本发明涉及石油开采领域，具体的说，是涉及一种水基钻井液及其制备方法和应用。
背景技术：
：国内外研究页岩钻进时普遍使用油基钻井液，虽能较好的解决井壁稳定问题，但存在成本高和污染环境等问题。因此，页岩气水平井水基钻井液的研发值得关注，特别是针对环境保护问题。我国现阶段的油田开发与新型油田的工业发展，让我国的石油资源发生了巨大变化。对此我国制定了一系列较全面的建设施工法规，但是其中对环境保护方面的强调略显不足。面对越来越严苛的环保法要求和降低成本的需要，需要一种与油基钻井液性能相近的水基钻井液。页岩气水平井水基钻井液需要提粘提切，降滤失，更为重要的是页岩/粘土水化抑制，这是替代油基钻井液的关键。这时我们需要添加材料为环境友好型材料，使得钻井液对页岩气水平井具有三方面的特性，抑制页岩水化、保证长水平段井眼清洁和井眼润滑。中国发明专利“一种环保型钻井液润滑剂及其制备方”(申请号：201310183098.4)公开了用于强水敏活性粘土地层的钻井液，包含以下质量百分含量的组分：生物柴油：30～45％，润滑剂：25～55％，乳化剂：10～30％组成，所用的原材料价廉，易于取得；生产工艺路线收率高，副产物少，产品质量符合质量标准，安全可靠。中国发明专利“由核桃青皮制备钻井液处理剂的方法及应用”(申请号：201310568632.3)公开了涉及由核桃青皮制备环保型钻井液处理剂的方法及应用，得到环保型钻井液处理剂，应用时，将环保型钻井液处理剂分散于水基钻井液中，采用api标准测定其降滤失性和增粘性，或者将环保型钻井液处理剂分散于废弃水基钻井液中，搅拌均匀，静置，废弃水基钻井液中的固相被絮凝下来，经改性后的果皮分散性增强，能够有效地降低水基钻井液的粘度和滤失量，可以用于做油田生产中钻井液的降滤失剂和增粘剂。中国发明专利“一种复合无机盐钻井液”(申请号：201510744854.5)公开了一种复合无机盐钻井液，涉及油田开采
技术领域：
。本发明主要由基液、naoh、na2co3、增粘剂、降滤失剂、抑制剂、润滑剂、kcl、暂堵剂和有机盐加重剂组成。本发明制成的复合无机盐钻井液是一种无土相钻井液体系，具有良好的粘土分散抑制性和较强的页岩分散抑制性，同时还具有较高的润滑性能。中国发明专利“一种天然高分子环保型钻井液”(申请号：201510405027.3)公开了一种天然高分子环保型钻井液，由以下按重量百分比计的组分组成：0.3％～2.0％的天然防塌剂、1.0％～5.0％的封堵剂、0.3％～0.5％提粘切剂、0.5％～3.0％的降失水剂、0.5％～2.5％的润滑剂、0.02％～0.05％的低碳醇储层保护剂、0.03％～0.08％的戊二醛、剩余量为水。该发明钻井液具有很强的防塌性、抑制性、封堵性，能快速在近井壁带形成坚韧、致密的封固膜以稳定井壁，同时阻止滤液和固相进一步浸入储层，达到有效保护储层的效果；另外，该钻井液无生物毒性、无化学毒性、可生物降解有利于环境保护。技术实现要素：本发明的一个目的在于提供一种水基钻井液；本发明的另一目的在于提供所述水基钻井液的制备方法；本发明的再一目的在于提供所述水基钻井液的应用。为达上述目的，一方面，本发明提供了一种水基钻井液，其中，所述钻井液包括如下重量份成分：钠基膨润土1.4-1.6份、凹凸棒土1.4-1.6份、环保型添加剂0.8～1.2份、增粘剂0.1～0.3份、降滤失剂1.9～2.5份、盐3-5份、ph调节剂0.18～0.25份和水100份。根据本发明一些具体实施方案，其中，所述钻井液包括如下重量份成分：钠基膨润土1.5份、凹凸棒土1.5份、环保型添加剂0.9～1.1份、增粘剂0.2～0.25份、降滤失剂2.1～2.3份、盐4份、ph调节剂0.2～0.23份和水100份。