[发明专利]一种钻井液用地层环境[H+]响应型井壁稳定处理剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种钻井液用地层环境[H+]响应型井壁稳定处理剂及其制备方法和应用。所述井壁稳定处理剂由包括丙烯酸类共聚物、聚酯、有机碱、铁盐、分散改性剂和小分子有机酸在内的组分制备而得。所述井壁稳定处理剂能够利用地层环境[H+]激发，实现地层环境下的快速精准释放，通过释放出不同形态羟基氢氧化铁簇合物修复组分，通过快速聚集、定向吸附反应，实现对地层微裂缝的内部修复和定点强化，可大幅度减少井壁稳定处理剂的用量，同时实现对井下微裂缝第一时间的固壁强化，阻隔水化作用通道，降低钻井液的滤失量，有效地提高地层井壁稳定性。

技术领域

本发明涉及钻井领域，具体地说，是涉及一种钻井液用地层环境[H+]响应型井壁稳定处理剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着石油勘探向深部发展、页岩气勘探加速，钻遇地层条件越来越复杂，我国西北、华北、四川等重点勘探区域复杂地层井壁失稳问题日益突出。西部地区部分二叠系地层，局部破碎，薄弱点多，非均质性强，裂隙发育，掉块硬度高，易导致卡钻等事故。其中二叠系火成岩裂缝发育，英安岩破碎易产生垮塌。石炭系、志留系硬脆性泥页岩地层，粘土含量较高，微裂缝发育易于形成水化通道而剥落掉块、坍塌。华北工区石盒子、石千峰组硬脆性泥岩地层，微裂缝较为发育，在外力作用下易沿微裂缝破裂，滤液侵入后，降低泥岩强度，引起井壁失稳；涪陵、威远等页岩气区块龙马溪组层理性强、微裂缝发育，水相侵入裂缝，产生水力尖劈作用，诱发井壁失稳。四川海相受断裂、风化剥蚀、裂缝发育影响严重，极易垮塌、掉块造成卡钻等复杂，已发生多起卡钻等复杂情况。

钻井液中加入高效井壁稳定处理剂是改善和解决井壁失稳问题的主要方法之一，目前针对硬脆性复杂地层的井壁失稳问题，采用惰性填充封堵是主要技术思路之一。乳化沥青、磺化沥青、氧化沥青等沥青类处理剂如雪佛龙公司的Soltex系列产品和Progress公司的PRO-TEX产品，主要利用处理剂中沥青颗粒在软化点附近温度软化变形，在压差作用下，被挤入地层层理的裂隙和孔喉中，封堵井壁的裂缝和孔隙。硅酸盐处理剂可在水中形成不同尺寸的离子、胶体和高分子的纳米级粒子，通过吸附、扩散和化学沉淀等作用，在地层岩石表面形成一层保护膜，封堵地层微裂缝，黏结地层矿物，提高地层的整体胶结能能力，封固井壁。但硅酸盐处理剂对钻井液的pH要求较高，往往在11以上，由于配伍处理剂较少，钻井液的流变性能调控困难，在一定程度上限制了其应用。聚合醇处理剂有效作用温度范围有限，需要其浊点温度与井底循环温度相当，方能有效封堵地层的微裂缝。

近年来，国外研究人员基于纳米SiO₂、纳米ZnO、纳米碳黑、超微细材料研发了多种的惰性封堵处理剂。但材料用量较大，部分材料加量要达到10％以上。

综上所述，现有沥青类、聚合醇处理剂、超微细处理剂及钻井液体系，均为惰性封堵难以高效匹配地层微裂缝，精确控制能力差，有效地层反应活性成分难以可控释放(优先与钻井液处理剂作用)，缺乏可对地层微裂缝进行判断处理的高效井壁稳定处理剂，无法根据复杂地层条件响应处理，实现对于硬脆性泥页岩微裂缝的第一时间快速封堵固壁。

铁化合物在钻井液处理剂主要用于钻井液降黏剂铁铬木质素磺酸盐(FCLS)生产。铁铬木质素磺酸盐由造纸废液经发酵浓缩后，加入硫酸亚铁和重铬酸钠氧化聚合，再经喷雾干燥而成。而由于铁离子在不同pH条件下可以形成不同形态的羟基氢氧化铁化合物，氢氧化铁粒子大小在1nm到100nm之间时会形成胶体。胶状沉淀的水合氧化铁有较强的吸附性能，能够与地层裂缝表面发生定向吸附，快速封堵地层微裂缝。但直接向钻井液中加入铁盐及其他化合物，则铁盐会优先与钻井液处理剂发生相互作用，导致钻井液滤失、流变性能遭到破坏，同时难以进入地层。

发明内容

为了克服如上所述的现有技术中的不足与缺陷，本发明公开一种钻井液用地层环境[H+]响应型井壁稳定处理剂，其可利用地层环境[H+]激发，通过调控处理剂的形态变化，实现其在地层微裂缝内部快速释放，与地层微裂缝表面发生化学反应，迅速相互聚集生长，实现对微裂缝的快速修补，从而阻隔水化作用通道，减少钻井液滤液对地层的侵入，从而提高硬脆性地层的井壁稳定性。