的特點，本發(fā)明人推測其作用機(jī)理如下所述，不過下述機(jī)理僅是對本發(fā)明的可 能性解釋，本發(fā)明并不限于此。
[0025] 1、增粘切機(jī)理
[0026] (1)吸附水作用
[0027] 鑲嵌屏蔽劑有適量的由丙烯酰胺單體聚合形成的吸附基團(tuán)，可以吸附一定數(shù)量的 水分子，使鉆井液中部分自由水變?yōu)槲剿瑢?dǎo)致鉆井液粘度增加。
[0028] (2)形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)
[0029] 通過合理的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計，鑲嵌屏蔽劑分子自身可以相互連接，形成具有一定強(qiáng) 度的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，增加鉆井液的粘度和切力。
[0030] 2、降濾失機(jī)理
[0031] (1)強(qiáng)封堵作用
[0032] 鑲嵌屏蔽劑分子與水接觸后，具有內(nèi)剛外柔的特點，其內(nèi)部為強(qiáng)度極高的剛性顆 粒，外部為具有較強(qiáng)彈性和可變形性柔性體，此特點使其對不同形狀的孔隙和裂縫具有較 好的適應(yīng)性。在壓差作用下，鑲嵌屏蔽劑顆粒被擠入孔隙或裂縫，依靠其外部柔性部分產(chǎn)生 很大的摩擦力，當(dāng)多個顆粒同時進(jìn)入孔隙或裂縫后，其摩擦力疊加將大于生產(chǎn)壓差，從而將 孔隙或裂縫完全封堵，有效降低鉆井液濾失量。
[0033] (2)增粘作用
[0034] 通過鑲嵌屏蔽劑增加鉆井液粘度和切力，增加濾液流動阻力，降低濾失量。
[0035] 3、防塌機(jī)理
[0036] (1)強(qiáng)封堵作用
[0037] 鑲嵌屏蔽劑分子與水接觸后，具有內(nèi)剛外柔的特點，其內(nèi)部為強(qiáng)度極高的剛性顆 粒，外部為具有較強(qiáng)彈性和可變形性柔性體，此特點使其對不同形狀的孔隙和裂縫具有較 好的適應(yīng)性。在壓差作用下，鑲嵌屏蔽劑顆粒被擠入孔隙或裂縫，依靠其外部柔性部分產(chǎn)生 很大的摩擦力，當(dāng)多個顆粒同時進(jìn)入孔隙或裂縫后，其摩擦力疊加將大于生產(chǎn)壓差，從而將 孔隙或裂縫完全封堵。
[0038] (2)強(qiáng)抑制作用
[0039] 鑲嵌屏蔽劑分子帶有一定數(shù)量的正電荷，可通過靜電吸引吸附到鉆屑表面，部分 中和粘土的負(fù)電荷，同時在鉆屑表面形成吸附層，減少鉆屑與水的接觸，有效抑制粘土的水 化膨脹與分散。
[0040] 4、保護(hù)油氣層機(jī)理
[0041] (1)強(qiáng)封堵作用
[0042] 鑲嵌屏蔽劑分子與水接觸后，具有內(nèi)剛外柔的特點，其內(nèi)部為強(qiáng)度極高的剛性顆 粒，外部為具有較強(qiáng)彈性和可變形性柔性體，此特點使其對不同形狀的孔隙和裂縫具有較 好的適應(yīng)性。在壓差作用下，鑲嵌屏蔽劑顆粒被擠入孔隙或裂縫，依靠其外部柔性部分產(chǎn)生 很大的摩擦力，當(dāng)多個顆粒同時進(jìn)入孔隙或裂縫后，其摩擦力疊加將大于生產(chǎn)壓差，從而將 孔隙或裂縫完全封堵。
[0043] (2)封堵層易返排
[0044] (3)強(qiáng)抑制作用
[0045] 鑲嵌屏蔽劑分子帶有一定數(shù)量的正電荷，可通過靜電吸引吸附到鉆屑表面，部分 中和粘土的負(fù)電荷，同時在鉆屑表面形成吸附層，減少鉆屑與水的接觸，有效抑制粘土的水 化膨脹與分散。
[0046] 在本發(fā)明提供的鑲嵌屏蔽鉆井液中，可以根據(jù)需要包含增粘劑和加重劑。其中，增 粘劑的作用在于增加鉆井液粘度，加重劑的作用在于增加鉆井液密度，從而適用不同地層 需要。
