專利名稱：煤層氣鉆井用淡水基微泡鉆井液的制作方法
技術領域：
本發明是關于一種鉆井液，具體是指一種煤層氣鉆井用淡水基微泡鉆井液。
背景技術：
鉆井液是用于鉆井過程中平衡地層壓力、保證安全順利鉆進的必備材料之一。鉆井過程中，井漏是地層壓力小于液柱壓力時鉆井液大量漏入地層的現象。井漏會引起井下事故或復雜情況，導致施工時間延長，作業成本增加，甚至所鉆井報廢，進而造成嚴重資源浪費和巨大經濟損失。2003年，全球僅堵漏費用約為8億美元，且不包括由井漏造成井下事故后處理事故的投入。煤層氣存在于煤層中。煤層內廣泛分布割理與裂縫，加之煤層地層壓力低，煤層孔隙壓力梯度一般小于1. OMPa/lOOm，常規鉆井液易發生井漏。不僅如此，一旦工作液進入煤層，工作液和高分子聚合物都會吸附在煤層上。它一方面誘發煤基質膨脹而使有效裂縫受到擠壓變窄；另一方面，聚合物在煤表面的多點吸附形成膠凝層堵塞煤層的裂縫和割理系統，造成煤層大面積污染，煤層氣無法排出。后期還要投入更大的人力和物力來提高產量和采收率，影響了經濟效益。因此，要提高經濟效益，必須從根本上控制鉆井液漏失。然而，人類目前尚無法準確探知煤層漏失通道具體存在位置及大小，只能努力研發能夠預防漏失和漏失后高效封堵地層的封堵材料。為了防止鉆井液漏入地層，或者漏失發生后能迅速成功封堵漏失通道，盡快恢復鉆進，作業者使用了幾乎所有的材料，包括橡膠、水泥、纖維、塑料、聚合物、無機膠凝、油溶性樹脂、浙青、黏稠樹脂、酸溶性堵漏材料、微化粉纖維等。但這些材料中，有的材料大小和形狀與地層漏失通道大小和形狀不匹配，控制漏失效果不理想；有的材料在高溫作用下強度低、承壓能力差；有的材料無法在鉆井正常作業的同時，防止漏失和遇到漏失層后自行堵漏。為改善封堵效果，研究人員從剛性材料入手，研究了材料大小與漏失通道大小的匹配問題，先后提出了 1/3架橋規則、2/3架橋規則、孔喉網絡模型、理想充填理論、D9tl充填規則、屏蔽暫堵分形理論，以及固相顆粒多組分濾失模型等，以期能計算出大小合適的封堵材料，全面封堵地層漏失通道。然而，由于地下儲層孔隙大小、分布很不均勻，無法利用理論計算的材料大小封堵地層。同時，地下漏失通道的形狀很不規則，用形狀較規則的材料封堵形狀不規則的漏失通道，效果肯定不盡人意。因此，上述研究理論有的僅在一定程度上解決了漏失問題，有的僅僅停留在理論層次上。
發明內容
本發明的主要目的在于針對現有煤層氣層鉆進過程中，現有鉆井液存在堵漏材料與漏失通道匹配難、氣體型流體現場動用設備多等不足，提供一種煤層氣鉆井用淡水基微泡鉆井液，解決煤層氣鉆井過程中的漏失問題。本發明的另一目的在于提供所述的微泡鉆井液在用于煤層氣鉆井過程中的應用。本發明的另一目的在于提供一種利用了本發明所述的煤層氣鉆井用淡水基微泡鉆井液的煤層氣鉆井方法。一方面，本發明提供了一種煤層氣鉆井用淡水基微泡鉆井液，該煤層氣鉆井用淡水基微泡鉆井液由淡水、碳酸鈉、氫氧化鈉、堿式碳酸鋅、流型調節劑、發泡劑和穩定劑配制而成。根據本發明的優選具體實施方案，本發明的煤層氣鉆井用淡水基微泡鉆井液中， 所述淡水為天然淡水或經加工的淡水；所述流型調節劑由黃原膠與硼交聯劑配制而成；所述發泡劑由十二烷基二甲基氧化胺與α-烯基磺酸鈉配制而成；所述穩定劑由石油醚、油酸山梨醇酯與十二醇配制而成。根據本發明的優選具體實施方案，本發明的煤層氣鉆井用淡水基微泡鉆井液中， 所述流型調節劑中，所述黃原膠為高分子鏈狀多糖聚合物；所述硼交聯劑為四硼酸鈉或硼酸；所述發泡劑中，所述十二烷基二甲基氧化胺為陽離子型表面活性劑、α-烯基磺酸鈉為陰離子型表面活性劑；所述穩定劑中，所述十二醇為飽和直鏈脂肪醇。