镶嵌屏蔽钻井液

摘要

本发明涉及一种镶嵌屏蔽钻井液，包括以下重量含量的组分：0.2%-8.5%镶嵌屏蔽剂，0-5%增粘剂，0-8%加重剂，余量为基础液，镶嵌屏蔽剂通过将单体、引发剂、分散剂、刚性内核等加入到水中，搅拌均匀，并升温至反应，烘干制得。该钻井液由于使用镶嵌屏蔽剂，起到单向封堵的作用，且其弹性可变性特征可使其对入口为不同形状的孔隙均具有良好的适应性，不影响油井产能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种镶嵌屏蔽钻井液，以及该镶嵌屏蔽钻井液的制备方法和使 用方法。

背景技术

随着世界油气需求的持续增长，采用保护储层钻井液技术勘探开发复杂油 气藏的力度逐年加大。研制低伤害钻井完井液，最大限度地减轻钻井过程中造 成的储层损害，是取得复杂油气藏钻探成果的关键。

为了有效阻止钻井液侵入储层，现有技术中已有常规屏蔽暂堵技术、广谱 屏蔽暂堵技术和理想充填屏蔽暂堵技术等。这些屏蔽暂堵技术要求暂堵剂粒子 尺寸小于孔隙或裂缝尺寸，且按一定规则与储层孔喉尺寸严格匹配，因此准确 获取储层孔隙尺寸及分布状况是成功实施屏蔽暂堵技术的前提和关键所在。但 是，由于受储层岩石非均质性的限制，往往很难准确获取施工井的孔隙尺寸数 据，常常导致屏蔽暂堵效果不理想，有时甚至会加大对油气层的损害，且屏蔽 暂堵后往往需要后续的解堵作业，增加了生产成本，现有技术的钻井液作用机 理可参见图1。

对于理想的钻井液，投资方最需要的是：在井筒内储层污染最小，或接近 无污染（30mm），产量高；储层固井质量全部合格（95～100%）；寿命长，避 免窜层、套损、或导致侧钻；在地面上循环浆、坑浆可全部回收重复使用，以 达到环保要求。而钻井工程方最需要的是：在井筒内高渗透砂岩井段不要粘卡、 失浆过大；泥页岩井段不要坍塌掉块、造浆、泥包钻头；斜井段要低滤失、润 滑、破坏砂床、低摩阻；井壁稳定、扩大率小且分布窄；钻屑状态保持率高； 在地面上钻屑易于一次性脱除；循环浆、坑浆全部可回收重复使用。技术的关 键在于，在复杂的地质条件下，在不能用膨润土的环境中，实现不用膨润土的 安全高效钻井。

发明内容

为了克服上述缺陷并达到各方面的期望，本发明提供一种镶嵌屏蔽钻井 液。进一步地，本发明还提供一种镶嵌屏蔽钻井液的制备方法和使用方法。

本发明人经过锐意研究得到一种包含镶嵌屏蔽剂的钻井液。由于镶嵌屏蔽 剂具有弹性可变性和直径大于储层孔隙直径的特点，在压差的作用下，镶嵌屏 蔽剂颗粒部分镶嵌入孔隙入口处，将孔隙封堵住，其余部分仍在孔隙外面，起 到单向封堵的作用。同时，此封堵材料的弹性可变性特征可使其对入口为不同 形状的孔隙均具有良好的适应性，克服了刚性颗粒因不能变形而适应性差的缺 点。其作用机理可参见图2。

根据本发明提供的镶嵌屏蔽钻井液包括以下重量含量的组分：

镶嵌屏蔽剂，  0.2%-8.5%，

增粘剂，      0-5%，

加重剂，      0-8%

余量为基础液，

其中，所述重量含量是指所述组分基于镶嵌屏蔽钻井液总重量的重量百分 比。

在本发明提供的镶嵌屏蔽钻井液中，基于钻井液总重量而言，镶嵌屏蔽剂 含量为0.2%-8.5%，优选2%-5%。当镶嵌屏蔽剂含量在此范围内时，所得钻井液 能够有效镶嵌封堵钻井周围的空隙，防止钻井液渗透侵入储层。如果镶嵌屏蔽 剂含量低于0.2%，由于其用量过低导致镶嵌屏蔽不足，钻井液可能会渗透侵入 储层。另一方面，如果镶嵌屏蔽剂含量高于8.5%，不仅由于其用量过高导致成 本增加，而且由于用量过剩导致镶嵌屏蔽剂颗粒留存于钻井液中，影响钻井液 的性能。

在本发明中，所用镶嵌屏蔽剂通过以下方法制备：

将100重量份份刚性无机内核、500-2600重量份单体、50-300重量份引发 剂和30-300重量份分散剂等加入到水中，升温至60℃-90℃，反应完成后形成长 链聚合物，烘干得到镶嵌屏蔽剂。

其中，所述刚性无机内核选自石英砂或硅酸盐矿物。

所述单体为丙烯酰胺。

所述引发剂选自：酰类过氧化物如过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰等，或者 酯类过氧化物如过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化叔戊酸叔丁基酯；可以使用其中 的任意一种，或者两种或两种以上的任意组合物。

所述分散剂选自三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇或古尔胶等。 可以使用其中的任意一种，或者两种或两种以上的任意组合物。

在根据本发明提供的镶嵌屏蔽剂中，作为单体，也可以使用丙烯酰胺与其 他单体的组合物，不过并不优选。

通常，根据本发明提供的镶嵌屏蔽剂平均粒径为4～400μm，优选平均粒 径在50μm左右。实践中，镶嵌屏蔽剂的粒径可根据生产需要进行调整。

根据本发明提供的镶嵌屏蔽剂是网状凝胶，外形尺寸达到4～400μm，可 以在钻屑表面发生多点吸附，并抑制分散。网状凝胶覆盖钻屑表面，造成钻屑 与自由水的隔离，产生抑制分散。镶嵌屏蔽体系对泥页岩具有很强的抑制、包 被、防止坍塌作用。