根据本发明一些具体实施方案，其中，所述钻井液包括如下重量份成分：钠基膨润土1.5份、凹凸棒土1.5份、环保型添加剂0.9份、增粘剂0.2份、降滤失剂2.3份、盐4份、ph调节剂0.2份和水100份。根据本发明一些具体实施方案，其中，所述环保型添加剂为pure-bore添加剂和pore-bore-lv添加剂。根据本发明一些具体实施方案，其中，pure-bore添加剂和pore-bore-lv添加剂的质量比为2：1。按此质量比添加，环保型钻井液体系可保持良好的抑制性能，同时流变性能不会过高。根据本发明一些具体实施方案，其中，以钻井液中添加的水为100份计，pure-bore添加剂用量为0.6份，pore-bore-lv添加剂用量为0.3份。本发明所述的pure-bore添加剂和pore-bore-lv添加剂可以市售获得，譬如美国雪佛龙公司生产的上述添加剂。根据本发明一些具体实施方案，其中，所述增粘剂为羧甲基纤维素。根据本发明一些具体实施方案，其中，所述降滤失剂为褐煤树脂。根据本发明一些具体实施方案，其中，所述盐为氯化钠。根据本发明一些具体实施方案，其中，所述钻井液用于页岩钻进。另一方面，本发明还提供了所述水基钻井液的制备方法，其中，所述方法包括按照钠基膨润土、凹凸棒土、环保型添加剂、增粘剂、降滤失剂、盐、ph调节剂的顺序将上述成分在搅拌下加入水中，充分搅拌既得所述水基钻井液。根据本发明一些具体实施方案，其中，本发明是在转速不小于6000r/min的搅拌条件下将钠基膨润土、凹凸棒土、环保型添加剂、增粘剂、降滤失剂、盐、ph调节剂加入水中。再一方面，本发明还提供了所述水基钻井液在页岩钻进中的应用。综上所述，本发明提供了一种水基钻井液及其制备方法和应用。本发明的方案具有如下优点：与现有技术相比，本发明提供的水基钻井液具有环保和成本低的优点，环保型添加剂可生物降解，增加了钻井液的环保特性；钻井液配方相对简单。该钻井液具有较好的流变性、较低的滤失量、良好的润滑性及较强的抑制性，能满足页岩气水平井钻进岩屑携带和井壁稳定的要求。附图说明图1为实施例1中油田页岩岩样与水基钻井液接触后的膨胀量变化曲线图。具体实施方式以下通过具体实施例详细说明本发明的实施过程和产生的有益效果，旨在帮助阅读者更好地理解本发明的实质和特点，不作为对本案可实施范围的限定。实施例1本实施例1主要反映：(1)本实施例水基钻井液的制备方法；(2)本实施例水基钻井液的环保性评价；(3)本实施例水基钻井液的基本性能参数(流变参数和滤失量)；(4)页岩与本实施例水基钻井液的接触后的膨胀量变化情况；(5)本实施例水基钻井液的润滑性能；(6)本实施例水基钻井液的水活度。本实例1提供了一种水基钻井液，以每100ml水中的加入量来计算，上述各组分的质量份分别为：钠基膨润土1.5g、凹凸棒土1.5g、pure-bore0.6g、pure-bore-lv0.3g、羧甲基纤维素0.2g、褐煤树脂2.1g、氯化钠4g、碳酸钠0.2g。实验仪器：gjd-b12k变频高速搅拌机。其制备方法如下：(1)首先按照上述配比，称取适量的水、钠基膨润土、凹凸棒土、环保型添加剂、降滤失剂、盐、ph调节剂。(2)在容器(泥浆杯)中加入水，在6000r/min转速条件下，按顺序添加钠基膨润土、凹凸棒土、环保型添加剂(pure-bore及pure-bore-lv添加剂)、增粘剂(羧甲基纤维素)、降滤失剂(褐煤树脂)、盐(氯化钠)、ph调节剂(碳酸钠)，充分搅拌后即得到本实施例水基钻井液。一、基本性能参数实验仪器：znn-d6s型六速旋转粘度计、zns-5a中压失水仪。测试本实施例水基钻井液的基本性能参数，测试结果见表1。表1本实施例的水基钻井液的基本性能参数钻井液类型av/mpa·spv/mpa·syp/pafl/ml水基钻井液40.52119.53.6其中：av为表观粘度，pv为塑性粘度，yp为动切力，fl为api滤失量，下同。