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一種能夠降低坍塌壓力的防塌鉆井液用組合物和防塌鉆井液以及防塌的方法

文檔序號:3759757閱讀:239來源:國知局
專利名稱:一種能夠降低坍塌壓力的防塌鉆井液用組合物和防塌鉆井液以及防塌的方法
技術領域
本發(fā)明涉及一種防塌鉆井液用組合物、一種防塌鉆井液以及一種防塌的方法。
背景技術
泥頁巖地層易造成井壁不穩(wěn)定,既影響了鉆井速度和測井、固井質量,又會使得部分地區(qū)無法鉆達目的層,從而影響了勘探開發(fā)目的的實現。井壁不穩(wěn)定問題是由化學作用或者由化學與力學的耦合作用產生的力學問題。通常來說,水進入近井壁泥頁巖是井壁失穩(wěn)的先決條件,水的進入一方面使得近井壁地層巖石空隙壓力增高,圍巖有效應力減小,從而容易引起井眼周圍巖石應力分布發(fā)生嚴重變化或惡化,另一方面,泥頁巖巖石吸水后強度會降低,從而導致符合穩(wěn)定規(guī)則的巖石發(fā)生失穩(wěn)垮塌。因此,采用水基鉆井時,必須首先采取一切技術手段阻止水進入地層。水進入地層巖石(主要指泥頁巖)的途徑主要包括:粘土礦物的晶層間距、巖石沉積的不整合面、巖石的孔隙、裂縫和裂隙。水進入井壁地層的推動力主要有:正壓差產生的壓力梯度、潤濕界面毛細管吸力、溫差產生的溫度梯度和活度差產生的滲透壓梯度。

在兼顧井壁穩(wěn)定的同時提高鉆井速度,重要的前提是降低坍塌壓力。降低坍塌壓力實質是降低巖石的水化應力,其主要方法之一是改變井壁巖石表面的潤濕性,有效阻止或減少水進入地層,降低巖石的水化應力。因此,開發(fā)出一種能夠防止地層坍塌的鉆井液對于提高油氣井勘探開發(fā)效益具有十分重要的意義。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種新的防塌鉆井液用組合物、一種防塌鉆井液和一種采用上述防塌鉆井液的防塌方法。本發(fā)明提供了一種防塌鉆井液用組合物,該防塌鉆井液含有膨潤土、降濾失劑和降粘劑,其中,所述防塌鉆井液還含有潤濕反轉劑和潤濕反轉劑輔劑,所述潤濕反轉劑為丙烯酸系單體與苯乙烯的共聚物,所述潤濕反轉劑輔劑含有脂肪胺和浙青。本發(fā)明還提供了一種防塌鉆井液,其中,所述防塌鉆井液含有上述防塌鉆井液用組合物和水。此外,本發(fā)明還提供了一種防塌的方法,該方法包括將泥頁巖巖心用上述防塌鉆井液浸泡。從實施例的結果可以看出,采用本發(fā)明提供的含有所述潤濕反轉劑和潤濕反轉劑輔劑的防塌鉆井液浸泡60s之后,泥頁巖巖心強度可達到33MPa以上,起到了非常優(yōu)異的防塌作用。推測其原因,可能是由于:丙烯酸系單體與苯乙烯的共聚物、脂肪胺以及浙青能夠在巖石、鉆屑表面以單分子層吸附并改變巖石表面潤濕性,實現巖石的潤濕性由強親水向親油的方向轉變,從而有效阻止或減少水進入地層,降低巖石的水化應力,降低井壁巖石水化坍塌壓力,有利于井壁的穩(wěn)定。