根據本發明的優選具體實施方案，本發明的煤層氣鉆井用淡水基微泡鉆井液中， 所述流型調節劑中，所述黃原膠與硼交聯劑在配制時的質量比為1 2 1;所述發泡劑中，所述十二烷基二甲基氧化胺、α-烯基磺酸鈉的配制質量比為1 2 1;所述穩定劑中，所述石油醚、油酸山梨醇酯和十二醇在配制時的質量比為1 3 2 7 5。根據本發明的優選具體實施方案，本發明的煤層氣鉆井用淡水基微泡鉆井液，所述流型調節劑的水溶物含量>90%，水分含量< 15%，且該流型調節劑配制成0.5%水溶液后的PH值為5. 0 7. 0，表觀粘度15 25mPa · s，微泡穩定時間彡24h ；所述發泡劑的 pH值7 9，密度0. 90 1. 00g/cm3,泡沫質量彡60%,半衰期彡3. Omin ；所述穩定劑的pH 值為5 7，密度0. 9 1. Og/cm3,體積壓縮率彡20%。本發明的煤層氣鉆井用淡水基微泡鉆井液中，所述流型調節劑主要用于穩定微泡鉆井液體系中的微泡，具有用量小、穩泡作用強的特點，同時具有調節微泡鉆井液流型作用。本發明的該流型調節劑與現有技術中其它具有類似作用的處理劑相比，不僅能夠有效穩定微泡鉆井液中微泡，防止微泡上浮出現的氣液分層、體系不穩情況發生，且能夠調節微泡鉆井液流型，使微泡鉆井液在高剪切速率下黏度較低，使微泡鉆井液具有良好的流變性， 有利于破巖；在低剪切速率下黏度較高，有利于攜帶巖屑。并且，本發明的該流型調節劑與一般鉆井液用處理劑配伍性良好，且該流型調節劑無毒、無害，為環境可接受型處理劑。本發明的流型調節劑適用于小于等于120°C的溫度環境，是一種低溫微泡鉆井液流型調節劑。本發明的煤層氣鉆井用淡水基微泡鉆井液中，所述發泡劑主要用于在微泡鉆井液體系內成核，該發泡劑能夠降低氣液表面張力，包裹隨機械作用進入體相內氣體，能夠有效在微泡體系中充分形成氣核。本發明的該發泡劑與現有技術中其它具有類似作用的處理劑相比，具有用量小、成核作用強的特點，還具有抗鹽、抗鈣能力強等特性。并且，本發明的該發泡劑與一般鉆井液用處理劑配伍性良好，且該發泡劑無毒、無害，為環境可接受型處理齊U。本發明的發泡劑適用于小于等于120°C的溫度環境，是一種低溫微泡鉆井液發泡劑。本發明的煤層氣鉆井用淡水基微泡鉆井液中，所述穩定劑主要用于在微泡氣核外形成包裹氣核的膜層，初步形成微泡結構。本發明的該穩定劑與現有技術中其它具有類似作用的處理劑相比，不僅能夠有效降低氣核與連續相間的表面張力，還能夠在氣核外形成包裹氣核的高黏層，能夠有效防止氣核內氣體逸出，保持氣核穩定，提高微泡強度。并且，本發明的該穩定劑與一般鉆井液用處理劑配伍性良好，且該穩定劑成分為碳水化合物，無毒、 無害，為環境可接受型處理劑。本發明的穩定劑適用于小于等于120°C的溫度環境，是一種低溫微泡鉆井液穩定劑。根據本發明的優選具體實施方案，本發明的煤層氣鉆井用淡水基微泡鉆井液，以鉆井液中的水基計，該鉆井液中碳酸鈉加量為0. 1 0. 3g/100g水，氫氧化鈉加量為0. 1
0.2g/100g水，堿式碳酸鋅加量為0. 1 0. 2g/100g水，流型調節劑加量為0. 1 0. 4g/100g 水，發泡劑加量為0. 1 0. 4g/100g水，穩定劑加量為0. 1 0. 4g/100g水。本發明的煤層氣鉆井用淡水基微泡鉆井液中，所述各組成原料均可商購獲得，可選用普通工業產品。根據本發明的煤層氣鉆井用淡水基微泡鉆井液，其密度可調，例如可在0.70