根据本发明提供的镶嵌屏蔽剂具有以下优点：①良好的弹性和一定的可变 形性，在压差作用下会发生弹性变形，以适应不同形状和尺寸的孔喉，对较宽 尺寸的孔喉产生良好的封堵作用，减少钻井液滤失量；②抑制粘土的水化分散， 具有良好的防塌作用，油层保护效果良好；③与钻井液和其它处理剂的配伍性 好，不起泡；④无毒、有利于环境保护。

根据本发明提供的镶嵌屏蔽剂具有增粘、降滤失、防塌及保护油层等多项 作用，具有一剂多用的特点，本发明人推测其作用机理如下所述，不过下述机 理仅是对本发明的可能性解释，本发明并不限于此。

1、增粘切机理

（1）吸附水作用

镶嵌屏蔽剂有适量的由丙烯酰胺单体聚合形成的吸附基团，可以吸附一定 数量的水分子，使钻井液中部分自由水变为吸附水，导致钻井液粘度增加。

（2）形成网架结构

通过合理的分子结构设计，镶嵌屏蔽剂分子自身可以相互连接，形成具有 一定强度的网架结构，增加钻井液的粘度和切力。

2、降滤失机理

（1）强封堵作用

镶嵌屏蔽剂分子与水接触后，具有内刚外柔的特点，其内部为强度极高的 刚性颗粒，外部为具有较强弹性和可变形性柔性体，此特点使其对不同形状的 孔隙和裂缝具有较好的适应性。在压差作用下，镶嵌屏蔽剂颗粒被挤入孔隙或 裂缝，依靠其外部柔性部分产生很大的摩擦力，当多个颗粒同时进入孔隙或裂 缝后，其摩擦力叠加将大于生产压差，从而将孔隙或裂缝完全封堵，有效降低 钻井液滤失量。

（2）增粘作用

通过镶嵌屏蔽剂增加钻井液粘度和切力，增加滤液流动阻力，降低滤失量。

3、防塌机理

（1）强封堵作用

镶嵌屏蔽剂分子与水接触后，具有内刚外柔的特点，其内部为强度极高的 刚性颗粒，外部为具有较强弹性和可变形性柔性体，此特点使其对不同形状的 孔隙和裂缝具有较好的适应性。在压差作用下，镶嵌屏蔽剂颗粒被挤入孔隙或 裂缝，依靠其外部柔性部分产生很大的摩擦力，当多个颗粒同时进入孔隙或裂 缝后，其摩擦力叠加将大于生产压差，从而将孔隙或裂缝完全封堵。

（2）强抑制作用

镶嵌屏蔽剂分子带有一定数量的正电荷，可通过静电吸引吸附到钻屑表 面，部分中和粘土的负电荷，同时在钻屑表面形成吸附层，减少钻屑与水的接 触，有效抑制粘土的水化膨胀与分散。

4、保护油气层机理

（1）强封堵作用

镶嵌屏蔽剂分子与水接触后，具有内刚外柔的特点，其内部为强度极高的 刚性颗粒，外部为具有较强弹性和可变形性柔性体，此特点使其对不同形状的 孔隙和裂缝具有较好的适应性。在压差作用下，镶嵌屏蔽剂颗粒被挤入孔隙或 裂缝，依靠其外部柔性部分产生很大的摩擦力，当多个颗粒同时进入孔隙或裂 缝后，其摩擦力叠加将大于生产压差，从而将孔隙或裂缝完全封堵。

（2）封堵层易返排

（3）强抑制作用

镶嵌屏蔽剂分子带有一定数量的正电荷，可通过静电吸引吸附到钻屑表 面，部分中和粘土的负电荷，同时在钻屑表面形成吸附层，减少钻屑与水的接 触，有效抑制粘土的水化膨胀与分散。

在本发明提供的镶嵌屏蔽钻井液中，可以根据需要包含增粘剂和加重剂。 其中，增粘剂的作用在于增加钻井液粘度，加重剂的作用在于增加钻井液密度， 从而适用不同地层需要。

在本发明提供的镶嵌屏蔽钻井液中，对于增粘剂没有特殊限制，可以使用 本领域常用的增粘剂，如酚醛树脂类有机高分子聚合物等。其含量可以根据实 际需要选择，例如0-5%，更优选1%-5%，所述含量是指基于钻井液总重量的重 量百分含量。

在本发明提供的镶嵌屏蔽钻井液中，对于加重剂没有特殊限制，可以使用 本领域常用的加重剂，如可溶性盐类，包括无机盐和有机盐，例如NH₄Cl、KCl、 KHCO₃、NaCl、MgCl₂、CaCl₂、ZnCl₂、ZnBr₂等，更优选NH₄Cl、KCl、KHCO₃。 可以使用其中的任一种，或者组合使用其中的两种或多种。

在使用加重剂时，主要依据如下：

密度选择原则：为地层压力系数或地层坍塌压力的1.05～1.10倍。

比重调整速度：常规，△d≤0.02/一周；有溢出时，配合镶嵌屏蔽剂，△ d=0.02～0.10/一周。

在一个优选实施方式中，使用加重剂种类的依据如下：

A、d≤1.15时，选用NH₄Cl加重或采用卤水。

B、d=1.15～1.20时，选用KCl或NaCl加重或采用卤水。

C、d=1.20～1.35时，选用KHCO₃、MgCl₂或CaCl₂加重。

D、d=1.35～1.48时，选用KHCO₃、CaCl₂加重。

E、d=1.48～1.75时，选用KHCO₃、MgCl₂或CaCl₂加重至饱和后，再用 ZnCl₂继续加重。

F、d=1.75～2.0时，选用ZnBr₂加重。

在本文中所用符号△d表示密度变化；

在本文中所用符号d表示密度。

在本发明提供的镶嵌屏蔽钻井液中，作为基础液，没有特别限制，可以使 用淡水、盐水或海水、或本区回流污水。

所述“本区回流污水”是指在钻井施工现场形成的污水。由于钻井施工现 场往往非常偏僻，用水来源紧张，难以供应清洁水源，使用本区回流污水不仅 能解决水源供应困难的问题，而且采用本区回流污水完全能确保本发明的镶嵌 屏蔽钻井液的性能。