從實施例的結果還可以看出,根據本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式,當所述丙烯酸系單體為丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸的混合物,即,當所述潤濕反轉劑為丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸和苯乙烯的乳液共聚物時,得到的防塌鉆井液能夠使得巖心強度高達40.5MPa,即,具有更為優(yōu)異的防塌性能。此外,從實施例的結果還可以看出,根據本發(fā)明的另一種優(yōu)選實施方式,當所述脂肪胺與浙青的重量比為0.5-1.5:1時,得到的防塌鉆井液能夠使得巖心強度高達40MPa,防塌性能非常優(yōu)異。本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式
部分予以詳細說明。


附圖是用來提供對本發(fā)明的進一步理解,并且構成說明書的一部分,與下面的具體實施方式
一起用于解釋本發(fā)明,但并不構成對本發(fā)明的限制。在附圖中:圖1為泥頁巖巖心的強度隨著浸泡時間延長的變化曲線圖,其中,曲線為用防塌鉆井液Fl浸泡時,巖心強度隨著浸泡時間延長的變化曲線圖;曲線■^為用鉆井液基漿DFl浸泡時,巖心強度隨著浸泡時間延長的變化曲線圖。
具體實施例方式以下對本發(fā)明的具體實施方式
進行詳細說明。應當理解的是,此處所描述的具體實施方式
僅用于說明和解釋本發(fā)明,并不用于限制本發(fā)明。本發(fā)明提供的防塌鉆井液用組合物含有膨潤土、降濾失劑和降粘劑,其中,所述防塌鉆井液還含有潤濕反轉劑和潤濕反轉劑輔劑,所述潤濕反轉劑為丙烯酸系單體與苯乙烯的共聚物,所述潤濕反轉劑輔劑含有脂肪胺和浙青。本發(fā)明對防塌鉆井液用組`合物的上述各組分的含量沒有特別地限定,可以根據實際想要獲得的防塌鉆井液用組合物進行合理地選擇,優(yōu)選情況下,以3-5重量份的所述膨潤土為基準,所述降濾失劑的含量為2-2.5重量份,所述降粘劑的含量為0.3-0.5重量份,所述潤濕反轉劑的含量為1-2重量份,所述潤濕反轉劑輔劑的含量為1-2重量份。根據本發(fā)明,如上所述,所述潤濕反轉劑為丙烯酸系單體與苯乙烯的共聚物,即,其可以為丙烯酸系單體與苯乙烯的乳液共聚物和/或溶液共聚物,優(yōu)選為丙烯酸系單體與苯乙烯的乳液共聚物,這樣能夠使得到的鉆井液具有更好的防塌性能。更優(yōu)選的情況下,所述濕潤反轉劑的數均分子量為1000-5000。本發(fā)明中,所述丙烯酸系單體是指具有CH2=CR1COOR2結構的單體,其中,R1為H或甲基,R2為H或C1-C5的烷基。其中,所述C1-C5的烷基的具體實例可以包括但不限于:甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、仲丁基、異丁基、叔丁基、正戊基、1-乙基丙基、2-甲基丁基、3-甲基丁基和2,2-二甲基丙基。具體地,所述丙烯酸系單體的實例可以包括但不限于:丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯和甲基丙烯酸丁酯中的一種或多種。特別優(yōu)選的情況下,所述丙烯酸系單體為丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸的混合物。相應地,所述丙烯酸系單體與苯乙烯的共聚物特別優(yōu)選為丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸與苯乙烯的共聚物,最優(yōu)選為丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸與苯乙烯的乳液共聚物。
