一种适用于致密砂岩储层的钻井液[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 105295872 A (43)申请公布日 2016.02.03

(21)申请号 201410341332.6(22)申请日 2014.07.17

(71)申请人中国石油天然气股份有限公司

地址100007 北京市东城区东直门北大街9

号(72)发明人吴军康 徐厚英 孙睿 解宇宁

董婉 唐明 方新强 周晓宇任勋 郭定雄 张洪君 袁鹏王浩 郑猛 韩金轩(74)专利代理机构北京三友知识产权代理有限

公司 11127

代理人姚亮(51)Int.Cl.

C09K 8/24(2006.01)

权利要求书1页 说明书7页

(54)发明名称

一种适用于致密砂岩储层的钻井液(57)摘要

本发明提供了一种适用于致密砂岩储层的钻井液。以质量百分比计，该钻井液的组成包括：0.5％-2％的膨润土，0.5％-2.5％的包被抑制剂，0.5％-1％的流型调节剂，3％-4％的降滤失剂，0.4％-0.8％的防水锁剂，4％-10％的暂堵剂，40％-50％的生物聚醇盐，0％-50％的加重剂，余量为水，该钻井液的密度为1.16g/cm3-1.55g/cm3。本发明提供的适用于致密砂岩储层的钻井液可以有效防止致密砂岩储层的污染，并确保井下作业安全。

C N 1 0 5 2 9 5 8 7 2 A CN 105295872 A

权 利 要 求 书

1/1页

1.一种适用于致密砂岩储层的钻井液，以质量百分比计，该钻井液的组成包括：0.5％-2％的膨润土，0.5％-2.5％的包被抑制剂，0.5％-1％的流型调节剂，3％-4％的降滤失剂，0.4％-0.8％的防水锁剂，4％-10％的暂堵剂，40％-50％的生物聚醇盐，0％-50％的加重剂，余量为水，该钻井液的密度为1.16g/cm3-1.55g/cm3。

2.根据权利要求1所述的钻井液，其特征在于，以所述生物聚醇盐的总质量为100wt％计，所述生物聚醇盐的组成包括：2.7％-15.1％的山梨糖醇、5.8％-8.7％的甘油、2.4％-3.7％的乙二醇、0.5％-1.7％的丙二醇、3.6％-5.5％的丁二醇、11.2％-27.5％的聚合醇JLX、6.0％-6.5％的甲酸钠、5.9％-7.2％的乙酸钠、20.0％-23.4％的乳酸钠和18.5％-24.1％的水。

3.根据权利要求1所述的钻井液，其特征在于，所述包被抑制剂为包被抑制剂IND10。4.根据权利要求3所述的钻井液，其特征在于，所述包被抑制剂IND10是由乙烯基单体、含磺酸基的乙烯基单体共聚而成的分子量为100万-500万的聚合物。

5.根据权利要求1所述的钻井液，其特征在于，所述流型调节剂包括黄原胶XC和/或增粘剂80A51。

6.根据权利要求1所述的钻井液，其特征在于，所述降滤失剂包括质量比为1:2:2的Redu1、磺化酚醛树脂SMP-Ⅱ和无荧光防塌降滤失剂KH-931。

7.根据权利要求6所述的钻井液，其特征在于，所述Redu1是含磺酸基的乙烯基单体、乙烯基单体与纤维素接枝共聚而成的分子量为50万-200万的聚合物。

8.根据权利要求1所述的钻井液，其特征在于，所述防水锁剂包括HAR-D。9.根据权利要求1所述的钻井液，其特征在于，所述暂堵剂包括架桥粒子、填充粒子和可变形粒子；

其中，所述架桥粒子和填充粒子均为碳酸钙颗粒；

所述可变形粒子包括无荧光白沥青NFA-25和聚合醇JLX；

所述架桥粒子和填充粒子总的添加量为所述适用于致密砂岩储层的钻井液总质量的3％-4％，所述可变形粒子的添加量为所述适用于致密砂岩储层的钻井液总质量的3％-4％。

10.根据权利要求1所述的钻井液，其特征在于，所述加重剂包括石灰石、重晶石或菱铁矿。

2

CN 105295872 A

说 明 书

一种适用于致密砂岩储层的钻井液

1/7页

技术领域

本发明涉及一种用于石油钻井工程的钻井液，特别涉及一种低渗致密砂岩储层的钻井液，属于石油开采技术领域。

[0001]

