[发明专利]一种仿生钻井液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及钻井液领域，具体公开了一种仿生钻井液以及所述仿生钻井液的制备方法。

背景技术

随着国家对油气资源需求的不断扩大，复杂地层条件下的深井、超深井和页岩气井数量的不断增加，钻井液的性能必须能够满足更加严苛的要求。其中，井壁稳定性问题一直是钻井过程中难以得到彻底解决的一个世界性难题，井壁失稳所导致的井塌、缩径卡钻、钻头泥包等井下复杂、事故每年给石油工业造成大量的经济损失。

为解决井壁稳定难题，目前国内外主要采用油基钻井液和高性能水基钻井液体系。油基钻井液尽管能够有效稳定井壁，但是却存在成本高、环境污染严重、固井质量差等问题。而对于高性能水基钻井液，目前的设计理念仅仅从“避免钻井液引起泥页岩黏土水化膨胀”方面入手，筛选或设计能够最大程度维持泥页岩有效应力的钻井液体系。然而，并没有一种水基钻井液体系能够完全抑制黏土的水化，因而无法有效解决井壁失稳难题，不能代替油基钻井液满足复杂地质条件和非常规油气藏钻探的需要。由于泥页岩井壁失稳是“力学-化学”耦合作用的结果，因此，必须从提高井壁泥页岩自身内聚力(即井壁强化)的角度出发，兼顾黏土化学抑制与泥页岩微孔隙封堵，才能真正有效的解决井壁失稳难题。由于常规钻井液体系难以实现随钻强化井壁的目的，因此，寻找一种能够通过“强化、封堵、抑制”的协同效应有效稳定井壁的钻井液体系是一个亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的上述缺陷而提供一种能够有效稳定井壁的仿生钻井液以及所述仿生钻井液的制备方法。

具体地，本发明提供了一种仿生钻井液，其中，所述仿生钻井液含有仿生固壁剂、仿生页岩抑制剂、降滤失剂和两亲性储层保护剂，所述降滤失剂至少含有纳晶纤维素；

所述仿生固壁剂含有作为主链的羧甲基壳聚糖和接枝在主链上的源自多巴胺的基团，所述源自多巴胺的基团如式(1)所示：

所述仿生页岩抑制剂由式(2)所示的结构单元和式(3)所示的结构单元构成：

式(2)所示的结构单元和式(3)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；

所述两亲性储层保护剂由式(4)、(5)、(6)和(7)所示的结构单元构成：

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和R^6'各自独立地为C₁-C₃的烷基；R⁷为取代的或未取代的C₁-C₆的亚烷基；M为氢或碱金属元素；R⁸和R^8'各自独立地为C₁-C₆的烷基、羟基取代的C₁-C₆的烷基、苯基或C₁-C₆烷基取代的苯基；式(4)所示的结构单元、式(5)所示的结构单元、式(6)所示的结构单元和式(7)所示的结构单元的摩尔比为1：0.4-2：0.5-1：0.1-0.5；所述两亲性储层保护剂的重均分子量为150000-350000g/mol。

此外，本发明提供的仿生钻井液的制备方法包括将所述仿生固壁剂、仿生页岩抑制剂、降滤失剂和两亲性储层保护剂以及任选的膨润土、pH值调节剂、流型调节剂、润滑剂、加重剂和水混合均匀。

本发明提供的仿生钻井液与井壁岩石接触后，其中的仿生固壁剂可以“定点”自发固化形成强度较高的粘附性凝胶“仿生壳”，从而提高近井壁岩石强度；仿生页岩抑制剂能够嵌入粘土层间域，通过与相邻粘土晶层的强氢键作用有效抑制泥页岩粘土的水化膨胀；纳晶纤维素降滤失剂能够有效封堵泥页岩纳微米级孔隙和微裂缝；两亲性储层保护剂能够在有效保护储层的同时起到泥页岩抑制的作用。此外，同时含有以上几种新型处理剂的仿生钻井液能够通过“强化、封堵、抑制”的协同耦合实现内外因的统一，从而有效解决井壁失稳问题。该仿生钻井液能够满足复杂地质条件和非常规油气藏钻井工程要求，从而有效维持井壁稳定，极大地减少钻井施工过程中为解决井塌、卡钻、泥包钻头等井下复杂、事故所造成的经济损失，极具工业应用前景。