本發(fā)明涉及油田化學(xué)助劑技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋁鹽絡(luò)合物在制備鉆井液中的應(yīng)用及鉆井液。

背景技術(shù)：

近年來，隨著非常規(guī)油氣藏勘探開發(fā)步伐進(jìn)一步加快，鉆遇硬脆性泥頁(yè)巖地層的概率大幅度增加。硬脆性泥頁(yè)巖中發(fā)育的一部分微裂縫是導(dǎo)致井壁失穩(wěn)的重要原因，在壓差、毛細(xì)管力和化學(xué)勢(shì)差的作用下，鉆井液濾液沿微裂縫進(jìn)入地層，導(dǎo)致黏土礦物水化膨脹，孔隙壓力迅速增加，同時(shí)由于液相的進(jìn)入，導(dǎo)致微裂縫擴(kuò)展延伸，降低泥頁(yè)巖的結(jié)合強(qiáng)度和層理面之間的結(jié)合力，使泥頁(yè)巖層理面或微裂隙裂開，一旦鉆井液濾失量偏高時(shí)，就很容易發(fā)生井壁掉塊、坍塌等井內(nèi)復(fù)雜情況。由此看來，液相的進(jìn)入是導(dǎo)致硬脆性泥頁(yè)巖地層發(fā)生井壁失穩(wěn)的主要誘因。因此，在鉆井液中加入封堵材料或固壁材料等處理劑，對(duì)微裂縫進(jìn)行物理化學(xué)封堵，截?cái)嚆@井液中液相進(jìn)入地層的通道，阻止壓力的傳遞，使井壁穩(wěn)固，這是防止含微裂縫的硬脆性泥頁(yè)巖地層發(fā)生井壁坍塌的有效手段。

目前，國(guó)內(nèi)外常用的封堵材料主要有改性瀝青、聚合醇和硅酸鹽等。其中，瀝青類封堵劑熒光較強(qiáng)，不宜用于探井的鉆進(jìn)過程中；聚合醇類封堵劑存在著濁點(diǎn)的不確定性，且其抗溫性也有待提高；硅酸鹽類封堵劑存在對(duì)ph敏感的缺點(diǎn)，添加該劑的鉆井液必須保持高ph值(>11)，一旦ph值降低，鉆井液的粘度、切力急劇上升，就會(huì)失去封堵性能。為了提高對(duì)破碎性地層的固壁性，公開號(hào)為cn104277800a的中國(guó)專利文獻(xiàn)公開了一種鉆井液用充填成膜固壁劑，其由包括單體2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和丙烯酰胺、絡(luò)合劑edta、交聯(lián)劑n,n-亞甲基雙丙烯酰胺、填充劑云母粉和天然植物纖維的原料，在引發(fā)劑的作用下聚合而成。

上述成膜固壁劑主要通過充填和吸附交聯(lián)、粘結(jié)作用，在井壁巖石表面形成低滲透率的致密封堵膜(殼)，有效封堵不同滲透性地層和現(xiàn)形裂縫泥 巖地層，可在一定程度上減少鉆井液及濾液中水分進(jìn)入量，但并不能有效提高巖心抗壓強(qiáng)度，井壁穩(wěn)定能力不是很好。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N鋁鹽絡(luò)合物在制備鉆井液中的應(yīng)用及鉆井液，本發(fā)明中的鋁鹽絡(luò)合物對(duì)鉆井液性能影響較小，具有很好的固壁能力，可使巖心抗壓強(qiáng)度顯著提高。