通过表1可以看出，在添加剂数量和添加剂用量都较少的基础上，本实施例水基钻井液在流变性能(表观粘度、塑性粘度和动切力)和滤失性能上都表现出色，符合页岩气水平井对钻井液的需求。二、环保性评价实验仪器：znn-d6s型六速旋转粘度计、可见分光光度计本发明中环保型添加剂，即pure-bore添加剂和pure-bore-lv添加剂。此环保型添加剂是一种具有表面活性的水溶性聚合物，可与钻屑和新钻开的井眼表面发生相互作用，形成微型包被作用，增强钻井液的抑制性能，对地层微孔隙具有强封堵作用，从而形成更好的滤失控制和抑制地层水化的作用，同时可以控制页岩气水平井的钻井液粘度，保证钻井液的流变性能。其组份结果见表2。表2显示各个元素的质量百分比(wt％)和原子百分比(at％)。表2环保型添加剂组份分析成分wt％at％c52.9162.94o28.9025.80na17.9911.18cl00.2000.08通过表2可以看出，环保型添加剂的主要元素为c、o、na和少量的cl，不含有金属元素，对环境无污染。对本实施例的水基钻井液进行生物降解实验，每100ml钻井液中加入复合酶0.5g，实验结果见表3。表3本实施例水基钻井液粘度和切力随时间的变化情况通过表3可以看出，本实施例水基钻井液在复合酶的作用下粘度和切力不断降低，6h表观粘度降低45.68％，说明该钻井液在酶的作用下可发生降解。对本实施例水基钻井液进行生物降解实验，先在钻井液滴入3，5-二硝基水杨酸(dns)，每100ml钻井液中加入复合酶0.5g，通过可见分光光度计分别测定加入复合酶前后的吸光光度值，实验结果见表4。表4本实施例水基钻井液加入复活酶前后的吸光光度值温度/℃加酶之前加酶24h后常温0.1780.204通过表4可以看出，本实施例水基钻井液在加入复合酶之后，光度值提高，钻井液中的葡萄糖含量提高，说明该钻井液在酶的作用下可发生降解。三、膨胀量评价实验仪器：jhp岩心压制机、znp-1型膨胀量测定仪。实验步骤如下：(1)10g秀山页岩粉末(过100目)，使用jhp岩心压制机8mpa条件下压制5min，测量岩心长度(10.5mm)和直径(25mm)；(2)在室温条件下，测试该人工页岩岩样分别与znp-1型膨胀量测定仪测试页岩心在清水、4％nacl溶液与本实施例水基钻井液膨胀量，记录16h。记录的膨胀数据，可以画出膨胀变化曲线，分析本实施例水基钻井液对页岩的抑制效果，结果如表5和图1所示。表5膨胀量测试结果对比记录的膨胀数据，可以画出膨胀变化曲线，分析本实施例水基钻井液对页岩的抑制效果，结果如图1所示。由以上结果可以看出：(1)秀山页岩岩样在清水和4％nacl溶液中的膨胀量较大，在钻进过程中容易发生井壁失稳；(2)页岩在适用页岩的环保型钻井液中，相对于清水膨胀量降低率为60.73％，有效降低页岩膨胀量，有益于井壁稳定。四、润滑性能和水活度评价实验仪器：ep极压润滑仪、novisnalabswift-aw水活度测试仪。实验步骤如下：将本实施例水基钻井液倒入ep极压润滑仪试样杯中，测试摩阻系数，并与清水摩阻系数进行对比；然后采用novisnalabswift-aw水活度测试仪测量本实施例水基钻井液的水活度。换算该钻井液的摩阻系数，分析该钻井液的润滑性能。该钻井液的摩阻系数和水活度如结果表6所示。表6清水与本实施例水基钻井液的摩阻系数及水活度钻井液类型摩阻系数水活度清水0.341本实施例水基钻井液0.20.991通过表6可以看出，本实施例水基钻井液摩阻系数为0.2，摩阻系数降低率为41.18％，润滑性能良好满足页岩气水平井需求。水活度下降，增大井壁两侧化学势差，有利于页岩气水平井井壁稳定。