1.00g/cm3范圍內可調，pH值9 11，塑性粘度10 20mPa · s，動切力10 20Pa，5Mpa靜態漏失量彡10mL/30min，動態漏失量彡10mL/30min，巖心滲透率恢復值彡85%。另一方面，本發明還提供了所述的微泡鉆井液在用于煤層氣鉆井過程中的應用。另一方面，本發明還提供了一種煤層氣鉆井方法，該方法中利用了本發明所述的煤層氣鉆井用淡水基微泡鉆井液。煤層氣鉆井液應用于煤層氣開采，將處理劑按順序加入配漿水中，充分攪拌均勻后，性能滿足設計要求，即可進行鉆井作業。綜上所述，本發明提供了一種煤層氣鉆井用淡水基微泡鉆井液，其是一種新型的防漏堵漏鉆井液，適合煤層氣地層鉆進，配制簡易。在性能上，本發明的煤層氣鉆井用淡水基微泡鉆井液除具備現有技術中常用水基鉆井液的特點外，還具備防漏堵漏效果好的優點，解決了低壓易漏煤層鉆井過程中易發生漏失的問題，可有效提高地層的承壓能力；未鉆遇漏失煤層，鉆井液能實現鉆井所需要的各種工程性能；當遭遇漏失煤層時，自動封堵地層，繼續鉆進；且本發明的鉆井液更具備密度在一定范圍內可調的特點。在使用上，本發明不需要特殊配制設備，密度易于調整，可用于煤層氣直井與定向井鉆井。另外，本發明通過各處理劑的合理配比，使鉆井液的抗劣質土固相污染能力、抗鈣能力增強；鉆井液性能易于維護。
具體實施例方式下面通過具體實施例進一步詳細說明本發明的煤層氣鉆井用淡水基微泡鉆井液的特點及使用效果，但本發明并不因此而受到任何限制。下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規方法。下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業途徑得到。本發明下述實施例中的流型調節劑中的黃原膠、硼交聯劑分別購買于山東阜豐發酵有限公司、濟南多吉利工貿有限公司。本發明下述實施例中的發泡劑中的十二烷基二甲基氧化胺、α -烯基磺酸鈉分別購買于天津通達精細化工有限公司、天津開發區樂泰化工有限公司。本發明下述實施例中的穩定劑中的石油醚、油酸山梨醇酯、十二醇分別購買于淄博景天經貿有限公司、江蘇省海安石油化工廠、天津威泰化工貿易公司。1本發明的煤層氣鉆井用淡水基微泡鉆井液的配制
實施例1、煤層氣鉆井用淡水基微泡鉆井液的配制配方為淡水400g、碳酸鈉0. 80g、氫氧化鈉0. 40g、堿式碳酸鋅0. 40g、流型調節劑 1.60g(由黃膠原和四硼酸鈉以質量份數比1 1組成)、發泡劑1.20g(由十二烷基二甲基氧化胺與α-烯基磺酸鈉以質量份數比2 1組成)、穩定劑1.60g(由石油醚、油酸山梨醇酯與十二醇以質量份數比3 2 5組成)。各組分的質量配比為水碳酸鈉氫氧化鈉 堿式碳酸鋅流型調節劑發泡劑穩定劑為100 0. 2 0. 1 0. 1 0. 4 0. 3 0. 4。按照上述配方，在攪拌條件下，向淡水中依次加入碳酸鈉、氫氧化鈉、堿式碳酸鋅、 流型調節劑、發泡劑、穩定劑，即得煤層氣鉆井用淡水基微泡鉆井液，標記為1#鉆井液。其中，攪拌的速度可以控制在5000rpm左右。實施例2、煤層氣鉆井用淡水基微泡鉆井液的配制配方為淡水400g、碳酸鈉0. 80g、氫氧化鈉0. 40g、堿式碳酸鋅0. 40g、流型調節劑 1.20g(由黃原膠和硼酸以質量份數比2 1組成)、發泡劑0.80g(由十二烷基二甲基氧化胺與α-烯基磺酸鈉以質量份數比1 1組成)、穩定劑0.40g(由石油醚、油酸山梨醇酯與十二醇以質量份數比1 2 7組成)。