一种随钻加固泥页岩的钻井方法技术

一种随钻加固泥页岩的钻井方法，涉及钻井技术领域，发明专利技术基于仿生技术，模仿海洋生物贻贝的特点，采用在井下环境条件下能高效随钻加固井壁岩石的仿生钻井液体系，在钻井过程中及时调整钻井液配方，仿生固壁钻井液的作用机理是能在井壁上形成牢固、致密的“仿生壳”，解决钻井中井漏、井壁失稳、随钻固壁、窄安全密度窗口等难题。实现真正力学-化学耦合，维持井壁稳定、强化井壁。

【技术实现步骤摘要】
一种随钻加固泥页岩的钻井方法
本专利技术涉及钻井
，特别是泥页岩井段井壁的固壁技术。
技术介绍
常规的钻井液的配方及功能参数，特别是钻井液中膨润土含量为40～60g/L，防塌剂含量为1.5～20g/L，钻井液的粘度为40～50s，切力为1.5～5Pa。常规钻井液的配方：由清水和膨润土粉、纯碱、絮凝包被剂、降滤失剂、防塌剂和润滑剂组成，其中，膨润土粉占4～6%，纯碱占0.5%，絮凝包被剂占0.3%，降滤失剂占0.6%，防塌剂占2%，润滑剂占1～2%。常规钻井液性能主要参数：密度1.05g/cm3，马氏漏斗粘度40～50s，中压滤失量小于8ml，PH值8-9，1min初切力1.5～5Pa，润滑性能粘滞系数0.04～0.09。常规钻井液的优点：配方成熟，性能变化因素容易判断，处理调整得心应手。但常规钻井液的还存在缺点：钻遇特殊地层，如易坍塌泥页岩，稳定井壁能力不足，往往施工受阻、导致井下复杂反复划眼，造成大量的时间、物力、人力损失。因此常规钻井液适用的场合：垂深3000m以内普通直井、定向井的钻井液施工，而不适用于对易坍塌泥页岩井段的钻进。由于泥页岩井段井壁稳定性差，地层打开后经钻井液浸泡易垮塌掉块等井壁失稳现象，严重的会出现井壁坍塌，影响钻井安全和效益。井壁稳定问题一直是困扰国内外钻井界的难题，井壁失稳引发的事故平均每年造成近10×108美元的经济损失。大多数研究者以减轻钻井液对井壁稳定性的不利影响为主要目标，研究能避免井壁失稳的钻井液体系。然而，由于不能完全抑制泥页岩的水化膨胀或阻止自由水的滤失，这些钻井液体系只能在一定程度上减轻井壁失稳所造成的影响，不适用于极易坍塌或造浆的地层。为了从根本上避免井壁失稳引起的缩径卡钻、井壁坍塌等工程事故，应该随钻将泥页岩井壁直接加固，大幅提高泥页岩井壁的力学稳定性，这是近年来国外学者最新研究的井壁强化技术。由于不能克服泥页岩表面亲水性的影响，到目前为止这项技术仍处于探索阶段，未能完全实现井下随钻加固泥页岩。仿生页岩抑制剂的配方、性能参数、特点：仿生页岩抑制剂YZFS-1是一种具有极性基团的小分子聚合物，在钻井液中能够抗盐抗钙污染，随仿生页岩抑制剂YZFS-1浓度增加，钻井液的粘度、切力、滤失量上升。仿生固壁剂的配方、性能参数、特点：仿生固壁剂GBFS-1是一种类足丝蛋白性的接枝聚合物，加入钻井液中能够降低滤失量，在泥页岩缝隙形成封堵膜，从而加固井壁的稳定性。在本专利技术之前，仿生页岩抑制剂和仿生固壁剂已进行进行应用，表明钻井液中加入仿生页岩抑制剂和仿生固壁剂后，泥页岩井段稳定周期延长，井壁坍塌量减少，节省了作业时间。但钻井液中加入仿生页岩抑制剂和仿生固壁剂后，钻井液的粘度和切力有所上升，并伴有发泡现象，钻井液性能不易稳定。
技术实现思路
