本發(fā)明涉及鉆井液，具體而言，涉及一種納米強(qiáng)封堵油基鉆井液及其制備方法、應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、目前，在頁巖氣開采過程中，遇到的最關(guān)鍵的問題是井壁的失穩(wěn)導(dǎo)致坍塌。因此需要對頁巖氣井壁失穩(wěn)導(dǎo)致坍塌的機(jī)理進(jìn)行分析，進(jìn)而為鉆井液的開發(fā)提供思路。頁巖地層中的井筒不穩(wěn)定性是鉆井作業(yè)中的技術(shù)挑戰(zhàn)，不穩(wěn)定的根源主要包括化學(xué)和機(jī)械兩部分。機(jī)械部分是鉆井作業(yè)的結(jié)果，而化學(xué)部分則與鉆井液和頁巖之間的相互作用有關(guān)。當(dāng)活性頁巖與常規(guī)油基基鉆井液接觸時，油基鉆井液濾液會侵入微裂縫，使得微裂縫、微裂隙破裂井壁掉塊，嚴(yán)重影響井壁穩(wěn)定。但是常規(guī)的封堵方法不能滿足鉆井需求，因此研發(fā)納米級封堵劑以及配套鉆井液體系是目前亟需解決的問題。

2、有鑒于此，特提出本技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是常規(guī)油基基鉆井液與活性頁巖接觸時，油基鉆井液濾液會侵入微裂縫，使得微裂縫、微裂隙破裂井壁掉塊，嚴(yán)重影響井壁穩(wěn)定，本發(fā)明目的在于提供一種納米強(qiáng)封堵油基鉆井液及其制備方法、應(yīng)用，通過對剛性材料和彈性材料合理復(fù)配，能夠在井內(nèi)高溫作用下充分實(shí)現(xiàn)多元協(xié)同封堵，鉆井液粒徑在微納米級別分布充分且均勻，能夠阻止鉆井液濾液進(jìn)入井壁孔縫產(chǎn)生應(yīng)力釋放裂縫，防止鉆井過程中井壁坍塌掉塊導(dǎo)致卡鉆，適應(yīng)性強(qiáng)，可以大幅提高井壁穩(wěn)定能力，有利于鉆井液的優(yōu)質(zhì)快速安全高效鉆進(jìn)及封堵防塌。

2、本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一方面，本發(fā)明提供一種納米強(qiáng)封堵油基鉆井液，包括如下質(zhì)量份數(shù)組分：

4、工業(yè)5#白油100份、有機(jī)土2～7份、氯化鈣溶液10～22份、乳化劑1～4份、潤濕劑2～7份、氧化鈣2～7份、納米封堵劑5～20份、加重劑5～15份、降濾失劑2～7份；

5、所述納米封堵劑采用1250目超細(xì)碳酸鈣、2000目超細(xì)碳酸鈣、納米tio2中的一種或者多種，優(yōu)選地，所述封堵劑為1250目超細(xì)碳酸鈣、2000目超細(xì)碳酸鈣、納米tio2復(fù)配。

6、本發(fā)明采用白油作為鉆井液基液，其流變性較好，具有更高的低剪切速率黏度和較強(qiáng)的動、靜態(tài)懸砂能力，且能夠高效地清洗井眼；同時本發(fā)明通過對剛性材料和彈性材料合理復(fù)配以及合理的粒徑級配，能夠在井內(nèi)高溫作用下充分實(shí)現(xiàn)多元協(xié)同封堵，鉆井液粒徑在微納米級別分布充分且均勻，能夠阻止鉆井液濾液進(jìn)入井壁孔縫產(chǎn)生應(yīng)力釋放裂縫，防止鉆井過程中井壁坍塌掉塊導(dǎo)致卡鉆，適應(yīng)性強(qiáng)，可以大幅提高井壁穩(wěn)定能力，有利于鉆井液的優(yōu)質(zhì)快速安全高效鉆進(jìn)及高效封堵防塌。