对于本发明提供的镶嵌屏蔽钻井液，还可以根据需要包含本领域常用的一 种或多种其他助剂，如润滑剂、堵漏剂等。本领域技术人员可以根据需要选择 它们的用量，这在本领域技术人员的能力范围内。

作为助剂，特别提及润滑剂。当钻井液本身具有润滑作用时，钻井液的润 滑性不仅可减少钻具的磨损，而且对提高钻速有重要影响。本发明采用的润滑 剂可以是固体润滑剂或液体润滑剂，固体润滑剂主要是细小的固体颗粒，例如 石墨PP、玻璃小球、树脂小球等等，其可有效降低摩擦阻力。液体润滑剂主要 是油，包括植物油和矿物油，如24#白油，也可以是油和表面活性剂一起配成的 乳液。添加润滑剂后，滤饼表面黏附系数降低，其可降低摩擦阻力和粘附摩擦 阻力。

本发明的镶嵌屏蔽钻井液可以根据现有技术中记载的各种方法进行调整， 以适应不同情况或不同需要。

例如，控制体系pH值可以加入NaOH可改善体系的性能：滤失量降低；切 力上升；流型剪切稀释、亮滑。

通过将各种组分混合，即可得到本发明的钻井液。作为混合方式，没有特 别限制，可以使用常规的混合方法，如机械搅拌混合、磁力搅拌混合等。

本发明的镶嵌屏蔽钻井液是一种新型的钻井液体系，具有如下优点：

（1）组成简单

由水、镶嵌屏蔽剂和可溶性盐类组成，脱离了粘土分散体系理论，由镶嵌 屏蔽剂提供所需要的各种钻井液性能，由可溶性盐提高密度，成分简单，维护 方便。

（2）钻井速度快

镶嵌屏蔽钻井液体系可以不添加粘土和固体加重剂，抑制性好，粘土在其 中基本不分散，固相含量低、亚微米颗粒数量少。钻井液体系内的固相是钻进 过程中产生的钻屑，通过使用合理的固控设备，固相含量一般控制在5%以内， 而密度为1.2g/cm³的常规钻井液固相含量在15%左右，密度越高固相含量随之增 加。镶嵌屏蔽钻井液的固相含量低和亚微米颗粒数量少的特点，使其机械钻速 大大提高，经实验同等条件下可使钻速提高2-4倍。

（3）有利于保护油气层

镶嵌屏蔽剂的特殊作用，在侵入地层3-5mm后即可形成屏蔽膜，钻井液不 能更深地侵入地层，很好地保护了油气层。室内检测由于滤纸太薄，该体系的 滤失量在5～10ml之间，而在现场由于地层和岩石可以作为屏蔽剂的骨架，形成 屏蔽体，钻井液在现场的滤失更低，一般低于5ml。且该钻井液抑制性很好，能 有效抑制粘土的水化膨胀、分散，避免油层发生水敏性损害。

在土库曼斯坦、长庆油田、中海油服的应用表明，镶嵌屏蔽钻井液配置好 以后，循环罐里面的钻井液基本上没有变化，很少添加钻井液。该体系基本上 属于无滤失体系，很好地保护了油气层。

（4）有利于井壁稳定

镶嵌屏蔽钻井液稳定井壁机理如下：

①封堵能力强：镶嵌屏蔽钻井液有效地封堵地层孔隙和裂缝，阻止钻井液 侵入地层，防止地层岩石强度降低。

②抑制能力强：通过镶嵌屏蔽剂的作用，能有效防止粘土的水化膨胀、分 散，从而避免了由于粘土膨胀造成的井壁坍塌、缩径，减少了井下事故的发生。 在已经施工的井中没有出现一次卡钻事故。

③阻止压力传递：通过其强封堵作用，有效降低地层流体和钻井液之间的 压力传递，使钻井液对井壁岩石始终产生良好的侧向支撑力。

（5）抗污染能力强

镶嵌屏蔽钻井液脱离了粘土分散体系理论，粘土在该体系中不分散，镶嵌 屏蔽剂抗盐抗钙能力强，抗各种污染的能力强。

（6）配制简单，适应性强

该体系可用海水、卤水、淡水等多种水配制，对配浆水没有特殊的要求， 配制时成本不增加。而常规钻井液在用海水、卤水配制时将大幅度提高成本。

（7）可循环利用，真正实现“零排放”

该钻井液可全部回收利用，既解决了钻井液的重复利用，又避免了废弃钻 井液污染环境，使钻井真正实现了“零排放”，不但降低了污染治理费用而且保 护了环境。

3、经济效益分析

（1）钻井费用降低

钻井费用降低主要来自3个方面：

1）钻井液费用下降

由于镶嵌屏蔽钻井液的可重复利用性，用该体系打第一口井时，成本比常 规泥浆要高，和抑制性钻井液的费用差不多。但是打到10口井时其成本只是常 规钻井液的58%。成本测算如下：镶嵌屏蔽钻井液每口井正常消耗为25%（外排 岩屑时带走该钻井液10%，其它损耗按15%计算，即第二口井以后需要添加25% 的钻井液，以此类推）。现在以3000m为例加以比较：常规钻井液约24万元，那 么打10口井需要240万元，打100口井需要2400万元；用镶嵌屏蔽钻井液打1口 井约43万元，10口井需要139.75万元，打100口井需要1107万元。和常规钻井 液钻井相比钻100口井可节约资金1290万元，降低了53%。

