一種增加井壁穩(wěn)定性并降低濾失的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及石油鉆井領(lǐng)域，特別涉及一種增加井壁穩(wěn)定性并降低濾失量的方法，在鉆井液井壁穩(wěn)定技術(shù)中模擬生物礦物的沉積，在井壁上通過層層沉積快速形成結(jié)構(gòu)致密和機(jī)械性能優(yōu)異的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜，來改變泥餅或井壁周圍沉積層的微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，穩(wěn)定和硬化井壁，以此提高井壁穩(wěn)定性和承壓能力，同時(shí)降低濾失量，阻止鉆井液的侵入。本發(fā)明可控性、穩(wěn)定性高；所形成井壁涂層具有致密的微觀結(jié)構(gòu)，力學(xué)強(qiáng)度高、韌性強(qiáng)，可快速地將井壁表面硬化、封閉，從而大幅提高井壁穩(wěn)定性，并起到高效降濾失效果；所采用的原材料及施工方法環(huán)境友好，符合環(huán)保要求。
【專利說明】一種增加井壁穩(wěn)定性并降低濾失的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及石油鉆井領(lǐng)域，特別涉及一種增加井壁穩(wěn)定性并降低濾失的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在油氣鉆探過程中，井壁穩(wěn)定是廣泛存在的問題。井壁失穩(wěn)易造成井壁垮塌、縮 徑、漏失、卡鉆及儲(chǔ)層污染等井下復(fù)雜情況和事故，不僅會(huì)拖延鉆井周期，增加鉆井成本，也 會(huì)影響后續(xù)采油作業(yè)。嚴(yán)重時(shí)還可能使部分井眼報(bào)廢甚至使整個(gè)井眼報(bào)廢。據(jù)估計(jì)，全球 每年由于井壁失穩(wěn)造成的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)億美元之巨，嚴(yán)重制約了油氣田開發(fā)的速度。
[0003] 造成井壁失穩(wěn)的因素概括起來可分為三大類，包括地質(zhì)、鉆井液物理和化學(xué)、鉆井 作業(yè)等因素。地質(zhì)因素是很難改變的，只能盡量準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)或確定，為鉆井液配方和鉆井作 業(yè)工藝提供指導(dǎo)。鉆井液本身的液柱壓力有利于鉆井過程中的井壁穩(wěn)定，同時(shí)由于壓差導(dǎo) 致鉆井液濾失圍繞井壁形成的泥餅會(huì)封閉井壁、有助于穩(wěn)定井壁；但鉆井液液柱壓力過高 容易驅(qū)使過多鉆井液進(jìn)入泥頁巖孔隙，使井眼附近的泥頁巖含水量增加，強(qiáng)度降低，導(dǎo)致井 壁失穩(wěn)。改變鉆井液的特性是目前井壁穩(wěn)定的最主要手段之一，包括物理和化學(xué)手段兩個(gè) 方面。物理手段如提高鉆井液密度、粘度減輕壓力傳統(tǒng)和擴(kuò)散效應(yīng)以減少壓力激動(dòng)，化學(xué)手 段如加入化學(xué)藥品以減少水對(duì)泥頁巖的滲透、抑制地層水化分散，或有助于快速形成致密 而堅(jiān)韌的泥餅。此外，針對(duì)不穩(wěn)定地層，通常需要采用特殊的鉆井液預(yù)處理技術(shù)，對(duì)不穩(wěn)定 地層實(shí)施封堵加固，以顯著提高井壁的穩(wěn)定性能和承壓能力。
[0004] 目前人們針對(duì)不同的地質(zhì)條件和鉆井工藝，開發(fā)了眾多鉆井液配方，如多元醇或 聚乙烯醇鉆井液體系、硅酸鹽鉆井液體系、聚電解質(zhì)鉆井液體系、油基鉆井液體系等；但 存在以下缺點(diǎn)：（1)通過鉆井液本身的液柱壓力和泥餅形成對(duì)井壁的穩(wěn)定效果不易控制， 穩(wěn)定性差；（2)鉆井液需針對(duì)不同的地層進(jìn)行調(diào)配，適應(yīng)性差，而且很多地層沒有合適的鉆 井液；（3)對(duì)于水基鉆井液來說，泥巖吸水膨脹造成井眼收縮，礫巖、火山巖遇水造成跨塌， 鹽巖遇水而形成溶洞等，造成卡鉆等不良后果甚至井眼報(bào)廢；（4)鉆井液中常含有原油、柴 油和各種油類以及含有大量的化學(xué)處理劑，對(duì)地層、土壤、環(huán)境和生態(tài)可能造成不良影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，目的在于在鉆井液井壁穩(wěn)定技術(shù)中模擬生物礦物 的沉積，在井壁上通過層層沉積快速形成結(jié)構(gòu)致密和機(jī)械性能優(yōu)異的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜， 來改變泥餅或井壁周圍沉積層的微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，穩(wěn)定和硬化井壁，以此提高井壁穩(wěn) 定性和承壓能力，同時(shí)降低濾失量，阻止鉆井液的侵入。