本發(fā)明對所述丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸與苯乙烯的共聚物中的各結構單元的含量沒有特別地限定,并可以通過制備過程中相應單體的用量進行合理地調整,例如,以所述共聚物的總重量為基準,丙烯酸丁酯結構單元的含量可以為30-50重量%,甲基丙烯酸結構單元的含量可以為20-40重量%,苯乙烯結構單元的含量可以為20-40重量% ;優(yōu)選情況下,以所述共聚物的總重量為基準,丙烯酸丁酯結構單元的含量為35-45重量%,甲基丙烯酸結構單元的含量為25-35重量%,苯乙烯結構單元的含量為25-35重量%。根據本發(fā)明,所述丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸與苯乙烯的乳液共聚物可以通過商購得到,也可以按照現有的各種方法制備得到。例如,所述制備方法通??梢詾閷⒈┧岫□?、甲基丙烯酸和苯乙烯加入乳化劑與分散介質水的混合物中,在30-40°C下乳化0.1-1.5小時,然后將溫度升至80-95°C并加入引發(fā)劑反應2-6小時。所述乳化劑的種類為本領域技術人員公知,例如,可以為現有的各種陰離子型乳化劑、陽離子型乳化劑、兩性型乳化劑和非離子型乳化劑。其中,所述陰離子型乳化劑的實例可以包括但不限于:十二烷基硫酸鈉、十六烷基硫酸鈉、十六醇硫酸鈉、十八醇硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉、十六烷基磺酸鈉和二己基琥珀酸酯磺酸鈉。所述陽離子乳化劑通常為季銨鹽類有機物。所述兩性型乳化劑通常為氨基酸。所述非離子型乳化劑通常包括脫水山梨醇脂肪酸酯、聚氧乙烯脫水山梨醇脂肪酸酯和烷基酚基聚醚醇類有機物。所述引發(fā)劑可以現有的各種水溶性引發(fā)劑,例如,可以為無機過氧類引發(fā)齊U。所述無機過氧類引發(fā)劑的實例可以包括但不限于:過硫酸鉀、過硫酸鈉和過硫酸銨。

此外,所述丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸、苯乙烯以及乳化劑和水的用量可以根據需要得到的共聚物的組成和分子量進行適當選擇,對此本領域技術人員均能知悉,在此將不再贅述。本發(fā)明對所述脂肪胺與浙青的重量比沒有特別地限定,但本發(fā)明的發(fā)明人無意中發(fā)現,當所述脂肪胺與浙青的重量比為0.5-1.5:1時,得到的防塌鉆井液用組合物具有更為優(yōu)異的防塌性能。根據本發(fā)明,所述脂肪胺可以為現有的各種碳鏈長度為8-22之間的有機胺化合物。具體地,所述有機胺的實例可以包括但不限于十二烷基二甲基叔胺、十六烷基二甲基叔胺、二辛胺和二癸胺中的一種或多種。此外,所述浙青的數均分子量可以為2000-6000。根據實際使用的需要,所述防塌鉆井液用組合物還可以重晶石。所述重晶石的含量可以根據實際情況進行合理地調整,例如,以3-5重量份的所述膨潤土為基準,所述重晶石的含量可以為0.1-500重量份,優(yōu)選為300-400重量份。此外,綜合考慮防塌鉆井液用組合物使用時的密度和流變特性,所述重晶石的密度優(yōu)選不小于4.2g/cm3,更優(yōu)選為