[0047] 在本發(fā)明提供的鑲嵌屏蔽鉆井液中，對于增粘劑沒有特殊限制，可以使用本領(lǐng)域 常用的增粘劑，如酚醛樹脂類有機(jī)高分子聚合物等。其含量可以根據(jù)實際需要選擇，例如 0-5%，更優(yōu)選1%_5%，所述含量是指基于鉆井液總重量的重量百分含量。
[0048] 在本發(fā)明提供的鑲嵌屏蔽鉆井液中，對于加重劑沒有特殊限制，可以使用本領(lǐng)域 常用的加重劑，如可溶性鹽類，包括無機(jī)鹽和有機(jī)鹽，例如NH4CU KC1、KHC03、NaCl、MgCl2、 CaCl2、ZnCl2、ZnBr2等，更優(yōu)選NH4Cl、KCl、KHCO 3?？梢允褂闷渲械娜我环N，或者組合使用其 中的兩種或多種。
[0049] 在使用加重劑時，主要依據(jù)如下：
[0050] 密度選擇原則：為地層壓力系數(shù)或地層坍塌壓力的1. 05?L 10倍。
[0051] 比重調(diào)整速度：常規(guī)，AdS 0.02/-周；有溢出時，配合鑲嵌屏蔽劑，Ad=O. 02? 0· 10/-周。
[0052] 在一個優(yōu)選實施方式中，使用加重劑種類的依據(jù)如下：
[0053] A、d彡1. 15時，選用NH4Cl加重或采用鹵水。
[0054] B、d=l. 15?L 20時，選用KCl或NaCl加重或采用鹵水。
[0055] C、d=l. 20 ?1. 35 時，選用 KHC03、MgCl2 或 CaCl2 加重。
[0056] D、d=l. 35 ?1. 48 時，選用 KHC03、CaCl2 加重。
[0057] E、d=L 48?L 75時，選用KHC03、MgCl2或CaCl2加重至飽和后，再用ZnCl 2繼續(xù)加 重。
[0058] F、d=l. 75 ?2. 0 時，選用 ZnBr2 加重。
[0059] 在本文中所用符號Λ d表示密度變化；
[0060] 在本文中所用符號d表示密度。
[0061] 在本發(fā)明提供的鑲嵌屏蔽鉆井液中，作為基礎(chǔ)液，沒有特別限制，可以使用淡水、 鹽水或海水、或本區(qū)回流污水。
[0062] 所述"本區(qū)回流污水"是指在鉆井施工現(xiàn)場形成的污水。由于鉆井施工現(xiàn)場往往 非常偏僻，用水來源緊張，難以供應(yīng)清潔水源，使用本區(qū)回流污水不僅能解決水源供應(yīng)困難 的問題，而且采用本區(qū)回流污水完全能確保本發(fā)明的鑲嵌屏蔽鉆井液的性能。
[0063] 對于本發(fā)明提供的鑲嵌屏蔽鉆井液，還可以根據(jù)需要包含本領(lǐng)域常用的一種或多 種其他助劑，如潤滑劑、堵漏劑等。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要選擇它們的用量，這在本 領(lǐng)域技術(shù)人員的能力范圍內(nèi)。
[0064] 作為助劑，特別提及潤滑劑。當(dāng)鉆井液本身具有潤滑作用時，鉆井液的潤滑性不僅 可減少鉆具的磨損，而且對提高鉆速有重要影響。本發(fā)明采用的潤滑劑可以是固體潤滑劑 或液體潤滑劑，固體潤滑劑主要是細(xì)小的固體顆粒，例如石墨PP、玻璃小球、樹脂小球等等， 其可有效降低摩擦阻力。液體潤滑劑主要是油，包括植物油和礦物油，如24#白油，也可以 是油和表面活性劑一起配成的乳液。添加潤滑劑后，濾餅表面黏附系數(shù)降低，其可降低摩擦 阻力和粘附摩擦阻力。
[0065] 本發(fā)明的鑲嵌屏蔽鉆井液可以根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中記載的各種方法進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng) 不同情況或不同需要。
[0066] 例如，控制體系pH值可以加入NaOH可改善體系的性能：濾失量降低；切力上升； 流型剪切稀釋、亮滑。
[0067] 通過將各種組分混合，即可得到本發(fā)明的鉆井液。作為混合方式，沒有特別限制， 可以使用常規(guī)的混合方法，如機(jī)械攪拌混合、磁力攪拌混合等。
[0068] 本發(fā)明的鑲嵌屏蔽鉆井液是一種新型的鉆井液體系，具有如下優(yōu)點：