[0006] 在鉆井過程中，由于鉆井液濾失作用在井壁周圍形成的泥餅對(duì)于穩(wěn)定井壁具有關(guān) 鍵作用。泥餅的成分主要為無機(jī)材料，還含有部分有機(jī)聚合物，其形成動(dòng)力學(xué)、微觀結(jié)構(gòu)和 力學(xué)性質(zhì)是控制濾失量、避免地層污染、穩(wěn)定井壁、平衡地層壓力等的重要參數(shù)。理想的泥 餅應(yīng)該在短時(shí)間內(nèi)快速形成，對(duì)地層具有強(qiáng)烈的親合性，且具有致密的微觀結(jié)構(gòu)和高的力 學(xué)性能，從而將井壁表面鈍化、硬化或封閉，驅(qū)除表面水，構(gòu)成阻止泥漿水侵入的屏障。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案是： 一種增加井壁穩(wěn)定性并降低濾失的方法，在油氣鉆井中，在井壁上進(jìn)行高分子聚電解 質(zhì)/無機(jī)礦物的交替仿生礦化沉積形成有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜。
[0008] 在以上方案的基礎(chǔ)上，所述的增加井壁穩(wěn)定性并降低濾失的方法包括如下步驟： (1) 首先在油氣井中注入與地層表面吸附結(jié)合的聚電解質(zhì)溶液，在井壁表面形成帶正 電荷的聚電解質(zhì)吸附層； (2) 繼續(xù)注入帶負(fù)電荷的聚電解質(zhì)溶液，使得吸附有正電荷聚電解質(zhì)的井壁再吸附上 一層帶負(fù)電荷的聚電解質(zhì)吸附層； (3) 選擇注入與步驟（1)相同或者不同的帶正電荷的聚電解質(zhì)分子溶液，形成聚電解質(zhì) 吸附層； (4) 繼續(xù)在油氣井中注入納/微米無機(jī)礦物分散液，或者無機(jī)微納米粒子與聚陰離子 電解質(zhì)的復(fù)合物，在上述聚陽離子電解質(zhì)高分子吸附層表面進(jìn)行吸附，形成無機(jī)礦物層； (5) 重復(fù)上述（1)、（2)、（3)、（4)聚電解質(zhì)/無機(jī)礦物的注入吸附步驟至一定的循環(huán)次 數(shù)，在井壁表面形成聚電解/無機(jī)礦物的交替仿生礦化沉積，形成結(jié)構(gòu)致密和機(jī)械性能優(yōu) 異的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜。
[0009] 其中，以上步驟（2)、（3)可根據(jù)具體情況選擇進(jìn)行，從而提高有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜的 厚度，且能改善無機(jī)微納米粒子在復(fù)合膜內(nèi)的分散效果，使得膜的機(jī)械性能更好。
[0010] 以上方案的基礎(chǔ)上，所述的正電荷聚電解質(zhì)選自聚二烯丙基二甲基 氯化銨（P〇ly(diallyldimethylammoniumchloride)/FODA)、聚烯丙基胺鹽酸 鹽（poly(allylaminehydrochloride)/PAH)、支化聚乙烯亞胺溶液（branched polyethyleneimine/BPEI)中的任一種。
[0011] 以上方案的基礎(chǔ)上，所述的負(fù)電荷聚電解質(zhì)選自聚乙烯基苯磺酸鈉 (poly(styrenesulfonate)/PSS)、聚丙烯酸（poly(vinylalcohol)/PAA)的任一種。
[0012]以上方案的基礎(chǔ)上，所述的納/微米無機(jī)礦物分散液選自碳酸鈣（CaCO3)、蒙脫土 (MTM)、二氧化硅（SiO2)的任一種。
[0013] 以上方案的基礎(chǔ)上，無機(jī)微納米粒子與聚陰離子電解質(zhì)的復(fù)合物為PAA-CaCO3復(fù) 合物。