4.2-4.3g/cm3。本發(fā)明的主要改進之處在于將丙烯酸系單體與苯乙烯的共聚物作為潤濕反轉劑,并將脂肪酸和浙青作為潤濕反轉劑輔劑,以提高所述鉆井液用組合物的防塌性能,而所述膨潤土、降濾失劑和降粘劑的種類均可以為本領域的常規(guī)選擇。通常來說,所述膨潤土是以蒙脫石為主的粘土礦,其可提高防塌鉆井液的懸浮穩(wěn)定性。所述膨潤土的種類為本領域技術人員公知,可以為鈉基膨潤土和/或鈣基膨潤土,優(yōu)選為鈉基膨潤土。根據本發(fā)明,所述降濾失劑可以為現有的各種能夠降低鉆井液的濾失量的物質,例如,可以為羧甲基纖維素、羧甲基淀粉等改性天然聚合物,也可以為磺化褐煤、磺甲基酚醛樹脂、丙烯酰胺/丙烯酸共聚物等合成聚合物,優(yōu)選為磺化褐煤。其中,所述磺化褐煤可以通過商購得到,例如,可以購自大港油田集團油田化學有限公司,牌號為SMC。所述降粘劑可以為現有的各種能夠降低鉆井液粘度的物質,例如,可以選自木質素磺酸鹽、兩性離子聚合物和丙烯酸低聚物中的一種或多種;其中,所述兩性離子聚合物是指在聚合物分子主鏈上同時含有陰離子和陽離子側基的聚合物,其種類為本領域技術人員公知,并可以通過商購得到,例如,可以為購自新鄉(xiāng)市眾合樹脂有限公司的牌號為XY-27的兩性離子聚合物,在此將不再贅述。本發(fā)明還提供了一種防塌鉆井液,其中,所述防塌鉆井液含有上述防塌鉆井液用組合物和水。本發(fā)明對所述防塌鉆井液用組合物和水的用量沒有特別地限定,例如,以100重量份的水為基準,所述防塌鉆井液用組合物的用量可以為5-300重量份。此外,本發(fā)明提供的防塌的方法包括將泥頁巖巖心用上述防塌鉆井液浸泡。本發(fā)明對所述浸泡的時間沒有特別地限定,但本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現,當采用上述防塌鉆井液浸泡60秒-24小時時,得到的巖心具有更高的強度。以下將通過實施例對本發(fā)明進行詳細描述。在以下制備例中,所述 共聚物的數均分子量采用購自日本島津公司的型號為LC-10A的凝膠滲透色譜儀進行測定,其中,以窄分布聚苯乙烯為標樣,測定溫度為常溫(25°0,流動相溶劑為1'冊。制備例I該制備例用于說明本發(fā)明提供的潤濕反轉劑的制備。在裝有電動攪拌器、回流冷凝管和溫度計的四口燒瓶中加入0.0lg十二烷基磺酸鈉和25mL水,并將溫度控制在40°C下攪拌混合均勻,再緩慢加入已經混合均勻的3g苯乙烯、3.5g丙烯酸丁酯、3.5g甲基丙烯酸的混合物,乳化0.1小時后將溫度升至80°C,再加入
0.0lg過硫酸鉀并反應6小時,然后將得到含共聚物的乳液冷卻至室溫25°C并加入2g硫酸銨攪拌使共聚物凝聚、過濾,得到IOg共聚物(記為RFJ-1),其中,共聚物的數均分子量為1000。制備例2該制備例用于說明本發(fā)明提供的潤濕反轉劑的制備。在裝有電動攪拌器、回流冷凝管和溫度計的四口燒瓶中加入0.5g十二烷基磺酸鈉和25mL水,并將溫度控制在30°C下攪拌混合均勻,再緩慢加入已經混合均勻的2.5g苯乙烯、4.5g丙烯酸丁酯、3g甲基丙烯酸的混合物,乳化0.5小時后將溫度升至95°C,再加入