7、在某一實(shí)施方式中，所述鉆井液各組分質(zhì)量份數(shù)如下：白油100份、有機(jī)土4～5份、氯化鈣溶液15～20份、乳化劑1～3份、潤濕劑3～5份、氧化鈣2～7份、納米封堵劑6～18份、加重劑7～12份、降濾失劑3～5份。

8、在某一實(shí)施方式中，所述乳化劑采用tween20、tween80、rse、sp80、聚丙烯酸鈉中的一種或者多種，優(yōu)選地，所述乳化劑為sp80。

9、在某一實(shí)施方式中，所述潤濕劑為srrh-o-wet、磷酸酯中的一種或者多種，優(yōu)選地，所述潤濕劑為磷酸酯。

10、在某一實(shí)施方式中，所述加重劑為api重晶石、超細(xì)粉中的一種或者多種，優(yōu)選地，所述加重劑為api重晶石。

11、在某一實(shí)施方式中，所述降濾失劑為油溶性樹脂、腐殖酸、改性季銨鹽、氧化瀝青中的一種或者多種，優(yōu)選地，所述降濾失劑為氧化瀝青。

12、在某一實(shí)施方式中，所述納米封堵劑為納米tio2，其制備方法包括如下步驟：

13、(1)將含有表面活性劑的油溶液與tio2進(jìn)行接觸得到共混溶液；

14、(2)將所述共混溶液進(jìn)行超聲處理；

15、(3)將(2)中所得產(chǎn)物進(jìn)行超聲粉碎并烘干，得到改性的納米tio2粉末。

16、在某一實(shí)施方式中，所述納米封堵劑為1250目超細(xì)碳酸鈣、2000目超細(xì)碳酸鈣、納米tio2復(fù)配，配比范圍為按重量份計(jì)，1250目超細(xì)碳酸鈣：2000目超細(xì)碳酸鈣：納米tio2＝1：1：1。

17、本發(fā)明的封堵劑采用納米tio2，其穩(wěn)定性、分散性良好，且粒徑分布均勻，能夠保證鉆井液粒徑在微納米級別分布充分且均勻；同時復(fù)配兩種粒徑的超細(xì)碳酸鈣，超細(xì)碳酸鈣中的剛性顆粒與納米tio2(也是剛性材料)的小顆粒能夠相互擠壓，從而增強(qiáng)鉆井液的封堵能力。

18、在某一實(shí)施方式中，步驟(1)中，所述表面活性劑為重烷基苯磺酸鈉或十二烷基磺酸鈉；所述表面活性劑的濃度為2～6.3mg/ml，，優(yōu)選為3.3-5mg/ml；tio2的濃度為0.1～0.5mg/ml，優(yōu)選為0.2-0.45mg/ml。

19、在某一實(shí)施方式中，所述納米封堵劑平均粒徑為100～160nm，優(yōu)選為100～130nm，更優(yōu)選為105～113nm，進(jìn)一步優(yōu)選為105.7～110.3nm；所述納米封堵劑為白色粉末狀，無毒，無味，無污染，微結(jié)構(gòu)為橢球或球形，呈絮狀或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能夠?qū){米級的孔隙進(jìn)行有效封堵。

20、在某一實(shí)施方式中，步驟(2)中，所述超聲處理的條件為，超聲溫度35～50℃，優(yōu)選為35～45℃；時間5～20min，優(yōu)選為8～16min；超聲頻率20～40khz，優(yōu)選為27～35khz；超聲功率130～240w，優(yōu)選為160～230w；所述超聲處理在超聲波清洗儀中進(jìn)行。

21、在某一實(shí)施方式中，步驟(3)中，所述超聲粉碎條件為：在冰水混合條件下，優(yōu)選為(-8℃～-5℃)～0℃；超聲頻率40～75khz，優(yōu)選為55～70khz；超聲功率300～420w，優(yōu)選為330～400w；超聲時長15～35min，優(yōu)選為22～30min。

22、在某一實(shí)施方式中，步驟(3)中，所述烘干條件為：溫度150～240℃，優(yōu)選為170～210℃；烘干時長5～8h，優(yōu)選為6～7.5h。

23、第二方面，本發(fā)明還提供一種納米強(qiáng)封堵油基鉆井液的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

