技术领域
本发明涉及一种水基钻井液抑制剂组合物和水基钻井液，特别涉及一种页岩气页岩的水基钻井液抑制剂组合物和水基钻井液，属于钻井技术领域。
背景技术
我国页岩气资源预测可采储量达10.3×1012-47.0×1012立方米，具有良好的勘探开发前景，一旦成功地规模化勘探开发，能够有效地缓解我国油气供需矛盾，因此页岩气勘探和开发已成为“十二五”国家重大战略。
现阶段，水平钻井技术是页岩气开发的核心技术之一，广泛应用于页岩气开发钻井。为了后期水力压裂增产，水平井段多分布在天然裂缝发育地层，且沿最小水平主应力方向钻进。在钻井过程中，钻井液滤液极易侵入页岩气页岩内部，容易引起页岩气页岩的水化膨胀，从而引起井壁坍塌、卡钻等。因此，抑制页岩气页岩的水化膨胀成为水平井开发页岩气资源的关键技术难题之一。
抑制剂又称防塌剂，主要用于配制钻井液，在钻井液钻进页岩气页岩地层时，可抑制页岩气页岩的水化膨胀，进而防止由于页岩气页岩的水化膨胀引起的井壁坍塌、卡钻等。目前，我国页岩气水平井钻井使用的多为油基钻井液，虽然油基钻井液具有优异的抑制性，但其配制成本较高且存在环保问题，井漏处理困难，一旦发生井漏问题，必将造成重大经济损失；而水基钻井液则具有成本低廉以及环境友好等优点，但在页岩气水平井钻井中，常规水基钻井液难以解决页岩气页岩的水化膨胀这一问题，从而难以满足页岩气水平井勘探的工程技术需要。
因此，研发一种能够有效抑制页岩水化膨胀的页岩气页岩水基钻井液抑制剂组合物，具有重要的现实意义和应用前景。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种水基钻井液抑制剂组合物和水基钻井液，该水基钻井液中包括该水基钻井液抑制剂组合物，本发明的水基钻井液抑制剂组合物和水基钻井液能够有效抑制页岩气页岩的水化膨胀，明显降低页岩膨胀率，防止井壁坍塌、卡钻等，从而强化井壁稳定性并减少井下复杂情况。
为了实现上述技术目的，本发明首先提供了一种水基钻井液抑制剂组合物，该水基钻井液抑制剂组合物的原料组成包括：十二酸山梨醇酯、聚氧乙烯失水山梨醇硬脂酸酯和油酸山梨醇酯。
本发明提供了上述十二酸山梨醇酯、聚氧乙烯失水山梨醇硬脂酸酯和油酸山梨醇酯组合在一起作为水基钻井液抑制剂的应用。
在本发明提供的水基钻井液抑制剂组合物中，优选地，十二酸山梨醇酯、聚氧乙烯失水山梨醇硬脂酸酯和油酸山梨醇酯的重量比为1-5:1-5:1。
在本发明提供的水基钻井液抑制剂组合物中，更优选地，十二酸山梨醇酯、聚氧乙烯失水山梨醇硬脂酸酯和油酸山梨醇酯的重量比为2-3:2-5:1。
在本发明提供的水基钻井液抑制剂组合物中，优选地，该水基钻井液抑制剂组合物还可以包括水。
在本发明提供的水基钻井液抑制剂组合物中，优选地，所述十二酸山梨醇酯、聚氧乙烯失水山梨醇硬脂酸酯和油酸山梨醇酯的总重量为该水基钻井液抑制剂组合物总重量的1％-10％；更优选地，所述十二酸山梨醇酯、聚氧乙烯失水山梨醇硬脂酸酯和油酸山梨醇酯的总重量为该水基钻井液抑制剂组合物总重量的5％-9％。
本发明提供的上述水基钻井液抑制剂组合物可以用于抑制页岩气页岩的水化膨胀。
本发明还提供了一种水基钻井液，该水基钻井液中包括上述的水基钻井液抑制剂组合物。
本发明提供了上述十二酸山梨醇酯、聚氧乙烯失水山梨醇硬脂酸酯和油酸山梨醇酯组合在一起作为水基钻井液的应用。
