随钻承压增强剂及其应用和油基钻井液的制作方法
【专利摘要】一种随钻承压增强剂，所述增强剂包括疏水改性刚性粒子和疏水改性可变性粒子，所述疏水改性刚性粒子的维氏硬度不小于180HV，所述疏水改性可变性粒子吸油后的抗压强度大于300kg/cm2，所述疏水改性刚性粒子和所述疏水改性可变性粒子的重量比为1:0.4?2.4；该随钻承压增强剂属于亲油性，与油基钻井液配伍性好，在油基钻井液中分散性好。
【专利说明】
随钻承压増强剂及其应用和油基钻井液
技术领域
[0001] 本申请实施例涉及但不限于一种随钻承压增强剂及其应用和一种油基钻井液。
【背景技术】
[0002] 油基钻井液具有很强的抑制性，但对于一些层理和微裂缝发育的硬脆性和破坏性 地层，由于承压能力有限，会导致油基钻井液的大量漏失，油基钻井液与水基钻井液相比， 防漏和堵漏效果明显不足，很大程度上制约了其全面推广，中国专利CN101348711B涉及一 种随钻堵漏剂及其制备方法，该随钻堵漏剂包括以下组分:果壳粉为50~70份;石灰石粉为 20~60份;油溶性树脂为0~20份，该随钻堵漏剂为亲水疏油型，与油基钻井液配伍性差，严 重影响油基钻井液的性能。
【发明内容】
[0003] 本申请提供了一种随钻承压增强剂及其应用和一种油基钻井液，该随钻承压增强 剂属于亲油性，与油基钻井液配伍性好，在油基钻井液中分散性好。
[0004] 为了达到本申请目的，本申请提供了一种随钻承压增强剂，所述增强剂包括疏水 改性刚性粒子和疏水改性可变性粒子;所述疏水改性刚性粒子的维氏硬度不小于180HV，所 述疏水改性可变性粒子吸油后的抗压强度大于300kg/cm 2;所述疏水改性刚性粒子和所述 疏水改性可变性粒子的重量比为1: 〇. 4-2.4。
[0005] 在一个实施例中，所述疏水改性刚性粒子选自硬质碳酸钙、有机土、二氧化硅中的 一种或多种。
[0006] 在一个实施例中，所述疏水改性可变性粒子选自改性橡胶、改性石墨、改性沥青和 改性石蜡中的一种或多种。
[0007] 在一个实施例中，所述疏水改性可变性粒子的粒径小于0.15mm。
[0008] 在一个实施例中，所述疏水改性刚性粒子包括粗粒子和细粒子，所述粗粒子的粒 径为〇· 15mm-〇. 18mm，所述细粒子的粒径小于0· 15mm，所述粗粒子和所述细粒子的质量比为 1:卜4〇
[0009] 在一个实施例中，所述粗粒子和所述细粒子的质量比为1:1。
[0010] 本申请还提供了一种包含如上所述的随钻承压增强剂的油基钻井液，其中，所述 油基钻井液含有质量百分数为1.8-3.0 %的所述随钻承压增强剂。
[0011] 本申请还提供了如上所述的随钻承压增强剂用于提高地层承压能力的应用。
[0012] 与现有技术相比，本申请涉及的随钻承压增强剂属于亲油性，与油基钻井液配伍 性好，与油基钻井液混合后，不影响油基钻井液的性能，在油基钻井液中分散性好，不仅能 够堵漏，而且还能加固井壁，明显提高地层的承压能力，且生产过程中不需产生任何化学反 应，生产工艺简单。
[0013] 本申请中的疏水改性刚性粒子抗压强度高，且具有很好的粒径分布，封堵漏失地 层时，疏水改性刚性粒子中的粗粒子对裂缝组成架桥粒子，疏水改性刚性粒子中的细粒子 进行填充，进一步提高封堵层的强度。疏水改性可变性粒子起填充封堵作用，在小空隙内吸 水膨胀以后进一步填充孔隙，降低封堵环的渗透率，阻止滤液进入，进一步提高封堵环的承 压能力。
[0014] 本申请的承压增强剂按照一定比例加入油基钻井液中使用，对渗漏地层进行封堵 时，油基钻井液中加入的承压增强剂迅速进入裂缝并在裂缝开口附近形成桥塞，所形成的 桥塞渗透率极低，以阻隔液柱压力的传递，产生能够封堵裂缝，阻止裂缝进一步扩大，防止 压力传递到裂缝末端，提高井眼周向应力的封堵环来达到强化井眼，提高地层承压能力的 目的，起到防漏堵漏的效果，该承压增强剂能够封堵渗透率为1〇〇达西的地层，且形成的封 堵环承压能力可以达到20MPa以上。