[0014] 本發(fā)明的有益效果是： (1) 所形成井壁涂層具有致密的微觀結(jié)構(gòu)，力學(xué)強(qiáng)度高、韌性強(qiáng)，可快速地將井壁表面 硬化、封閉，從而大幅提1?井壁穩(wěn)定性，并起到1?效降濾失效果； (2) 可控性、穩(wěn)定性高； (3) 所采用的原材料及施工方法環(huán)境友好，符合環(huán)保要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]附圖1為本發(fā)明的操作原理示意圖； 附圖2為本發(fā)明具體實(shí)施例1的（PDDA/MTM)2CI掃描電鏡圖； 附圖3為本發(fā)明具體實(shí)施例2的roDAAPAA-CaC03/PAH)2(l掃描電鏡圖； 附圖4為本發(fā)明具體實(shí)施例3的（PDDA/Si02)2CI掃描電鏡圖； 附圖5為本發(fā)明具體實(shí)施例4的（PDDA/CaC03)2(l原子力顯微鏡圖， 其中，左圖為高度圖，右圖為相圖； 附圖6為本發(fā)明具體實(shí)施例5的（BPEI/MTM) 2(|掃描電鏡圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016] 本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】如下： lwt%TODA溶液配制方法為：稱取1.0gTODA，加入100ml去離子水，高速攪拌2h至 完全溶解，用IM的HCl調(diào)節(jié)pH至4. 0,備用。
[0017] lwt%PAH溶液配制：稱取I. 0gPAH，加入100ml去離子水，高速攪拌2h至完全 溶解，用IM的HCl調(diào)節(jié)pH至8. 0,備用。
[0018]lwt%BPEI溶液配制：稱取1. 0gBPEI，加入100ml去離子水，高速攪拌2h至完 全溶解，用IM的HCl或NaOH調(diào)節(jié)pH至10. 0,備用。
[0019] lwt%PAA溶液配制：稱取I. 0gPAA，加入100ml去離子水，高速攪拌2h至完全 溶解，用IM的HCl調(diào)節(jié)pH至4. 0,備用。
[0020] lwt%的蒙脫土上清液制備：稱取2g蒙脫土MTM，加入200mL去離子水中，連續(xù)高 速攪拌一周后，再靜置一周，取其上清液，用IM的NaOH調(diào)節(jié)pH至10.0,備用。
[0021] 0.Iwt%納米碳酸鈣溶液制備：平稱取0. 2g納米CaCO3，加入200mL去離子水中， 用磁力攪拌器攪拌均勻，備用。
[0022] 納米SiO2球形粒子微乳液的制備： 取2g表面活性劑AOT、Iml正丁醇和9ml庚烷于潔凈干燥的玻璃瓶中，加入Iml超純水 充分混勻；在25°C恒溫水浴靜置24h。形成穩(wěn)定的均相微乳液（W/0型體系)。取276. 35ul 正硅酸甲酯（TMOS)滴加到已經(jīng)穩(wěn)定好的微乳體系中，NH3 ·H2O為催化劑，滴加過程中用磁 力攪拌器攪拌。滴加完后取出磁子并恒溫25°C放置。反應(yīng)48h以后加入適量的無水乙醇搖 勻在IOOOOrpm下離心并取出上清液。再加乙醇超聲離心如此重復(fù)三次。最后用無水乙醇 分散，制得穩(wěn)定的納米SiO2球形粒子，備用。
[0023] PAA-CaCO3復(fù)合物的分散體系的制備： 用去離子水配制0.IM的PAA溶液(單體濃度）和0. 07M的Na2CO3溶液，無水CaCl2 (0. 4662g，0. 0042mol)加入到PAA水溶液中（60mL)，待CaCl2完全溶解后，再將Na2CO3 水溶液（60mL，0. 07M)加入到PAA和CaCl2的混合液中，即可制的均一、透明的PAA-CaCO3 復(fù)合物的分散體系，其pH=7. 2.其中PAA與CaCO3的濃度分別為0. 05M和0. 035M，此分散 體系在空氣環(huán)境中穩(wěn)定性能保持半年以上。
[0024] 以上所述各溶液的濃度及pH可以根據(jù)不同的地質(zhì)條件要求進(jìn)行改變。
[0025] 所制備的層層組裝有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜的性能表征： 結(jié)構(gòu)和形貌表征：將所制備有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜固定于樣品臺(tái)，濺射噴金，然后通過掃描 電鏡（HitachiS-4800)或者原子力顯微鏡（VeecodiMultimodeVIII)進(jìn)行表面及截面形 貌分析。
[0026] 力學(xué)性質(zhì)測(cè)定：利用原子力顯微鏡使用納米壓痕法進(jìn)行復(fù)合膜的力學(xué)性能測(cè)定。
[0027] 降濾失性實(shí)驗(yàn)：在濾紙上將高分子聚合物溶液與無機(jī)微納米粒子層層組裝至8個(gè) 雙層，利用ZNS型打氣筒失水儀進(jìn)行濾失性評(píng)價(jià)，具體操作步驟為：（1)松開減壓閥，關(guān)死 放空閥，打氣使氣筒壓力達(dá)IOMPa左右，然后順時(shí)針轉(zhuǎn)減壓閥，直到壓力表讀數(shù)為0· 7MPa; (2)用食指堵住鉆井液杯氣接頭小孔，倒入50mL的清水，使液面與鉆井液杯內(nèi)槽相齊，放好 密封圈(擦干)，鋪二層濾紙(對(duì)照實(shí)驗(yàn)）或者一層組裝有20個(gè)雙層有機(jī)/無極復(fù)合膜的濾 紙，擰緊鉆井液杯蓋，然后裝入三通接頭，并卡好掛架及量筒；（3)緩慢逆時(shí)針轉(zhuǎn)放空閥并 開始計(jì)時(shí)，當(dāng)壓力表指針開始下降或有進(jìn)氣聲時(shí)及時(shí)打氣，使壓力保持為0. 7MPa，記錄15 分鐘時(shí)量筒中水的體積V15min。