在本发明提供的水基钻井液中，优选地，以该水基钻井液的重量计，十二酸山梨醇酯、聚氧乙烯失水山梨醇硬脂酸酯和油酸山梨醇酯的总重量为该水基钻井液总重量的5％-8％。
在本发明提供的水基钻井液中，优选地，该水基钻井液还包括粘土、封堵剂、加重剂、增粘剂、润滑剂、降粘剂、降滤失剂和絮凝剂中的一种或几种的组合。
在本发明提供的水基钻井液中，对于粘土、封堵剂、加重剂、增粘剂、润滑剂、降粘剂、降滤失剂和絮凝剂的添加量没有特别的限定，可以分别为本领域常用的各种含量。优选地，以该水基钻井液中含有的水的重量计，所述粘土的添加量为0％-5％(5％以下)，所述封堵剂的添加量为0％-5％(5％以下)，所述加重剂的添加量为0％-300％(300％以下)，所述增粘剂的添加量为0％-1％(1％以下)，所述润滑剂的添加量为0％-5％(5％以下)，所述降粘剂的添加量为0％-5％(5％以下)，所述降滤失剂的添加量为0％-5％(5％以下)，所述絮凝剂的添加量为0％-5％(5％以下)。
在本发明提供的水基钻井液中，对于粘土、封堵剂、加重剂、增粘剂、润滑剂、降粘剂、降滤失剂和絮凝剂的种类没有特别的限定，可以分别为本领域常用的各种粘土、封堵剂、加重剂、增粘剂、润滑剂、降粘剂、降滤失剂和絮凝剂，均为本领域常见的材料，均可市售获得；
优选地，采用的粘土包括膨润土、海泡石和凹凸棒石中的一种或几种的组合；
采用的封堵剂包括沥青、磺化沥青、纳米二氧化硅和纳米重晶石中的一种或几种的组合；
采用的加重剂包括重晶石和/或铁矿粉；
采用的增粘剂包括高粘聚阳离子纤维素、高粘羧甲基纤维素钠盐、丙烯酸盐与丙烯酰胺共聚物和羟乙基纤维素中的一种或几种的组合；
采用的润滑剂包括塑料小球和/或石墨；
采用的降粘剂包括磺甲基丹宁、磺甲基栲胶、磺化苯乙烯-马来酸酐共聚物和醋酸乙烯酯-顺丁烯二酸酐共聚物中的一种或几种的组合；
采用的降滤失剂包括羧甲基纤维素钠盐、褐煤碱液、硝基腐植酸钠、铬腐植酸和羧丙基淀粉中的一种或几种的组合；
采用的絮凝剂包括丙烯腈共聚物钾盐、丙烯酰胺与丙烯酸钠共聚物和复合离子型大分子量聚合物中的一种或几种的组合。
本发明提供的上述水基钻井液可以用于抑制页岩气页岩的水化膨胀。
在本发明提供的上述水基钻井液抑制剂组合物和水基钻井液中，采用的十二酸山梨醇酯为Span20，采用的聚氧乙烯失水山梨醇硬脂酸酯为Tween60，采用的油酸山梨醇酯为Span80。采用的十二酸山梨醇酯、聚氧乙烯失水山梨醇硬脂酸酯和油酸山梨醇酯均分别为本领域常用的十二酸山梨醇酯、聚氧乙烯失水山梨醇硬脂酸酯和油酸山梨醇酯，均可市售获得。
这里需要说明的事，对本发明提供的水基钻井液抑制剂组合物和水基钻井液的制备方法没有特别的限定，只要按比例将各组分混合均匀即可。
本发明的水基钻井液抑制剂组合物对页岩气页岩的水化膨胀、分散具有强抑制作用，是由于其在页岩孔喉和页岩表面具有强烈吸附作用，能够改变页岩孔喉和页岩表面的性能，从而对页岩气页岩的水化膨胀和分散具有强抑制作用，降低页岩膨胀率，进而能够防止井壁坍塌、卡钻和强化井壁稳定性并减少井下复杂事故。
本发明的水基钻井液抑制剂组合物是一种页岩气页岩水基钻井液抑制剂组合物，对页岩气页岩的水化膨胀、分散具有强抑制作用，能够明显降低页岩膨胀率，防止井壁坍塌、卡钻等，强化井壁稳定性并减少井下复杂情况，是一种性能优良的强抑制剂组合物。