[0069] (1)組成簡單
[0070] 由水、鑲嵌屏蔽劑和可溶性鹽類組成，脫離了粘土分散體系理論，由鑲嵌屏蔽劑提 供所需要的各種鉆井液性能，由可溶性鹽提高密度，成分簡單，維護(hù)方便。
[0071] (2)鉆井速度快
[0072] 鑲嵌屏蔽鉆井液體系可以不添加粘土和固體加重劑，抑制性好，粘土在其中基本 不分散，固相含量低、亞微米顆粒數(shù)量少。鉆井液體系內(nèi)的固相是鉆進(jìn)過程中產(chǎn)生的鉆屑， 通過使用合理的固控設(shè)備，固相含量一般控制在5%以內(nèi)，而密度為I. 2g/cm3的常規(guī)鉆井液 固相含量在15%左右，密度越高固相含量隨之增加。鑲嵌屏蔽鉆井液的固相含量低和亞微 米顆粒數(shù)量少的特點，使其機(jī)械鉆速大大提高，經(jīng)實驗同等條件下可使鉆速提高2-4倍。 [0073] (3)有利于保護(hù)油氣層
[0074] 鑲嵌屏蔽劑的特殊作用，在侵入地層3_5mm后即可形成屏蔽膜，鉆井液不能更深 地侵入地層，很好地保護(hù)了油氣層。室內(nèi)檢測由于濾紙?zhí)?，該體系的濾失量在5?IOml 之間，而在現(xiàn)場由于地層和巖石可以作為屏蔽劑的骨架，形成屏蔽體，鉆井液在現(xiàn)場的濾失 更低，一般低于5ml。且該鉆井液抑制性很好，能有效抑制粘土的水化膨脹、分散，避免油層 發(fā)生水敏性損害。
[0075] 在土庫曼斯坦、長慶油田、中海油服的應(yīng)用表明，鑲嵌屏蔽鉆井液配置好以后，循 環(huán)罐里面的鉆井液基本上沒有變化,很少添加鉆井液。該體系基本上屬于無濾失體系,很好 地保護(hù)了油氣層。
[0076] (4)有利于井壁穩(wěn)定
[0077] 鑲嵌屏蔽鉆井液穩(wěn)定井壁機(jī)理如下：
[0078] ①封堵能力強(qiáng)：鑲嵌屏蔽鉆井液有效地封堵地層孔隙和裂縫，阻止鉆井液侵入地 層，防止地層巖石強(qiáng)度降低。
[0079] ②抑制能力強(qiáng)：通過鑲嵌屏蔽劑的作用，能有效防止粘土的水化膨脹、分散，從而 避免了由于粘土膨脹造成的井壁坍塌、縮徑，減少了井下事故的發(fā)生。在已經(jīng)施工的井中沒 有出現(xiàn)一次卡鉆事故。
[0080] ③阻止壓力傳遞：通過其強(qiáng)封堵作用，有效降低地層流體和鉆井液之間的壓力傳 遞，使鉆井液對井壁巖石始終產(chǎn)生良好的側(cè)向支撐力。
[0081] (5)抗污染能力強(qiáng)
[0082] 鑲嵌屏蔽鉆井液脫離了粘土分散體系理論，粘土在該體系中不分散，鑲嵌屏蔽劑 抗鹽抗鈣能力強(qiáng)，抗各種污染的能力強(qiáng)。
[0083] (6)配制簡單，適應(yīng)性強(qiáng)
[0084] 該體系可用海水、鹵水、淡水等多種水配制，對配漿水沒有特殊的要求，配制時成 本不增加。而常規(guī)鉆井液在用海水、鹵水配制時將大幅度提高成本。
[0085] (7)可循環(huán)利用，真正實現(xiàn)"零排放"
[0086] 該鉆井液可全部回收利用，既解決了鉆井液的重復(fù)利用，又避免了廢棄鉆井液污 染環(huán)境，使鉆井真正實現(xiàn)了"零排放"，不但降低了污染治理費用而且保護(hù)了環(huán)境。
[0087] 3、經(jīng)濟(jì)效益分析
[0088] (1)鉆井費用降低
[0089] 鉆井費用降低主要來自3個方面：
[0090] 1)鉆井液費用下降
[0091] 由于鑲嵌屏蔽鉆井液的可重復(fù)利用性，用該體系打第一 口井時，成本比常規(guī)泥漿 要高，和抑制性鉆井液的費用差不多。但是打到10 口井時其成本只是常規(guī)鉆井液的58%。 成本測算如下：鑲嵌屏蔽鉆井液每口井正常消耗為25% (外排巖屑時帶走該鉆井液10%，其 它損耗按15%計算，即第二口井以后需要添加25%的鉆井液，以此類推)?，F(xiàn)在以3000m為 例加以比較：常規(guī)鉆井液約24萬元，那么打10 口井需要240萬元，打100 口井需要2400萬 元；用鑲嵌屏蔽鉆井液打1 口井約43萬元，10 口井需要139. 75萬元，打100 口井需要1107 萬元。和常規(guī)鉆井液鉆井相比鉆100 口井可節(jié)約資金1290萬元，降低了 53%。