[0028] 簡(jiǎn)單評(píng)價(jià)降低濾失性效果公式：降低濾失性效率=(50mL-V15min)/50mL。
[0029] 實(shí)施例I:以I3DDA與MTM制備有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜為例 具體沉積步驟如下： Φ.將模擬井壁表面浸入PH為4. 0的lwt%TODA溶液，在其表面形成帶正電荷的聚電 解質(zhì)吸附層；吸附時(shí)間2mim: ? .繼續(xù)將模擬井壁表面浸入pH為10. 0的Iwt%的MTM上清液，使得TODA高聚物層 吸附上一層無機(jī)納米蒙脫土，吸附時(shí)間2mim: ? .循環(huán)交替步驟（1) (2)至所需層數(shù)，即可在模擬井壁表面形成所需厚度的結(jié)構(gòu)致密 和機(jī)械性能優(yōu)異的（PDDA/MTM)n有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜。
[0030] (TODA/MTM)%有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜的掃描電鏡圖如圖2所不，掃描電鏡結(jié)果顯不，大 量MTM片層結(jié)構(gòu)經(jīng)由聚合物粘結(jié)形成了致密的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合薄膜。
[0031] 室內(nèi)測(cè)試結(jié)果：(roDA/MTM) 2Q有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜楊氏模量彡6GPa，提高承壓能力 9MPa?？篂V失性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此有機(jī)/無機(jī)復(fù)合薄膜可以降低水的濾失75%以上。
[0032] 實(shí)施例2 :以TODAAPAA-CaC(VPAH)有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜為例 ①.將模擬井壁表面浸入PH為4. 0的lwt%TODA溶液，在其表面形成帶正電荷的聚電 解質(zhì)吸附層；吸附時(shí)間2mim: @ .繼續(xù)將模擬井壁表面浸入PAA-CaCO3復(fù)合物溶液，使得TODA高聚物表層吸附上一 層含有無機(jī)納米CaCO3的PAA-CaCO3復(fù)合物，吸附時(shí)間2mim: @ .將模擬井壁表面浸入PH為8. 0的lwt%正電荷的聚電解質(zhì)分子PAH溶液，形成聚 電解質(zhì)吸附層； ? .循環(huán)交替步驟（2) (3)至所需層數(shù)，即可在模擬井壁表面形成所需厚度的結(jié)構(gòu)致密 和機(jī)械性能優(yōu)異的I3DDA/ (PAA_CaC03/PAH) 2(|有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜。
[0033] I3DDA/ (PAA-CaC03/PAH) 2(|有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜的掃描電鏡圖如圖3所示，掃描電鏡 結(jié)果顯示，聚合物和CaCO3顆粒之間實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定結(jié)合，形成了致密的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合薄膜。
[0034]室內(nèi)測(cè)試結(jié)果：roDAAPAA-CaC03/PAH)2。有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜楊氏模量彡9GPa，提 高承壓能力12MPa?？篂V失性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此有機(jī)/無機(jī)復(fù)合薄膜可以降低水的濾失95% 以上。