0.002g過硫酸鉀并反應2小時,然后將得到含共聚物的乳液冷卻至室溫25°C并加入2g硫酸銨攪拌使共聚物凝聚、過濾,得到9.Sg共聚物(記為RFJ-2),其中,共聚物的數均分子量為 5000。制備例3該制備例用于說明本發(fā)明提供的潤濕反轉劑的制備。在裝有電動攪拌器、回流冷凝管和溫度計的四口燒瓶中加入0.2g十二烷基磺酸鈉和25mL 7jC,并將溫度控制在35°C下攪拌混合均勻,再緩慢加入已經混合均勻的4g苯乙烯、2.5g丙烯酸丁酯、3.5g甲基丙烯酸的混合物,乳化0.5小時后將溫度升至85°C,再加入
0.005g過硫酸鉀并反應4小時,然后將得到含共聚物的乳液冷卻至室溫25°C并加入2g硫酸銨攪拌使共聚物凝聚、過濾,得到9.9g共聚物(記為RFJ-3),其中,共聚物的數均分子量為 2000。制備例4該制備例用于說明本發(fā)明提供的潤濕反轉劑的制備。按照制備例I的方法對潤濕反轉劑進行制備,不同的是,所述丙烯酸丁酯用相同重量份的甲基丙烯酸替代,得到IOg共聚物(記為RFJ-4),其中,共聚物的數均分子量為1000。制備例5該制備例用于說明本發(fā)明提供的潤濕反轉劑的制備。在裝有電動攪拌器、回流冷凝管和溫度計的四口燒瓶中加入3g苯乙烯、3.5g丙烯酸丁酯、3.5g甲基丙烯酸和25mL甲苯,并將溫度控制在40°C下攪拌混合均勻,再加入
0.0lg偶氮二異丁腈并攪拌均勻,然后將溫度升至80°C反應6小時,將得到含共聚物的溶液中的甲苯去除后真空干燥,得到IOg共聚物(記為RFJ-5),其中,該共聚物的數均分子量為1000。實施例1該實施例用于 說明本發(fā)明提供的防塌鉆井液及其制備方法。將3重量份的鈉基膨潤土 (勝利油田博友泥漿技術有限責任公司產鉆井液試驗用鈉基膨潤土,下同)和100重量份水混合均勻得到鈉基膨潤土漿,并將該鈉基膨潤土漿老化24小時后,在攪拌下加入0.4重量份兩性離子聚合物降粘劑XY-27 (購自廠家新鄉(xiāng)市眾合樹脂有限公司,下同)、2.5重量份磺化褐煤降濾失劑(大港油田集團油田化學有限公司,牌號為SMC,工業(yè)品,下同)、2重量份的共聚物RFJ-1以及0.5重量份的十二烷基二甲基叔胺和I重量份的浙青(購自河北大成橡膠有限公司,數均分子量為3000),攪拌混合均勻后加入349重量份重晶石(貴州凱里市龍騰礦業(yè)有限公司,密度為4.32g/cm3,下同),繼續(xù)攪拌20min,得到防塌鉆井液F1。實施例2該實施例用于說明本發(fā)明提供的防塌鉆井液及其制備方法。將5重量份的鈉基膨潤土和100重量份水混合均勻得到鈉基膨潤土漿,并將該鈉基膨潤土漿老化24小時后,在攪拌下加入0.3重量份兩性離子聚合物降粘劑ΧΥ_27、2重量份磺化褐煤降濾失劑、I重量份的共聚物RFJ-2以及0.5重量份的二辛胺和0.5重量份的浙青(購自河北大成橡膠有限公司,數均分子量為2000),攪拌混合均勻后加入400重量份重晶石,繼續(xù)攪拌20min,得到防塌鉆井液F2。實施例3該實施例用于說明本發(fā)明提供的防塌鉆井液及其制備方法。將4重量份的鈉基膨潤土和100重量份水混合均勻得到鈉基膨潤土漿,并將該鈉基膨潤土漿老化24小時后,在攪拌下加入0.5重量份兩性離子聚合物降粘劑ΧΥ_27、3重量份磺化褐煤降濾失劑、1.5重量份的共聚物RFJ-3以及1.2重量份的二癸胺和0.8重量份的浙青(購自河北大成橡膠有限公司,數均分子量為6000),攪拌混合均勻后加入300重量份重晶石,繼續(xù)攪拌20min,得到防塌鉆井液F3。