[0015] 本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变 得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书、权利 要求书中所特别指出的结构来实现和获得。
【具体实施方式】
[0016] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相 互任意组合。
[0017] 本申请提供了一种随钻承压增强剂，所述增强剂包括疏水改性刚性粒子和疏水改 性可变性粒子，所述疏水改性刚性粒子的维氏硬度不小于180HV，所述疏水改性可变性粒子 吸油后的抗压强度大于300kg/cm 2;所述疏水改性刚性粒子和所述疏水改性可变性粒子的 重量比为1:0.4-2.4。其中，所述疏水改性可变性粒子吸油是指该疏水改性可变性粒子可以 吸收油而膨胀。
[0018] 在本申请实施方式中，所述疏水改性可变性粒子的接触角大于105°。
[0019] 在本申请实施方式中，所述疏水改性刚性粒子的接触角大于105°。
[0020] 在本申请实施方式中，所述疏水改性刚性粒子可以为白色、无味、无臭、硬度大的 疏水改性刚性粒子。可选地，所述疏水改性刚性粒子可以选自硬质碳酸钙、有机土、二氧化 硅中的一种或多种。上述疏水改性可变性粒子与常用可变性粒子吸水树脂相比，硬度高、承 压能力强。
[0021] 在本申请实施方式中，所述疏水改性可变性粒子可以选自改性橡胶粒、改性石墨、 改性沥青和改性石蜡中的一种或多种。
[0022] 在本申请实施方式中，所述疏水改性可变性粒子的粒径可以小于0.15_。
[0023] 在本申请实施方式中，所述疏水改性刚性粒子可以包括粗粒子和细粒子，所述粗 粒子的粒径可以为〇. 15mm-〇. 18mm，所述细粒子的粒径可以小于0.15m，所述粗粒子和细粒 子的质量比可以为1:1_4。
[0024] 在本申请实施方式中，所述随钻承压增强剂可以通过将疏水改性刚性粒子和疏水 改性可变性粒子均匀混合获得，疏水改性刚性粒子和疏水改性可变性粒子的加料顺序没有 限制。
[0025] 本申请还提供了一种包含如上所述的随钻承压增强剂的油基钻井液，其中，所述 油基钻井液含有质量百分数为1.8-3.0 %的所述随钻承压增强剂。
[0026] 本申请还提供了如上所述的随钻承压增强剂用于提高地层承压能力的应用。
[0027] 以下实施例中所用试剂均来自天津中海油服化学有限公司，相同的试剂来源相 同。
[0028] 以下实施例中维氏硬度通过自动转塔维氏硬度计(型号HVX-5A型)设备来测量;接 触角通过JC2000D5M型接触角测量仪来测量。
[0029] 实施例1
[0030]将30重量份硬质碳酸钙和70重量份改性石墨加入到搅拌设备中搅拌均匀，其中， 硬质碳酸钙中粒径为〇.15mm的粗粒子为9份，硬质碳酸钙中粒径为0.1mm的细粒子为21份， 改性石墨为0.1mm，得到粉末状的随钻承压增强剂。其中，硬质碳酸钙的维氏硬度为 252.6HV，硬质碳酸|丐的接触角为119.5°，改性石墨的抗压强度为394kg/cm 2，改性石墨的接 触角为122°。
[0031] 制备方法：
[0032] 将30份硬质碳酸钙和70份改性石墨加入到搅拌设备中搅拌均匀，便可得到粉末状 的随钻承压增强剂，其中加料顺序没有限制。
[0033] 实施例2