本發(fā)明提供鋁鹽絡(luò)合物在制備鉆井液中的應(yīng)用，所述鋁鹽絡(luò)合物具有式i通式：

式i中，b⁺選自na⁺、k⁺和nh4⁺中的一種或兩種。

本發(fā)明提供一種鉆井液，包括固壁材料，所述固壁材料為具有式i通式的鋁鹽絡(luò)合物：

式i中，b⁺選自na⁺、k⁺和nh4⁺中的一種或兩種。

優(yōu)選地，所述鉆井液的ph值為8～10。

優(yōu)選地，所述鉆井液為水基鉆井液。

優(yōu)選地，所述鉆井液為淡水鉆井液、飽和鹽水鉆井液或聚磺鉀鹽鉆井液。

優(yōu)選地，所述固壁材料在鉆井液中的加量小于等于5wt％。

優(yōu)選地，所述固壁材料按照以下方法制得：

將鋁化合物和絡(luò)合劑在ph值為4～6的條件下進(jìn)行絡(luò)合，得到固壁材料；

所述鋁化合物為無水氯化鋁、硝酸鋁或硫酸鋁，所述絡(luò)合劑為氟化銨、氟化鉀和氟化鈉中的一種或兩種。

優(yōu)選地，所述絡(luò)合的溫度為10～40℃。

優(yōu)選地，所述鋁化合物和絡(luò)合劑的質(zhì)量比為(1～2.9)：(1.1～3.3)。

優(yōu)選地，所述絡(luò)合在攪拌的條件下進(jìn)行2～3h，靜置1～2h；之后依次經(jīng)過濾和干燥，得到固壁材料。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有式i通式的鋁鹽絡(luò)合物在常規(guī)鉆井液ph值下為絡(luò)合離子形態(tài)存在，對(duì)鉆井液流變性影響較小，并且，al³⁺隨濾液進(jìn)入地層后，在一定的ph值和溫度下與地層礦物發(fā)生反應(yīng)，生成-al-o-al-、na2sif6、k3alf6、caf2等，產(chǎn)生化學(xué)膠結(jié)，封堵微裂縫，從而增加地層強(qiáng)度。另外，k⁺、na⁺或nh4⁺可起到抑制坂土水化膨脹的作用，進(jìn)一步提高井壁穩(wěn)定能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，巖心在鉆井液中浸泡后再烘干，同樣條件下，較未加該固壁材料的鉆井液浸泡后的同類巖心，本發(fā)明鉆井液浸泡后的巖心的抗壓強(qiáng)度提高了76.8～81.8％。表明本發(fā)明中的鋁鹽絡(luò)合物具有很好的固壁能力，可使巖心抗壓強(qiáng)度顯著提高。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明提供了鋁鹽絡(luò)合物在制備鉆井液中的應(yīng)用，所述鋁鹽絡(luò)合物具有式i通式：

式i中，b⁺選自na⁺、k⁺和nh4⁺中的一種或兩種。

在本發(fā)明中，式i所示的鋁鹽絡(luò)合物可作為鉆井液用(膠結(jié))固壁材料或封堵材料。所述鋁鹽絡(luò)合物可在常規(guī)鉆井液ph值為8～10時(shí)使用，對(duì)鉆井液流變性影響較小，al³⁺隨濾液進(jìn)入地層，在地層溫度和ph值下與黏土礦物產(chǎn)生化學(xué)膠結(jié)，封堵微裂縫，提高井壁穩(wěn)定能力。另外，k⁺、na⁺或nh4⁺可起到抑制坂土水化膨脹的作用，進(jìn)一步提高井壁穩(wěn)定能力。

本發(fā)明提供了一種鉆井液，包括固壁材料，所述固壁材料為具有式i通式的鋁鹽絡(luò)合物：

式i中，b⁺選自na⁺、k⁺和nh4⁺中的一種或兩種。

本發(fā)明提供的鉆井液包括固壁材料，其為具有式i通式的鋁鹽絡(luò)合物。在本發(fā)明中，所述固壁材料在鉆井液中的加量?jī)?yōu)選小于等于5wt％，更優(yōu)選為1～3wt％。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述固壁材料的加量為2wt％。所述固壁材料對(duì)鉆井液流變性能影響較小，可提高其在鉆井液中的加量，保證濾液中al³⁺的有效含量，提高膠結(jié)固壁及井壁穩(wěn)定能力。

作為優(yōu)選，所述固壁材料按照以下方法制得：將鋁化合物和絡(luò)合劑在ph值為4～6的條件下進(jìn)行絡(luò)合，得到固壁材料；所述鋁化合物為無水氯化鋁、硝酸鋁或硫酸鋁，所述絡(luò)合劑為氟化銨、氟化鉀和氟化鈉中的一種或兩種。

在本發(fā)明實(shí)施例中，所述固壁材料由鋁化合物和絡(luò)合劑在一定溫度和ph作用下絡(luò)合而成。其中，所述鋁化合物為無水氯化鋁、硝酸鋁或硫酸鋁，優(yōu)選為無水氯化鋁。所述絡(luò)合劑為氟化銨、氟化鉀和氟化鈉中的一種或兩種，優(yōu)選為氟化銨。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，氟化鈉與鋁鹽絡(luò)合，會(huì)有呈藍(lán)色溶溶體。在本發(fā)明的另一些實(shí)施例中，氟化銨與鋁鹽絡(luò)合，可得到白色粉末，其溶解性受ph值限制較小。

本發(fā)明實(shí)施例將所述鋁化合物和絡(luò)合劑按照一定質(zhì)量配比，加入反應(yīng)容器中；所述鋁化合物和絡(luò)合劑的質(zhì)量比優(yōu)選為(1～2.9)：(1.1～3.3)。本發(fā)明實(shí)施例可將所述鋁化合物配制成一定濃度的水溶液，加入反應(yīng)容器中，優(yōu)選在不斷攪拌狀態(tài)下慢慢加入絡(luò)合劑，控制ph值，攪拌反應(yīng)。