24、(s1)先在白油中按比例依次加入乳化劑、潤濕劑、氯化鈣溶液、氧化鈣、有機(jī)土制得基漿；

25、(s2)將所述基漿與封堵劑、加重劑和降濾失劑混合，即得納米強(qiáng)封堵油基鉆井液。

26、在某一實(shí)施方式中，步驟(s1)中，所述基漿制備方法包括，稱取100份的5#白油，在650-850r/min條件下加入1-3份的乳化劑，加入3-5份的潤濕劑攪拌20min，加入15-20份的氯化鈣溶液；在1000r/min條件下加入2-7份的氧化鈣，加入4-5份的有機(jī)土攪拌30min制得基漿。

27、在某一實(shí)施方式中，步驟(s2)中，所述攪拌條件為：在攪拌速率為2000-3500r/min的攪拌狀態(tài)下攪拌，然后依次加入所述防塌劑、所述納米封堵劑和所述加重劑進(jìn)行混合，混合的時間為10-30min。

28、第三方面，本發(fā)明還提供納米強(qiáng)封堵油基鉆井液或上述方法制得的納米強(qiáng)封堵油基鉆井液在微裂縫發(fā)育井壁失穩(wěn)頁巖氣井中的應(yīng)用，尤其是在微裂縫發(fā)育掉塊嚴(yán)重、易碎地層及井壁失穩(wěn)問題頻出的頁巖氣井中的應(yīng)用。

29、在本發(fā)明中，所述易碎地層指的是地層層理、微裂縫發(fā)育明顯，非均質(zhì)性強(qiáng)的，鉆井過程中易引發(fā)井下復(fù)雜情況和事故的硬脆性頁巖地層。

30、本發(fā)明鉆井液制備方法中所采用的有機(jī)土、5#白油、氯化鈣、sp80、磷酸酯、超細(xì)碳酸鈣、氧化瀝青、重金石均為市面銷售產(chǎn)品，采購時必須按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或者企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格后再使用，納米tio2為按照上述制備方法自合成所得。

31、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

32、1、本發(fā)明提出一種納米強(qiáng)封堵油基鉆井液及其制備方法、應(yīng)用，采用白油作為鉆井液基液，其流變性較好，具有更高的低剪切速率黏度和較強(qiáng)的動、靜態(tài)懸砂能力，且能夠高效地清洗井眼；

33、2、本發(fā)明實(shí)施例提供的一種納米強(qiáng)封堵油基鉆井液及其制備方法、應(yīng)用，通過對剛性材料和彈性材料合理復(fù)配以及合理的粒徑級配，能夠在井內(nèi)高溫作用下充分實(shí)現(xiàn)多元協(xié)同封堵，鉆井液粒徑在微納米級別分布充分且均勻，能夠阻止鉆井液濾液進(jìn)入井壁孔縫產(chǎn)生應(yīng)力釋放裂縫，防止鉆井過程中井壁坍塌掉塊導(dǎo)致卡鉆，適應(yīng)性強(qiáng)，可以大幅提高井壁穩(wěn)定能力，有利于鉆井液的優(yōu)質(zhì)快速安全高效鉆進(jìn)及高效封堵防塌；

34、3、本發(fā)明實(shí)施例提供的一種納米強(qiáng)封堵油基鉆井液及其制備方法、應(yīng)用，封堵劑采用納米tio2，其穩(wěn)定性、分散性良好，且粒徑分布均勻，能夠保證鉆井液粒徑在微納米級別分布充分且均勻；同時復(fù)配兩種粒徑的超細(xì)碳酸鈣，超細(xì)碳酸鈣中的剛性顆粒與納米tio2(也是剛性材料)的小顆粒能夠相互擠壓，從而增強(qiáng)鉆井液的封堵能力；

35、4、本發(fā)明實(shí)施例提供的一種納米強(qiáng)封堵油基鉆井液及其制備方法、應(yīng)用，能夠應(yīng)用于微裂縫發(fā)育掉塊嚴(yán)重、易碎地層及井壁失穩(wěn)問題頻出的頁巖氣井的高效封堵。