2）缩短钻井周期

①钻井速度快

镶嵌屏蔽钻井液体系不添加粘土和固体加重剂，抑制性好，粘土在其中基 本不分散，固相含量低、亚微米颗粒数量少。钻井液体系内的固相是钻进过程 中产生的钻屑，通过使用合理的固控设备，固相含量一般控制在5%以内，而密 度为1.2g/cm³的常规钻井液固相含量在15%左右，密度越高固相含量随之增加。 镶嵌屏蔽钻井液的固相含量低和亚微米颗粒数量少的特点，使其机械钻速大大 提高，经实验同等条件下可使钻速提高2-4倍。

②复杂情况少

通过镶嵌屏蔽剂的作用，该钻井液具有较好的封堵作用、抑制作用和阻缓 压力传递作用，从而避免井壁坍塌、缩径，减少了井下事故的发生。

3）减少设备投资，节约用电

由于常规钻井液加入大量的搬土、重晶石和聚合物，对固相控制要求很高， 对固相控制设备要求也很高。而镶嵌屏蔽钻井液的加重材料是易溶于水的盐类， 配制非常简单。现场用3个循环罐完全可以满足生产需要，和常规体系比省略了 2个循环罐、1台离心机、6台搅拌机、1台剪切泵、2台加重泵等设备，节约投资 100多万元，同时降低200KW的用电负荷。

（2）提高油井产量

镶嵌屏蔽剂的特殊作用，在侵入地层3-5mm后即可形成屏蔽膜，钻井液不 能更深地侵入地层，很好地保护了油气层。室内检测由于滤纸太薄，该体系的 滤失量在5～10ml之间，而在现场由于地层和岩石可以作为屏蔽剂的骨架，形成 屏蔽体，钻井液在现场的滤失更低，一般低于5ml。且该钻井液抑制性很好，能 有效抑制粘土的水化膨胀、分散，避免油层发生水敏性损害。

在土库曼斯坦、长庆油田、中海油服的应用表明，镶嵌屏蔽钻井液很好地 保护了油气层，油井产量明显提高。

（3）保护环境

镶嵌屏蔽钻井液自身具有良好的环保性能，无毒、无味，有利于环境保护。 同时，镶嵌屏蔽钻井液可以全部回收利用，真正实现了“零排放”，既保护了环 境又节约了环保治理费用。

综上所述，镶嵌屏蔽钻井液是一种全新的钻井液体系，不但能降低钻井综 合成本还可以很好地保护油气层，并且彻底解决了环境污染问题。

在实际应用中，镶嵌屏蔽钻井液体系的固相控制方法主要采用以旋流器分 离，辅以振动筛分离，在必要的情况下，采用离心机调节劣质固相。

其中，振动筛分离少量粗钻屑，操作方法与控制如下：（1）0.0～3000m 选用30～40目；（2）3000～4000m选用40～60目；（3）≥4000m选用60目以上。

旋流器分离绝大多数钻屑，操作方法与控制如下：（1）必须保证伞状流， 通过阀门、喷砂嘴调节；（2）排出的液体，用小泵抽回至胶液配制罐，重复使 用。

离心机分离绝大多数劣质固相，操作方法与控制如下：（1）在泥质过多时， 泥饼变差、失水增大、易发生泥包、钻速降低，应使用离心机；（2）在复杂情 况、钻井液性能差时，多使用离心机。

使用本发明的镶嵌屏蔽钻井液的操作条件、要点、地面循环工艺：

（1）镶嵌屏蔽钻井液工艺操作必须条件：

1）泥浆泵排量必须保证上返速度≥0.8m/m。

2）供给专用脱除固相循环设备功率≥48KW。

3）井口返出导流管排出含砂（钻屑）钻井液，必须保证钻井液和砂同时 进入专用脱除固相循环设备。

（2）工艺操作要点：

1）比重：保证过压钻井无溢出、坍塌现象。现场备足加重盐。

开钻前，基液比重可以低于要求最高比重0.06。

2）失水：低滤失≤5.0ml/30min；循环罐观察漏失量：≤0.3m³/h。

开钻前，由基液配制的钻井液的失水可以控制在10～19ml/30min。

3）润滑：高润滑粘度≥50s；粘附系数≤0.03；上提、下放遇阻≤5吨。 现场备足塑料微球或其它润滑剂。

4）循环：高携带，低流阻；低悬浮，低启动。

凡是要停止循环前，必须保证HY-2（十二烷基磺酸钠）的浓度（堆积体的 可破坏性）；在停止循环前预先循环1.2～1.5周；完钻循环2.0周，并置换塑料微 球。

5）流变性

①复合钻进：低粘切、高钻速

A、粘度：≥45s。Φ600≥55。

B、静切力：Φ6≥1.5；Φ3≥1.0。

C、动切力：≥5.0Pa。

D、紊流：携带好，清洁砂床。

②滑动钻进：中粘切、中钻速

A、粘度：≥55s。Φ600≥65。

B、静切力：Φ6≥1.5；Φ3≥1.0。

C、动切力：≥6.0Pa（60.0din/cm²）。

携带好，清洁井眼。

D、紊流：携带好，清洁砂床。

（3）镶嵌屏蔽钻井液循环工艺：

1）镶嵌屏蔽钻井液循环工艺示意图

镶嵌屏蔽钻井液循环工艺示意图见图7。

2）原理与操作

在钻井过程中，密度高于地层压力系数和地层坍塌压力系数的钻井液进 入振动筛，大于0.9mm的固相被脱除；通过振动筛的钻井液进入混砂泵压入除 砂或除泥旋流器，离心分离后的钻屑或经混砂泵打碎了的泥质被脱除，通常控 制钻井液中的固相含量不大于5%；净化后的钻井液进入循环系统；在设定的加 药口处加入屏蔽膜钻井粉或加重剂，经过搅拌分散后泵入井筒建立再循环。

A、需要补充的清水、海水、地热水等钻井液用水可在1号罐内补充。

B、钻井粉、加重剂、润滑小球、防H₂S剂等可在1号罐加药口处加入。

C、堵漏流体、低粘紊流流体在2号罐中配制，配制时要与1号罐分离。

D、起钻时，井眼内的钻井液由1、2号罐同时补充；不足时，先补充钻屑 池或脱泥池净化后的流体。如果仍然不足，则补充相同密度的金属盐溶液或补 充低密度流体再添加金属盐达到密度要求后，调整钻井液性能符合实际要求时， 补充井眼内的钻井液。

