一种针对水敏地层安全钻井的泡沫配方及制备方法组成比例

本发明专利技术涉及一种针对水敏地层安全钻井的泡沫配方及制备方法。由质量百分比的以下组分组成：强抑制起泡剂0.5％

【技术实现步骤摘要】
一种针对水敏地层安全钻井的泡沫配方及制备方法


[0001]本专利技术涉及到资源勘探及石油开采
，特别涉及一种针对水敏地层安全钻井的泡沫配方及制备方法。

技术介绍

[0002]1.四川区块地质特征：
[0003]四川地区地层为正常层序，地层岩性自上而下分布十分复杂，砂岩、砾岩与泥岩层段频繁互层。不同深度泥页岩段黏土矿物组分、水敏性有着明显的差异，底部层段存在煤层，部分砂岩层段为高压高产气层。地表出露为第四系地层；岩性为棕褐色种植土、杂色砂砾层。地层由上至下分别为第四系；白垩系剑门关组；侏罗系蓬莱镇组、遂宁组、沙溪庙组、千佛崖组合白田坝组；上三叠统须家河组五段、四段、三段和二段。
[0004]表层(第四系地层以上)主要以种植土和黏土层为主，底部为杂色细砂和少量砾石，地层较为疏松，岩石强度很低，黏土层及砂岩具有很强的水敏性，一旦遇水黏土膨胀分散，垮塌失稳，砂岩及砾岩为钙质胶结，较为疏松，岩石强度较低，遇水后疏松砂岩、砾岩层段有可能出现垮塌失稳。
[0005]白垩系剑门关组地层以砾砂岩为主，夹杂薄泥岩层段，底部为砾岩层段，钙质胶结，地层较为疏松，岩石强度较低，泥岩层段具有较强的水敏性。
[0006]侏罗系蓬莱镇组地层泥岩砂岩频繁互层，砂岩层段为泥质胶结，偶见硅质胶结，孔隙式胶结，较为疏松，部分层段产气。黏土矿物以伊/蒙混层和绿/蒙混层为主，该类黏土矿物具有很高的阳离子交换容量和比表面积，水敏性很强，一旦遇水水化膨胀较为严重，岩石强度变得很低，泥岩层段井壁趋于不稳定。对于砂岩层段，由于地层较为疏松，为泥质胶结，水很容易侵入疏松砂岩地层，引起泥质胶结物水化膨胀，产生膨胀应力，强度降低，稳定性变差。
[0007]遂宁组地层为细粉砂岩与泥岩频繁互层，砂岩为钙质胶结，十分致密，岩石强度高。泥岩层段黏土矿物主要以伊/蒙混层为主，含有伊利石、绿泥石，阳离子交换容量大，水敏性强。
[0008]上沙溪庙组地层泥岩、粉砂泥岩与粉砂岩、泥质粉砂岩、细粒岩屑砂岩互层。砂岩层段为孔隙式、接触式胶结，为硅质胶结物，较为疏松，有高压产气层存在。泥岩层段黏土矿物以绿泥石、伊利石为主，高嶙石、伊/蒙混层少量存在，强水敏性，为软泥岩层段，遇水后泥岩层段普遍存在缩径卡钻现象。下沙溪庙组地层砂泥岩频繁互层，砂岩层段为孔隙式、接触式胶结，钙质、泥质胶结，较为致密，部分层段产气。泥岩黏土矿物组成与上沙溪庙组泥岩层段相似，具有强水敏性，遇水后软泥岩层段存在缩径卡钻现象。
[0009]千佛崖组地层上部泥岩、粉砂岩不等厚互层，底部为砾岩，砂岩为泥质胶结，分布不均，砾岩为泥质胶结，较为致密。泥岩层段黏土矿物以绿泥石、伊利石为主，高岭石、伊/蒙混层少量存在，强水敏性。
[0010]白田坝组地层泥岩、粉砂质泥岩与岩屑石英砂岩互层，顶部有一层鲕粒灰岩。砂岩
为孔隙式胶结，泥质胶结物，较为致密。泥岩层段具有较高的水敏性。
[0011]须家河组地层岩性分布十分复杂，泥岩、砂岩和砾岩不等厚互层，含有黑色煤层，从岩性纵向分布剖面图上看出，须家河组泥岩层段分布较多，黏土矿物主要以伊利石和绿泥石为主，含有少量高岭石，须家河组泥岩层段水敏性不高，为硬脆性泥岩层段，硬脆性泥页岩微裂缝十分发育，在钻井过程中，外力扰动很容易引起微裂缝扩张延伸，新的裂缝产生，一旦遇水，水沿裂缝面侵入近井壁地层，导致岩石强度降低，井壁发生崩落掉块。
[0012]通过对四川地区地层岩性纵向分布剖面图研究分析可发现该地区岩性分布十分复杂，砂岩、砾岩、泥岩交互频繁出现，泥岩层段十分发育，自上而下泥岩层段间存在较大的差异。上部泥岩层段较为疏松，具有很高的水敏性，水化膨胀性强，为软泥岩地层，遇水后地层变得不稳定；深部泥岩地层，岩石较为致密，水敏性不强，遇水后产生的水化膨胀力不大，但该类岩石富含微裂缝，在外力的扰动下还会产生新的微裂缝，水沿微裂缝面侵入地层，岩石强度降低，井壁趋于不稳定。
[0013]地质坍塌机理分析
[0014]四川地区井壁失稳原因主要为泥页岩失稳。泥页岩是泥岩和页岩的总称，是指以黏土矿物为主的，固结程度较高的沉积岩。其中层理不明显，呈现块状的称为泥岩，而具有微层理称为页岩。泥页岩主要由黏土矿物、陆源碎屑矿物及自身非黏土矿物组成，其中黏土矿物是影响泥页岩物理化学性质的关键因素。