[0092] 2)縮短鉆井周期 [0093] ①鉆井速度快
[0094] 鑲嵌屏蔽鉆井液體系不添加粘土和固體加重劑，抑制性好，粘土在其中基本不分 散，固相含量低、亞微米顆粒數(shù)量少。鉆井液體系內(nèi)的固相是鉆進(jìn)過程中產(chǎn)生的鉆屑，通過 使用合理的固控設(shè)備，固相含量一般控制在5%以內(nèi)，而密度為I. 2g/cm3的常規(guī)鉆井液固相 含量在15%左右，密度越高固相含量隨之增加。鑲嵌屏蔽鉆井液的固相含量低和亞微米顆 粒數(shù)量少的特點，使其機(jī)械鉆速大大提高，經(jīng)實驗同等條件下可使鉆速提高2-4倍。
[0095] ②復(fù)雜情況少
[0096] 通過鑲嵌屏蔽劑的作用，該鉆井液具有較好的封堵作用、抑制作用和阻緩壓力傳 遞作用，從而避免井壁坍塌、縮徑，減少了井下事故的發(fā)生。
[0097] 3 )減少設(shè)備投資，節(jié)約用電
[0098] 由于常規(guī)鉆井液加入大量的搬土、重晶石和聚合物，對固相控制要求很高，對固相 控制設(shè)備要求也很高。而鑲嵌屏蔽鉆井液的加重材料是易溶于水的鹽類，配制非常簡單?，F(xiàn) 場用3個循環(huán)罐完全可以滿足生產(chǎn)需要，和常規(guī)體系比省略了 2個循環(huán)罐、1臺離心機(jī)、6臺 攪拌機(jī)、1臺剪切泵、2臺加重泵等設(shè)備，節(jié)約投資100多萬元，同時降低200KW的用電負(fù)荷。
[0099] (2)提高油井產(chǎn)量
[0100] 鑲嵌屏蔽劑的特殊作用，在侵入地層3-5mm后即可形成屏蔽膜，鉆井液不能更深 地侵入地層，很好地保護(hù)了油氣層。室內(nèi)檢測由于濾紙?zhí)?，該體系的濾失量在5?IOml 之間，而在現(xiàn)場由于地層和巖石可以作為屏蔽劑的骨架，形成屏蔽體，鉆井液在現(xiàn)場的濾失 更低，一般低于5ml。且該鉆井液抑制性很好，能有效抑制粘土的水化膨脹、分散，避免油層 發(fā)生水敏性損害。
[0101] 在土庫曼斯坦、長慶油田、中海油服的應(yīng)用表明，鑲嵌屏蔽鉆井液很好地保護(hù)了油 氣層，油井產(chǎn)量明顯提高。
[0102] (3)保護(hù)環(huán)境
[0103] 鑲嵌屏蔽鉆井液自身具有良好的環(huán)保性能，無毒、無味，有利于環(huán)境保護(hù)。同時，鑲 嵌屏蔽鉆井液可以全部回收利用，真正實現(xiàn)了"零排放"，既保護(hù)了環(huán)境又節(jié)約了環(huán)保治理 費用。
[0104] 綜上所述，鑲嵌屏蔽鉆井液是一種全新的鉆井液體系，不但能降低鉆井綜合成本 還可以很好地保護(hù)油氣層，并且徹底解決了環(huán)境污染問題。
[0105] 在實際應(yīng)用中，鑲嵌屏蔽鉆井液體系的固相控制方法主要采用以旋流器分離，輔 以振動篩分離，在必要的情況下，采用離心機(jī)調(diào)節(jié)劣質(zhì)固相。
[0106] 其中，振動篩分離少量粗鉆屑，操作方法與控制如下：（1)0. 0?3000m選用30? 40目；（2) 3000?4000m選用40?60目；（3)彡4000m選用60目以上。
[0107] 旋流器分離絕大多數(shù)鉆屑，操作方法與控制如下：（1)必須保證傘狀流，通過閥 門、噴砂嘴調(diào)節(jié)；（2)排出的液體，用小泵抽回至膠液配制罐，重復(fù)使用。
[0108] 離心機(jī)分離絕大多數(shù)劣質(zhì)固相，操作方法與控制如下：（1)在泥質(zhì)過多時，泥餅變 差、失水增大、易發(fā)生泥包、鉆速降低，應(yīng)使用離心機(jī)；（2)在復(fù)雜情況、鉆井液性能差時，多 使用離心機(jī)。