本专利技术目的是提出能够有效提高泥页岩井段井壁稳定性，防止液浸泡易垮塌掉块等井壁失稳现象出现的随钻加固岩石的钻井方法。本专利技术技术方案是：在钻井过程中及时调整钻井液配方，具体包括以下步骤：1）先采用常规钻井液进行钻进，在钻进至距易垮塌掉块泥页岩150m开始，将钻井液中膨润土含量调整为20～30g/L，将钻井液的粘度降低10%～20%，将钻井液的切力降低10%～20%；2）在钻进至距易垮塌掉块泥页岩100m开始，向步骤1）的钻井液中加入仿生页岩抑制剂，直至钻井液中仿生页岩抑制剂的含量为0.5%～0.7%；步骤2）中，通常的钻井液中仿生页岩抑制剂的含量为0.5%即可使泥页岩岩屑在振动筛上的钻屑返出量正常。如井下泥页岩岩屑在振动筛上返出量大于正常钻进钻屑量100%以上时，钻井液中仿生页岩抑制剂的含量达可加大到0.7%，但也不要超过0.7%。钻井液中仿生页岩抑制剂的含量在0.5～0.7%发挥效能好，含量效能提升平缓，反而增加成本；另外为了避免伴随含量过高，钻井液粘度快速上升，造成钻井液性能恶化。3）在钻进至距易垮塌掉块泥页岩50m开始，向步骤2）的钻井液中加入仿生固壁剂，直至钻井液中仿生固壁剂含量为0.8%～1.2%；步骤3）中，通常的钻井液中仿生固壁剂含量为0.8%即可使泥页岩岩屑在振动筛上钻屑返出量正常。如井下泥页岩岩屑在振动筛上返出量大于正常钻进钻屑量100%以上时，钻井液中仿生固壁剂的含量达可加大到1.2%，但也不要超过1.2%。钻井液中仿生页岩抑制剂的含量在0.8～1.2%发挥效能好，含量效能提升平缓，反而增加成本；另外为了避免伴随含量过高，钻井液粘度和切力快速上升，造成钻井液性能恶化。4）在钻井液流变性能达到设计要求后，在每继续钻进100m±10m，向步骤3）的钻井液中同时加入仿生页岩抑制剂和仿生固壁剂，并减少防塌剂在钻井液中的占比。一般钻井液设计通常根据施工井的井型、井别和地质目的，按相关钻井标准，结合井下地质特点，设计钻井液性能。比如：某油田某凹陷某构造某井的600～1800m井段，设计钻井液性能主要参数：密度1.05g/cm3，马氏漏斗粘度40～50s，中压滤失量小于8ml，PH值8-9，1min初切力1.5～5Pa，润滑性能粘滞系数0.04～0.09。专利技术基于仿生技术，模仿海洋生物贻贝的特点，采用在井下环境条件下能高效随钻加固井壁岩石的仿生钻井液体系。仿生固壁钻井液的作用机理是能在井壁上形成牢固、致密的“仿生壳”，解决钻井中井漏、井壁失稳、随钻固壁、窄安全密度窗口等难题。实现真正力学-化学耦合，维持井壁稳定、强化井壁。仿生技术是研究生物体的结构、功能和工作原理，并将其移植于工程技术中，用以解决工程难题的新兴技术类别，还没有被应用于常规钻井液体系的研究。国内有学者基于仿生技术，模仿海洋生物贻贝的特点，研究在井下环境条件下能高效随钻加固井壁岩石的仿生钻井液体系。仿生固壁钻井液水化抑制强，可通过离子交换作用嵌入粘土层间域，将相邻粘土晶层通过强氢键作用束缚在一起，从而极大地抑制粘土的水化膨胀。成膜封堵性强，能通过在岩石表面自发聚合，形成纳-微米厚度的聚合物膜，有效封堵页岩纳-微米级孔隙和裂缝。能有效降低失水，防止地层吸水膨胀、剥落或坍塌；能有效地提高安全密度窗口，保证钻井安全。本专利技术在常规钻井液基础上，通过上述方法，在钻进过程中及时调整的钻井液，通过加入仿生页岩抑制剂，增强钻井液的泥页岩抑制能力，通过加入仿生固壁剂，增强钻井液的泥页岩裂隙封堵承压能力，较少防塌剂使用量，提高泥页岩井段井壁稳定性，达到井下安全、降本增效、环境友好的目的。本专利技术工艺简单，防塌剂用量少，便于降本、增效。