[0034] 一种随钻承压增强剂，包括重量份为40份疏水改性刚性粒子和60份疏水改性可变 性粒子，其中，疏水改性刚性粒子为硬质碳酸钙，疏水改性可变性粒子为改性石墨，其中，硬 质碳酸钙中粒径为〇.15mm的粗粒子为16份，硬质碳酸钙中粒径为0.1mm的细粒子为24份，改 性石墨为0.05mm，得到粉末状的随钻承压增强剂。其中，硬质碳酸钙的维氏硬度为252.6HV， 硬质碳酸1丐的接触角为11 〇. 5°，改性石墨的抗压强度为400kg/cm2，改性石墨的接触角为 128°。
[0035]制备方法：
[0036]将40份硬质碳酸钙和60份改性石墨加入到搅拌设备中搅拌均匀，便可得到粉末状 的随钻承压增强剂，其中加料顺序没有限制。
[0037] 实施例3
[0038] 一种随钻承压增强剂，包括重量份为50份疏水改性刚性粒子和50份疏水改性可变 性粒子，其中，疏水改性刚性粒子为硬质碳酸钙，疏水改性可变性粒子为改性石墨。其中，硬 质碳酸钙中粒径为〇.15mm的粗粒子为25份，硬质碳酸钙中粒径为0.1mm的细粒子为25份，改 性石墨为0.1mm，其中，硬质碳酸钙的维氏硬度为252.6HV，硬质碳酸钙的接触角为119°，改 性石墨的抗压强度为3931^/〇11 2，改性石墨的接触角为128°。
[0039]制备方法：
[0040]将50份硬质碳酸钙和50份改性石墨加入到搅拌设备中搅拌均匀，便可得到粉末状 的随钻承压增强剂，其中加料顺序没有限制。
[0041 ] 实施例4
[0042] 一种随钻承压增强剂，包括重量份为40份疏水改性刚性粒子和60份疏水改性可变 性粒子，其中，疏水改性刚性粒子为硬质碳酸钙，疏水改性可变性粒子为改性橡胶粒。其中， 硬质碳酸钙中粒径为〇.15mm的粗粒子为20份，硬质碳酸钙中粒径为0.1mm的细粒子为20份， 改性橡胶粒为0.1mm，其中，硬质碳酸钙的维氏硬度为252.6HV，硬质碳酸钙的接触角为 120°，改性橡胶粒的抗压强度为379kg/cm 2,改性橡胶粒的接触角为124°。
[0043]制备方法：
[0044] 将40份硬质碳酸钙和60份改性橡胶粒加入到搅拌设备中搅拌均匀，便可得到粉末 状的随钻承压增强剂，其中加料顺序没有限制。
[0045] 实施例5
[0046] 一种随钻承压增强剂，包括重量份为60份疏水改性刚性粒子和40份疏水改性可变 性粒子，其中，疏水改性刚性粒子为二氧化硅，疏水改性可变性粒子为改性沥青。其中，二氧 化娃中粒径为0.15mm的粗粒子为24份，二氧化娃中粒径为0.1mm的细粒子为36份，改性沥青 为0.08mm，其中，二氧化硅的维氏硬度为348.2HV，二氧化硅的接触角为127°，改性沥青的抗 压强度为356.4kg/cm 2，改性沥青的接触角为119°。
[0047]制备方法：
[0048]将60份二氧化硅和40份改性沥青加入到搅拌设备中搅拌均匀，便可得到粉末状的 随钻承压增强剂，其中加料顺序没有限制。
[0049] 实施例6
[0050] 一种随钻承压增强剂，包括重量份为70份疏水改性刚性粒子和30份疏水改性可变 性粒子，其中，疏水改性刚性粒子为二氧化硅，疏水改性可变性粒子为改性石蜡。其中，二氧 化娃中粒径为0.15mm的粗粒子为28份，二氧化娃中粒径为0.1mm的细粒子为42份，改性石錯 为0.15mm，其中，二氧化硅的维氏硬度为348.2HV，二氧化硅的接触角为127°，改性石蜡的抗 压强度为308kg/cm 2,改性石蜡的接触角为127°。
[0051 ]制备方法：
[0052]将70份二氧化硅和30份改性石蜡加入到搅拌设备中搅拌均匀，便可得到粉末状的 随钻承压增强剂，其中加料顺序没有限制。
[0053] 实施例7
