气体钻井地层出水条件下井壁保护剂

摘要

本发明公开了一种气体钻井地层出水条件下井壁保护剂。该保护剂包括下列组分，各组分按质量百分比计：甲基硅醇钾25～30％、水解聚丙烯腈钠盐5～6％、硅酸钠5～10％及余量的水。该保护剂能够在泥页岩及砂岩样表面形成憎水膜，能够有效的阻止水的侵入；能够使含水泥页岩表面得到强化，同时该保护剂具有较强的防塌抑制能力；与雾化泡沫钻井液及有机硅钻井液有较好的配伍性，满足现场施工工艺。

说明书

技术领域：

本发明涉及油田钻井领域中一种井壁保护剂，尤其是一种气体钻井地层出水条件下井壁保护剂。

背景技术：

气体钻井过程中，当钻遇出水地层时，常常会遇到携屑不畅、扭矩增大、岩屑堆积形成″泥环″、钻具阻卡，严重时甚至会导致井塌、卡钻等井下复杂事故，使气体钻井无法钻达设计井深，被迫转换成常规钻井。

井壁保护剂能够有效的改善以上情况。目前，国内基于气体钻井的井壁保护技术研究鲜见报道，西南石油学院提出了一些关于评价井壁保护剂的实验方法，提出了用于水基泥浆的抑制剂用于雾化泡沫钻井的想法，但没有现场实验。北京钻井研究院的井壁保护剂在室内评价具有初步效果，岩屑回收率只能达到40％多，北京钻井研究院的井壁保护剂，初步解决了气液转换井眼稳定问题。

发明内容：

本发明的目的是提供一种气体钻井地层出水条件下井壁保护剂，该保护剂能够在泥页岩及砂岩样表面形成憎水膜，能够有效的阻止水的侵入；能够使含水泥页岩表面得到强化，同时该保护剂具有较强的防塌抑制能力；与雾化泡沫钻井液及有机硅钻井液有较好的配伍性，满足现场施工工艺。

本发明的采用的技术方案是：该保护剂包括下列组分，各组分按质量百分比计：25～30％三甲基硅醇钾、5～6％水解聚丙烯腈钠盐、5～10％硅酸钠及余量的水。

三甲基硅醇钾作为润湿反转剂，能够在泥岩表面形成憎水膜且具有较强的抑制性；水解聚丙烯腈钠盐购自大庆合正化工有限公司，具有包被抑制作用，同时能够降低滤失量；硅酸钠(Na₃SiO₄)能够与泥岩中粘土颗粒发生强烈的吸附作用，提高泥岩的强度，从而增强井壁的稳定性，同时具有较强的抑制能力。上述三种组分组成的井壁保护剂配伍性好，从而使该保护剂达到润湿反转、强抑制、防塌、稳定井壁的作用。

本发明具有如下有益效果：在气体钻井过程中，井壁实时保护剂随着气流以微小雾滴的形态与泥页岩的表面碰撞接触，通过润湿翻转作用，在井壁上形成憎水膜，一旦钻遇出水地层，所形成的憎水膜具有延缓地层水与泥页岩的水化作用，延长泥页岩的坍塌周期，井壁实时保护剂起到了井壁失稳的预防作用。在地层出水后，采取强化井壁的保护措施，具有强化井壁功能的保护剂可以与泥页岩表面的活性点吸附，使泥页岩表面发生钝化，同时具有去水化作用，使井壁表面得到强化，井壁强化保护剂起到了出水条件下稳定井壁的作用。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

下述实验所用的保护剂配制方法如下(质量百分比)：三甲基硅醇钾30％、水解聚丙烯腈钠盐5％、硅酸钠(Na₃SiO₄)8％及水57％混合制得。

1、井壁实时成膜型保护剂成膜性评价实验：

井壁实时成膜型保护剂室内采用登娄库组泥页岩及中等渗透率的砂岩作为实验对象，评价其成膜保护效果。岩样经过保护剂保护30min后，在水中浸泡72小时，实验结果表明，井壁实时成膜型保护剂无论是在低渗的泥页岩表面，还是在砂岩表面，都能够渗入岩样，并在岩样表面形成一层约2～3mm厚的憎水膜，延缓了水分子的进入，能够有效的延长泥页岩坍塌周期达72小时以上。

2、井壁实时成膜型保护剂防塌效果评价实验：

实验采用登楼库组泥页岩样，且岩样表面存在裂缝。将做好的圆柱体干岩样分别在井壁实时成膜型保护剂和油性保护剂中浸泡30min，使保护剂与岩样充分作用，然后在干燥箱中80～120℃干燥1小时，放置岩样至室温，将岩样分别放在地层水中浸泡24小时。