[0015]一定条件下泥页岩的稳定性取决于该条件下泥页岩抗物理化学变化的能力的强弱，而这种能力则由泥页岩的物化性能体现出来。泥页岩的组分与结构是影响泥页岩稳定性的内在因素，理化性能是泥页岩稳定性能的外在表现，理化性能的发挥受到泥页岩组构的限制。对于具体的井壁泥页岩来说，外部条件则是诱发泥页岩失稳的导火线。这些外部条件包括井壁条件下的各种化学、物理、力学以及地质等等因素。当泥页岩被地层钻开，钻井液直接于泥页岩接触，黏土矿物发生水化。绝大多数的井壁失稳源于泥页岩中的黏土矿物的水化膨胀和分散，显然黏土矿物的水化造成井壁泥页岩失稳的主要原因，井壁泥页岩本身的特性、所处的地质环境、所接触的钻井液对水化都有一定影响。
[0016]亲水性和分散性是构成泥页岩的主要成分-黏土矿物的重要属性，黏土的水化包括表面水化和渗透水化，都能够使得黏土矿物吸水膨胀、晶层间距增大，从而使泥页岩内部固结强度下降，抗压能力降低，造成泥页岩井壁失稳，诱发钻井事故，同时泥页岩的分散也是水与泥页岩相互作用的结果，分散严重的井段易于发生井塌、掉块等失稳现象。
[0017]泡沫钻井是利用空气或氮气等气体与发泡剂基液混合形成的蜂窝状泡沫流体作为钻井液的钻井方式，该钻井液具有密度低、粘度大携岩能力强的特点。四川地区上部陆相地层具有裂缝发育、多孔隙、砂泥岩互层频繁、地层压力系数较低、地层出水比较常见的地质特征，常规水基钻井液在应用时存在易漏失、钻速慢、侵入污染地层等缺陷，空气泡沫钻井由于具有提高机械钻速、有效空气漏失等优点，可以顺利解决四川周边区域浅表地层钻井问题，经过十余年的探索，已发展成为此类地层顺利、低成本钻进的主要选择，其平均机械钻速可达到6-10m/h，是常规水基钻井液的5-10倍。目前，中石化每年在四川及周边区域应用泡沫钻井约20余口井，中石油每年在该区域施工约30口余井，在表层恶性漏失、大尺寸井眼(大于445mm)必须使用泡沫钻井工艺。
[0018]但是，近些年来，随着环保政策日趋严格，普通泡沫钻井工艺应用范围越来越小，
川东北元坝地区施工完以后，在川渝地区页岩气区块、川西海相超深井等表层推广困难，主要原因有两点：第一，泡沫钻井产生大量污水，通常在500-800方，甚至达到2000方，处理成本高昂且环境风险大；第二，大量的废水需要在现场修建巨大的废水池，征地和施工成本也很高。分析泡沫钻产生大量废水原因，除了部分井是由于地层出水量大造成以外，更主要是当钻遇泥岩层位时，由于常规泡沫基液含水且起泡剂对泥页岩水化具有一定的促进作用，泥岩水化促使泡沫基液粘度提升快，而粘度过大影响泡沫的产生，需要大量补充清水和钻井材料，另外，在钻长段泥岩地层或泥岩夹层时，由于泡沫基液抑制护本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对水敏地层安全钻井的泡沫配方，其特征在于，各组分质量百分比如下：强抑制起泡剂0.5％-1.0％，无机增粘剂0.5％-1.0％，稳泡剂0.1％-1.0％，膨润土1.0％-2.0％，NaOH0.1％-0.3％,余量为水。2.根据权利要求1所述的针对水敏地层安全钻井的泡沫配方，其特征在于，所述强抑制起泡剂是一种含有NH-1抑制剂的起泡剂。3.根据权利要求2所述的针对水敏地层安全钻井的泡沫配方，其特征在于，所述NH-1抑制剂的分子式为：其中，R1、R2为C原子数为1-4的直链或带支链的烷烃。4.根据权利要求1所述的针对水敏地层安全钻井的泡沫配方，其特征在于，所述无机增粘剂是蒙脱石经过季铵盐类表面活性剂处理后形成的疏水改性的增粘剂。5.根据权利要求1所述的针对水敏地层安全钻井的泡沫配方，其特征在于，所述稳泡剂为硅树脂聚醚乳液类。6.根据权利要求1所述的针对水敏地层安全钻井的泡沫配方，其特征在于，所述膨润土包括蒙脱石，膨润土是根据天然蒙脱石的结构性质改性合成的产品，高品位膨润土的蒙脱石含量在85-90％。7....

【专利技术属性】
技术研发人员：吴熙，杨国兴，张珍，杜征鸿，陈仕仪，沈建文，王权阳，李勇，杨昌学，杨新春，刘勇，何松璞，睢圣，陈虹霓，吴昌军，周成华，熊雪莲，
申请(专利权)人：中石化西南石油工程有限公司钻井工程研究院，
类型：发明
国别省市：