[发明专利]一种钻井液组合物和钻井液及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种含有深部抑制剂的钻井液组合物，通过钻井液组合物制备得到的钻井液及其应用。

背景技术

由于煤层多存在分布薄、散、广、均等特征，致使钻井过程中常常发生井壁坍塌现象，起钻时不断需要进行倒划眼，并且在下套管作业时也会发生阻卡现象，导致电测作业常因煤层垮塌沉砂过多而难以下到底部。例如在我国东海陆架的煤层自上而下分别在龙井组、花港组以及平湖组都有多段薄的煤层出现，尤其是平湖组薄煤层分布最多。这说明随着深度的增加，纯煤层增多增厚，节理发育明显，且煤层与砂岩、泥页岩以不等厚互层的形式广泛存在于龙井组、花港组和平湖组中。

煤岩节理发育是区别于砂岩、泥岩的本质特征。因此对砂岩泥岩地层钻井十分有效的技术，就不一定对煤层完全适用。然而单纯提高钻井液密度，不仅会使滤失量增加导致井漏，还会使得滤液侵入范围扩大，甚至形成新的裂缝，裂缝延伸，使得破碎地层更加不稳定。破碎煤岩体对钻井时的机械力十分敏感，压力波动、水力冲击震动、钻柱的机械碰撞等都可能诱发或加剧煤岩的坍塌。另外，个别井段的煤岩样为鳞片状，其性质近似于未固结的岩层，更加难以胶结。

煤岩多与泥页岩互层，泥页岩层和煤层所夹的泥页岩夹层对煤岩的坍塌影响非常大。煤层下的泥岩坍塌后，煤层因失去支撑而垮塌；同样，煤层的坍塌也会促使上部泥页岩坍塌，形成恶性循环。由于泥岩常具有较强的水化分散性和水化膨胀性，水化后强度降低，泥岩夹层的失稳使煤层失去稳定的坚固的格档而失稳，并且泥岩水化产生的膨胀压必然对相邻煤层产生推挤作用，从而增大井壁煤岩的应力，使本来就破碎的煤岩剥落、掉块甚至垮塌。因此，泥岩层的稳定有利于煤层的稳定，考虑煤岩稳定时应同时考虑稳定泥页岩夹层。

微观范围内，煤孔隙和裂缝中多含膨胀性粘土矿物，有的充填在孔隙中，有的充填在内生裂隙和构造裂隙中，其成分与夹层相似，都含有膨胀性粘土矿物。然而，外来非抑制工作液的侵入，也会使这些粘土水化、分散、产生的内张力，从而导致内部的煤碎裂体破坏整个煤体的完整性，致使煤体彻底崩解。进一步地，通常钻井液可以与粘土发生阳离子交换，如钻井液中的Na离子与泥页岩和煤岩的K离子和Ca离子进行交换，也会使得粘土水化加剧，促使煤岩解体。

然而，对于煤层井壁稳定常规方法是采用封堵材料封堵煤层裂隙，该方法忽略了煤层具有的膨胀性，没有考虑对其深部和围岩粘土矿物的抑制作用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的稳定井壁所采用的封堵材料所存在的缺陷，提供了一种含有能够抑制粘土矿物水化从而阻止煤层膨胀的深部抑制剂的钻井液组合物，以及通过钻井液组合物制备得到的钻井液及其应用。

本发明的发明人经过深入研究发现，通过在本发明的钻井液组合物中含有本发明所述的深部抑制剂，由此，在将所述钻井液组合物制备成钻井液时，所述深部抑制剂所含有的胺基在水中带正电荷易于吸附到带负电的粘土颗粒上，从而可以进入粘土晶层中，并压缩粘土颗粒的扩散双电层，阻止粘土的渗透水化，并且吸附到粘土晶层中的所述深部抑制剂所含有的Si-OH便可以与粘土晶层间的Si-OH缩聚成Si-O-Si键，形成牢固的化学吸附，从而在粘土晶层表面上形成一层烷基朝外的Si-R吸附层，使粘土晶层内部产生润湿反转，阻止和减缓了粘土晶层内部的水化作用，抑制煤层内部和外部的粘土矿物水化。由此而完成了本发明。

本发明提供了一种钻井液组合物，其中，该组合物含有膨润土、包被剂、降滤失剂、润滑剂以及深部抑制剂，该深部抑制剂为式（Ⅰ）所示的化合物中的一种或多种，

其中，R₁、R₂和R₃各自独立地为氢原子、羟基、卤素原子、碳原子数为1-5的烷基、碳原子数为1-5的羟烷基、碳原子数为1-5的卤代烷基或碳原子数为1-5的烷氧基，且R₁、R₂和R₃中的至少一个为羟基；R₄为氢原子、羟基、取代或未取代的苯基、碳原子数为7-12的烷基苯、碳原子数为1-5的烷基、碳原子数为1-5的羟烷基、碳原子数为1-5的卤代烷基、碳原子数为1-5的烷氧基、-(CH₂)n-NH₂、-(CH₂CH₂-NH)_mH，其中n为1或3-8的整数，m为1-5的整数；k为1-5的整数。

本发明还提供了一种由上述钻井液组合物和水混合而得的钻井液。

本发明还提供了上述钻井液在钻井中的应用。