背景技术

低渗透致密砂岩中的油气资源在我国油气资源中的比例不断扩大，分布广泛，但这里油气资源的开采难度大，开发好这类油气藏对我国石油工业的持续稳定发展具有十分重要的意义。

[0003] 致密砂岩储层一般具有高水敏性、高应力敏感性、高毛细管压力、高含水饱和度和低孔、低渗、裂缝的特点。在油气井钻探过程中，低渗透致密储层的损害普遍存在，有时甚至相当严重，从而极大地制约了致密砂岩油气勘探开发技术水平的提高，安全、快速、有效地实现致密储层的钻探任重而道远。致密储层的钻探作业中，钻完井液是首先接触储层的入井流体，是储层保护工作的第一环也是最重要一环，因此，钻完井液质量的好坏与能否成功勘探、高效开发低渗致密储层息息相关。[0004] 传统的水基钻井液体系，经常使用膨润土配浆，并用重晶石粉等固相颗粒作为密度调节剂来调节钻井液体系的密度，因此，这类钻井液体系通常具有较高的固相含量，然而钻井液中的固相颗粒尤其是高分散的粘土颗粒很容易侵入储层，对储层造成伤害，使储层的渗透率大大降低，从而使油气产量急剧下降。[0005] 因此，针对致密储层提供一种可以保护储层、且具有抗温能力的钻井液是本领域亟待解决的问题。

[0002]

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种适用于致密砂岩储层的钻井液，

该钻井液具有较好的防塌、防卡能力，可以满足保护储层的要求，且抗高温能力强，可以确保钻井施工作业安全快速的进行。[0007] 为了达到上述目的，本发明提供了一种适用于致密砂岩储层的钻井液，以质量百分比计，该钻井液的组成包括：0.5％-2％的膨润土(优选符合国标GB/T5005-2010钻井级膨润土标准的膨润土)，0.5％-2.5％的包被抑制剂，0.5％-1％的流型调节剂，3％-4％的降滤失剂，0.4％-0.8％的防水锁剂，4％-10％的暂堵剂，40％-50％的生物聚醇盐(LRID)，0％-50％的加重剂，余量为水，该钻井液的密度为1.16g/cm3-1.55g/cm3。[0008] 根据本发明的具体实施方案，上述适用于致密砂岩储层的钻井液通过添加加重剂来调节其密度。

[0009] 本发明提供的适用于致密砂岩储层的钻井液，优选地，以所述生物聚醇盐的总质量为100wt％计，所采用的生物聚醇盐的组成包括：2.7％-15.1％的山梨糖醇、5.8％-8.7％的甘油、2.4％-3.7％的乙二醇、0.5％-1.7％的丙二醇、3.6％-5.5％的丁二醇、11.2％-27.5％的聚合醇JLX、6.0％-6.5％的甲酸钠、5.9％-7.2％的乙酸钠、

[0006]

3

CN 105295872 A

说 明 书

2/7页

20.0％-23.4％的乳酸钠和18.5％-24.1％的水。[0010] 根据本发明的具体实施方案，优选地，以生物聚醇盐的总质量为100wt％计，本发明的生物聚醇盐可以包括以下具体组成：2.7％的山梨糖醇、5.8％的甘油、2.4％的乙二醇、0.5％的丙二醇、5.5％的丁二醇、27.5％的聚合醇JLX、6.5％的甲酸钠、7.2％的乙酸钠、23.4％的乳酸钠和18.5％的水。

[0011] 本发明提供的适用于致密砂岩储层的钻井液，所述生物聚醇盐是由淀粉生化法生产的，优选地，所述生物聚醇盐是经过以下步骤制得的：[0012] 首先将淀粉经过淀粉酶水解，然后在催化剂(镍铝合金粉)的作用下进行加氢反应，最后进行加氢裂解的步骤。