E、下钻时，如果井眼内的钻井液充满1、2号罐，则多余的钻井液由溢流 口排至钻屑池或脱泥池。钻屑池或脱泥池分离出来的流体可通过振动筛重新进 入再循环。

镶嵌屏蔽钻井液维护：

（1）钻屑及气的脱除:

1）≥0.9mm钻屑的脱除

通过20目振动筛排出至钻屑池，含量≤0.1%。振动筛筛面上不得排出液 体。

2）45um～0.9mm钻屑的脱除

通过脱砂旋流器排出至钻屑池，含量≤0.5%。脱砂时旋流器排出少量液 体并进入钻屑池。进入钻屑池的液体经沉降后，可再次通过振动筛重新进入再 循环。

3）≤45um泥质的脱除

通过脱泥旋流器排出至钻屑池，含量≤5.0%。脱泥时旋流器排出少量液 体并进入钻屑池。进入钻屑池的液体经沉降后，可再次通过振动筛重新进入再 循环。应当注意的是，不得把含大量泥质的液体抽回循环系统。

A、控制指标：

a、脱砂效果：脱砂后的流体含砂≤0.5%（含砂仪测定）。

b、脱泥效果：脱泥后的流体含泥≤5.0%（固相含量测定仪）。

B、控制方法

a、脱砂：调整进入每一个除砂旋流器的排量，测含砂至达标。

b、脱泥：调整进入每一个除泥旋流器的排量，至固含量达标。

c、离心机：固含量通过旋流器后仍然不达标时，用离心机脱除固相。

d、脱气：用脱气机脱气，保证泵的正常运转。

4）特殊情况下的脱除处理方法

在正常钻进的条件下，无论如何调整，钻井液中的砂、泥、气总是达不 到设计规定要求，则暂时停钻，上下活动钻具，专门循环单独处理（多数情况 下需要加重预处理）。

（2）滤失控制：

严格控制钻井液的失水量，对整个钻井过程意义重大。若能控制钻井液的 失水量自始至终≤5.0ml/30min，则避免压差卡钻、虚泥饼卡钻、滑动遇阻、砂 床压实等事故，有了切实的保证。

控制钻井液失水可通过两个途径：

1）调节泥质：在润滑性能比较优异的条件下

A、减小泥质颗粒的尺寸。泥质含量≥8%时，选择除泥器脱粗泥。

B、增大泥质的含量。泥质含量≤4%时，选择除砂器脱粗泥和细砂。

2）补充镶嵌屏蔽钻井液，添加速度为0.25～0.5%/1周。

通过上述方法，保证失水量自始至终≤5.0ml/30min。

（3）防止泥页岩段的缩径、坍塌掉块与解除：

泥页岩段缩径、泥包的关键是水化。水化的关键是：pH值、金属离子的种 类和含量、有机或无机大分子的种类和含量等。避免和控制水化，对泥页岩分 散、井眼缩径、钻头泥包、坍塌掉块有重要意义。

1）控制泥页岩水化、分散

A、确保镶嵌屏蔽剂含量，同时维持pH值≤7.5。

B、KCl或NH₄Cl含量≥3.0%。

2）防止坍塌

A、确保镶嵌屏蔽剂含量，降低失水至≤5.0ml/30min。

B、提高钻井液比重。d钻井液=1.05～1.10d坍塌。

C、添加KCl或NH₄Cl，含量≥3.0%（包括等效的其它金属盐）。

（4）防止高渗漏段的“虚泥饼”缩径、渗漏与解除：

“虚泥饼”缩径的关键在于失水大；渗漏的关键在于镶嵌固相与对应地层 的孔喉尺寸不匹配。

1）防止“虚泥饼”缩径

A、降低失水至≤5.0ml/30min，阻止“虚泥饼”形成。

B、通井，刮掉“虚泥饼”至上提下放无遇阻。

2）防止渗漏

A、降低失水至≤5.0ml/30min。降低滤饼渗透率。

B、提高泥质含量。增强刚性屏蔽。含量：5.0～8.0%。

附图说明

图1示出现有技术钻井液作用机理示意图

图2示出镶嵌屏蔽钻井液作用机理示意图

图3示出实施例1中所得镶嵌屏蔽剂A对动、静切力的影响

图4示出实施例2中所得镶嵌屏蔽剂B对动、静切力的调整效果

图5示出镶嵌屏蔽钻井液对高渗岩芯的屏蔽强度

图6示出镶嵌屏蔽钻井液对高渗岩芯的封堵效果

图7示出镶嵌屏蔽钻井液循环工艺示意图

图8示出镶嵌屏蔽钻井液粘附系数

图9示出压力传递实验结果

图10示出岩心侵入深度实验结果

图11示出渗透率恢复实验结果

具体实施方式

以下通过具体实施例进一步说明本发明，不过这些实施例仅是范例性的， 不应理解为对本发明的限制。

实施例1 镶嵌屏蔽剂的制备

将100g粒径为40-50μm的石英砂、2000g丙烯酰胺单体、260g过氧化苯甲 酰和200g十二烷基硫酸钠加入到水中，升温至60℃，反应3小时，烘干得到镶嵌 屏蔽剂A。

实施例2 镶嵌屏蔽剂的制备

以与实施例1相同的方法制备镶嵌屏蔽剂B，区别仅在于使用100g粒径为 100μm的石英砂。

实施例3 镶嵌屏蔽剂的制备

将100粒径为200-250μm的石英砂、1200g丙烯酰胺单体、150g过氧化叔戊 酸叔丁基酯和100g三乙基己基磷酸加入到水中，升温至70℃，反应完成后形成 长链聚合物，烘干得到镶嵌屏蔽剂C。