[0109] 使用本發(fā)明的鑲嵌屏蔽鉆井液的操作條件、要點、地面循環(huán)工藝：
[0110] (1)鑲嵌屏蔽鉆井液工藝操作必須條件：
[0111] 1)泥楽泵排量必須保證上返速度彡0. 8m/m。
[0112] 2)供給專用脫除固相循環(huán)設(shè)備功率彡48KW。
[0113] 3)井口返出導(dǎo)流管排出含砂(鉆屑）鉆井液，必須保證鉆井液和砂同時進(jìn)入專用脫 除固相循環(huán)設(shè)備。
[0114] (2)工藝操作要點：
[0115] 1)比重：保證過壓鉆井無溢出、坍塌現(xiàn)象?，F(xiàn)場備足加重鹽。
[0116] 開鉆前，基液比重可以低于要求最高比重0.06。
[0117] 2)失水：低濾失< 5. 0ml/30min ;循環(huán)罐觀察漏失量：< 0. 3m3/h。
[0118] 開鉆前，由基液配制的鉆井液的失水可以控制在10?19ml/30min。
[0119] 3)潤滑：高潤滑粘度彡50s ;粘附系數(shù)彡0. 03 ;上提、下放遇阻彡5噸?，F(xiàn)場備足 塑料微球或其它潤滑劑。
[0120] 4)循環(huán)：高攜帶，低流阻；低懸浮，低啟動。
[0121] 凡是要停止循環(huán)前，必須保證HY_2(十二烷基磺酸鈉)的濃度(堆積體的可破壞性)； 在停止循環(huán)前預(yù)先循環(huán)1. 2?1. 5周；完鉆循環(huán)2. 0周，并置換塑料微球。
[0122] 5)流變性
[0123] ①復(fù)合鉆進(jìn)：低粘切、1?鉆速
[0124] A、粘度：彡 45s。Φ600 彡 55。
[0125] B、靜切力：Φ6 彡 1. 5 ;Φ3 彡 1. 0。
[0126] C、動切力：彡 5. OPa。
[0127] D、紊流：攜帶好，清潔砂床。
[0128] ②滑動鉆進(jìn)：中粘切、中鉆速
[0129] A、粘度：彡 55s。Φ600 彡 65。
[0130] B、靜切力：Φ6 彡 1. 5 ;Φ3 彡 1. 0。
[0131] C、動切力：彡 6. OPa (60. Odin/cm2)。
[0132] 攜帶好，清潔井眼。
[0133] D、紊流：攜帶好，清潔砂床。
[0134] (3)鑲嵌屏蔽鉆井液循環(huán)工藝：
[0135] 1)鑲嵌屏蔽鉆井液循環(huán)工藝示意圖
[0136] 鑲嵌屏蔽鉆井液循環(huán)工藝示意圖見圖7。
[0137] 2)原理與操作
[0138] 在鉆井過程中，密度高于地層壓力系數(shù)和地層坍塌壓力系數(shù)的鉆井液進(jìn)入振動 篩，大于0. 9mm的固相被脫除；通過振動篩的鉆井液進(jìn)入混砂泵壓入除砂或除泥旋流器， 離心分離后的鉆屑或經(jīng)混砂泵打碎了的泥質(zhì)被脫除，通?？刂沏@井液中的固相含量不大于 5% ;凈化后的鉆井液進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)；在設(shè)定的加藥口處加入屏蔽膜鉆井粉或加重劑，經(jīng)過 攪拌分散后泵入井筒建立再循環(huán)。
[0139] A、需要補(bǔ)充的清水、海水、地?zé)崴茹@井液用水可在1號罐內(nèi)補(bǔ)充。
[0140] B、鉆井粉、加重劑、潤滑小球、防H2S劑等可在1號罐加藥口處加入。
[0141] C、堵漏流體、低粘紊流流體在2號罐中配制，配制時要與1號罐分離。
[0142] D、起鉆時，井眼內(nèi)的鉆井液由1、2號罐同時補(bǔ)充；不足時，先補(bǔ)充鉆屑池或脫泥池 凈化后的流體。如果仍然不足，則補(bǔ)充相同密度的金屬鹽溶液或補(bǔ)充低密度流體再添加金 屬鹽達(dá)到密度要求后，調(diào)整鉆井液性能符合實際要求時，補(bǔ)充井眼內(nèi)的鉆井液。
[0143] E、下鉆時，如果井眼內(nèi)的鉆井液充滿1、2號罐，則多余的鉆井液由溢流口排至鉆 屑池或脫泥池。鉆屑池或脫泥池分離出來的流體可通過振動篩重新進(jìn)入再循環(huán)。