[0035] 實(shí)施例3 :PDDA/SiO2有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜的制備為例 Φ.將模擬井壁表面浸入PH為4. 0的lwt%TODA溶液，在其表面形成帶正電荷的聚電 解質(zhì)吸附層；吸附時(shí)間2mim; ? .繼續(xù)將模擬井壁表面浸入納米SiO2球形粒子微乳液，使得TODA高聚物層上吸附一 層無機(jī)納米SiO2，吸附時(shí)間2mim; @ .循環(huán)交替步驟ω?至所需層數(shù)，即可在模擬井壁表面形成所需厚度的結(jié)構(gòu)致密和 機(jī)械性能優(yōu)異的（PDDA/SiO2)η有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜。
[0036] (F1DDAziSiO2)2tl有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜的掃描電鏡圖如圖4所不，掃描電鏡結(jié)果顯不， TODA與SiO2球在表面緊密粘結(jié)形成了致密的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合薄膜。
[0037] 室內(nèi)測(cè)試結(jié)果：(roDA/Si02)2CI有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜楊氏模量彡7. 5GPa，提高承壓 能力8MPa?？篂V失性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此有機(jī)/無機(jī)復(fù)合薄膜可以降低水的濾失99%以上。
[0038] 實(shí)施例4 :PDDA/CaCO3有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜為例 ①.將模擬井壁表面浸入PH為4. 0的lwt%TODA溶液，在其表面形成帶正電荷的聚電 解質(zhì)吸附層；吸附時(shí)間2mim; ? .繼續(xù)將模擬井壁表面浸入〇.lwt%納米CaCO3粒子微乳液，使得TODA高聚物層吸附 上一層無機(jī)納米SiO2，吸附時(shí)間2mim; @ .循環(huán)交替步驟①@至所需層數(shù)，即可在模擬井壁表面形成所需厚度的結(jié)構(gòu)致密和 機(jī)械性能優(yōu)異的（PDDA/CaCO3 )n有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜。
[0039] (roDA/CaC03)2Q有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜的原子力顯微鏡圖如圖5所示，結(jié)果顯示，PDDA 與CaCO3納米顆粒在表面緊密粘結(jié)形成了致密的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合薄膜。
[0040] 室內(nèi)測(cè)試結(jié)果：(roDA/CaC03) 2(|有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜楊氏模量彡8GPa，提高承壓能 力llMPa?？篂V失性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此有機(jī)/無機(jī)復(fù)合薄膜可以降低水的濾失99%以上。
[0041] 實(shí)施例5 :BPEI/MTM制備有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜為例 ① .將模擬井壁表面浸入PH為10. 0的Iwt%BPEI溶液，在其表面形成帶正電荷的聚 電解質(zhì)吸附層；吸附時(shí)間2mim: ② .繼續(xù)將模擬井壁表面浸入pH為10. 0的Iwt%的MTM上清液，使得BPEI高聚物層 吸附上一層無機(jī)納米蒙脫土，吸附時(shí)間2mim: ③ .循環(huán)交替步驟①?至所需層數(shù)，即可在模擬井壁表面形成所需厚度的結(jié)構(gòu)致密和 機(jī)械性能優(yōu)異的（BPEI/MTM)n有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜。
[0042] (BPEI/MTM)2CI有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜的掃描電鏡圖如圖4所示，掃描電鏡結(jié)果顯示，大 量的MTM片層結(jié)構(gòu)經(jīng)由聚合物BPEI粘結(jié)形成了致密的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合薄膜。