[0013] 本发明提供的适用于致密砂岩储层的钻井液，优选地，采用的生物聚醇盐的主要成分是二元醇的有机盐、多元醇的有机盐或聚多元醇的有机盐和乳酸钠或聚乳酸钠，这种成分组成使生物聚醇盐具有浊点效应，不但能有效阻止粘土吸收水分和外来颗粒侵入油气层，降低因孔喉堵塞而导致的油气层损害，而且在返排压力的作用下可以顺利返排出来，从而有利于油气层渗透率的恢复。生物聚醇盐的抑制作用还具有一定的长效性，能够防止因地层流体段塞对地层孔隙的冲刷而影响抑制性能的情况发生。[0014] 本发明提供的适用于致密砂岩储层的钻井液，优选地，采用的包被抑制剂为高分子量抗盐单体强包被抑制剂，更优选地，采用的包被抑制剂为包被抑制剂IND10(由北京培康佳业技术发展有限公司生产)；其中，包被抑制剂IND10是由乙烯基单体、含磺酸基的乙烯基单体共聚而成的分子量为100万-500万的聚合物。在上述包被抑制剂中，为了进一步提高所述适用于致密砂岩储层的钻井液的抑制性可以加入聚胺聚合物，将包被抑制剂IND10与聚胺聚合物复配后作为包被抑制剂。[0015] 根据本发明的具体实施方案，上述包被抑制剂IND10复配聚胺聚合物形成包被抑制剂，具体的复配过程按照常规复配操作即可。

[0016] 本发明提供的适用于致密砂岩储层的钻井液，优选地，采用的流型调节剂包括黄原胶XC和/或增粘剂80A51；具体是将黄原胶XC单独作为流型调节剂使用或将黄原胶XC与增粘剂80A51复配后作为流型调节剂使用，二者经过复配之后使用时，具体复配过程按照常规复配操作进行即可；流型调节剂的作用是提高所述钻井液的悬浮、携岩能力。[0017] 本发明提供的适用于致密砂岩储层的钻井液，优选地，采用的降滤失剂包括质量比为1:2:2的Redu1(由北京培康佳业技术发展有限公司生产)、磺化酚醛树脂SMP-Ⅱ和无荧光防塌降滤失剂KH-931，上述三种物质复配组合后作为降滤失剂使用，具体的复配过程按照常规复配操作进行即可。

[0018] 根据本发明的具体实施方案，以Redu1、磺化酚醛树脂SMP-Ⅱ和无荧光防塌降滤失剂KH-931复配组合作为降滤失剂使用，能够保证所述钻井液有尽量低的滤失量，从而减少水敏、水锁的损害，达到保护储层的目的。其中，Redu1是含磺酸基的乙烯基单体、乙烯基单体与纤维素等接枝共聚而成的分子量为50万-200万的聚合物；磺化酚醛树脂SMP-Ⅱ是在苯环单元上引入磺酸基，并且苯环间又以碳原子相连形成的；无荧光防塌降滤失剂KH-931是通过在天然改性材料上接枝烯丙基单体聚合物形成的。[0019] 本发明提供的适用于致密砂岩储层的钻井液，优选地，采用的防水锁剂包括钻井液用防水锁剂HAR-D(由湖北汉科新技术股份有限公司生产，符合Q/JHK211-2009标准)，其

4

CN 105295872 A

说 明 书

3/7页

中，HAR-D为降低表界面能力比较好的聚合物。

[0020] 本发明提供的适用于致密砂岩储层的钻井液，优选地，采用的暂堵剂包括架桥粒子、填充粒子和可变形粒子；[0021] 其中，所述架桥粒子和填充粒子均为碳酸钙颗粒，架桥粒子起支撑骨架的作用，填充粒子起到填充大孔隙的作用；作为架桥粒子和填充粒子的碳酸钙颗粒的粒径范围和复配比例是根据地层孔喉大小计算出来，没有固定的比例。具体原理和方法的参考文献是(东北石油大学的硕士研究生毕业论文“龙西地区储层损害机理及保护措施研究”，解宇宁，2012年)，例如，某一地层可以用200目和1000目两种碳酸钙颗粒复配，也可以用100目、500目和2000目三种碳酸钙颗粒复配，但是复配比例不同，因为每种目数颗粒的粒径是连续分布的。