[0054] 一种随钻承压增强剂，包括重量份为50份疏水改性刚性粒子和50份疏水改性可变 性粒子，其中，疏水改性刚性粒子为二氧化硅，疏水改性可变性粒子为改性沥青。其中，二氧 化娃中粒径为0.15mm的粗粒子为25份，二氧化娃中粒径为0.1mm的细粒子为25份，改性沥青 为0.08mm，其中，二氧化硅的维氏硬度为348.2HV，二氧化硅的接触角为127°，改性沥青的抗 压强度为356.4kg/cm 2，改性沥青的接触角为119°。
[0055]制备方法：
[0056]将50份二氧化硅和50份改性沥青加入到搅拌设备中搅拌均匀，便可得到粉末状的 随钻承压增强剂，其中加料顺序没有限制。
[0057] 实施例8
[0058] 一种随钻承压增强剂，包括重量份为60份疏水改性刚性粒子和40份疏水改性可变 性粒子，其中，疏水改性刚性粒子为硬质碳酸钙，疏水改性可变性粒子为改性沥青。其中， 硬质碳酸钙中粒径为〇.15mm的粗粒子为18份，硬质碳酸钙中粒径为0.1mm的细粒子为42份， 改性沥青为〇. 15mm，其中，硬质碳酸钙的维氏硬度为252.6HV，硬质碳酸钙的接触角为120°， 改性沥青的抗压强度为356.4kg/cm 2，改性沥青的接触角为121°。
[0059]制备方法：
[0060]将50份硬质碳酸钙和50份改性沥青加入到搅拌设备中搅拌均匀，便可得到粉末状 的随钻承压增强剂，其中加料顺序没有限制。
[0061]本发明中的随钻承压增强剂的性能测试：
[0062] 测试中使用的油基钻井液基本配方为：质量比为80 :20的油水比+质量百分数为 1 %的主乳化剂+1 %辅乳化剂+1 %润湿剂+3 %有机土+3 % Ca0+1 %提切剂+1 %降滤失剂+重 晶石加重至1.2g/cm3,记为1#浆。
[0063] 1、随钻承压增强剂对油基钻井液的性能影响：
[0064] 在1#浆基础上加入质量百分数为2%的随钻承压增强剂，考察随钻承压增强剂对 油基钻井液的影响。考察在温度150°C下老化16小时，油基钻井液前后性能变化，结果见表 1〇
[0065] 表1随钻承压增强剂对油基钻井液的性能影响
[0066]
[0068] 具体测试方法见GB/T 16783.2-2012石油天然气工业第2部分油基钻井液测试程 序，其中AV为油基钻井液的表观粘度，PV为油基钻井液的塑形粘度，YP为油基钻井液的动切 力，APIfl为常温常压滤失量，HTHPfl为高温高压滤失量，ES为破乳电压。
[0069] 由表1可以看出，本发明的随钻承压增强剂对油基钻井液性能影响不大，抗温可达 至 IJ150°C。
[0070] 2、随钻承压增强剂堵漏承压能力测试：
[0071 ]使用仪器:⑶L-Π 高温高压动静态堵漏模拟试验装置；
[0072]此模拟装置可以模拟漏失地层的温度和堵漏时的压力，并建立不同漏失地层的物 理模块，最大程度的模拟钻井工程中漏失状况，即堵漏仿真模拟系统。通过堵漏仿真模拟系 统，可以完成对堵漏材料的结构、配比、耐温性、耐压性等性能的评价，研究不同堵漏材料对 各种漏失地层的堵漏效果。为钻井工作中的预防漏失以及正确处理钻井工程中的漏失事 故，提供完整地，有效地科学依据。
[0073]具体测试方法如下：
[0074] 1)打开釜体盖，将2升实验液缓慢倒入釜体中，直到浸过保持架，然后旋紧釜体盖。
[0075] 2)打开柱塞栗上的"增压阀"、"正驱"阀和釜体及活塞容器盖上的排气阀；按电气 控制柜面板上的"启动"按钮打开柱塞栗，旋转变频器调速旋钮(顺时针旋转），设定好栗的 工作流速，运行柱塞栗，直到排气阀有液体流出为止，然后停栗并关闭排气阀。
[0076] 3)打开面板上的"空气开关"和"温控"，在温度数显表上设定实验温度即可，加热 时，最好采用分段加热的方式加热，以免温度波动过大。
[0077] 4)加温的同时，打开面板上的"转速"开关，右旋"调速"，设定转动速度，使釜体中 的转子以一定的转速转动。
[0078] 5)待釜体上方的温度表上温度达到设定温度后，调节转速至实验转速。