本发明的水基钻井液抑制剂组合物是一种页岩气页岩水基钻井液，能够有效抑制页岩气页岩的水化膨胀、分散，降低页岩膨胀率，进而能够防止井壁坍塌、卡钻和强化井壁稳定性并减少井下复杂事故。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
如无特别说明，使用的各材料均可市售获得，其中，十二酸山梨醇酯(Span20)由成都格雷西亚化学技术有限公司生产；聚氧乙烯失水山梨醇硬脂酸酯(Tween60)由成都格雷西亚化学技术有限公司生产，分子量为1311.68；油酸山梨醇酯(Span80)由成都格雷西亚化学技术有限公司生产。
实施例1
本实施例提供了一种水基钻井液抑制剂组合物，其是通过以下步骤制备得到的：
将3g十二酸山梨醇酯、5g聚氧乙烯失水山梨醇硬脂酸酯、1g油酸山梨醇酯和91g去离子水混合，得到水基钻井液抑制剂组合物。该水基钻井液抑制剂可以直接作为水基钻井液使用。
实施例2
本实施例提供了一种水基钻井液抑制剂组合物，其是通过以下步骤制备得到的：
将3g十二酸山梨醇酯、2g聚氧乙烯失水山梨醇硬脂酸酯、1g油酸山梨醇酯和94g去离子水混合，得到水基钻井液抑制剂组合物。该水基钻井液抑制剂可以直接作为水基钻井液使用。
实施例3
本实施例提供了一种水基钻井液抑制剂组合物，其是通过以下步骤制备得到的：
将2.5g十二酸山梨醇酯、3g聚氧乙烯失水山梨醇硬脂酸酯、1g油酸山梨醇酯和93.5g去离子水混合，得到水基钻井液抑制剂组合物。该水基钻井液抑制剂可以直接作为水基钻井液使用。
实施例4
本实施例提供了一种水基钻井液抑制剂组合物，其是通过以下步骤制备得到的：
将2g十二酸山梨醇酯、2g聚氧乙烯失水山梨醇硬脂酸酯、1g油酸山梨醇酯和95g去离子水混合，得到水基钻井液抑制剂组合物。该水基钻井液抑制剂可以直接作为水基钻井液使用。
实施例5
本实施例提供了一种水基钻井液抑制剂组合物，其是通过以下步骤制备得到的：
将3g十二酸山梨醇酯、3g聚氧乙烯失水山梨醇硬脂酸酯、3g油酸山梨醇酯和91g去离子水混合，得到水基钻井液抑制剂组合物。该水基钻井液抑制剂可以直接作为水基钻井液使用。
实施例6
本实施例提供了一种水基钻井液抑制剂组合物，其是通过以下步骤制备得到的：
将4.1g十二酸山梨醇酯、4.1g聚氧乙烯失水山梨醇硬脂酸酯、0.8g油酸山梨醇酯和91g去离子水混合，得到水基钻井液抑制剂组合物。该水基钻井液抑制剂可以直接作为水基钻井液使用。
实施例7
本实施例提供了一种水基钻井液抑制剂组合物，其是通过以下步骤制备得到的：
将1g十二酸山梨醇酯、7g聚氧乙烯失水山梨醇硬脂酸酯、1g油酸山梨醇酯和91g去离子水混合，得到水基钻井液抑制剂组合物。该水基钻井液抑制剂可以直接作为水基钻井液使用。
实施例8
本实施例提供了一种水基钻井液抑制剂组合物，其是通过以下步骤制备得到的：
将0.33g十二酸山梨醇酯、0.55g聚氧乙烯失水山梨醇硬脂酸酯、0.12g油酸山梨醇酯和99g去离子水混合，得到水基钻井液抑制剂组合物。该水基钻井液抑制剂可以直接作为水基钻井液使用。
实施例9
本实施例提供了一种水基钻井液抑制剂组合物，其是通过以下步骤制备得到的：
将3.33g十二酸山梨醇酯、5.55g聚氧乙烯失水山梨醇硬脂酸酯、1.12g油酸山梨醇酯和90g去离子水混合，得到水基钻井液抑制剂组合物。该水基钻井液抑制剂可以直接作为水基钻井液使用。
实施例10
本实施例提供了一种水基钻井液，其是通过以下步骤制备得到的：