[0043] 室內(nèi)測(cè)試結(jié)果：(BPEI/MTM)2Q有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜楊氏模量彡lOGPa，提高承壓能 力15MPa?？篂V失性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此有機(jī)/無機(jī)復(fù)合薄膜可以降低水的濾失86%以上。
[0044] 實(shí)施例6 :BPEI/SiO2制備有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜為例 Φ.將模擬井壁表面浸入PH為10. 0的Iwt%BPEI溶液，在其表面形成帶正電荷的聚 電解質(zhì)吸附層；吸附時(shí)間2mim: ? .繼續(xù)將模擬井壁表面浸入納米SiO2球形粒子微乳液，使得BPEI高聚物層吸附上一 層無機(jī)納米SiO2，吸附時(shí)間2mim; ? .循環(huán)交替步驟Φ@至所需層數(shù)，即可在模擬井壁表面形成所需厚度的結(jié)構(gòu)致密和 機(jī)械性能優(yōu)異的（BPEI/Si02)n有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜。
[0045] 室內(nèi)測(cè)試結(jié)果：(BPEI/Si02)2Q有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜楊氏模量彡7GPa，提高承壓能 力8. 3MPa?？篂V失性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此有機(jī)/無機(jī)復(fù)合薄膜可以降低水的濾失99%以上。
[0046] 實(shí)施例7 :BPEI/PAA/BPEI/MTM制備有機(jī)/無機(jī)復(fù)合為例 Φ.將模擬井壁表面浸入PH為10. 0的Iwt%BPEI溶液，在其表面形成帶正電荷的聚 電解質(zhì)吸附層；吸附時(shí)間2mim; ? .繼續(xù)將模擬井壁表面浸入pH為4. 0的Iwt%PAA溶液，使得ΒΡΕΙ高聚物表層吸 附上一層帶負(fù)電荷的ΡΑΑ，吸附時(shí)間2mim; ③ .再次將模擬井壁表面浸入pH為10. 0的Iwt%ΒΡΕΙ溶液，吸附時(shí)間2mim; ④ .繼續(xù)將模擬井壁表面浸入pH為10. 0的Iwt%的MTM上清液，使得ΒΡΕΙ高聚物層 吸附上一層無機(jī)納米蒙脫土，吸附時(shí)間2mim: ? .循環(huán)交替步驟①--④至所需層數(shù)，即可在模擬井壁表面形成所需厚度的結(jié)構(gòu)致 密和機(jī)械性能優(yōu)異的（BPEI/PAA/BPEI/MTM)n有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜。
[0047] 室內(nèi)測(cè)試結(jié)果：(BPEI/PAA/BPEI/MTM) 2(|有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜楊氏模量彡14GPa，提 高承壓能力19MPa?？篂V失性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此有機(jī)/無機(jī)復(fù)合薄膜可以降低水的濾失99% 以上。
[0048] 實(shí)施例8 :制備PAH/MTM有機(jī)/無機(jī)復(fù)合為例 Φ.將模擬井壁表面浸入PH為8. 0的lwt%正電荷的聚電解質(zhì)分子PAH溶液，在其表 面形成帶正電荷的聚電解質(zhì)吸附層；吸附時(shí)間2mim; ? .繼續(xù)將模擬井壁表面浸入pH為10. 0的lwt%的MTM上清液，使得PAH高聚物層吸 附上一層無機(jī)納米蒙脫土，吸附時(shí)間2mim: @ .循環(huán)交替步驟①②至所需層數(shù)，即可在模擬井壁表面形成所需厚度的結(jié)構(gòu)致密和 機(jī)械性能優(yōu)異的（PAH/MTM)n有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜。
[0049] 室內(nèi)測(cè)試結(jié)果：(PAH/MTM)2CI有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜楊氏模量彡9.4GPa，提高承壓能 力llMPa?？篂V失性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此有機(jī)/無機(jī)復(fù)合薄膜可以降低水的濾失80%以上。