[0079] 6)打开增压阀和正驱阀；打开出液阀。
[0080] 7)点击堵漏系统测试软件"实验参数设置"菜单，弹出实验参数主界面，选择需要 测试的模型号并输入各实验参数，然后点击"开始"即开始进行堵漏实验，软件可按设定时 间自动采集实验数据。
[0081] 8)承压实验:在软件中输入第一个测试的压力值，栗将自动开启，待压力达到后稳 定5~lOmin后，修改输入的压力值，压力达到后稳定5~lOmin后，再次提高设定值直至测出 突破压力（即堵漏浆可封堵的最高压力）。
[0082] 9)实验结束时，先点"停止"，然后根据实时采集的压力曲线上的压力变化情况选 择封堵压力和突破压力，选择完后点"退出"即可。
[0083]在1#浆基础上加入2%随钻承压增强剂，考察随钻承压增强剂对20-40目砂床封堵 承压能力，实验温度为150°C，实验结果见表2:
[0084]表2随钻承压增强剂封堵承压能力测试
[0085]
[0087] 由表2可以看出，本发明的随钻承压增强剂能够明显降低20-40目砂床漏失量，且 能够大幅度提高突破压力，说明此随钻承压增强剂能够强化井壁，提高地层承压能力。
[0088] 虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本申请而采用的 实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭 露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本申请 的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
【主权项】
1. 一种随钻承压增强剂，其特征在于，所述增强剂包括疏水改性刚性粒子和疏水改性 可变性粒子； 所述疏水改性刚性粒子的维氏硬度不小于180HV，所述疏水改性可变性粒子吸油后的 抗压强度大于300kg/cm2; 所述疏水改性刚性粒子和所述疏水改性可变性粒子的重量比为1: 〇. 4-2.4。2. 根据权利要求1所述的增强剂，其中，所述疏水改性刚性粒子选自硬质碳酸钙、有机 土、二氧化硅中的一种或多种。3. 根据权利要求1所述的增强剂，其中，所述疏水改性可变性粒子选自改性橡胶、改性 石墨、改性沥青和改性石蜡中的一种或多种。4. 根据权利要求1所述的增强剂，其中，所述疏水改性可变性粒子的粒径小于0.15mm。5. 根据权利要求1所述的增强剂，其中，所述疏水改性刚性粒子包括粗粒子和细粒子， 所述粗粒子的粒径为〇. 15mm_0.18mm，所述细粒子的粒径小于0.15mm，所述粗粒子和所述细 粒子的质量比为1:1_4。6. 根据权利要求5所述的增强剂，其中，所述粗粒子和所述细粒子的质量比为1:1。7. -种包含如权利要求1-6中任一项所述的随钻承压增强剂的油基钻井液，其中，所述 油基钻井液含有质量百分数为1.8-3.0 %的所述随钻承压增强剂。8. -种如权利要求1-6中任一项所述的随钻承压增强剂用于提高地层承压能力的应 用。
【文档编号】E21B33/134GK106085381SQ201610389978
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月2日 公开号201610389978.0, CN 106085381 A, CN 106085381A, CN 201610389978, CN-A-106085381, CN106085381 A, CN106085381A, CN201610389978, CN201610389978.0
【发明人】张伟, 徐博韬, 邓义成, 罗健生, 耿铁, 刘刚
【申请人】中国海洋石油总公司, 中海油田服务股份有限公司