實施例4該實施例用于說明本發(fā)明提供的防塌鉆井液及其制備方法。按照實施例1的方法對防塌鉆井液進行制備,不同的是,所述共聚物RFJ-1用相同重量份的共聚物RFJ-4替代,得到防塌鉆井液F4。實施例5該實施例用于說明本發(fā)明提供的防塌鉆井液及其制備方法。按照實施例1的方法對防塌鉆井液進行制備,不同的是,所述共聚物RFJ-1用相同重量份的共聚物RFJ-5替代,得到防塌鉆井液F5。實施例6該實施例用于說明本發(fā)明提供的防塌鉆井液及其制備方法。按照實施例1的方法對防塌鉆井液進行制備,不同的是,十二烷基二甲基叔胺的用量為0.1重量份,浙青的用量為1.4重量份,得到防塌鉆井液F6。對比例1該對比例用于說明參比鉆井液基漿及其制備方法。

按照實施例1的方法制備鉆井液基漿,不同的是,在制備過程中不加入共聚物RFJ-1,得到鉆井液基漿DFl。測試例I該測試例用于說明本發(fā)明提供的防塌鉆井液對泥頁巖巖心的影響。采用單軸應力實驗對在防塌鉆井液Fl中浸泡不同時間后泥頁巖巖芯(原始滲透率為5.12Χ10_3μπι2)強度的變化進行測試,其中,浸泡過程中防塌鉆井液Fl的盛裝高度為泥頁巖巖心高度的1/2,測試過程中所用的應力測試儀購自斯倫貝謝TerraTeck公司、型號為4010-02。具體操作步驟如下:(1)巖樣制備:將泥頁巖巖心切割成lX2in大小,磨平兩端面,并測量得到的巖樣的長度、直徑以及質量;(2)安裝巖樣:用熱縮管包裹好巖樣,裝好位移傳感器,放在基座上,接好傳感器連線,提升巖樣進入高壓釜;(3)加軸壓:控制軸壓活塞以10E-5in/s的速率向下移動進行加載,直至巖樣破壞。試驗過程中記錄軸向變形以及軸壓變化。所得結果如圖1所示。從圖1可以看出,將泥頁巖巖芯在防塌鉆井液Fl中浸泡,泥頁巖巖芯強度瞬間降低,浸泡30s之后,巖心強度達到最低值(27.5MPa),但之后泥頁巖巖心強度會出現 大幅度上升,并在60s后達到平衡(約為40MPa)。由此可以推測,所述防塌鉆井液Fl改變了泥頁巖巖心的表面潤濕性,實現巖芯的潤濕性由強親水向親油的方向轉變,能夠有效阻止或減少水的進入,降低泥頁巖巖心的水化應力,從而降低井壁巖石水化坍塌壓力,有利于井壁穩(wěn)定。測試例2該測試例用于說明本發(fā)明提供的防塌鉆井液對泥頁巖巖心的影響。按照測試例I的方法測試防塌鉆井液對泥頁巖巖心的影響,不同的是,所述防塌鉆井液Fl用防塌鉆井液F2替代。結果表明,將泥頁巖巖芯在防塌鉆井液F2中浸泡,泥頁巖巖芯強度瞬間降低,浸泡30s之后,巖心強度達到最低值(27.3MPa),但之后泥頁巖巖心強度會出現大幅度上升,并在60s后達到平衡(約為39.5MPa)。由此可以推測,所述防塌鉆井液F2改變了泥頁巖巖心的表面潤濕性,實現巖芯的潤濕性由強親水向親油的方向轉變,能夠有效阻止或減少水的進入,降低泥頁巖巖心的水化應力,從而降低井壁巖石水化坍塌壓力,有利于井壁穩(wěn)定。測試例3該測試例用于說明本發(fā)明提供的防塌鉆井液對泥頁巖巖心的影響。按 照測試例I的方法測試防塌鉆井液對泥頁巖巖心的影響,不同的是,所述防塌鉆井液Fl用防塌鉆井液F3替代。結果表明,將泥頁巖巖芯在防塌鉆井液F3中浸泡,泥頁巖巖芯強度瞬間降低,浸泡30s之后,巖心強度達到最低值(27.6MPa),但之后泥頁巖巖心強度會出現大幅度上升,并在60s后達到平衡(約為40.5MPa)。