[发明专利]使用纳米二氧化硅改善不同温度下水基钻井液性能的方法

说明书

技术领域

本发明属于油气钻井领域，尤其涉及一种使用纳米二氧化硅改善不同温度下水基钻井液性能的方法。

背景技术

油气钻井过程中泥页岩地层井壁失稳的主要原因是泥页岩吸水后发生膨胀和掉块。每年，井壁失稳给世界石油工业造成的损失保守估计为5亿美元。

但钻井液中的流体侵入泥页岩后，钻井液所形成的液柱压力便传递到泥页岩的孔隙中，这会削弱钻井液对井壁的支撑作用，引起泥页岩破坏和井壁失稳。通常认为活度平衡的油基钻井液可以解决泥页岩井壁失稳问题，这是因为油和泥页岩之间没有相互作用，自然就不会引起井壁失稳。但是，如果水基钻井液中的流体侵入泥页岩的程度可以被最小化，那么它相比油基钻井液将会是更好的选择，因为它对环境破坏相对小，成本更低。

但是，泥页岩纳米级的孔隙却使得传统的钻井液降滤失剂无法在其表面架桥并形成泥饼。据研究发现：加拿大博福特-麦肯齐盆地页岩气储层纳米级孔隙孔径范围为7～45nm、斯科舍盆地页岩气储层纳米级孔隙孔径范围为8～17nm、美国阿帕拉契亚盆地页岩气储层纳米级孔隙孔径范围为7～24nm，阿拉达科盆地页岩气储层纳米级孔隙孔径范围为20～160nm、沃斯堡盆地页岩气储层纳米级孔隙孔径范围为5～100nm，统计发现：北美地区页岩气储层纳米级孔隙孔径主体为8～100nm；而中国页岩气储层纳米级孔隙孔径范围为5～300nm，主体为80～200nm。

因此，如何寻找合适的架桥材料成为本领域亟待解决的难题。同时，该材料在降低泥页岩渗透率并有效减缓水侵入泥页岩的同时，也必须同时满足下面的条件：即与基浆配伍性好，且能改善基浆在不同温度条件下的性能参数如塑性粘度、动切力和滤失量等。

发明内容

本发明的目的在于提供使用纳米二氧化硅改善不同温度下水基钻井液性能的方法，纳米二氧化硅材料在降低泥页岩渗透率并有效减缓水侵入泥页岩的同时，能改善在不同温度条件下的水基钻井液的性能参数（如塑性粘度、动切力、滤失量）。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：

使用纳米二氧化硅改善不同温度下水基钻井液性能的方法，其特征在于，在基浆中加入纳米二氧化硅分散液，所述纳米二氧化硅分散液中的纳米二氧化硅颗粒的质量占所述基浆和所述纳米二氧化硅分散液质量总和的5%～10%。

上述方案中，所述纳米二氧化硅分散液是将纳米二氧化硅颗粒分散于水得到的透明或乳白色的分散液，其密度为1.20～1.21克/立方厘米、pH值9～11，纳米二氧化硅的平均粒径为10～20纳米、纳米二氧化硅质量浓度为30%。

上述方案中，所述温度为室温～160℃。

上述方案中，所述基浆为淡水基浆或膨润土基浆。

上述方案中，所述淡水基浆由水、钠膨润土（后面简称钠土）、钙膨润土（后面简称钙土）、木质素磺酸钠（后面简称木钠）、及褐煤树脂（SPNH）组成。

上述方案中，以每100毫升水为基准，钠膨润土为6.43克、钙膨润土为2.86克、木质素磺酸钠为0.86克、褐煤树脂为0.86克。

上述方案中，所述膨润土基浆由水和钠膨润土组成。

上述方案中，以每100毫升水为基准，钠膨润土为8.57克。

上述方案中，还包括根据基浆动切力变化情况在基浆中加入聚合物型降粘剂的步骤。

上述方案中，所述降粘剂为两性离子聚合物XY-27或XY-28。

本发明的有益效果是：

1. 纳米二氧化硅材料因为其纳米级粒径关系，可以进入泥页岩地层的微小孔隙和裂缝之中，从而提高水基钻井液的封堵效果，减缓钻井液向地层的渗透及地层吸水后膨胀、掉块的趋势，提高井壁稳定性；

2. 纳米二氧化硅可以通过增加体系的负电荷水平来增强淡水基浆和膨润土基浆的稳定性；

3. 纳米二氧化硅可能会对基浆的动切力会有一定程度的增加；如加入适量聚合物型降粘剂如XY-27，可适当深井钻进的要求；

4. 纳米二氧化硅能使基浆形成更加薄而致密的泥饼，降滤失效果明显。从滤失量角度来看，加入纳米二氧化硅后的基浆的抗温能力从100℃～120℃左右提高到160℃，故纳米二氧化硅可作为一种抗高温降滤失剂来使用。

附图说明

图1给出了纳米二氧化硅分散液NP-A中纳米二氧化硅的TEM图像。

图2给出了纳米二氧化硅NP-A对淡水基浆电位的影响规律。

图3给出了5%纳米二氧化硅NP-A对淡水基浆塑性粘度的影响规律。

图4给出了5%纳米二氧化硅NP-A对淡水基浆动切力的影响规律。