[0144] 鑲嵌屏蔽鉆井液維護(hù)：
[0145] (1)鉆屑及氣的脫除：
[0146] 1)彡0· 9mm鉆屑的脫除
[0147] 通過20目振動篩排出至鉆屑池，含量< 0. 1%。振動篩篩面上不得排出液體。
[0148] 2) 45um?0. 9mm鉆屑的脫除
[0149] 通過脫砂旋流器排出至鉆屑池，含量< 0. 5%。脫砂時旋流器排出少量液體并進(jìn)入 鉆屑池。進(jìn)入鉆屑池的液體經(jīng)沉降后，可再次通過振動篩重新進(jìn)入再循環(huán)。
[0150] 3 ) < 45um泥質(zhì)的脫除
[0151] 通過脫泥旋流器排出至鉆屑池，含量< 5. 0%。脫泥時旋流器排出少量液體并進(jìn)入 鉆屑池。進(jìn)入鉆屑池的液體經(jīng)沉降后，可再次通過振動篩重新進(jìn)入再循環(huán)。應(yīng)當(dāng)注意的是， 不得把含大量泥質(zhì)的液體抽回循環(huán)系統(tǒng)。
[0152] A、控制指標(biāo)：
[0153] a、脫砂效果：脫砂后的流體含砂< 0. 5% (含砂儀測定)。
[0154] b、脫泥效果：脫泥后的流體含泥彡5. 0% (固相含量測定儀)。
[0155] B、控制方法
[0156] a、脫砂：調(diào)整進(jìn)入每一個除砂旋流器的排量，測含砂至達(dá)標(biāo)。
[0157] b、脫泥：調(diào)整進(jìn)入每一個除泥旋流器的排量，至固含量達(dá)標(biāo)。
[0158] c、離心機(jī)：固含量通過旋流器后仍然不達(dá)標(biāo)時，用離心機(jī)脫除固相。
[0159] d、脫氣：用脫氣機(jī)脫氣，保證泵的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0160] 4)特殊情況下的脫除處理方法
[0161] 在正常鉆進(jìn)的條件下，無論如何調(diào)整，鉆井液中的砂、泥、氣總是達(dá)不到設(shè)計規(guī)定 要求，則暫時停鉆，上下活動鉆具，專門循環(huán)單獨處理(多數(shù)情況下需要加重預(yù)處理)。
[0162] (2)濾失控制：
[0163] 嚴(yán)格控制鉆井液的失水量，對整個鉆井過程意義重大。若能控制鉆井液的失水量 自始至終< 5. 0ml/30min，則避免壓差卡鉆、虛泥餅卡鉆、滑動遇阻、砂床壓實等事故，有了 切實的保證。
[0164] 控制鉆井液失水可通過兩個途徑：
[0165] 1)調(diào)節(jié)泥質(zhì)：在潤滑性能比較優(yōu)異的條件下
[0166] A、減小泥質(zhì)顆粒的尺寸。泥質(zhì)含量> 8%時，選擇除泥器脫粗泥。
[0167] B、增大泥質(zhì)的含量。泥質(zhì)含量<4%時，選擇除砂器脫粗泥和細(xì)砂。
[0168] 2)補(bǔ)充鑲嵌屏蔽鉆井液，添加速度為0. 25?0. 5%/1周。
[0169] 通過上述方法，保證失水量自始至終< 5. 0ml/30min。
[0170] (3)防止泥頁巖段的縮徑、坍塌掉塊與解除：
[0171] 泥頁巖段縮徑、泥包的關(guān)鍵是水化。水化的關(guān)鍵是：pH值、金屬離子的種類和含 量、有機(jī)或無機(jī)大分子的種類和含量等。避免和控制水化，對泥頁巖分散、井眼縮徑、鉆頭泥 包、坍塌掉塊有重要意義。
[0172] 1)控制泥頁巖水化、分散
[0173] A、確保鑲嵌屏蔽劑含量，同時維持pH值彡7. 5。
[0174] B、KCl 或 NH4Cl 含量彡 3. 0%。
[0175] 2)防止坍塌
[0176] A、確保鑲嵌屏蔽劑含量，降低失水至彡5. 0ml/30min。
[0177] B、提高鉆井液比重。d鉆井液=1.05?I. IOd坍塌。
[0178] C、添加 KCl或NH4Cl,含量彡3. 0% (包括等效的其它金屬鹽)。
[0179] (4)防止高滲漏段的"虛泥餅"縮徑、滲漏與解除：
