[发明专利]钻井液的添加剂组合物和适合页岩气水平井的水基钻井液

说明书

技术领域

本发明涉及石油化工钻井领域，具体地，涉及钻井液的添加剂组合物和适合页岩气水平井的水基钻井液。

背景技术

随着能源消耗的日益增加，页岩气、页岩油等非常规能源的开发利用逐渐受到重视。我国已探明的页岩油气藏储量巨大，勘探开发价值高。目前开采页岩气主要采用长段水平井，多级分段压裂的方法，以提高单井产量，提升工业开采价值。由于页岩地层水敏性强、裂缝发育，钻井过程中容易出现垮塌、缩径等复杂情况，因此开采页岩气的钻井完井液面临的主要技术难题是长段水平井的井壁稳定问题。

当前页岩层水平井主要采用油基钻井液，可以较好地解决井壁稳定问题。但页岩气单井产出量普遍较低，油基泥浆的成本较高，降低了页岩气开采的工业价值，且油基钻井液存在环保性差、回收成本高、安全性差等问题。水基钻井液具有成本较低，相对更加环保，且易于发现油气储层等优点，但常见的水基钻井液体系井壁稳定性差，润滑防卡能力不足，限制了水基钻井液在页岩油气开发中的应用。

我国页岩气普遍埋藏较深，例如四川盆地下寒武统页岩气层埋深2000-3500米，地层压力大，且存在超高压油气层、盐水层和膏泥岩等复杂地层，当钻遇含气量较大且裂缝发育的页岩地层时，气体溢出量剧增可能会导致井喷、井涌等事故。提高钻井液密度可以有效平衡地层压力，提高井壁稳定性，防止复杂情况发生。

目前，适合页岩气开采的水基钻井液还不够完善，主要表现在如下几个方面。

(1)抗高温能力有待提高。随着井深的增加及井底温度的升高，对水基钻井液的抗温性要求也在逐渐提升。

(2)密度普遍不高。常规密度的水基钻井液已不能满足高压地层对钻井液的密度要求，而提高钻井液密度又会带来诸如流变性差的问题。

(3)抑制性不高。常规的水基钻井液已不能很好的抑制页岩的分散，从而会引起井壁失稳，同时增加抑制性又会带来诸如流变性和封堵性差的问题。

(4)封堵性不高。常规密度的水基钻井液已不能充分封堵页岩中的纳微米孔隙。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的水基钻井液存在的密度较低、抗温性较差、封堵性和抑制性较低的缺陷，提供了一种能够获得较高密度、较高抗温性能、较高封堵性和抑制性的钻井液的添加剂组合物和水基钻井液。

为了实现上述目的，本发明提供一种钻井液的添加剂组合物，该组合物含有纳米封堵剂、仿生固壁剂和仿生页岩抑制剂，

所述纳米封堵剂为改性的二氧化硅纳米颗粒，所述改性的二氧化硅纳米颗粒上的改性基团包括丙烯酸类共聚物链，所述丙烯酸类共聚物链中的结构单元由下式(1)所示结构的单体中的一种或多种以及式(2)所示结构的单体中的一种或多种提供；

其中，R¹选自-OH、C1-C10的烷氧基或-N(R³)R²，R²和R³各自独立地选自H、C1-C10的烷基和被取代基取代的C1-C10的烷基，所述取代基为-COOH、-OH、卤素和-SO₃H中的一种或多种；L为C0-C10的亚烷基；

所述仿生固壁剂为主链上接枝有源自多巴胺的基团的羧甲基壳聚糖，所述源自多巴胺的基团如式(I-1)所示：

所述仿生页岩抑制剂由式(3)所示的结构单元和式(4)所示的结构单元构成：

式(3)所示的结构单元和式(4)所示的结构单元的摩尔比为0.2-6：1，且所述仿生页岩抑制剂的重均分子量为800-4000g/mol。

本发明还提供了含有上述钻井液添加剂组合物的水基钻井液。

当水基钻井液中含有本发明的添加剂组合物时，能够获得较高抗温性能、较高封堵性和抑制性且环保的钻井液，特别是还能够使得所得钻井液获得较高密度，特别适用于页岩气开采。是一种适合页岩气水平井的水基钻井液。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是纳米封堵剂制备例1所得的改性的二氧化硅纳米颗粒的SEM图。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。