[发明专利]一种钻井液减轻剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于钻井液材料领域，尤其涉及一种可降低钻井液密度的微米级空心球体材料(钻井液减轻剂)及其制备方法。

背景技术

随着中国经济持续发展，国内油气产量难以满足实际需求，对进口油气的依赖日益严重，在国际油价长期居高不下的形势下，各石油公司加大了油气资源的勘探与开发力度，一些存在裂缝、溶蚀空洞和张开孔隙、低压低渗透油藏相继投入开发；另一方面，经过几十年的开采，国内不少油田开发都进入中后期，许多高产油田地层压力也逐渐降低，如中国石化东北松南地区营城子组地层压力为0.77～0.98g/cm³，鄂尔多斯大牛地气田，地层压力小于0.98g/cm³。此类油藏的勘探开发难度大，对钻井液技术有特殊要求，若钻井液密度过高，将导致钻井液漏失和油气层污染，为避免漏失和污染，通常要求钻井液密度低于1.0g/cm³(低密度钻井液)。传统的低密度钻井液技术主要有气体、充气、泡沫、油包水乳液等，但这些方式存在井壁失稳、脉冲信号衰减、常规MWD应用困难、环境污染严重、泵吸困难、钻具腐蚀严重、设备系统复杂、投资和生产成本高等问题，而且钻井液本身性能调控难度大、流变性和水力学计算复杂、井眼净化效果不稳定等现实问题难以解决。在欠平衡井钻井、大位移井钻井和水平井钻井中这些问题尤为突出。

为解决上述问题，有必要开发出新的低密度钻井液技术。经大量研究，人们发现，使用空心微球材料作为减轻剂制备低密度钻井液是一种具有发展前景的新技术，它既能实现降低钻井液密度之目的，又可避免传统低密度钻井液技术存在的种种问题。空心微球根据其壳层材料属性不同，可分为无机空心微球和有机空心微球两大类。无机空心微球主要由氧化铝、氧化钛或硅酸盐等金属或非金属的氧化物组成，其特点是强度高、耐温、耐压、耐酸、耐碱、耐油，但其刚性大，受到强烈剪切、冲击或研磨时易发生破碎；有机空心微球主要由聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚碳酸酯、酚醛树脂等有机聚合物组成，其特点是韧性及弹性好、抗研磨、抗冲击、不易发生破碎，但耐温、耐压等性能不及无机空心微球。空心微球材料在隔音隔热轻质填料、化妆品、涂料、药物缓释、传感器等领域已得到广泛应用，而在石油钻井和完井领域的应用相对较少，原因之一是石油钻井领域的应用环境苛刻，井眼内部通常温度高(≥90℃)、压力大(≥25MPa)，同时还伴随强烈的剪切、冲击和研磨。常规的空心微球材料难以满足此类环境的应用要求。20世纪60年代，前苏联首次曾尝试向钻井液中加入空心玻璃微球以制备低密度钻井液；20世纪90年代，美国能源部和国外某些石油公司也研究使用空心玻璃微球和其他密度减轻材料配制低密度钻井液和低密度水泥浆，并进行了现场应用。近年来，空心玻璃微球低密度水基或油基钻井液已经在美国、俄罗斯、中国的多口低压油气井以及欠平衡井钻井中推广应用，展现出了良好的应用潜力。(石油钻探技术，2006年第34卷第4期第41-44页；钻井液与完井液，2007年第24卷第1期第26-27页)但在实际应用过程中，空心玻璃微球在钻井液动态循环过程中发生破碎而导致钻井液密度难以控制、材料消耗量大，成本过高等问题仍未得到较好地解决。为解决上述问题，需要研制耐温、耐压及抗研磨性能优于现有玻璃空心微球产品的新型空心微球材料作为新一代钻井液减轻剂。

发明内容

鉴于上述现有技术状况，为克服其中存在的缺点，本发明提供了一种钻井液减轻剂，包括：

a)空心微球；

b)包覆于空心微球表面的聚合物层；

其中，所述钻井液减轻剂的粒径≤100μm，密度为0.3至0.65g/cm³，能够耐90℃以上的温度，耐40MPa以上的压力；

所述空心微球占钻井液减轻剂总重量的百分比为20-70％；

所述包覆于空心微球表面的聚合物层占钻井液减轻剂总重量的百分比为30-80％。

a)中所述空心微球选自无机空心微球。根据权利要求1或2所述的钻井液减轻剂，其特征在于，所述无机空心微球的粒径≤90μm，密度≤0.5g/cm³，能够耐90℃以上的温度，耐28MPa以上的压力。

所述无机空心微球为玻璃空心微球。

b)中所述包覆于空心固体表面的聚合物层选自聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯和苯乙烯-丙烯腈-丁二烯共聚物中的一种或者几种。