实施例2本实施例2主要反映：(1)本实施例水基钻井液的环保性评价；(2)本实施例水基钻井液在高温高压条件下的流变参数(表观粘度和塑性粘度)变化情况；(3)本实施例水基钻井液在高温高压条件下的滤失性能分析；本实施例2提供了一种水基钻井液，以每100ml水中的加入量来计算，上述各组分的质量份分别为：钠基膨润土1.5g、凹凸棒土1.5g、pure-bore0.7g、pure-bore-lv0.4g、羧甲基纤维素0.25g、褐煤树脂2.3g、氯化钠4g、碳酸钠0.23g。实验仪器：gjd-b12k变频高速搅拌机。其制备方法如下：(1)首先按照上述配比，称取适量的水、钠基膨润土、凹凸棒土、环保型添加剂、降滤失剂、盐、ph调节剂。(2)在容器(泥浆杯)中加入水，在6000转/分转速条件下，按顺序钠基膨润土、凹凸棒土、环保型添加剂(pure-bore及pure-bore-lv添加剂)、增粘剂(羧甲基纤维素)、降滤失剂(褐煤树脂)、盐(氯化钠)、ph调节剂(碳酸钠)，充分搅拌后即得到稳定页岩的水基钻井液。一、环保性评价实验仪器：znn-d6s型六速旋转粘度计对本实施例水基钻井液进行降解实验，每100ml钻井液中加入复合酶0.5g，实验结果见表7。表7本实施例水基钻井液粘度和切力随时间的变化情况时间/hav/mpa·spv/mpa·syp/pa042.52517.51382315235211433219134271710525169623149通过表7可以看出，该环保型钻井液在复合酶的作用下粘度不断降低，6h表观粘度降低45.88％，说明该环保型钻井液在复合酶的作用下可发生降解。二、抗高温性能评价实验仪器：znn-d6s型六速旋转粘度计、xgrl-4型滚子加热炉将本实施例水基钻井液放入xgrl-4型滚子加热炉中，在130℃条件下加热16h后取出，常温和高温下钻井液流变参数测量结果如表8所示。表8本实施例水基钻井液在高温下的基本性能参数通过表8可以看出，该环保型钻井液基本可抗130℃高温，表观粘度降低37.6％，130℃下表观粘度为26.5mpa·s，可基本满足页岩气水平井钻井要求。三、膨胀量评价实验仪器：jhp岩心压制机、znp-1型膨胀量测定仪。实验步骤如下：(1)10g秀山页岩粉末(过100目)，使用jhp岩心压制机8mpa条件下压制5min，测量岩心长度(10.5mm)和直径(25mm)；(2)在室温条件下，测试该人工页岩岩样分别与znp-1型膨胀量测定仪测试页岩心在清水、4％nacl溶液与本实施例水基钻井液膨胀量，记录16h。记录的膨胀数据，可以画出膨胀变化曲线，分析本实施例水基钻井液对页岩的抑制效果，结果如表9所示。表9膨胀量测试结果对比由以上结果可以看出：(1)秀山页岩岩样在清水和4％nacl溶液中的膨胀量较大，在钻进过程中容易发生井壁失稳；(2)页岩在适用页岩的环保型钻井液中，相对于清水膨胀量降低率为62.30％，有效降低页岩膨胀量，有益于井壁稳定。四、润滑性能和水活度评价实验仪器：ep极压润滑仪、novisnalabswift-aw水活度测试仪。实验步骤如下：将本实施例水基钻井液倒入ep极压润滑仪试样杯中，测试摩阻系数，并与清水摩阻系数进行对比；然后采用novisnalabswift-aw水活度测试仪测量本实施例水基钻井液的水活度。换算该钻井液的摩阻系数，分析该钻井液的润滑性能。该钻井液的摩阻系数和水活度如结果表10所示。表10清水与本实施例水基钻井液的摩阻系数及水活度钻井液类型摩阻系数水活度清水0.341本实施例水基钻井液0.190.991通过表10可以看出，本实施例水基钻井液摩阻系数为0.19，摩阻系数降低率为44.12％，润滑性能良好满足页岩气水平井需求。水活度下降，增大井壁两侧化学势差，有利于页岩气水平井井壁稳定。