一种环保型钻井液粒度优化的方法与流程

本发明涉及石油钻井化工助剂领域，特别涉及一种环保型钻井液粒度优化的方法。

背景技术：

根据资料统计分析，钻完井工程占据和现代油气田勘探开发总成本的40~60%，钻井工程质量的好坏直接影响到可取得的经济效益。钻井过程中的井壁稳定、泥饼质量、钻速的快慢、井下复杂情况的预防和处理都离不开钻井液性能的控制。在钻井过程中，需要随时调控钻井液的密度、粘度等性能，保持钻井液体系的稳定性和润滑性能，增强钻井液的滤失造壁性，在井下出现复杂情况时及时调整钻井液的性能。钻井液的各项性能都与钻井液固相粒度的分布情况有着直接或间接的关系，通过调整钻井液固相颗粒含量、尺寸大小、分布情况以及级配关系在很大程度上可以影响钻井液的各项性能。

分散于钻井液中的固体颗粒成为钻井液中的固相，它的来源主要有两种，一是来源于被破碎岩石产生的岩屑，二是为钻井工艺要求而人为加入的。在钻井过程中，钻井液中固相颗粒的粒度分布对钻井液的常规性能参数和油层保护性能具有很大的影响。它可以影响钻井液的流变性、泥饼质量的好坏和滤失量的大小,对钻井工艺复杂问题(如泥页岩和煤层的垮塌、缩径、卡钻、压力激动等)有很大影响，尤其是深井，随着钻屑等受到长时间研磨，钻井液中劣质固相含量增加，固相颗粒粒度分布不合理，很容易出现流变性和失水等性能失去控制的情况，影响井下的安全。钻井液中固相颗粒粒度分布不合理对储层损害也有很大影响。首先钻井液颗粒粒径分布对泥饼质量有重要影响，调整钻井液颗粒粒径分布可形成薄而致密的优质泥饼。常规屏蔽暂堵的主要特点是利用钻井液中已有固相粒子对油气储层的堵塞规律，根据需要人为地向钻井液中加入一些与孔喉的堵塞机理相匹配的架桥粒子、填充粒子和可变形粒子，使这些粒子能快速地在井壁周围形成有效的、渗透率几乎为零的屏蔽环，阻止后续作业入井流体中的固、液相侵入地层。但是目前采用的技术仅仅考虑了屏蔽暂堵材料与地层孔喉之间的关系，并没有考虑到在钻井液中已经存在的固相颗粒对暂堵剂匹配的影响。钻井过程中通过使用四级固控设备，取得了一定的效果，但在措施的针对性不足。

现有的研究者提出了针对储层进行粒度分布调整的方法。申请号为201310453524.1的专利提出了根据目标储层的最大孔喉直径d90，对钻井液和封堵屏蔽剂粒度分布曲线的分析，筛选出钻井液和封堵屏蔽剂的颗粒粒径配比。申请号为201610881250.x的专利提出了高温超深井储层用的低伤害粒度级配加重水基钻井液，适用于微裂缝发育的页岩长水平井段的钻进。其技术方案是制备该钻井液所用原料的组分及含量：膨润土13.5-15；碳酸钠0.675-0.75；氧化钙4.5-5；携砂剂2.7-3；磺化酚醛树脂45-50；磺化褐煤树脂45-50；磺化褐煤45-50；钒钛铁矿粉和毫微重晶石调节密度至2.50g/cm³；润滑剂27-30；无渗透井壁稳定剂27-30；纳米碳酸钙27-30；防塌剂18-20；自来水900-1000。先配置好粘土基浆后，再在500r/min搅拌下加入氧化钙，继续搅拌后依次加入上述处理剂，再调节体系密度为2.5g/cm³最后制备形成该低伤害粒度级配加重水基钻井液。这些研究对钻井液粒度分布调整起着重要的推动作用，但未能针对环保型处理剂进行粒度分布的优化，或者在粒度分布形态、尺寸大小、含量方面还有待进一步明确。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种环保型钻井液粒度优化的方法，该方法利用不同粒度的无毒颗粒对钻井液粒度分布进行优化，在井壁形成优质泥饼，有利于安全快速钻井，适用于石油钻井渗漏型堵漏、井壁加固等领域。

