[发明专利]一种基于微乳离子液的钻井液用页岩抑制剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于微乳离子液的钻井液用页岩抑制剂，包括按质量百分比计算如下组分含量：离子液体35~45%、正丁醇10~15%、氯化钾3~6%、纳米碳酸钙2~5%、聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯3~5%、失水山梨醇脂肪酸酯1~3%、余量为水。同时本发明还给出了一种基于微乳离子液的钻井液用页岩抑制剂的制备方法。本发明通过采用离子液微乳液合成方法，使其能稳定存在于微乳液核中，加入KCl进一步增强体系的协同抑制作用。采用纳米碳酸钙增强微乳液在钻井液中的稳定性，在钻井液中以双连续微乳液滴形式存在，在钻井液后具有一定的缓释作用。基于微乳离子液的钻井液用页岩抑制剂的黏土相对膨胀降低率超过85%，三次页岩滚动回收率超过95%。

技术领域

本发明涉及一种钻井液用页岩抑制剂，具体说在钻井过程中钻遇泥页岩井段时抑制页岩膨胀、坍塌等事故的处理剂。

背景技术

在油气钻井过程中经常钻遇复杂地层，如泥页岩地层，大多数的井壁失稳都是发生在泥页岩段，每年因井壁失稳造成的损失高达数亿美元。在化学稳定井壁方面，人们已经开发出多种页岩抑制剂，包括无机盐、有机盐及合成抑制剂抑制泥岩膨胀和页岩坍塌。如，采用氯化钾、氯化铵、氯化钠、硅酸盐等可有效抑制黏土膨胀，使用浓度一般在5~37%，无机盐主要通过和黏土表面离子进行阳离子交换来达到抑制膨胀的目的，它的主要优点在于性能稳定、廉价易得，但对环境存在一定的污染，如果浓度过高，会使土壤发生板结；同时，如果无机盐浓度过高，则会导致钻井液的黏土容量限大幅度下降。硅酸盐在高温高压条件下与井壁发生胶结和沉淀堵塞，具有显著的页岩稳定作用，但会导致钻井液的流变性急剧恶化。有机盐抑制剂主要包括甲酸钠、甲酸钾和甲酸铯，有机盐抑制剂的浓度一般都在10%以上，对页岩抑制能力较强，但对钻井液中黏土含量由严格要求，最好使用无黏土体系。目前，人们以胺为基础合成出多种合成抑制剂，包括单分子铵盐、低碳链铵盐（如聚醚胺、聚羧胺等）、聚胺等抑制剂，主要通过分子中的胺基和醚键等低分子官能团在在黏土表面快速吸附，并通过胺基进入层间，起到优良的抑制作用。但目前所使用的合成抑制剂多存在价格过高，在现场使用中起泡严重，影响了现场使用。因此，亟需研制一种新型的页岩抑制剂。

离子液是一种新兴的化学反应溶剂，其特点是取代原先毒性较重的苯、甲苯、四氯化碳等有机溶剂。目前，人们开始研究离子液作为钻井液处理剂的可行性，CN201080021535.7公开了一种井眼处理方法和钻井液，在钻井液中引入离子液，提高钻井液的温度稳定性。CN201410662295.9公开了一种采用离子液提高钻井液高温抑制性、稳定性的方法，离子液主要由含杂环离子构成。CN201510411687.2公开了一种采用咪唑类离子液提高钻井液高温流变稳定性的方法，主要含有1-烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸、聚合物和膨润土。上述三种方法只涉及到简单地在钻井液中加入离子液，这种加入会导致离子分散到水相中，使其作用大幅度降低，且没有涉及到专门用于页岩抑制作用。

发明内容

本发明的目的是为了解决当前钻井液用页岩抑制剂使用量大，效果持续性不强的缺点，提供一种基于微乳离子液的钻井液用页岩抑制剂及其制备方法，该方法采用纳米碳酸钙增强微乳液在钻井液中的稳定性，所制得的页岩抑制剂对页岩膨胀和分散抑制作用明显，在钻井液中以双连续微乳液滴形式存在，在加入钻井液后，不会过快消耗，具有一定的缓释作用，从而起到长效作用。

本发明采用技术方案如下：

一种基于微乳离子液的钻井液用页岩抑制剂，包括如下质量百分比的组分：离子液体35~45%、正丁醇10~15%、氯化钾 3~6%、纳米碳酸钙2~5%、聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯3~5%、失水山梨醇脂肪酸酯1~3%、余量为水。

所述的离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐或1-丁基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐中的一种或任意两种组合；所述的纳米碳酸钙的粒径优选为10~100nm；所述的失水山梨醇脂肪酸酯为斯潘表面活性剂系列；所述的聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯为吐温表面活性剂系列。