将3g十二酸山梨醇酯、5g聚氧乙烯失水山梨醇硬脂酸酯、1g油酸山梨醇酯、128g去离子水、3.8g膨润土、2.6g纳米二氧化硅、3.8g石墨和2.8g磺甲基丹宁混合，得到水基钻井液。
实施例11
本实施例提供了一种水基钻井液，其是通过以下步骤制备得到的：
将3g十二酸山梨醇酯、5g聚氧乙烯失水山梨醇硬脂酸酯、1g油酸山梨醇酯、82g去离子水、3.3g海泡石、2.5g沥青、82.4g铁矿粉和0.8g羟乙基纤维素混合，得到水基钻井液。
实施例12
本实施例提供了一种水基钻井液，其是通过以下步骤制备得到的：
将3g十二酸山梨醇酯、5g聚氧乙烯失水山梨醇硬脂酸酯、1g油酸山梨醇酯、98.6g去离子水、2g膨润土和2.9g磺化沥青混合，得到水基钻井液。
实施例13
本实施例中分别对实施例1至实施例12的水基钻井液抑制剂组合物/水基钻井液、10wt％的硅酸钠溶液(对比例1)、10wt％甲酸钾溶液(对比例2)和去离子水(对比例3)进行页岩膨胀率测定实验。
页岩膨胀率测定实验的实验方法包括以下步骤：
使用线性膨胀率测定仪(LSM，购自华北油田钻井工艺研究所)进行测定，页岩气页岩来自云南昭通108区块；
先将页岩气页岩用粉碎机打成粉末，过100目筛，然后在加入页岩粉末前在内径为13.50毫米的样品池中加入一张滤纸，并测量样品池的内高；
再称取10克页岩粉末于样品池中并加入一张滤纸，然后在6000psi的压力下压缩5min，测量加入页岩粉末并压缩后的样品池高度，则原始页岩片高度Bt0为加入页岩粉末并压缩后的样品池高度与加入页岩粉末前的样品池高度的差；
将样品池固定在浆杯中，在浆杯中分别缓缓加入300mL的实施例1至实施例12和对比例1至对比例3的样品，并立即密封；
页岩片开始膨胀，通过记录表(大指针转一圈代表膨胀1mm，小指针转一圈代表膨胀1mm)记录24h时页岩片的膨胀高度Bt1，测定过程温度控制为25℃。膨胀率(ut1，％)由如下公式获得：ut1＝(Bt1-Bt0)×100/Bt0。实施例1-12、对比例1-3对页岩膨胀率的结果如表1所示。
表1
从表1中实施例1-12与对比例1-3的比较结果可知，与甲酸钾溶液、无机硅酸盐溶液如硅酸钠溶液和去离子水相比，本发明的含有十二酸山梨醇酯、聚氧乙烯失水山梨醇硬脂酸酯和油酸山梨醇酯的水基钻井液抑制剂组合物和水基钻井液，能够显著抑制页岩气页岩的水化膨胀，能够明显降低页岩膨胀率。
从表1中实施例1与实施例5-7的比较结果可知，当十二酸山梨醇酯、聚氧乙烯失水山梨醇硬脂酸酯和油酸山梨醇酯的重量比为2-3:2-5:1时，能够进一步抑制页岩气页岩的水化膨胀，进一步降低页岩膨胀率。
从表1中实施例1与实施例8-9的比较结果可知，当水基钻井液抑制剂组合物中还含有水时，十二酸山梨醇酯、聚氧乙烯失水山梨醇硬脂酸酯和油酸山梨醇酯的总重量为该水基钻井液抑制剂组合物重量的5-9％时，能够进一步抑制页岩气页岩的水化膨胀，进一步降低页岩膨胀率。
从表1中实施例1与实施例10-12的比较结果可知，当水基钻井液中还进一步含有粘土、封堵剂、加重剂、增粘剂、润滑剂、降粘剂、降滤失剂和絮凝剂中的一种或多种时，能够进一步抑制页岩气页岩的水化膨胀，进一步降低页岩膨胀率。
以上实施例说明，本发明的水基钻井液抑制剂组合物和水基钻井液，能够有效抑制页岩气页岩的水化膨胀，明显降低页岩膨胀率，防止井壁坍塌、卡钻等，从而强化井壁稳定性并减少井下复杂情况。