[发明专利]一种钻井液用防塌封堵剂及其制备方法与钻井液

说明书

本发明涉及油田钻井液技术领域的一种钻井液用防塌封堵剂及其制备方法与钻井液。所述钻井液用防塌封堵剂选自壳聚糖纳米凝胶；所述壳聚糖纳米凝胶的平均粒径(D₅₀)为50～500nm；所述壳聚糖纳米凝胶的Zeta电位为0～+50mV；所述壳聚糖纳米凝胶选自化学交联法、离子凝胶法、沉淀法、乳滴聚结法之一的方法制备而成；所述一种防塌封堵水基钻井液，以钻井液中的水为100重量份计，钻井液用防塌封堵剂的用量为0.1～5重量份，优选为1～2重量份；本发明的壳聚糖纳米凝胶微粒可变形且表面带有正电荷，因而在井下压差的作用下更容易挤入泥页岩纳微米的孔隙和微裂缝，起到有效的防塌封堵作用。本发明中的钻井液可以用于各种油气井，例如直井、定向井、大位移井、水平井等。

技术领域

本发明涉及油田钻井液技术领域，更进一步说，涉及一种钻井液用防塌封堵剂及其制备方法与钻井液。

背景技术

维持井壁稳定的问题是钻井行业的一个世界性难题，该问题在世界上许多油田都存在，并一直没有能够得到很好解决。随着我国油气勘探开发目标进一步面向埋藏在地质条件十分复杂的深层油气资源以及煤层气、页岩气等非常规资源，在钻探过程中常遇到井壁稳定难题，这将导致复杂深井和页岩气水平井钻井速度慢、复杂事故多、钻井周期长、成本高，这些已严重影响了我国油气资源重要接替区勘探开发进程。

钻井过程中90％的井壁失稳事故发生在泥页岩地层。泥页岩中水敏性粘土矿物的水化膨胀产生的膨胀压以及钻井液侵入泥页岩孔隙后产生的孔隙压力均会导致井壁泥页岩有效应力的降低，从而导致强度下降，容易发生井塌等井壁失稳现象。如果能够有效封堵泥页岩纳-微米级的孔隙和微裂缝，则不仅能够避免钻井液中自由水的侵入引起泥页岩水化分散，还能阻止钻井液压力向地层深处传递，从而极大程度提高井壁稳定性。然而，泥页岩地层多为纳米级孔隙，渗透率极低，从而导致常规钻井液无法在泥页岩井壁表面形成较厚的滤饼。此外添加传统降滤失剂的钻井液所形成的滤饼颗粒较大，滤饼不够致密，难以有效阻止自由水侵入泥页岩。

为了阻止钻井液侵入泥页岩地层造成井壁失稳，专利US2013/0264121A1中描述了纳米石墨烯或其衍生纳米材料用于封堵泥页岩微孔隙并维持泥页岩井壁稳定的应用。然而，石墨烯及其衍生物材料成本极为昂贵，且目前仍难以大批量工业生产。公开号为CN104804714A的中国专利中描述了一种纳米棒状的纳晶纤维素作为钻井液封堵降滤失剂的应用。公开号为CN105924599A的中国专利描述了一种接枝丙烯酸共聚物的改性纳米二氧化硅颗粒作为钻井液封堵剂的应用。这些纳米材料均为刚性结构，如果粒径大于地层孔喉或微裂缝，则难以挤入地层并起到有效的封堵作用。此外，这些纳米颗粒表面均携带负电荷，与同样带负电荷的泥页岩会产生静电排斥作用，同样不利于其进入泥页岩纳微米的孔隙和微裂缝。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种钻井液用防塌封堵剂。具体地说涉及一种钻井液用防塌封堵剂及其制备方法与钻井液。本发明的钻井液中使用的防塌封堵剂能克服现有技术中钻井液用防塌封堵剂的上述缺陷，是一种可变形、带正电的纳米凝胶，具体是一种壳聚糖纳米凝胶。所述壳聚糖纳米凝胶是一种壳聚糖分子内交联形成的纳米凝胶微粒。

本发明目的之一是提供一种钻井液用防塌封堵剂，所述防塌封堵剂选自壳聚糖纳米凝胶；

泥页岩地层的孔隙和微裂缝通常在纳微米尺度。例如中国四川龙马溪组泥页岩孔隙主要集中在6～120nm，微裂缝缝宽主要在0.8～2μm。因此，粒径较大的纳米凝胶难以进入地层孔隙和微裂缝，而粒径过小的凝胶微球易于团聚。优选地，所述壳聚糖纳米凝胶的平均粒径(D₅₀)为50～500nm，优选为50～300nm，更优选为50～200nm；

壳聚糖纳米凝胶表面带有正电荷，使其易于粘附在泥页岩孔隙和微裂缝内表面，并抑制泥页岩的水化膨胀和分散。如果正电荷密度过低，纳米凝胶颗粒会因静电吸引作用而易于团聚，造成封堵效果减弱。因此，所述壳聚糖纳米凝胶的Zeta电位为0～+50mV，优选为0～+30mV，更优选为0～+20mV。