[0022] 所述可变形粒子包括具有软化点的无荧光白沥青NFA-25(由北京培康佳业技术发展有限公司生产)和聚合醇JLX；

[0023] 所述架桥粒子和填充粒子总的添加量为所述适用于致密砂岩储层的钻井液总质量的3％-4％，所述可变形粒子的添加量为所述适用于致密砂岩储层的钻井液总质量的3％-4％。

[0024] 根据本发明的具体实施方案，选用具有代表性的岩样进行实验，测出储层的孔喉大小及分布，然后根据ID充填原则确定暂堵剂中碳酸钙的复配比例，为了有效地封堵储层中各种大小不同的孔喉以及暂堵颗粒之间形成的孔隙，要求加入的暂堵剂颗粒具有连续粒径序列分布。

[0025] 上述的ID充填原则即当暂堵剂颗粒在其粒径累积分布曲线上的最大值与储层的最大孔喉直径或最大裂缝宽度相等时，可取得最完全的暂堵效果。在“累计体积％-孔喉直径的平方根”坐标图上，将最大孔喉点与原点之间的连线作为基线，若复配的暂堵剂颗粒粒径的累积分布曲线重合于基线，则颗粒的堆积效率最高，储层保护效果最好。[0026] 本发明提供的适用于致密砂岩储层的钻井液，优选地，采用的加重剂包括石灰石、重晶石或菱铁矿。

[0027] 本发明提供的适用于致密砂岩储层的钻井液采用常规的制备方法即可制得。[0028] 本发明通过采用具有一定粘度的生物聚醇盐作为所述钻井液的主处理剂，因为生物聚醇盐具有一定的粘度，减少了膨润土的含量以降低固相间的相互伤害。而且，生物聚醇盐的密度可以达到1.38g/cm3，在相同密度情况下，减少了常规加重剂的添加量，减少了固相对储层的伤害。另外，生物聚醇盐可以降低所述钻井液的滤液活度，阻止水分子向泥页岩渗透，从而起到了稳定井眼的作用。

[0029] 上述生物聚醇盐有较强的抗温能力，在150℃下高温热滚冷却后的密度不变、而且电阻率可满足测井要求，粘度有一定的降低但后期基本稳定，高温后仍具有较好的润滑性。[0030] 以下通过做岩屑二次回收率实验对生物聚醇盐的抑制性进行评价。[0031] 实验用的岩屑取自辽河油田双南区块沙三段的钻屑，经风干、过筛、称重后浸泡而成，处理剂溶液分别选用水、钻井液用包被剂(PAC141)、泥页岩抑制剂聚醚多元醇(SYP-1)、Na2SiO3、聚丙烯酰胺钾盐(KPAM)、腐殖酸钾(KHm)和生物聚醇盐，实验结果见表1。[0032] 表1 生物聚醇盐的抑制性评价实验结果

[0033]

5

CN 105295872 A

说 明 书

4/7页

通过表1可知，质量百分比为3％的生物聚醇盐具有较高的岩屑回收率，特别是二次回收率较高，甚至与常用的泥页岩抑制剂聚醚多元醇(SYP-1)和腐殖酸钾(KHm)相当，表明其具有良好的抑制页岩膨胀作用。浓度为3wt％的KHm、3wt％的SYP-1和3wt％的生物聚醇盐中岩屑相对完整，几乎没有变化。可见，生物聚醇盐在泥页岩上的吸附非常牢固，具有强吸附、强抑制的特点，有利于钻井过程中井壁的稳定。

[0034]

本发明提供的适用于致密砂岩储层的钻井液中采用的各种型号的钻井液用处理剂有些是行业通用的代号有些是厂家的代号，例如：HAR-D是湖北汉科生产的防水锁剂的型号，无荧光白沥青NFA-25、钻井液用降滤失剂Redu1、钻井液用强包被抑制剂IND10是由北京培康佳业技术发展有限公司生产，XC、80A51、SMP-Ⅱ、KH-931、JLX、PAC141、SYP-1、KPAM、KHm、PAM、HPAN、KFT、PA-1、SF-1、SF-4、NH-1等型号的处理剂都是常用的钻井液用的具有相同或不同性能的处理剂，不同生产厂家生产的上述型号的处理剂均可实现本发明的技术方案。