在本發(fā)明實(shí)施例中，所述鋁化合物和絡(luò)合劑在ph值為4～6的條件下絡(luò)合。所述絡(luò)合的溫度優(yōu)選為10～40℃，更優(yōu)選為10～30℃。所述絡(luò)合優(yōu)選在攪拌的條件下進(jìn)行，攪拌反應(yīng)2～3h。

反應(yīng)結(jié)束后，本發(fā)明實(shí)施例可靜置1～2h，直至反應(yīng)容器中上層出現(xiàn)澄清的溶液，底部出現(xiàn)白色沉淀。本發(fā)明實(shí)施例在靜置之后，依次經(jīng)過濾和干燥，得到固壁材料。其中，所述過濾為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的技術(shù)手段；所述干燥可采用烘干的方式，烘干的溫度優(yōu)選為50～60℃，烘干后即得產(chǎn)物。本發(fā)明實(shí)施例上述固壁材料的制備工藝簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，收率高。并且，所得產(chǎn)物溶解性好，與鉆井液配伍性好。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述鉆井液的ph值為8～10。在本發(fā)明中，所述鉆井液可為水基鉆井液，優(yōu)選為淡水鉆井液、飽和鹽水鉆井液或聚磺鉀鹽鉆井液。本發(fā)明對(duì)所述鉆井液的制備和添加劑等沒有特殊限制；其中，所述飽和鹽水鉆井液中的可溶性鹽可為nacl、kcl。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述聚磺鉀鹽鉆井液組分主要為kcl和磺化材料以及聚合物處理劑，所述磺化材料如磺化褐煤、磺化酚醛樹脂等。

本發(fā)明實(shí)施例將巖心在鉆井液中浸泡后再烘干，同樣條件下，相較于未加該固壁材料的鉆井液浸泡后的同類巖心，本發(fā)明可使巖心的抗壓強(qiáng)度提高76.8～81.8％。本發(fā)明中的鋁鹽絡(luò)合物固壁材料具有很好的固壁能力，對(duì)鉆井液性能影響較小，可使巖心抗壓強(qiáng)度顯著提高，隨濾液進(jìn)入地層產(chǎn)生化學(xué)膠結(jié)，封堵微裂縫，增加地層強(qiáng)度。

為了進(jìn)一步理解本申請(qǐng)，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本申請(qǐng)?zhí)峁┑匿X鹽絡(luò)合物在制備鉆井液中的應(yīng)用及鉆井液進(jìn)行具體地描述。

實(shí)施例1

在反應(yīng)容器中，100g水中加入13.334g氯化鋁，充分溶解，攪拌狀態(tài)下慢慢加入10g氟化銨，出現(xiàn)白色渾濁，控制ph值為4、絡(luò)合溫度為10℃，攪 拌反應(yīng)2h，靜置1h，上層出現(xiàn)澄清的溶液，容器底部出現(xiàn)白色沉淀。過濾，然后所得固體于60℃下烘干，即得23g白色粉末狀目的產(chǎn)物。

該產(chǎn)物為氯化鋁和氟化銨這兩種化合物形成的絡(luò)合物，即為具有式i通式的鋁鹽絡(luò)合物，其中含有絡(luò)合鋁離子，式i中的b⁺為nh4⁺。室溫下，該產(chǎn)物在ph值為8～10的水溶液中的溶解度為15～50g/l。

實(shí)施例2

在反應(yīng)容器中，100g水中加入13.334g氯化鋁，充分溶解，攪拌狀態(tài)下慢慢加入20.0g氟化鉀，出現(xiàn)白色渾濁，控制ph值為5、絡(luò)合溫度為20℃，攪拌反應(yīng)2h，靜置1h，上層出現(xiàn)澄清的溶液，容器底部出現(xiàn)白色沉淀。過濾，然后所得固體于60℃下烘干，即得30g白色粉末狀目的產(chǎn)物。

該產(chǎn)物為氯化鋁和氟化鉀這兩種化合物形成的絡(luò)合物，即為具有式i通式的鋁鹽絡(luò)合物，其中含有絡(luò)合鋁離子，式i中的b⁺為k⁺。室溫下，該產(chǎn)物在ph值為8～10的水溶液中的溶解度為15～50g/l。

