[发明专利]一种生物改性硅酸盐钻井液体系

说明书

技术领域

本发明涉及一种环保防塌的水基生物改性硅酸盐钻井液体系。

背景技术

近年来国外学者提出并开发出超低渗透钻井液体系。其主要工作原理为：利用特殊聚合物在井壁岩石表面浓集形成胶束或胶粒的界面吸力及其可变形性，来封堵井壁岩石表面较大范围的孔喉，形成致密超低渗透封堵层，有效封堵不同渗透性地层和微裂缝泥页岩地层，并在井壁外围形成保护层，使钻井液及其滤液完全隔离，不会渗透到地层中，实现零滤失钻井。

对于地质构造异常复杂，断层多、地层破碎、微裂缝、微层理发育、水敏性极强的泥页岩地层，在钻井过程中，井下情况复杂且事故多，极易发生井壁坍塌、漏失，甚至卡钻等恶性事故。这不仅严重影响了油田的钻探速度，还造成巨大的经济损失。加强钻井液的封堵和抑制能力是钻井液的关键技术之一，新概念无渗透处理剂是基于物理化学及胶体化学的综合运用，利用其在井壁附近形成可变形的团或胶束，形成屏蔽层，大大增强地层承压能力和封堵能力，有效封堵特殊地层，从而限制了体系对地层的滤液渗透及固相侵入，实现井壁稳定，从封堵的角度来解决硬脆性泥页岩的垮塌难题。

目前国内外对水基钻井液中“半透膜”特性的研究可以认为是提高井壁稳定的一种新的机理探讨和测试手段，具有“半透膜”机理的钻井液体系具有良好的抑制性，可有效控制孔隙压力的扩散和传递，实现井壁稳定，抑制泥页岩的垮塌。  研究认为“半透膜”作用是一种物理现象，根据杜南(Donnan)的平衡理论：当一个容器中有一个半透膜，膜的一边为胶体溶液，另一边为电解质溶液时，电解质的离子能够自由地透过此膜，而胶粒不能。则在达到平衡后，离子在膜的两边的分布将是不均等的，这个体系即称作杜南体系(Donnan System)，膜两边称作两个“相”。当乳化水滴与页岩接触，其所形成的薄膜就相当于一个半透膜，当页岩中水的化学位小于钻井液中水的化学位时，水就会从钻井液向岩屑中运移。反之若钻井液中水相的化学位小于岩层中的化学位，则水的运移方向相反。同时指出泥页岩的孔隙非常小，低渗透率极低，是一个非理想性的渗透膜。因而一般的水基泥浆在泥页岩地层上不能形成泥饼，这样水扩散进入岩石，这时井壁周围的孔隙压力会随时间变化而逐渐增高，从而导致井壁压力的失衡，造成泥页岩的垮塌。人们目前研究的重点就是怎样利用物理和化学的方法来建立起泥页岩的“半透膜”，并改善和增强其“理想性”，使之接近或等于在油基钻井液中的半透膜作用。

国内许多研究机构也对MEG(甲基葡萄糖甙)、硅酸盐的半透膜效应进行了探索和研究，取得了许多成果，认为MEG(甲基葡萄糖甙)是一种的低分子量增粘剂，在一定浓度下可提高泥浆滤液粘度，降低泥页岩中水的流动，在泥页岩周围形成半透膜效应，增强泥页岩的膜效率，降低水的活性，使页岩脱水，因此被推荐为钻屑及井壁稳定剂。而可溶的硅酸盐浸入页岩并迅速与页岩微孔隙流体内的多价离子(Ca²⁺，Mg²⁺)反应形成不可溶的沉淀物，形成一层屏障或膜来控制地层中水的运移，通过封堵裂缝和高渗透泥页岩的孔隙，有效的控制井壁周围孔隙压力的扩散和传递，实现井壁稳定，抑制泥页岩的垮塌。

针对地层微裂隙发育和泥页岩的强水敏特性，运用先进的半透膜理念，以MEG(甲基葡萄糖甙)对硅酸盐改性形成新的钻井液体系，来保证井壁稳定，抑制泥页岩的垮塌。

发明内容

本发明的目的是提出一种环保防塌的水基生物改性硅酸盐钻井液体系，其综合性能可与油基钻井液相比拟，而封堵能力大大优于油基钻井液。

该生物改性硅酸盐钻井液体系的主要创新点在于：

该体系是一种环保防塌的水基生物改性硅酸盐钻井液体系体系，其综合性能可与油基钻井液相比拟，而封堵能力大大优于油基钻井液。

本发明所述的水基生物改性硅酸盐钻井液体系由以下组分构成，所述各组分含量以每立方米该钻井液体系含各组分的重量计算，具体组成如下：

20～40kg淡水或海水浆，1～2kg黄原胶，5～8kg低粘聚阴离子纤维素，30～50kg磺化酚醛树脂，50～70kg甲基葡萄糖甙，10～20kg无渗透处理剂，20～40kg羟基成膜剂，20～40kg低荧光沥青，10～30kg极压润滑剂，30～50kg硅酸钠，30～70kg氯化钾，其余组分为淡水或海水。