[发明专利]一种基于水化填充机理的水基钻井液泥饼固体润滑剂

说明书

本发明涉及的是一种基于水化填充机理的水基钻井液泥饼固体润滑剂，这种基于水化填充机理的水基钻井液泥饼固体润滑剂是一种固体粉末，其由硅铝酸盐微粉、高分子超细聚丙烯粉、石墨粉构成，各组分质量百分比含量分别为：硅铝酸盐微粉65%‑95%，超细聚丙烯粉0.5%‑10%、石墨粉1%‑30%。本发明在钻井液中加量为0.3%‑1%时，可使泥饼的润滑性提升37%‑43%，高于现有固体润滑剂的泥饼润滑效果，并且成本较低。

技术领域：

本发明涉及的是降低水基钻井液泥饼摩阻系数的处理剂，具体涉及的是一种基于水化填充机理的水基钻井液泥饼固体润滑剂。

背景技术：

大位移井和水平井是非常规储层和海上油田开发的主要方式，随着井斜角的增加和水平段的增长，管柱在重力作用下与下井壁的接触面积增大，进而导致水平段摩阻高、扭矩大、卡钻风险大、井眼轨迹控制难等问题产生，严重影响了大位移井和水平井的钻井安全和延伸极限，管柱摩阻问题已经成为制约大位移井和水平井钻井的关键问题之一。影响管柱摩阻的主要因素包括：(1)钻井参数；(2)井眼狗腿度；(3)钻具性能及尺寸；(4)钻井液润滑性。排除井壁失稳、井眼不清洁、轨迹复杂以及其他工程因素，钻井液的润滑性决定着实钻中的摩阻和扭矩。钻井液的润滑性通常包括泥饼的润滑性能和钻井液流体自身的润滑性两个方面。对于水平井来说，尤其是泥岩地层，随着水平段的延长，钻井液中的无法震动筛除的固相含量逐渐增多，井壁泥饼的光滑度下降，钻具与井壁泥饼之间的摩阻变得更为突出。因此，在井壁上形成光滑的高质量的泥饼是降低水平段摩阻的有效途径。

水基钻井液具有成本低、环保等多种优势，因此水基钻井液是目前主要使用的钻井液体系。但水基钻井液的润滑性一般，所形成泥饼的质量也较差。钻井初期，往往通过加入润滑剂的方式来提高泥饼的光滑性。润滑剂主要包括液体润滑剂和固体润滑剂。液体润滑剂主要是矿植物油类、表活剂类、聚醇类等。固体润滑剂主要包括石墨、塑料小球、玻璃小球、金属小球等。相对于液体润滑剂，固体润滑剂无荧光、无毒、抗高温能力强，可使泥饼的摩阻系数降低 20％-30％。固体润滑剂是通过物理作用，将钻具与钻井液固相颗粒之间的滑动摩擦转换为滚动摩擦或者将摩擦界面由刚性摩擦转变为柔性摩擦来减小泥饼摩阻，总体上对泥饼的润滑改善效果一般。钻井至中后期以后，大量岩屑混入钻井液，其中大颗粒固相可通过振动筛而去除，但尺寸较小的固相颗粒仍然存留在钻井液中，导致钻井液中固相含量增大，所形成的泥饼也变得疏松，这时仅通过添加润滑剂，不仅润滑效果提升效果不明显，井壁上虚泥饼的厚度也随之增加，钻具与井壁的接触可能性增大，摩阻反而会增大。针对上述情况，油田通常采用的措施是在钻井液中添加降滤失剂和封堵剂来提高泥饼的光滑性。目前，应用比较广泛的是聚合铝和纳米二氧化硅，其主要通过提高固体颗粒的分散性以及填充泥饼固相颗粒之间的空隙来提高泥饼的致密性，从而提高其表面的光滑度。通常，聚合铝和纳米二氧化硅在钻井液中的加量分别为2％，此添加量下可使泥饼的润滑性提升30％-38％。按照聚合铝单价为8000元/吨、纳米二氧化硅单价为10000元/吨计，每立方钻井液的添加费用约为200元-300元。尽管具有较好的润滑泥饼性能，但成本较高。

发明内容：

本发明的目的是提供一种基于水化填充机理的水基钻井液泥饼固体润滑剂，这种基于水化填充机理的水基钻井液泥饼固体润滑剂用于提升现有固体润滑剂对泥饼的润滑效果，同时解决聚合铝和纳米二氧化硅成本较高的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种基于水化填充机理的水基钻井液泥饼固体润滑剂是一种固体粉末，其由硅铝酸盐微粉、高分子超细聚丙烯粉、石墨粉构成，各组分质量百分比含量分别为：硅铝酸盐微粉65％-95％，超细聚丙烯粉0.5％-10％、石墨粉1％-30％。

上述方案中硅铝酸盐微粉是含钙、铝、镁、铁中任意一种金属的硅铝酸盐，颗粒粒径为200-2500目。

上述方案中高分子超细聚丙烯粉为商业用聚丙烯粉，颗粒粒径为600-2000 目。

上述方案中石墨粉为超细石墨粉，颗粒粒径为800-3000目。