为了达到本发明的目的，本发明技术方案是这样实现的：

室温下，将纳微颗粒和微细颗粒加入钻井液，然后高速搅拌30min~60min，使加入上述颗粒后钻井液粒度分布在20μm以内呈正态分布，整体呈双峰分布，即可实现钻井液粒度优化。

所述钻井液包括3~5%wt钠基膨润土、1~3%wt磺化酚醛树脂（smp），ph=7~10。

所述纳微颗粒为膨润土、纳米钙、纳米硅中的一种或几种的组合，粒径范围为2～5μm，在钻井液中含量0.1~5%wt；所述微细颗粒为碳酸钙、青石粉中的一种或两种的组合，粒径范围为5～20μm，在钻井液中含量0.1~8%wt。

所述纳微颗粒中的膨润土经过水化处理后的膨润土。

所述膨润土的水化处理是在室温下，将膨润土配制成8-12%wt的膨润土浆，然后水化20-30h。

本发明与现有技术相比具有以下优势：

（1）本发明采用的纳微颗粒和微细颗粒，相对沥青、纳米乳液等材料，环境友好性更强，无毒环保，成本较低，粒度优化易于现场操作；

（2）本发明可用于石油钻井井壁固化及微裂缝堵漏技术中，提高滤饼强度。

附图说明

附图1是本发明一种实施例的粒度优化结果图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

室温下，将膨润土配制成10%wt的膨润土浆，水化24h后取100ml和1000目碳酸钙50g一起加入1000ml钻井液中，进行高速搅拌30min，即可实现钻井液粒度优化。其中钻井液包含4%wt钠基膨润土（以下简称钠土），2%wt磺化酚醛树脂（以下简称smp），ph=8。

实施例2：

室温下，取上述实施例1中相同方法配制的膨润土浆80ml，纳米硅10g；微细颗粒800目碳酸钙50g，1200目碳酸钙50g，加入1000ml钻井液（包含4.5%wt钠土，2.7%wtsmp，ph=9），进行高速搅拌50min，即可实现钻井液粒度优化。

实施例3：

室温下，取上述实施例中相同方法配制的膨润土浆80ml，纳米钙10g；微细颗粒500目青石粉50g，1200目碳酸钙50g，加入1000ml钻井液（包含4.5%wt钠土，1.5%wtsmp，ph=7.8），进行高速搅拌40min，即可实现钻井液粒度优化。

实施例4：

室温下，取纳米硅l0g，纳米钙10g；500目青石粉50g，800目碳酸钙50g，加入1000ml钻井液（包含3.5%wt钠土，2%wtsmp，ph=8.8）中，进行高速搅拌55min，即可实现钻井液粒度优化。

实施例5：

室温下，取纳米硅l0g及800目碳酸钙50g，加入1000ml钻井液（钻井液配方为：5%钠基膨润土+0.2%天然高分子聚合物+0.4%铵盐+1%smp+0.5%lv-cmc+2.5%聚合醇+15%重晶石，ph=8）中，高速搅拌30min，粒度优化结果如图1。

技术特征：

技术总结
一种环保型钻井液粒度优化的方法，室温下，将纳微颗粒和微细颗粒加入钻井液，然后高速搅拌30min~60min，使加入上述颗粒后钻井液粒度分布在20μm以内呈正态分布，整体呈双峰分布，即可实现钻井液粒度优化。所述钻井液包括3~5%wt钠基膨润土、1~3%wt磺化酚醛树脂，pH=7~10。所述纳微颗粒粒径范围为2～5μm，在钻井液中含量0.1~5%wt；所述微细颗粒粒径范围为5～20μm，在钻井液中含量0.1~8%wt。该方法利用不同粒度的无毒颗粒对钻井液粒度分布进行优化，在井壁形成优质泥饼，有利于安全快速钻井，适用于石油钻井渗漏型堵漏、井壁加固等领域。

技术研发人员：李公让;韩来聚;李作会;周延军;刘振东
受保护的技术使用者：中石化石油工程技术服务有限公司;中石化胜利石油工程有限公司;中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院
技术研发日：2018.01.26
技术公布日：2019.08.02