实施例3本实施例3主要反映：1)本实施例水基钻井液的环保性评价；(2)本实施例水基钻井液在高温高压条件下的流变参数(表观粘度和塑性粘度)变化情况；(3)本实施例水基钻井液在高温高压条件下的滤失性能分析；本实施例3提供了一种水基钻井液，以每100ml水中的加入量来计算，上述各组分的质量份分别为：钠基膨润土1.5g、凹凸棒土1.5g、pure-bore0.65g、pure-bore-lv0.35g、羧甲基纤维素0.23g、褐煤树脂2.32g、氯化钠4g、碳酸钠0.21g。实验仪器：gjd-b12k变频高速搅拌机。其制备方法如下：(1)首先按照上述配比，称取适量的水、钠基膨润土、凹凸棒土、环保型添加剂、降滤失剂、盐、ph调节剂。(2)在容器(泥浆杯)中加入水，在6000转/分转速条件下，按顺序钠基膨润土、凹凸棒土、环保型添加剂(pure-bore及pure-bore-lv添加剂)、增粘剂(羧甲基纤维素)、降滤失剂(褐煤树脂)、盐(氯化钠)、ph调节剂(碳酸钠)，充分搅拌后即得到稳定页岩的水基钻井液。一、环保性评价实验仪器：znn-d6s型六速旋转粘度计对本实施例水基钻井液进行降解实验，每100ml钻井液中加入复合酶0.5g，实验结果见表11。表11本实施例水基钻井液粘度和切力随时间的变化情况通过表11可以看出，该环保型钻井液在复合酶的作用下粘度不断降低，6h表观粘度降低42.86％，处理剂加量在本发明加量变化范围内时，粘度降低率稳定，说明本实施例水基钻井液在复合酶的作用下可发生降解。二、抗高温性能评价实验仪器：znn-d6s型六速旋转粘度计、xgrl-4型滚子加热炉将本实施例水基钻井液放入xgrl-4型滚子加热炉中，在130℃条件下加热16h后取出，常温和高温下钻井液流变参数测量结果如表12所示。表12本实施例水基钻井液在高温下的基本性能参数t/℃av/mpa·spv/mpa·syp/pafl/ml常温4224184.1130261511.28.2通过表10可以看出，该环保型钻井液基本可抗130℃高温，表观粘度降低38.10％，130℃下表观粘度为26mpa·s，处理剂加量在本发明加量变化范围内时，粘度稳定，可基本满足页岩气水平井钻井要求。三、膨胀量评价实验仪器：jhp岩心压制机、znp-1型膨胀量测定仪。实验步骤如下：(1)10g秀山页岩粉末(过100目)，使用jhp岩心压制机8mpa条件下压制5min，测量岩心长度(10.5mm)和直径(25mm)；(2)在室温条件下，测试该人工页岩岩样分别与znp-1型膨胀量测定仪测试页岩心在清水、4％nacl溶液与本实施例水基钻井液膨胀量，记录16h。记录的膨胀数据，可以画出膨胀变化曲线，分析本实施例水基钻井液对页岩的抑制效果，结果如表13所示。表13膨胀量测试结果对比由以上结果可以看出：(1)秀山页岩岩样在清水和4％nacl溶液中的膨胀量较大，在钻进过程中容易发生井壁失稳；(2)页岩在适用页岩的环保型钻井液中，相对于清水膨胀量降低率为61.78％，有效降低页岩膨胀量，有益于井壁稳定。四、润滑性能和水活度评价实验仪器：ep极压润滑仪、novisnalabswift-aw水活度测试仪。实验步骤如下：将本实施例水基钻井液倒入ep极压润滑仪试样杯中，测试摩阻系数，并与清水摩阻系数进行对比；然后采用novisnalabswift-aw水活度测试仪测量本实施例水基钻井液的水活度。换算该钻井液的摩阻系数，分析该钻井液的润滑性能。该钻井液的摩阻系数和水活度如结果表14所示。表14清水与本实施例水基钻井液的摩阻系数及水活度钻井液类型摩阻系数水活度清水0.341本实施例水基钻井液0.200.991通过表14可以看出，本实施例水基钻井液摩阻系数为0.2，摩阻系数降低率为41.18％，润滑性能良好满足页岩气水平井需求。水活度下降，增大井壁两侧化学势差，有利于页岩气水平井井壁稳定。当前第1页12