[0180] "虛泥餅"縮徑的關(guān)鍵在于失水大；滲漏的關(guān)鍵在于鑲嵌固相與對應(yīng)地層的孔喉尺 寸不匹配。
[0181] 1)防止"虛泥餅"縮徑
[0182] A、降低失水至彡5. 0ml/30min，阻止"虛泥餅"形成。
[0183] B、通井，刮掉"虛泥餅"至上提下放無遇阻。
[0184] 2)防止?jié)B漏
[0185] A、降低失水至< 5. 0ml/30min。降低濾餅滲透率。
[0186] B、提高泥質(zhì)含量。增強(qiáng)剛性屏蔽。含量：5. 0?8.0%。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0187] 圖1示出現(xiàn)有技術(shù)鉆井液作用機(jī)理示意圖
[0188] 圖2示出鑲嵌屏蔽鉆井液作用機(jī)理示意圖
[0189] 圖3示出實施例1中所得鑲嵌屏蔽劑A對動、靜切力的影響
[0190] 圖4示出實施例2中所得鑲嵌屏蔽劑B對動、靜切力的調(diào)整效果
[0191] 圖5示出鑲嵌屏蔽鉆井液對高滲巖芯的屏蔽強(qiáng)度
[0192] 圖6示出鑲嵌屏蔽鉆井液對高滲巖芯的封堵效果
[0193] 圖7示出鑲嵌屏蔽鉆井液循環(huán)工藝示意圖
[0194] 圖8示出鑲嵌屏蔽鉆井液粘附系數(shù)
[0195] 圖9示出壓力傳遞實驗結(jié)果
[0196] 圖10示出巖心侵入深度實驗結(jié)果
[0197] 圖11示出滲透率恢復(fù)實驗結(jié)果

【具體實施方式】
[0198] 以下通過具體實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明，不過這些實施例僅是范例性的，不應(yīng)理 解為對本發(fā)明的限制。
[0199] 實施例1鑲嵌屏蔽劑的制備
[0200] 將IOOg粒徑為40-50 μ m的石英砂、2000g丙烯酰胺單體、260g過氧化苯甲酰和 200g十二烷基硫酸鈉加入到水中，升溫至60°C，反應(yīng)3小時，烘干得到鑲嵌屏蔽劑A。
[0201] 實施例2鑲嵌屏蔽劑的制備
[0202] 以與實施例1相同的方法制備鑲嵌屏蔽劑B，區(qū)別僅在于使用IOOg粒徑為100 μ m 的石英砂。
[0203] 實施例3鑲嵌屏蔽劑的制備
[0204] 將100粒徑為200-250 μ m的石英砂、1200g丙烯酰胺單體、150g過氧化叔戊酸叔 丁基酯和IOOg三乙基己基磷酸加入到水中，升溫至70°C，反應(yīng)完成后形成長鏈聚合物，烘 干得到鑲嵌屏蔽劑C。
[0205] 實施例4鑲嵌屏蔽劑的制備
[0206] 以與實施例1相同的方法制備鑲嵌屏蔽劑D，區(qū)別僅在于升溫至80°C。
[0207] 實施例5鉆井液的制備
[0208] 將4g超鈣、4g上述鑲嵌屏蔽劑A、0. IgNH4-PAN (水解聚丙烯銨鹽）和91. 9g飽和 鹽水在lOOr/min的攪拌速度下制備得到3. 5MPa的動態(tài)泥餅，即鉆井液。
[0209] 對比例1
[0210] 將4%g膨潤土、2g SMP-2 (磺甲基酚醛樹脂)、0. Ig CMC (羥甲基纖維素)、0. I g NH4-PAN和95g淡水混合，加重晶石至d=l. 25,在lOOr/min的攪拌速度下制備得到3. 5MPa 的動態(tài)泥餅，即鉆井液。
[0211] 抗沖刷性能對比實驗：
[0212] 分別測試實施例5和對比例1的抗沖刷性能。
[0213] 沖刷介質(zhì)為清水；轉(zhuǎn)速為600r/min ;壓差為3. 5MPa ;剪切速率為I. 5m · s-1。
[0214] 其中對比例1即傳統(tǒng)造壁中使用的泥餅，可以看到對比例1的抗清水沖刷時間 < 60min，在58min后濾失速度明顯增大；而實施例1抗清水沖刷時間彡120min，在120min 后濾失速度仍無明顯變化。
[0215] 實施例6
[0216] 將92g飽和鹽水、4 Og上述鑲嵌屏蔽劑B和4 0g800目細(xì)鈣混合，在lOOr/min的 攪拌速度下制備得到3. 5MPa的動態(tài)泥餅，即鉆井液。