[0036] 本发明提供的适用于致密砂岩储层的钻井液与现有的钻井液相比，具有以下优点：

[0037] 1、本发明提供的钻井液的主处理剂(生物聚醇盐)本身具有较好的润滑性能，不仅可以降低摩擦力，还可以避免常规润滑剂对储层的伤害；[0038] 2、本发明提供的钻井液中生物聚醇盐的添加量为40wt％-50wt％，同时钻井液中膨润土的含量只有常规钻井液的10wt％-35wt％，可以极大提高钻井液的抗高温能力；引入降滤失剂、包被抑制剂、流型调节剂等，可以使本发明提供的钻井液在高温深井中保持较好的流型、较强的结构性，以保证钻屑的悬浮和携带。[0039] 3、本发明的钻井液配制简单，维护方便，环保性好，可以在低固相或无固相钻井液体系中优先推广使用。

[0035]

具体实施方式

[0040] 为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。[0041] 实施例1

[0042] 本实施例提供了一种适用于致密砂岩储层的钻井液，该钻井液的密度约为1.16g/cm3，按质量百分比，其包括：0.5％的膨润土、0.6％的强抑制包被剂IND10(乙烯基单体、含

6

CN 105295872 A

说 明 书

5/7页

磺酸基的乙烯基单体共聚而成的较高分子量的聚合物)、0.6％的聚胺聚合物NH-1、0.5％的黄原胶XC、1.5％的Redu1、1.5％的无荧光防塌降滤失剂KH-931、0.4％的HAR-D、3％的复配碳酸钙(根据评价用的岩心最大渗透率为132.2×10-3μm2，通过计算，选用质量比为60:15:25的3000目的碳酸钙颗粒、800目的碳酸钙颗粒和400目的碳酸钙颗粒，作为架桥粒子和填充粒子进行复配)、2％无荧光白沥青NFA-25、2％的聚合醇JLX和50％的生物聚醇盐，余量为水。

[0043] 上述适用于致密砂岩储层的钻井液按照常规制备方法制得。[0044] 上述生物聚醇盐的主要成分包括：2.7％的山梨糖醇、5.8％的甘油、2.4％的乙二醇、0.5％的丙二醇、5.5％的丁二醇、27.5％的聚合醇、6.5％的甲酸钠、7.2％的乙酸钠、23.4％的乳酸钠和18.5％的水。

[0045] 本实施例还提供了上述用于致密砂岩储层的钻井液的抑制性对比实验，抗温、抗污染实验，油气层保护效果评价实验，进一步说明本实施例提供的钻井液的优良性能。[0046] 1、抑制性对比实验

[0047] 将上述适用于致密砂岩储层的钻井液进行抑制性对比实验，具体是将100g的膨润土加入15mL的蒸馏水中，混拌均匀，装入样品压制器内，加5MPa的压力预压3min，然后取下垫板和衬纸缓慢加压至15MPa，稳压1min，然后取出所压制的样品，经过烘干后放入不同的钻井液(如表1所示)，静置90min后取出样品吸干表面的液体后称重，对比前后两次样品质量的变化，结果如表2所示。

[0048] 本实施例中使用的聚磺钻井液的组成包括：0.5wt％的纯碱、5wt％的膨润土粉、0.3wt％的聚丙烯酰胺PAM和1.5wt％的褐煤树脂SPNH、2wt％的磺化沥青SAS、2wt％的磺化酚醛树脂SMP-Ⅱ和2wt％的腐植酸钾KHm，余量为水。[0049] 使用的KCl聚合物钻井的组成包括：0.5wt％的纯碱、5wt％的膨润土粉、7wt％的KCl、0.2wt％的分子量为100万-200万的复合离子型聚丙烯酸盐PAC141、0.2wt％的NaOH、1wt％的无荧光防塌降滤失剂KH-931、1wt％的无荧光白沥青NFA-25和0.3wt％的增粘剂80A51，余量为水。

