[发明专利]一种基于硅酸锂、超细颗粒的微交联乳液固壁剂及制备方法

说明书

本发明涉及一种基于硅酸锂、超细颗粒的微交联乳液固壁剂及制备方法，属钻井液技术领域。其原料组成包括：硅酸锂、超细颗粒、稳定剂、分散剂、交联剂和水。其制备方法为：将去离子水搅拌加热后加入分散剂，继续搅拌加入稳定剂，搅拌直至形成均匀的溶液；将超细颗粒物与溶液混合、浓缩；将硅酸锂水溶液缓慢加入前述浓缩物，保温搅拌至体系均匀，然后降温至室温；在室温搅拌条件下，加入交联剂，适当补充水分，保证体系流动性，形成终产品。本发明作为一种环保化学固壁剂，具有较好的环保性、封堵性，可在复杂深井高密度高固相、泥页岩易破碎地层使用。

技术领域

本发明涉及钻井开采用化学助剂技术领域中的一种石油钻井泥页岩地层防塌钻井液用化学固壁剂。

背景技术

硅酸盐用于钻井液作为防塌剂(也称固壁剂)，在国外应用较早，早在上世纪三十年代，美国即对高浓度硅酸盐钻井液进行深入研究，并进行现场应用。早期硅酸盐体系主要有以下缺点。一是流变性难以控制，主要通过置换稠浆的方式进行；二是碱性太高，对作业人员的健康会造成一定的不良影响，同时还有可能造成机泵润滑脂脱除的不良影响。至六十年代早期，经过对硅酸盐在理论和实践上都有了较深入系统的认识后，人们才逐渐地认识到稀硅酸盐钻井液的防塌作用同样显著，至此，稀硅酸盐钻井液体系才得到较广泛的应用。但是，硅酸盐钻井液存在的流变性、碱性难题并没有完全解决，所以，在一段时间内，由于新型防塌剂的不断出现，硅酸盐逐渐陷于沉寂，没有得到更广泛应用。上述所指的硅酸盐主要是硅酸钠、硅酸钾钠、硅酸钾的水剂和粉剂。随着近年来页岩油气开采的日益扩大，摒弃传统油基钻井液，采用环境友好的水基钻井液开采页岩油气，成为行业的迫切需求，硅酸盐重新回到人们的视线之内。

以往，研究人员在针对各种不同复杂问题，开发出不同硅酸盐钻井液体系，其中最具代表性的硅酸盐钻井液体系可归纳为以下几种：

一种是硅酸盐/聚合物钻井液体系，即将硅酸盐直接加入聚合物钻井液，典型配方：a.粘土粉5％～7％+硅酸盐5％～7％+CMC0.7％～1％+非水解PAM0.2％～0.5％。b.基浆+0.35％聚阴离子纤维素+0.2％XC+0.33％部分水解聚乙烯乙酸酯(PVA)+0.33％硅酸钾+0.33％碳酸钾。这两套体系主要是依靠硅酸盐的胶结特性，把多个粘土颗粒胶结起来，起到稳定井壁的作用。

二是硅酸盐凝胶钻井液，通过把硅酸盐与三聚磷酸钠、煤碱剂复配，作为一种降粘剂，用于具有凝胶特性的钻井液体系。该配方典型性能：密度1.12～1.13kg/L，漏斗粘度40～60s，pH值10～11，硅酸盐加量为0.5％～1％。可见钻井液具有较高的PH，硅酸盐加量仍较低。

三是正电胶硅酸盐钻井液，含有MMH正电胶、硅酸盐、增粘剂、降滤失剂和除氧剂等处理剂的钻井液，其静切力高达10～40Pa，因此钻井液体系具有凝胶性质而对地层裂缝起了封堵作用，防止了钻井液漏失，从而保护了储层。

四是无固相硅酸盐钻井液，通过植物胶改善流变性，硅酸盐的胶结特性，有利于第四系松散地层和二叠、石炭以及泥盆系破碎性地层井壁稳定。上述研究及应用所指的硅酸盐主要是硅酸钠、硅酸钾钠、硅酸钾的水剂和粉剂。

近年来，专利文献(授权公告号：CN105062437B)介绍了一种抗240℃高温的水包油乳化钻井液，其流型调节剂为纳米蒙脱石和硅酸锂镁混合制得，加量为1.5％。蒙脱石在水中分散形成网架结构，硅酸锂镁在水中形成三维空间的胶体结构，两种物质复配主要是为钻井液提供凝胶强度，即钻井液动切力，调整钻井液的流型，未涉及井壁稳定问题。

硅酸锂是硅酸盐的一种，由于锂离子半径比钠、钾离子半径小得多，因而硅酸锂水溶液还具有一些独特的性能：硅酸锂水溶液的性能与二氧化硅胶粒大小密切相关，如SiO₂粒子为1mμ左右，则产品清晰透明、粘度低。硅酸锂水溶液允许模数高达8，SiO₂含量20％，仍然粘度低，稳定性好。由于硅酸锂具有一些特殊的性质，所以近年来越来越受到各国的重视。美国是最早研究硅酸锂制造的国家，生产技术几乎为其垄断。到了上世纪末，日本对硅酸锂的研究不论是质量，还是应用范围都有超美之势。我国在这方面的研究才刚刚起步。