实施例4 镶嵌屏蔽剂的制备

以与实施例1相同的方法制备镶嵌屏蔽剂D，区别仅在于升温至80℃。

实施例5 钻井液的制备

将4g超钙、4g上述镶嵌屏蔽剂A、0.1gNH₄-PAN（水解聚丙烯铵盐）和91.9g 饱和盐水在100r/min的搅拌速度下制备得到3.5MPa的动态泥饼，即钻井液。

对比例1

将4%g膨润土、2g SMP-2（磺甲基酚醛树脂）、0.1g CMC（羟甲基纤维素）、 0.1g NH₄-PAN和95g淡水混合，加重晶石至d=1.25，在100r/min的搅拌速度下 制备得到3.5MPa的动态泥饼，即钻井液。

抗冲刷性能对比实验：

分别测试实施例5和对比例1的抗冲刷性能。

冲刷介质为清水；转速为600r/min；压差为3.5MPa；剪切速率为1.5m·s^-1。

其中对比例1即传统造壁中使用的泥饼，可以看到对比例1的抗清水冲刷时 间≤60min，在58min后滤失速度明显增大；而实施例1抗清水冲刷时间≥ 120min，在120min后滤失速度仍无明显变化。

实施例6

将92g饱和盐水、4.0g上述镶嵌屏蔽剂B和4.0g800目细钙混合，在 100r/min的搅拌速度下制备得到3.5MPa的动态泥饼，即钻井液。

对江汉石油学院＄25×80的岩芯在室温下进行实验，实验数据参见图 5，可以看到镶嵌屏蔽钻井液对高渗岩芯的屏蔽强度较高。

在室温下对树脂固结建筑砂＄25×80的岩芯进行实验，实验数据参见 图6，可以看到镶嵌屏蔽钻井液的封堵效果较好。

使用SZ36-1-23井油砂压制岩芯来比较高渗岩芯透过泥浆和镶嵌屏蔽钻井 液的差异。泥浆微固相，穿透岩芯，D：1.36；FL：3.6ml；镶嵌屏蔽钻井液 粗固相未穿透岩芯，D：1.05；FL：6.7ml。

实施例7

将88.9g淡水、3g食盐、0.2g NH₄Cl、4g上述镶嵌屏蔽剂C和4g500目超钙 混合，在100r/min的搅拌速度下制备得到3.5MPa的动态泥饼，即钻井液。

使用该钻井液液对低、中、高渗岩芯进行污染深度实验，实验数据如下表 1所示。

表1钻井液对低、中、高渗岩芯污染深度试验表

实验证明：镶嵌屏蔽钻井液体系对Ka≤3000(10^-3×um²)的渗透性岩芯的 污染深度≤30mm。

实施例8 抗150℃淡水钻井液

将79.5g淡水、3g膨润土、1gBaSO₄、2g固体石墨润滑剂、3g聚合醇润滑 剂、4g乳化沥青、3gSMP-2、2.5g上述镶嵌屏蔽剂A混合，在100r/min的搅拌 速度下制备得到3.5MPa的动态泥饼，即钻井液。

其性能如下表2中所示

表2 抗150℃淡水钻井液的性能

实施例9 抗150℃淡水钻井液

将77.5淡水、5g膨润土、1gBaSO₄、2g固体石墨润滑剂、3g聚合醇润滑剂、 4g乳化沥青、2gKFT-2、3gSMP-2、2.5g上述镶嵌屏蔽剂D混合，在100r/min 的搅拌速度下制备得到3.5MPa的动态泥饼，即钻井液。

其相关性能如下表3所示：

表3 抗150℃淡水钻井液的性能

实施例10 抗120℃淡水钻井液

将淡水、3g膨润土、1gBaSO₄、2g固体石墨润滑剂、3g聚合醇润滑剂、4g 乳化沥青、0.1g氯化铵、2.2g上述镶嵌屏蔽剂A混合，在100r/min的搅拌速度下 制备得到3.5MPa的动态泥饼，即钻井液。

其相关性能如表4所示：

表4 抗120℃淡水钻井液的性能

实施例11 抗120℃淡水钻井液

将淡水水、5g膨润土、1gBaSO₄、2g固体石墨润滑剂、3g聚合醇润滑剂、 4g乳化沥青、0.1g氯化铵、2.2g上述镶嵌屏蔽剂A混合，在100r/min的搅拌速度 下制备得到3.5MPa的动态泥饼，即钻井液。

其相关性能如表5所示：

表5 抗120℃淡水钻井液的性能

以下是对镶嵌屏蔽剂相关性能的测试数据，通过这些数据可以更直接的看 到镶嵌屏蔽剂相比于现有技术的优势。

试验例

1、流变性与滤失性能评价

在水中分别加入不同数量的实施例1中所得镶嵌屏蔽剂A，测定室温下的性 能，实验结果见表6。

表6 镶嵌屏蔽剂对流变性与滤失性能的影响

其中，所述百分含量是指基于水的重量百分含量。

由表6可以看出，镶嵌屏蔽剂A具有较好的增粘切和降滤失作用，加量越大， 粘度及切力越高，滤失量越低。在不加入任何其它处理剂的情况下，在清水中 单独加入镶嵌屏蔽剂就可获得需要的粘度、切力和滤失量。

2、抗温性能评价

在自来水中分别加入不同数量的实施例1中镶嵌屏蔽剂，测定室温及高温 老化后的性能，实验结果见表7。

表7 镶嵌屏蔽剂钻井液抗温性能

其中，所述百分含量是指基于水的重量百分含量。

由表7可以看出，在实验温度低于120℃时，随温度升高粘度及切力增大， 滤失量降低，但温度超过120℃后，随温度升高粘度下降，滤失量升高，综合考 虑其抗温能力为130℃。