由此可以推測,所述防塌鉆井液F3改變了泥頁巖巖心的表面潤濕性,實現巖芯的潤濕性由強親水向親油的方向轉變,能夠有效阻止或減少水的進入,降低泥頁巖巖心的水化應力,從而降低井壁巖石水化坍塌壓力,有利于井壁穩(wěn)定。測試例4該測試例用于說明本發(fā)明提供的防塌鉆井液對泥頁巖巖心的影響。按照測試例I的方法測試防塌鉆井液對泥頁巖巖心的影響,不同的是,所述防塌鉆井液Fl用防塌鉆井液F4替代。結果表明,將泥頁巖巖芯在防塌鉆井液F4中浸泡,泥頁巖巖芯強度瞬間降低,浸泡30s之后,巖心強度達到最低值(25MPa),但之后泥頁巖巖心強度會出現大幅度上升,并在60s后達到平衡(約為35MPa)。由此可以推測,所述防塌鉆井液F4改變了泥頁巖巖心的表面潤濕性,實現巖芯的潤濕性由強親水向親油的方向轉變,能夠有效阻止或減少水的進入,降低泥頁巖巖心的水化應力,從而降低井壁巖石水化坍塌壓力,有利于井壁穩(wěn)定。測試例5該測試例用于說明本發(fā)明提供的防塌鉆井液對泥頁巖巖心的影響。按照測試例I的方法測試防塌鉆井液對泥頁巖巖心的影響,不同的是,所述防塌鉆井液Fl用防塌鉆井液F5替代。結果表明,將泥頁巖巖芯在防塌鉆井液F5中浸泡,泥頁巖巖芯強度瞬間降低,浸泡30s之后,巖心強度達到最低值(26MPa),但之后泥頁巖巖心強度會出現大幅度上升,并在60s后達到平衡(約為37MPa)。由此可以推測,所述防塌鉆井液F5改變了泥頁巖巖心的表面潤濕性,實現巖芯的潤濕性由強親水向親油的方向轉變,能夠有效阻止或減少水的進入,降低泥頁巖巖心的水化應力,從而降低井壁巖石水化坍塌壓力,有利于井壁穩(wěn)定。測試例6該測試例用于說明本發(fā)明提供的防塌鉆井液對泥頁巖巖心的影響。按照測試例I的方法測試防塌鉆井液對泥頁巖巖心的影響,不同的是,所述防塌鉆井液Fl用防塌鉆井液F6替代。結果表明,將泥頁巖巖芯在防塌鉆井液F6中浸泡,泥頁巖巖芯強度瞬間降低,浸泡30s之后,巖心強度達到最低值(24MPa),但之后泥頁巖巖心強度會出現大幅度上升,并在60s后達到平衡(約為33MPa)。由此可以推測,所述防塌鉆井液F6改變了泥頁巖巖心的表面潤濕性,實現巖芯的潤濕性由強親水向親油的方向轉變,能夠有效阻止或減少水的進入,降低泥頁巖巖心的水化應力,從而降低井壁巖石水化坍塌壓力,有利于井壁穩(wěn)定。對比測試例I
該對比測試例用于說明參比防塌鉆井液對泥頁巖巖心的影響。按照測試例I的方法測試防塌鉆井液對泥頁巖巖心的影響,不同的是,所述防塌鉆井液Fl用鉆井液基漿DFl替代,所得結果如圖1所示。從圖1可以看出,泥頁巖巖心在鉆井液基漿DFl中浸泡之后,強度隨著浸泡時間的延長而逐漸降低,浸泡24小時之后巖心強度降至27.5MPa。從實施例1與實施例4-5的對比可以看出,當所述潤濕反轉劑為丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸和苯乙烯的乳液共聚物時,得到的防塌鉆井液的防塌性能非常優(yōu)異。從實施例1與實施例6的對比可以看出,當所述脂肪胺與浙青的重量比為0.5-1.5:1時,得到的防塌鉆井液具有更為優(yōu)異的防塌性能。測試例7該測試例用于說明防塌鉆井液對泥頁巖巖心強度的影響。將三種不同滲透率的泥頁巖巖心分別在防塌鉆井液Fl和鉆井液基漿DFl中浸泡12h (防塌鉆井液Fl和鉆井液基漿DFl的盛裝高度均為泥頁巖巖心高度的1/2),然后利用單軸應力實驗對巖心的強度進行測試,具體實驗過程和應力測試儀與測試例4相同,所得結果如表I所不。表I