[0050] 使用的有机硅钻井液的组成包括：0.5wt％的纯碱、5wt％的膨润土粉、1wt％的有机硅稳定剂、1wt％的有机硅稀释剂、1wt％的无荧光防塌降滤失剂KH-931、1wt％的磺化酚醛树脂SMP-Ⅱ和0.3wt％的增粘剂80A51，余量为水。[0051] 使用的聚硅氟钻井液的组成包括：0.5wt％的纯碱、5wt％的膨润土粉、0.5wt％的聚丙烯酰胺PAM、2wt％的聚丙烯腈HPAN、3wt％的防塌剂KFT、2wt％的无荧光降滤失剂PA-1、1wt％的硅氟降粘剂SF-1和1wt％的硅氟稳定剂SF-4，余量为水。[0052] 表2 不同钻井液抑制性对比实验的参数

[0053]

钻井液聚磺钻井液清水

90min的吸水量/g9.66完全解体

7

CN 105295872 A

KCl聚合物钻井液有机硅钻井液聚硅氟钻井液

说 明 书

6.7612.438.624.77

6/7页

本实施例提供的钻井液

[0054]

从表2中可以看出，对比其他几种钻井液，在本实施例提供的具有生物聚醇盐的适用于致密砂岩储层的钻井液中浸泡过的粘土块，样品的吸水量很小，说明本实施例提供的钻井液具有较好的抑制性，有利于井壁的长期稳定。[0055] 2、抗温、抗污染实验

[0056] 对上述适用于致密砂岩储层的钻井液进行抗温、抗污染实验，具体是将上述钻井液在160℃下热滚24h后的测试其性能的变化，并把3种污染物(水、土、水泥)以一定的浓度梯度加入到本实施例提供的钻井液中，以检验本实施例提供的钻井液的抗温、抗污染能力。

[0057] 从表3中可知，本实施例提供的钻井液在高温和污染后性能比较稳定，粘度、动切力及失水量变化不大，具有良好的抗高温和抗污染能力。[0058] 表3 本实施例提供的钻井液抗温、抗污染能力对比实验参数

[0059]

3、油气层保护效果评价实验

[0061] 对上述适用于致密砂岩储层的钻井液进行油气层保护效果评价实验，利用DW-Ⅱ高温高压动态污染仪进行评价实验。具体是分别选取4种不同渗透率的岩心，按照中国石油行业标准SY/T6540-2002(钻井液完井液损害油层室内评价方法)，测定实施例1提供的钻井液被污染后岩心的渗透率恢复值，结果如表4所示。实验条件：温度为120℃，压差为2MPa，围压为3MPa，钻井液反向污染时间为0.5h。[0062] 表4 储层保护效果评价结果

[0060] [0063]

8

CN 105295872 A

说 明 书

7/7页

由表4可以看出岩心渗透率恢复值均在84.9％以上，可见形成的屏蔽环可充分阻挡钻井液中的固相颗粒和滤液进入油气层，说明本实施例提供的钻井液对储层的损害低，具有较好的储层保护效果。[0065] 实施例2

[0066] 本实施例将实施例1提供的适用于致密砂岩储层的钻井液在辽河油田双233井的三开沙三段进行现场应用实验。

[0067] 双233井是中石油集团公司布置在辽河坳陷西部凹陷的一口风险探井，该井钻探的目的为落实双602南块沙三段(Es3)砂体的含油气情况。由于该井是探井，沙三段又是典型的低孔特低渗致密砂岩储层，同时该储层也是钻井事故易发井段，而且粘土矿物含量相对较高，储层敏感性偏强且易发生水锁损害，因此在作业过程中对油气层的保护和确保井下安全显得十分重要。

[0068] 双233井从3589.79m深开始进行三开钻进，钻到井深4129m完钻，该井最大井斜为32.7度，水平位移为1530m。钻进中随着井深、井斜的增加以及当井身轨迹不好时，及时补充包被抑制剂、暂堵剂，并加大生物聚醇盐的添加量。在作业过程中严格控制中压常温滤失量<3mL，高温高压滤失量<11mL，同时加强固相控制并保持低的膨润土含量(0.5wt％-2wt％)，漏斗粘度维持在46s-77s。[0069] 结果表明，实施例1提供的适用于致密砂岩储层的钻井液满足了润滑防卡，安全钻井、测井、录井等要求，在试油中产量相比邻井提高50％左右，证明本发明提供的适用于致密砂岩储层的钻井液具有对储层保护效果好、抑制性强的优点，而且为致密砂岩钻井施工提供了借鉴。

[0064]

9