實(shí)施例3

在反應(yīng)容器中，100g水中加入13.334g氯化鋁，充分溶解，攪拌狀態(tài)下慢慢加入25.2g氟化鈉，出現(xiàn)白色渾濁，控制ph值為6、絡(luò)合溫度為30℃，攪拌反應(yīng)3h，靜置2h，上層出現(xiàn)澄清的溶液，容器底部出現(xiàn)白色沉淀。過濾，然后所得固體于60℃下烘干，即得37g白色粉末狀目的產(chǎn)物。

實(shí)施例4～9

采用不同比例的鋁化合物和絡(luò)合劑，按照實(shí)施例1的方法，制備得到目的產(chǎn)物。具體原料組分見表1，表1為實(shí)施例4～9具體原料組分列表。

表1實(shí)施例4～9具體原料組分列表(單位為g)

實(shí)施例10

將巖心在含2wt％固壁材料(實(shí)施例1～9制得的鋁鹽絡(luò)合物)的現(xiàn)場(chǎng)漿(現(xiàn)場(chǎng)井漿為聚磺鉀鹽鉆井液，主要材料組成為kcl、磺化材料及聚合物處理劑)中浸泡9h，然后于105℃下烘干，檢測(cè)巖心抗壓強(qiáng)度。并且設(shè)置對(duì)照組，對(duì)照組是指將巖心在上述現(xiàn)場(chǎng)漿中浸泡9h，然后于105℃下烘干，檢測(cè)巖心抗壓強(qiáng)度。

另外，按照以下方法制備對(duì)比例的固壁材料，并進(jìn)行性能指標(biāo)對(duì)比檢測(cè)。

稱取2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸20-22％的水溶液5000g，用氫氧化鈉中和至中性，稱取20-22％的丙烯酰胺1000g，交聯(lián)劑n,n-亞甲基雙丙烯酰胺2g，絡(luò)合劑edta0.5g，充填劑天然云母粉360g。將以上4種物料投入反應(yīng)釜中，在攪拌下逐漸加入天然云母粉。升溫到40℃，充氮?dú)?0min，加引發(fā)劑聚合180min，將聚合所得膠體造粒干粉碎成100目粉末，將上述粉末與360g天然植物纖維粉末混勻，即可得到約2000g粉劑產(chǎn)品。

性能指標(biāo)結(jié)果見表2，表2為實(shí)施例1～9制得的鋁鹽絡(luò)合物和對(duì)比例的性能指標(biāo)結(jié)果。

表2實(shí)施例1～9制得的鋁鹽絡(luò)合物和對(duì)比例的性能指標(biāo)結(jié)果

由表2可知，本發(fā)明收率大于92.5％，可在常規(guī)鉆井液ph值(8～10)使用，對(duì)鉆井液性能影響較小，可使巖心抗壓強(qiáng)度提高76.8％～81.8％，隨濾液進(jìn)入地層產(chǎn)生化學(xué)膠結(jié)，封堵微裂縫，增加地層強(qiáng)度。而對(duì)比例中的固壁材料在鉆井液中沒有抗壓強(qiáng)度要求，僅有鉆井液封閉濾失量≤30ml，不能很好的體現(xiàn)材料的化學(xué)膠結(jié)固壁能力。

實(shí)施例11

提供淡水鉆井液，設(shè)置不加固壁材料和固壁材料(實(shí)施例1所得產(chǎn)物)加量為2wt％的兩組，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)gb/t16783.1-2006《石油天然氣工業(yè)鉆井液現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試第1部分水基鉆井液》中的方法對(duì)鉆井液的性能進(jìn)行檢測(cè)。

鉆井液性能見表3，表3為實(shí)施例11～13中鉆井液性能結(jié)果。

實(shí)施例12

提供聚磺鉀鹽鉆井液，具體組成為：kcl、磺化材料和聚合物處理劑。按照實(shí)施例11的方法對(duì)鉆井液的性能進(jìn)行檢測(cè)，鉆井液性能見表3。

實(shí)施例13

提供飽和鹽水鉆井液，即飽和nacl鹽水。按照實(shí)施例11的方法對(duì)鉆井液的性能進(jìn)行檢測(cè)，鉆井液性能見表3。

表3實(shí)施例11～13中鉆井液性能結(jié)果

由以上實(shí)施例可知，本發(fā)明中的鋁鹽絡(luò)合物作為固壁材料，固壁能力好，對(duì)鉆井液性能影響較小，可使巖心抗壓強(qiáng)度顯著提高，隨濾液進(jìn)入地層產(chǎn)生化學(xué)膠結(jié)，封堵微裂縫，增加地層強(qiáng)度。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于使本技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，是能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)這些實(shí)施例的多種修改的，而這些修改也應(yīng)視為本發(fā)明應(yīng)該保護(hù)的范圍。