權利要求
1.一種防塌鉆井液用組合物,該防塌鉆井液含有膨潤土、降濾失劑和降粘劑,其特征在于,所述防塌鉆井液還含有潤濕反轉劑和潤濕反轉劑輔劑,所述潤濕反轉劑為丙烯酸系單體與苯乙烯的共聚物,所述潤濕反轉劑輔劑含有脂肪胺和浙青。
2.根據權利要求I所述的防塌鉆井液用組合物,其中,以3-5重量份的所述膨潤土為基準,所述降濾失劑的含量為2-2. 5重量份,所述降粘劑的含量為O. 3-0. 5重量份,所述潤濕反轉劑的含量為1-2重量份,所述潤濕反轉劑輔劑的含量為1-2重量份。
3.根據權利要求I或2所述的防塌鉆井液用組合物,其中,所述潤濕反轉劑為丙烯酸系單體與苯乙烯的乳液共聚物,且所述濕潤反轉劑的數均分子量為1000-5000。
4.根據權利要求3所述的防塌鉆井液用組合物,其中,所述丙烯酸系單體選自丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯和甲基丙烯酸丁酯中的一種或多種。
5.根據權利要求4所述的防塌鉆井液用組合物,其中,所述丙烯酸系單體為丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸的混合物。
6.根據權利要求5所述的防塌鉆井液用組合物,其中,以所述共聚物的總重量為基準,丙烯酸丁酯結構單元的含量為30-50重量%,甲基丙烯酸結構單元的含量為20-40重量%,苯乙烯結構單元的含量為20-40重量%。
7.根據權利要求4或5所述的防塌鉆井液用組合物,其中,所述脂肪胺與浙青的重量比為 O. 5-1. 5 :1。
8.根據權利要求7所述的防塌鉆井液用組合物,其中,所述脂肪胺選自十二烷基二甲基叔胺、十六烷基二甲基叔胺、二辛胺和二癸胺中的一種或多種,所述浙青的數均分子量為2000-6000。
9.根據權利要求I或2所述的防塌鉆井液用組合物,其中,所述防塌鉆井液還含有重晶石;以3-5重量份的所述膨潤土為基準,所述重晶石的含量為O. 1-500重量份。
10.一種防塌鉆井液,其特征在于,所述防塌鉆井液含有權利要求1-9中任意一項所述的防塌鉆井液用組合物和水。
11.一種防塌的方法,該方法包括將泥頁巖巖心用權利要求10所述的防塌鉆井液浸泡。
12.根據權利要求11所述的方法,其中,所述浸泡的時間為60秒-24小時。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種防塌鉆井液用組合物、一種防塌鉆井液以及一種防塌的方法。所述防塌鉆井液用組合物含有膨潤土、降濾失劑和降粘劑,其中,所述防塌鉆井液還含有潤濕反轉劑和潤濕反轉劑輔劑,所述潤濕反轉劑為丙烯酸系單體與苯乙烯的共聚物,所述潤濕反轉劑輔劑含有脂肪胺和瀝青。本發(fā)明提供的防塌鉆井液具有非常優(yōu)異的防塌性能。
文檔編號C09K8/24GK103254879SQ201310175348
公開日2013年8月21日 申請日期2013年5月13日 優(yōu)先權日2013年5月13日
發(fā)明者孫金生, 楊宇平, 張振華 申請人:中國石油集團鉆井工程技術研究院
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