3、砂层封堵性能评价

3.1 实验方法

（1）安装好可视式中压砂床滤失仪支架及实验管线；

（2）根据实验要求，将一定质量、不同粒径的砂子装入钻井液杯至350ml 刻度线上（或按实验要求选定砂量），倒入待测流体；

（3）将钻井液杯放在支架上并盖紧筒盖；

（4）打开气阀给流体施加0.7MPa的压力；

（5）流体在砂层中滤失30min，观察渗透滤失情况；

（6）30min后关闭气源卸掉压力；

（7）读出并记录量筒中滤液的体积，或读出并记录滤液侵入砂层的深度。

3.2 实验结果与讨论

砂层封堵实验结果见表8：

表8 砂层封堵实验结果

其中，所述百分含量是指基于水的重量百分含量。

由表8可以看出，随加量增加，镶嵌屏蔽剂封堵砂层的效果变好，在加量 为3%时，对40-60目砂和20-40目砂的侵入深度均小于10cm，说明镶嵌屏蔽剂具 有较强的封堵砂层的能力。

4、防塌性能评价

4.1膨胀实验

4.1.1 实验方法

（1）岩心准备

①在测筒底盖内垫一层滤纸，旋紧筒底盖；

②称取10g在105±3℃烘干4h并冷至室温的膨润土，装入测筒内，将膨润 土弄平；

③装好压杆上的密封圈，将压杆插入测筒内，放在压力机上均匀加压，直 至压力表上指示4MPa,稳定5min；

④卸去压力，取下测筒，将压杆从测筒内慢慢取出，用游标卡尺测量岩心 的原始高度H(mm)。

（2）膨胀实验

①接通电源，启动仪器，预热15min；

②将装好岩心的测筒安装到主机的两根连杆中间，放正。把测杆放入测筒 内，使之与岩心紧密接触，在测杆上端插入传感器中心杆，调整中心杆上的调 节螺母，使数字显示为0.00；

③在测筒内注满待测溶液，启动开关，记录时间；

④记录岩心随时间的膨胀高度ΔH(mm)；

⑤关电源，拆下测筒和测杆，清洗干净，收存备用。

4.1.2实验结果与讨论

膨胀实验结果见表9。

表9 膨胀实验结果

其中，所述百分含量是指基于水的重量百分含量。

由表9可以看出，加入镶嵌屏蔽剂后，粘土的膨胀高度明显降低，说明镶 嵌屏蔽剂能有效抑制粘土的水化膨胀。

4.2滚动分散实验

4.2.1 实验方法

页岩的分散性能与井壁是否稳定直接相关，它是宏观评价泥页岩井壁稳定 性的重要指标之一，利用分散试验可以了解岩样的水花分散性能,也可以作为钻 井液对页岩的抑制性评价手段。实验具体步骤如下：

4.2.1.1 仪器

(1)滚子炉，滚动瓶；(2)40目分样筛；(3)天平：感量为0.1g；(4)鼓风恒温 干燥箱。

4.2.1.2 操作步骤

(1)称取50.0g（称准至0.1g）2～5mm风干泥页岩试样，装入盛有350mL 试液的滚动瓶中，盖紧。

(2)将装有试样的滚动瓶放入77±1℃的泥浆滚子炉中，滚动16小时。

(3)恒温滚动16小时后，取出高滚动瓶，冷至室温，将滚动瓶内的液体和岩 样全部倒入40目分样筛上，再盛自来水的槽中筛选1分钟。

(4)将筛余岩样放入105±3℃的鼓风恒温干燥箱中烘干4小时，取出冷却， 在空气中静置24小时，然后进行称量。

（5）利用下式计算岩样分散回收率R40：

R40＝m/50×100%

式中：R40―滚动分散回收率（（过）40目筛余）/%；

m―（过）40目筛余岩样重量/g。

4.2.2 实验结果与讨论

实验结果见表10。

表10 岩屑回收率试验结果

其中，所述百分含量是指基于水的重量百分含量。

由表10可以看出，镶嵌屏蔽剂回收率均高于清水的回收率，说明均具有很 强的抑制性，能有效提高岩屑回收率，有利于井壁稳定及保护油气层。

4.3 岩心浸泡实验

4.3.1 实验目的

本试验是通过肉眼观察定性人工岩心在不同溶液中经过一定时间的浸泡 后的完整程度，来定性研究比较不同处理剂的抑制能力。

4.3.2 实验方法

称取20g膨润土倒入岩心模内，放在压力机上，加压至15MPa，稳定10min 后取出，放在密闭容器内备用。

将压好的岩心小心放入装有试液中，观察并记录岩心随时间的变化情况。 结果如表11中所示。

表11 岩心浸泡实验现象描述

其中，所述百分含量是指基于水的重量百分含量。

由以上实验结果可以看出，镶嵌屏蔽剂能有效抑制岩心的分散，其抑制效 果远远好于7%KCl。

5、抗污染性能评价

5.1 氯化钠污染实验

实验结果见表12。

表12 氯化钠污染实验

其中，所述百分含量是指基于待测液的重量百分含量。

由表12可以看出，加入NaCl，导致钻井液粘度及切力下降，滤失量上升。 在镶嵌屏蔽剂加量为2%的情况下，加盐后的滤失量都在10ml以上，切力很小； 在镶嵌屏蔽剂加量为3%的情况下，加盐后的高温老化滤失量在10ml左右，切力 有所增加。因此，尽管盐对镶嵌屏蔽钻井液会产生一定的影响，但可通过适当 增加镶嵌屏蔽剂的加量对钻井液性能进行调整。