[0217] 對江漢石油學(xué)院$25X80的巖芯在室溫下進(jìn)行實驗，實驗數(shù)據(jù)參見圖5,可以看 到鑲嵌屏蔽鉆井液對高滲巖芯的屏蔽強(qiáng)度較高。
[0218] 在室溫下對樹脂固結(jié)建筑砂$25X80的巖芯進(jìn)行實驗，實驗數(shù)據(jù)參見圖6,可以 看到鑲嵌屏蔽鉆井液的封堵效果較好。
[0219] 使用SZ36-1-23井油砂壓制巖芯來比較高滲巖芯透過泥漿和鑲嵌屏蔽鉆井液的 差異。泥楽微固相，穿透巖芯，D :1. 36 ;FL :3. 6ml ;鑲嵌屏蔽鉆井液粗固相未穿透巖芯，D : L 05 ;FL :6. 7ml 〇
[0220] 實施例7
[0221] 將88. 9g淡水、3g食鹽、0. 2g NH4Cl、4g上述鑲嵌屏蔽劑C和4g500目超鈣混合， 在lOOr/min的攪拌速度下制備得到3. 5MPa的動態(tài)泥餅，即鉆井液。
[0222] 使用該鉆井液液對低、中、高滲巖芯進(jìn)行污染深度實驗，實驗數(shù)據(jù)如下表1所示。
[0223] 表1鉆井液對低、中、高滲巖芯污染深度試驗表
[0224]

【權(quán)利要求】
1. 一種鑲嵌屏蔽鉆井液，包括以下重量含量的組分： 鑲嵌屏蔽劑，0. 2%-8. 5%， 增粘劑，0-5%， 加重劑，0-8% 余量為基礎(chǔ)液， 其中，所述重量含量是指所述組分基于鑲嵌屏蔽鉆井液總重量的重量百分比。
2. 如權(quán)利要求1的鑲嵌屏蔽鉆井液，其包括重量含量為2%-5%的鑲嵌屏蔽劑，所述重量 含量是指鑲嵌屏蔽劑基于鑲嵌屏蔽鉆井液總重量的重量百分比。
3. 如權(quán)利要求1的鑲嵌屏蔽鉆井液，其包括重量含量為1%_5%的增粘劑，所述重量含量 是指增粘劑基于鑲嵌屏蔽鉆井液總重量的重量百分比。
4. 如權(quán)利要求1的鑲嵌屏蔽鉆井液，其包括重量含量為1%_8%的加重劑,所述重量含量 是指加重劑基于鑲嵌屏蔽鉆井液總重量的重量百分比。
5. 如權(quán)利要求1的鑲嵌屏蔽鉆井液，其中，所述基礎(chǔ)液為淡水、本區(qū)回流污水、鹽水或 海水。
6. 如權(quán)利要求1的鑲嵌屏蔽鉆井液，其中鑲嵌屏蔽劑通過以下方法制備： 將100重量份剛性無機(jī)內(nèi)核、500-2600重量份單體、50-300重量份引發(fā)劑和30-300重 量份分散劑等加入到水中，升溫至60°C _90°C，反應(yīng)完成后形成長鏈聚合物，烘干得到鑲嵌 屏蔽劑； 其中，所述剛性無機(jī)內(nèi)核選自石英砂或硅酸鹽礦物； 所述單體為丙烯酰胺， 所述引發(fā)劑選自：酰類過氧化物如過氧化苯甲酰、過氧化月桂酰等，或者酯類過氧化物 如過氧化苯甲酸叔丁酯、過氧化叔戊酸叔丁基酯； 所述分散劑選自三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸鈉、甲基戊醇或古爾膠等。
7. -種鑲嵌屏蔽劑，如權(quán)利要求6中所述，其粒徑分布為4?400 y m，優(yōu)選平均粒徑在 50iim左右。
8. 如權(quán)利要求6或7的鑲嵌屏蔽劑用于鉆井液的用途。
9. 如權(quán)利要求1的鑲嵌屏蔽鉆井液，其中加重劑為可溶性鹽類，包括無機(jī)鹽和有機(jī)鹽， 優(yōu)選 NH4C1、KC1、KHC03、NaCl、MgCl2、CaCl 2、ZnCl2、Znfc2 等，更優(yōu)選 NH4C1、KC1、KHC03 ; 和/或 增粘劑為酚醛樹脂類有機(jī)高分子聚合物。
10. 如權(quán)利要求1的鑲嵌屏蔽鉆井液，還包括一種或多種其他助劑，所述助劑可以為潤 滑劑，所述潤滑劑可以是固體潤滑劑或液體潤滑劑。
【文檔編號】C08K3/34GK104419388SQ201310367293
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月21日
【發(fā)明者】韓陽, 楊小平, 黃禾 申請人:德惠同利（北京）石油技術(shù)服務(wù)有限公司