[发明专利]一种稳定泥页岩地层井壁的水基钻井液及其应用

说明书

本发明涉及泥页岩地层钻井技术领域，一种稳定泥页岩地层井壁的水基钻井液及其应用，所述水基钻井液含有防水剂、纳米膜结构封堵剂、表面水化抑制剂、甲酸钾、磺甲基酚醛树脂、磺化褐煤树脂、膨润土和水，其中，所述防水剂为N‑全氟烷基磺酰基丙基三乙氧硅烷，所述纳米膜结构封堵剂包括蒙脱土片层、式(1)所示的结构单元和式(2)所示的结构单元。将本发明的水基钻井液应用于泥页岩地层的钻井过程中，能够有效抑制泥页岩地层的水化膨胀与分散，有效封堵泥页岩地层，减缓岩石抗压强度降低，防止井壁坍塌、卡钻等，从而强化井壁稳定性并减少井下复杂情况。

技术领域

本发明涉及泥页岩地层钻井技术领域，具体地涉及一种稳定泥页岩地层井壁的水基钻井液及其应用。

背景技术

长期以来，泥页岩地层钻井过程中井壁垮塌现象严重，井下复杂状况频发，使得钻井周期长、效率低、成本高，成为了制约油田勘探开发的主要技术瓶颈之一。泥页岩地层钻井的主要难点在于水敏性强、微裂缝和裂缝发育、浸泡时间长等引发的井壁垮塌、漏失、托压及卡钻等问题，核心是泥页岩地层水平段井眼的井壁稳定问题，井壁失稳及其由它而引发的各种井下复杂问题成为实现油气田安全、高效开发的重大技术难题。

油基钻井液在泥页岩钻井过程中能够较好的防止井壁失稳，但其环境可接受性差，成本高。目前水基钻井液防止泥页岩水化膨胀的方法主要是加入胺基抑制剂、正电胶等，中和泥页岩表面的负电荷来达到抑制目的；或者通过改性纳米颗粒等材料，形成致密泥饼，降低钻井液滤失量，封堵泥页岩孔喉，减少滤液进入地层，一定程度稳定了泥页岩井壁。由于抑制或封堵能力不足，水基钻井液钻泥页岩过程中由井壁岩石水化、岩石强度降低引发的井壁失稳仍然严重，高效稳定泥页岩井壁的水基钻井液技术是目前的研究趋势。

因此，对能够有效稳定泥页岩地层井壁的水基钻井液研究具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的水基钻井液在泥页岩钻井中的上述缺陷，提供了一种水基钻井液及其制备方法和应用。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种水基钻井液，该水基钻井液含有防水剂、纳米膜结构封堵剂、表面水化抑制剂、甲酸钾、磺甲基酚醛树脂、磺化褐煤树脂、膨润土和水，其中，所述防水剂为N-全氟烷基磺酰基丙基三乙氧硅烷，所述纳米膜结构封堵剂包括蒙脱土片层、式(1)所示的结构单元和式(2)所示的结构单元，

式(1)：式(2)：

其中，R₁，R₂，R₃，R₄和R₅各自独立地为氢、C₁-C₄的烷基或C₁-C₄的烷氧基，R₆为C₁-C₆的亚烷基，R₇为H或Na。

第二方面，本发明提供了本发明所述水基钻井液的制备方法，该方法包括将防水剂、纳米膜结构封堵剂、表面水化抑制剂、甲酸钾、磺甲基酚醛树脂、磺化褐煤树脂、膨润土和水混合。

第三方面，本发明提供了本发明所述水基钻井液在稳定泥页岩地层井壁中的应用。

在本发明所述的水基钻井液中，通过引入四种核心处理剂材料，即纳米膜结构封堵剂、防水剂、表面水化抑制剂、甲酸钾，使得该水基钻井液能够有效阻止或抑制水进入泥页岩地层，抑制地层岩石水化，减缓地层岩石抗压强度降低，有效保持泥页岩地层井壁稳定。同时，将本发明的水基钻井液应用于泥页岩地层钻井中时，能够表现出较好的抑制性能、流变性能、防塌性能。