[发明专利]钻井液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于涉及钻井液及其制备方法，具体涉及一种含有聚合物中空微珠作为减轻剂的水基、油基钻井液及其制备方法。

背景技术

在低压油气层和枯竭油气层钻井或欠平衡钻井时，需要使用低密度钻井液技术。目前密度低于1.0g/cm³的钻井液技术主要有乳化、气体、充气、泡沫、加入减轻剂等。

通过混油所形成的水包油或油包水钻井液的密度最低能降到0.85g/cm³，即使全油基钻井液密度最低降至0.83g/cm³，但是混油钻井液对环境污染严重，成本也较高，并且对地质录井资料产生影响；而密度低于0.83g/cm³的钻井液大都含有氮气、空气或天然气，使用时也存在井底压力难以达到要求、地面设备租用和运行成本较高、常规MWD应用困难、钻具腐蚀严重、水力计算困难等难题；使用减轻剂是配制低密度钻井液最简单的方法，早在20世纪60年代初，前苏联就曾尝试在钻井液中使用空心玻璃微珠作为密度减轻剂来防漏。20世纪90年代以后，美国能源部及国外某些石油公司开始使用空心玻璃微珠和其它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，玻璃微珠低密度水基或油基钻井液已经成功地在美国、俄罗斯多口低压油气井以及欠平衡井钻井中推广应用。玻璃微珠为薄壁白色空心球体，成分为碱石灰、硼硅酸盐玻璃。它具有密度低、性质稳定、与大多数的树脂类物质兼容等特征，在低密度钻井液和欠平衡钻井方面发挥着重要作用。但是从现有资料来看，玻璃微珠在低密度钻井液技术中应用效果并不好，因为钻井液动态循环过程中玻璃微珠一方面要经受钻头水眼的高速剪切，一方面与钻具、井壁之间不停摩擦、碰撞，由于玻璃微珠外壳为脆性不可变形，很容易发生破碎。同时玻璃微珠的壳体密度大于水，破碎后的玻璃微珠反而加重钻井液密度。因此由于玻璃微珠的“先天不足”，在应用中就出现钻井液密度难以控制、玻璃微珠消耗率大、成本高等问题。

20世纪70年代以来，国内外开展了聚合物中空微珠的研究，聚合物主要为高分子材料，聚合物中空微珠与玻璃微珠相似，不过其外壳部分为聚合物，中空部分为气体、烃或其他可挥发的小分子物质。聚合物中空微珠与玻璃中空微珠不同，它具有以下四个特点：（1）壳层结构、厚度、物理化学性质等可根据抗温抗压需要优选单体合成；（2）高分子聚合物弹性好，耐磨性、可变形性都高于无机物，经研磨、高速剪切后破碎率小；（3）聚合物密度一般等于1.0g/cm³或低于1.0g/cm³，这样即使聚合物中空微珠发生破碎也不会增加钻井液密度；（4）粒径、中空度可以通过合成工艺控制。由于聚合物中空微珠的特殊性质，尤其是它具有一定的弹性和韧性，并且本体密度低，更适合应用于动态循环的钻井液中。

目前，聚合物中空微珠主要有聚丙烯酸酯-苯乙烯微珠、酚醛树脂微珠、聚吡咯中空微珠及无机-有机复合球等。主要应用在在涂料、造纸、塑料颜料、化妆品等行业。在钻井液方面还没有应用的报道。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用聚合物中空微珠减轻剂制备的钻井液。其能降低钻井液密度，形成聚合物中空微珠低密度钻井液体系，在动态循环过程中能够维持钻井液密度相对稳定，可用于低压低渗或易漏地层，实现欠平衡钻井，起到油气层保护、降低漏失严重程度、提高机械钻速的作用。

本发明提供了一种钻井液，按质量份计，包括：

聚合物中空微珠                10-60质量份

水性基液或油性基液            85-115质量份。

所述的钻井液密度范围为        0.6~1.0g/cm³。

所述聚合物中空微珠是作为减轻剂使用的。

所述聚合物中空微珠壳层结构为有机高分子聚合物或有机高分子聚合物材料含量超过50%的有机/无机复合中空材料。其可以降低水基或含油乳化钻井液的密度。

所述聚合物中空微珠的内部充有气体，优选空气、氮气、二氧化碳。由于内部充有气体，聚合物中空微球的整体密度低。

所述的聚合物中空微珠的密度为0.2~0.7g/cm³。

所述水性基液中优选包含水、防塌剂、钠膨润土浆、羧甲基纤维素钠盐和铵盐。

所述油性基液中优选包含钻井用白油、石灰和氯化钙。

本发明还提供了一种上述钻井液的制备方法，包括：

a)在按上述质量份将水性或油性基液进行充分搅拌；