室内实验表明，井壁实时成膜型保护剂能够渗透到泥岩样内部并与泥岩岩样发生化学反应，形成憎水的保护膜，不仅延缓了水的侵入，而且形成的保护剂膜具有一定的强度。井壁实时成膜型保护剂保护后的岩样在地层水中浸泡24小时后仍旧保持岩样的原始状态，能有效的延长泥页岩的坍塌周期，对井壁起到保护作用。

3、井壁实时成膜型保护剂抗温、抑制性评价实验：

高温滚动回收率：

高温滚动回收率实验是常用的评价抑制性的手法。实验采用易分散的泥页岩，对其进行不同温度的滚动回收，与5％KCL溶液进行了对比。结果见表1。

井壁实时成膜型保护剂高温回收实验结果            表1

从表1实验结果可以看出，地层水高温回收率仅为9.4％，而井壁实时成膜型保护剂回收率可达90％以上，且回收的岩屑棱角分明，基本无破碎或细化。证明该保护剂具有很强的防塌抑制性。

从上述实验可以看出，井壁实时成膜型保护剂能够抗温180℃，且在高温下仍具有较好的防塌抑制性，满足现场施工要求，达到了预计的指标。

4、井壁保护剂与雾化泡沫钻井液以及常规泥浆的配伍性实验：

由于在气体钻井过程中，随时都可能转化为雾化泡沫钻井液钻进，因此，井壁实时成膜型保护剂需与雾化泡沫钻井液有较好的配伍性。

(1)与雾化泡沫钻井液的配伍性实验：

在雾化泡沫钻井液基液中逐量加入井壁实时成膜型保护剂5％～20％，测定其发泡高度和半衰期，与基液发泡情况进行对比。实验结果如下。

井壁保护剂与雾化泡沫钻井液的配伍性试验结果     表2

  样品  发泡高度  半衰期  原雾化泡沫钻井液  505ml  5′45″  混入保护剂5％  475ml  5′47″  混入保护剂10％  465ml  5′51″  混入保护剂15％  455ml  6′05″  混入保护剂20％  460ml  6′10″

实验结果表明，井壁实时成膜型保护剂与雾化泡沫钻井液配伍性良好，基本不影响发泡量及半衰期，同时能够提高雾化泡沫钻井液的抑制防塌能力。

(2)室内将井壁强化型保护剂乳化，在有机硅钻井液中逐量加入乳化后的井壁强化型保护剂5％～10％，然后测试其常规性能，主要是流变性及API失水量。实验结果见下表3。

乳化后井壁强化型保护剂与有机硅配伍性实验结果           表3

  样品  Φ600/  Φ300  Φ200/  Φ100  Φ6/  Φ3  塑性粘度  mPa·s  动切力  Pa  初/终  切Pa  API FL  (ml)  原有机硅钻井液  69/43  32/21  6/5  26  17  3/5.5  2.4  混入保护剂5％  75/46  35/23  7/5.5  29  17  3/5.5  2.4  混入保护剂10％  77/50  38/26  7.5/6.5  27  23  3.5/6  2.0  混入保护剂15％  91/59  45/30  9/7.5  32  27  4/7  1.0  混入保护剂20％  97/64  51/35  12/10  33  31  5/8.5  0.2

实验表明，在有机硅钻井液中加入5％～20％乳化后的井壁强化型保护剂，对钻井液流变性基本不产生影响，避免了保护剂对有机硅钻井液造成不良影响，同时可使钻井液API失水从2.4ml降至0.2ml，乳化后的井壁强化型保护剂与有机硅钻井液有较好的配伍性。

本发明的井壁保护剂在大庆油田徐深44井进行了现场试验，能有效的保护井壁，见到了显著的效果。

徐深44井空气雾化泡沫钻进井段为2850～3367.95m，其中2850～3060.88m为气体钻进段，在该井段井深分别为2879.76m、2927.3lm、3032.30m处注入井壁实时成膜型保护剂，在未出水条件下，每钻进50～100m，用气体清扫井眼，保证井眼干净后注入井壁实时成膜型保护剂0.5m³，注入方式为通过气体钻井设备配合雾化泵直接注入。注入参数：注气量110～120m³/min，注液量0.4～0.6L/s，注气压力2～3MPa，注入时间：30min左右。用气体将井壁实时成膜型保护剂在井筒内烘干，保证其作用效果，等出口干燥后继续钻进。注入后短起下钻正常，无阻卡显示，以后的雾化泡沫钻进井段机械钻速正常，扭矩平稳，注入井壁实时成膜型保护剂后的井段在短起下及长起过程中均未出现阻卡现象，没有划眼段，转换钻井液后也未遇阻卡，初步见到了效果。