各組分的質量配比為水碳酸鈉氫氧化鈉堿式碳酸鋅流型調節劑發泡劑穩定劑為100 0. 2 0. 1 0. 1 0. 3 0. 2 0. 1。按照實施例1中的方法配制得到海上石油鉆井用低溫微泡鉆井液，標記為2#鉆井液。實施例3、煤層氣鉆井用淡水基微泡鉆井液的配制配方為淡水400g、碳酸鈉0. 80g、氫氧化鈉0. 40g、堿式碳酸鋅0. 80g、流型調節劑 1.20g(由黃膠原和四硼酸鈉以質量份數比2 1組成)、發泡劑0.80g(由十二烷基二甲基氧化胺與α-烯基磺酸鈉以質量份數比1 1組成)、穩定劑0.80g(由石油醚、油酸山梨醇酯與十二醇以質量份數比2 2 6組成)。各組分的質量配比為水碳酸鈉氫氧化鈉 堿式碳酸鋅流型調節劑發泡劑穩定劑為100 0. 2 0. 1 0. 2 0. 3 0. 2 0. 2。按照實施例1中的方法配制得到海上石油鉆井用低溫微泡鉆井液，標記為3#鉆井液。2對上述配制的本發明的煤層氣鉆井用淡水基微泡鉆井液的性能進行測試，具體按如下步驟進行2. 1密度測定用合適量程的鉆井液用液體密度計，測量煤層氣鉆井用淡水基微泡鉆井液密度。2. 2塑性粘度、動切力和靜切力測定2. 2. 1 儀器采用青島同春石油儀器有限公司ZNN-D6型旋轉粘度計，該粘度計是以電動機為動力的旋轉型儀器。鉆井液處于兩個同心圓筒間的環形空間內。外筒(或稱轉筒)以恒速 (rpm)旋轉。轉筒在鉆井液中的旋轉對內筒(或稱懸錘)產生扭矩，扭力彈簧阻止內筒的旋轉，而與懸錘相連的表盤指示懸錘的位移。2. 2. 2測定程序注意儀器最高工作溫度為93°C。如要測定溫度高于93°C的鉆井液，應使用實心的金屬內筒或內部完全干燥的空心金屬內筒。因為當浸入到高溫鉆井液中時，空心內筒內部的液體可能會蒸發而引起內筒的破裂。
2. 2. 2. 1測量并記錄鉆井液的溫度，以。C為單位表示。2. 2. 2. 2將樣品注入到容器中，并使轉筒剛好浸入至刻度線處。2. 2. 2. 3開啟儀器，調節轉速在600rpm檔，待表盤讀值恒定后，讀取并記錄表盤讀值。2. 2. 2. 4調節轉速在300rpm檔，待表盤讀值恒定后，讀取并記錄表盤讀值。2. 2. 3 計算按式(I)、式(II)分別計算塑性粘度、動切力。PV= θ 600- θ 300 (I)YP = ^feo-PV)
2(II)式中PV為塑性粘度，mPa · s ；YP為動切力，Pa;θ 600> θ 300為600rpm、300rpm時的恒定讀值，無量綱。2·3ρΗ值的測定用潔凈玻璃棒蘸取煤層氣鉆井用淡水基微泡鉆井液滴于ρΗ試紙上，對照標準色階讀數。2. 4堵漏性能測試靜態堵漏實驗，使用改進的華北石油管理局鉆井工藝研究院DLM-OlA型堵漏模擬裝置，選擇40 60目砂做砂床堵漏實驗。加驅壓5. 5MPa,回壓0. 5MPa,記錄漏失量及堵漏時間。動態堵漏實驗，使用海安石油科研儀器有限公司疏松砂巖產能模擬系統，選取滲透率小于0. 5 1 μ m2地層巖心或人造巖做巖心堵漏實驗。加驅壓5. 5MPa,回壓0. 5MPa, 剪切速率300s—1，記錄漏失量及堵漏時間。2. 5巖心滲透率恢復值測定按石油天然氣行業標準SY/T6540-2002《鉆井液完井液損害油層室內評價方法》執行，使用海安石油科研儀器有限公司疏松砂巖產能模擬裝置模擬鉆井條件下對射孔液的儲層保護效果進行研究和評價。由以上測試步驟2. 1 2. 5對本發明的1#、2#、3#鉆井液的性能進行測試，所得結果參見表1 3 表1 1#煤層氣鉆井用淡水基微泡鉆井液性能測試表
權利要求