色度浅，荧光级别低，利于地质录井和保护油气层，属于生物产品，有利于节能降耗，环境友好。本专利技术能解决井壁稳定、提质提速等诸多难题，将在缩短钻井周期、减少复杂故障时效等方面产生良好的经济效益。进一步地，为了避免钻井液流变性能波动太大，本专利技术在所述步骤2）中，每循环周加入的仿生页岩抑制剂不超过50kg。为了避免钻井液流变性能波动太大，所述步骤3）中，每循环周加入的仿生固壁剂不超过100kg。所述步骤4）中，仿生页岩抑制剂每循环周增加40kg，以便用于维持深度增加的消耗。所述步骤4）中，仿生固壁剂每循环周增加100kg，以便用于维持深度增加的消耗。所述步骤4）中，减少防塌剂在钻井液中的占比至1.5%～0%。本专利技术还可进一步根据地层变化和井身轨道变化进行相关钻井液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种随钻加固泥页岩的钻井方法，其特征在于在钻井过程中及时调整钻井液配方，具体包括以下步骤：1）先采用常规钻井液进行钻进，在钻进至距易垮塌掉块泥页岩150m开始，将钻井液中膨润土含量调整为20～30g/L，将钻井液的粘度降低10%～20%，将钻井液的切力降低10%～20%；2）在钻进至距易垮塌掉块泥页岩100m开始，向步骤1）的钻井液中加入仿生页岩抑制剂，直至钻井液中仿生页岩抑制剂的含量为0.5%～0.7%；3）在钻进至距易垮塌掉块泥页岩50m开始，向步骤2）的钻井液中加入仿生固壁剂，直至钻井液中仿生固壁剂含量为0.8%～1.2%；4）在钻井液流变性能达到设计要求后，在每继续钻进100m±10m，向步骤3）的钻井液中同时加入仿生页岩抑制剂和仿生固壁剂，并减少防塌剂在钻井液中的占比。

【技术特征摘要】
1.一种随钻加固泥页岩的钻井方法，其特征在于在钻井过程中及时调整钻井液配方，具体包括以下步骤：1）先采用常规钻井液进行钻进，在钻进至距易垮塌掉块泥页岩150m开始，将钻井液中膨润土含量调整为20～30g/L，将钻井液的粘度降低10%～20%，将钻井液的切力降低10%～20%；2）在钻进至距易垮塌掉块泥页岩100m开始，向步骤1）的钻井液中加入仿生页岩抑制剂，直至钻井液中仿生页岩抑制剂的含量为0.5%～0.7%；3）在钻进至距易垮塌掉块泥页岩50m开始，向步骤2）的钻井液中加入仿生固壁剂，直至钻井液中仿生固壁剂含量为0.8%～1.2%；4）在钻井液流变性能达到设计要求后，在每继续钻进100m±10m，向步骤3）的钻井液中同时加入仿生页岩抑制剂和仿生固壁剂，并减少防塌剂在钻井液中的占比；所述常规钻井液中膨润土含量为40～60g/L，防塌剂含量为1.5～20g/L，钻井液的粘度为40～50s，切力为1.5～5Pa；常规钻井液的配方：由清水和膨润土粉、纯碱、絮凝包被剂、降滤失剂、防塌剂和润滑剂组成，其中，膨润土粉占4～6%，纯碱占0.5%，絮凝包被剂占0.3%，降滤失剂占0.6%，防塌剂占2%，润滑剂占1～2%。2.根据权利要求1所述随钻加固泥页岩的钻井方法，其特征在于：所述步骤2）中...

【专利技术属性】
技术研发人员：王学军，徐国良，陈波，苟天华，梁鼎，樊继强，蒋官澄，陈军，
申请(专利权)人：中石化石油工程技术服务有限公司，中石化江苏石油工程有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11