5.2 膨润土污染实验

实验结果见表13。

表13 膨润土污染实验

其中，所述百分含量是指基于待测液的重量百分含量。

由表13可以看出，加入膨润土后，钻井液粘度、切力下降及滤失量变化很 小，说明膨润土在该钻井液中基本不分散。

6、润滑性能评价

实验结果分别见图8和表14。

表14 极压润滑性能

序号 待测液 摩擦系数 1 水+2%实施例2中镶嵌屏蔽剂 0.136 2 水+3%实施例1中镶嵌屏蔽剂 0.124

其中，所述百分含量是指基于待测液的重量百分含量。

由图8和表15可以看出，镶嵌屏蔽钻井液具有较好的润滑性能。

7、阻缓压力传递效果评价

利用中国石油大学（华东）自行研制的SHM模拟装置，对自适应防漏堵 漏剂阻缓压力传递（PT）性能进行了评价。实验时，首先在岩样上下两端建立 初始压差（P＝P_上-P_下）,在保持上游压力P上不变的条件下，通过压力传感 器和差压传感器实时检测岩样下游流体的动态压力变化,通过下游压力的变化大 小，可判断岩心阻缓压力传递的能力大小。

实验岩样取至胜利油田沙河街组泥页岩，显微镜下观察，泥页岩不均质、 存在微裂缝。首先在标准盐水/岩样/标准盐水作用条件下进行PT实验，并测定岩 样的渗透率；然后利用HTHP动态滤失仪，使用加入3%实施例1中镶嵌屏蔽剂的 流体对岩样进行封堵，再在标准盐水/岩样（封堵后）/标准盐水作用条件下进行 PT实验。实验结果见图9。

由图9可以看出，泥页岩经过镶嵌屏蔽剂封堵后，岩样下游压力增加非常 缓慢，阻止流体向地层内渗透的作用非常明显，证明镶嵌屏蔽剂在岩样封堵端 形成了一个有效的封堵膜。

8、保护油层性能评价

（1）侵入深度实验

采用人造岩芯，用加入3%实施例1中镶嵌屏蔽剂的流体高温高压动滤失实 验，实验条件为压差3.5MPa,温度120℃，剪切速率100s^-1，滤失时间为60min。 滤失过程中压力恒定，试验完成后，观察固相侵入岩心的深度，实验结果见图 10。

由图10可以看出，镶嵌屏蔽钻井液具有较强的封堵能力，能快速封堵岩 心孔隙，使钻井液侵入岩心深度小于2mm。

（2）渗透率恢复率实验

采用人造岩芯，用加入3%实施例1中镶嵌屏蔽剂的流体对岩芯进行污染评 价实验。污染实验条件为：压差3.5MPa,温度80℃，剪切速率100s^-1，污染时间 60min。测定污染前后的渗透率时，压力恒定，渗透率恢复率实验结果见图11。

由图11可以看出，镶嵌屏蔽钻井液具有较强的保护油气层能力，岩心渗 透率恢复率大于95%。

（3）封堵强度评价实验

封堵带强度越大，越能经受激动压力的冲击，封堵效果就越好，相反， 封堵带强度越低，在激动压力的冲击下，越容易造成封堵带被突破，从而产生 新的滤失，达不到保护井壁和油层的目的。取不同渗透率的人造岩芯，用加入 3%实施例1中镶嵌屏蔽剂的流体进行实验，通过测定不同驱替压力下的渗透率评 价封堵强度，实验结果见表165。

表15 暂堵强度评价实验

由表15可以看出，随驱替压力的增大，岩心的渗透率逐渐降低，当驱替 压力达到9MPa时，岩芯的渗透率接近或等于零，也就是说，当压力为9MPa时， 未见渗透率突然增加，说明封堵带并没有受到破坏，在不同渗透率岩心上形成 的封堵带至少能承受9MPa的压力。

（4）封堵渗透率范围评价

为了评价镶嵌屏蔽剂对不同孔径分布的油层均具有良好的封堵作用，使 用人造岩芯、动态滤失模拟实验装置和岩芯流动实验仪，按照评价程序，采用 加入3%实施例1中镶嵌屏蔽剂的流体分别对不同渗透率的岩芯进行了封堵实验， 实验结果见表16

表16 堵塞效果评价实验

由表16可以看出，钻井液对不同渗透率的岩芯均具有较好的封堵作用， 封堵后岩芯的渗透率堵塞率在90%以上，证明镶嵌屏蔽剂和镶嵌屏蔽剂复配能在 一定范围内对不同孔径分布的油层产生良好的封堵作用，克服了传统屏蔽暂堵 技术对地层孔隙尺寸的依赖，显示出较好的自适应特征。

通过上述具体实施例和相关试验可以看到本发明的镶嵌屏蔽钻井液具有 如下优点：

（1）镶嵌屏蔽剂具有较好的增粘切和降滤失作用，加量越大，粘度及切 力越高，滤失量越低；在不加入任何其它处理剂的情况下，在清水中单独加入 镶嵌屏蔽剂就可获得需要的粘度、切力和滤失量。

（2）在实验温度低于120℃时，镶嵌屏蔽钻井液随温度升高粘度及切力 增大，滤失量降低，但温度超过120℃后，随温度升高粘度下降，滤失量略有升 高，综合考虑其在淡水中的抗温能力可达130℃。

（3）随镶嵌屏蔽剂加量增加，镶嵌屏蔽钻井液封堵砂层的效果变好，在 加量为3%时，对40-60目砂和20-40目砂的侵入深度均小于10cm，说明镶嵌屏蔽 剂具有较强的封堵砂层的能力。

（4）镶嵌屏蔽钻井液能有效抑制粘土的水化膨胀、岩屑的水化分散和岩 心的坍塌，具有较好的防塌性能，有利于井壁稳定。

（5）镶嵌屏蔽钻井液能有效封堵岩芯，封堵层侵入深度小，封堵强度高， 渗透率恢复率高，有利于保护油层。

（6）利用多功能可视化入井流体评价模拟系统，对镶嵌屏蔽钻井液进行 了可视化封堵实验，证明镶嵌屏蔽钻井液对中高渗及低渗地层具有良好的封堵 作用。

（7）理论分析了镶嵌屏蔽剂的增粘机理、降滤失机理、防塌机理和保护 油气层机理。

（8）镶嵌屏蔽钻井液在埕913井进行了现场应用，没有与钻井液有关的 复杂情况，钻井施工顺利，减少了废弃钻井液排放，取得了良好的施工效果。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些 说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精 神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、 修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求 为准。