1.一種煤層氣鉆井用淡水基微泡鉆井液，該煤層氣鉆井用淡水基微泡鉆井液由淡水、 碳酸鈉、氫氧化鈉、堿式碳酸鋅、流型調節劑、發泡劑和穩定劑配制而成。
2.根據權利要求1所述的煤層氣鉆井用淡水基微泡鉆井液，其特征在于所述淡水為天然淡水或經加工的淡水；所述流型調節劑由黃原膠與硼交聯劑配制而成；所述發泡劑由十二烷基二甲基氧化胺與α-烯基磺酸鈉配制而成；所述穩定劑由石油醚、油酸山梨醇酯與十二醇配制而成。
3.根據權利要求2所述的煤層氣鉆井用淡水基微泡鉆井液，其特征在于所述流型調節劑中，所述硼交聯劑為四硼酸鈉或硼酸。
4.根據權利要求3所述的煤層氣鉆井用淡水基微泡鉆井液，其特征在于所述流型調節劑中，所述黃原膠與硼交聯劑在配制時的質量比為1 2 1 ；所述發泡劑中，所述十二烷基二甲基氧化胺、α-烯基磺酸鈉的配制質量比為1 2 1 ；所述穩定劑中，所述石油醚、油酸山梨醇酯和十二醇在配制時的質量比為1 3 2 7 5。
5.根據權利要求1所述的煤層氣鉆井用淡水基微泡鉆井液，其特征在于所述流型調節劑的水溶物含量> 90%，水分含量彡15%，且該流型調節劑配制成0. 5%水溶液后的ρΗ 值為5. 0 7. 0，表觀粘度15 25mPa · s，微泡穩定時間彡24h ；所述發泡劑的ρΗ值7 9，密度0. 90 1. 00g/cm3,泡沫質量彡60%,半衰期彡3. Omin ；所述穩定劑，其ρΗ值為5 7，密度0.9 1.0g/cm3，體積壓縮率彡20%。
6.根據權利要求1所述的煤層氣鉆井用淡水基微泡鉆井液，其特征在于以鉆井液中的水基計，該鉆井液中碳酸鈉加量為0. 1 0. 3g/100g水，氫氧化鈉加量為0. 1 0. 2g/100g水，堿式碳酸鋅加量為0. 1 0. 2g/100g水，流型調節劑加量為0. 1 0. 4g/100g 水，發泡劑加量為0. 1 0. 4g/100g水，穩定劑加量為0. 1 0. 4g/100g水。
7.根據權利要求1所述的煤層氣鉆井用淡水基微泡鉆井液，其特征在于該鉆井液的密度0. 70 1. 00g/cm3，pH值9 11，塑性粘度10 20mPa *s，動切力10 20Pa，5Mpa靜態漏失量彡10mL/30min，動態漏失量彡10mL/30min，巖心滲透率恢復值彡85%。
8.權利要求1 7任一項所述微泡鉆井液在用于煤層氣鉆井過程中的應用。
9.一種煤層氣鉆井方法，該方法中利用了權利要求1 7任一項所述的煤層氣鉆井用淡水基微泡鉆井液。
全文摘要
本發明是關于一種煤層氣鉆井用淡水基微泡鉆井液，該煤層氣鉆井用淡水基微泡鉆井液由淡水、碳酸鈉、氫氧化鈉、堿式碳酸鋅、流型調節劑、發泡劑和穩定劑配制而成。本發明所提供的煤層氣鉆井用淡水基微泡鉆井液主要性能不低于目前煤層氣鉆井過程中使用的鉆井液，防漏堵漏效果好，解決了低壓易漏煤層鉆井過程中易發生漏失的問題，可有效提高地層的承壓能力；未鉆遇漏失煤層，鉆井液能實現鉆井所需要的各種工程性能；當遭遇漏失煤層時，自動封堵地層，繼續鉆進；通過處理劑的配比，使鉆井液的抗劣質土固相污染能力、抗鈣能力增強；鉆井液性能易于維護。
文檔編號E21B43/00GK102453471SQ20101051735
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月22日 優先權日2010年10月22日
發明者傅小康, 劉一楠, 孟尚志, 曹園, 莫日和, 趙軍, 鄭力會, 郭本廣, 韓子軒 申請人:中國石油大學(北京), 中聯煤層氣有限責任公司, 北京力會瀾博能源技術有限公司