[0050] 實(shí)施例9 :制備PAH/SiO2制備有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜為例 Φ.將模擬井壁表面浸入PH為8. 0的lwt%正電荷的聚電解質(zhì)分子PAH溶液，在其表 面形成帶正電荷的聚電解質(zhì)吸附層；吸附時(shí)間2mim; ? .繼續(xù)將模擬井壁表面浸入納米SiO2球形粒子微乳液，使得PAH高聚物層吸附上一 層無機(jī)納米SiO2，吸附時(shí)間2mim; ? .循環(huán)交替步驟①?至所需層數(shù)，即可在模擬井壁表面形成所需厚度的結(jié)構(gòu)致密和 機(jī)械性能優(yōu)異的（PAH/Si02)n有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜。
[0051] 室內(nèi)測(cè)試結(jié)果：(PAH/Si02)2CI有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜楊氏模量彡7.8GPa，提高承壓能 力9.IMPa?？篂V失性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此有機(jī)/無機(jī)復(fù)合薄膜可以降低水的濾失99%以上。
[0052] 實(shí)施例10 :PAH/CaCO3有機(jī)/無機(jī)復(fù)合為例 Φ.將模擬井壁表面浸入PH為8. 0的lwt%正電荷的聚電解質(zhì)分子PAH溶液，在其表 面形成帶正電荷的聚電解質(zhì)吸附層；吸附時(shí)間2mim; ②.繼續(xù)將模擬井壁表面浸入〇.lwt%納米CaCO3粒子微乳液，使得PAH高聚物層吸附 上一層無機(jī)納米SiO2，吸附時(shí)間2mim; ? .循環(huán)交替步驟ω?至所需層數(shù)，即可在模擬井壁表面形成所需厚度的結(jié)構(gòu)致密和 機(jī)械性能優(yōu)異的（PAH/CaCO3 )n有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜。
[0053] 室內(nèi)測(cè)試結(jié)果：(PAH/CaC03)2(l有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜楊氏模量彡6. 7GPa，提高承壓 能力10. 5MPa。抗濾失性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此有機(jī)/無機(jī)復(fù)合薄膜可以降低水的濾失99%以 上。
[0054] 實(shí)施例11 :PAH/MTM/PAH/CaCO3有機(jī)/無機(jī)復(fù)合為例 ①.將模擬井壁表面浸入PH為8. 0的lwt%正電荷的聚電解質(zhì)分子PAH溶液，在其表 面形成帶正電荷的聚電解質(zhì)吸附層；吸附時(shí)間2mim; @ .繼續(xù)將模擬井壁表面浸入pH為10. 0的lwt%的MTM上清液，使得PAH高聚物層吸 附上一層無機(jī)納米蒙脫土，吸附時(shí)間2mim; ? .再將模擬井壁表面浸入pH為8. 0的lwt%正電荷的聚電解質(zhì)分子PAH溶液，吸附 時(shí)間2mim; ④.繼續(xù)將模擬井壁表面浸入〇.lwt%納米CaCO3粒子微乳液，使得PAH高聚物層吸附 上一層無機(jī)納米SiO2，吸附時(shí)間2mim ? .循環(huán)交替步驟①--④至所需層數(shù)，即可在模擬井壁表面形成所需厚度的結(jié)構(gòu)致 密和機(jī)械性能優(yōu)異的（PAH/MTM/PAH/CaC03)n有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜。
[0055] 室內(nèi)測(cè)試結(jié)果：(PAH/MTM/PAH/CaC03) 2Q有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜楊氏模量彡13. 6GPa， 提高承壓能力17. 3MPa?？篂V失性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此有機(jī)/無機(jī)復(fù)合薄膜可以降低水的濾失 99%以上。
【權(quán)利要求】
1. 一種增加井壁穩(wěn)定性并降低濾失的方法，其特征在于，在油氣鉆井中，在井壁上進(jìn)行 高分子聚電解質(zhì)/無機(jī)礦物的交替仿生礦化沉積形成有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的增加井壁穩(wěn)定性并降低濾失的方法，其特征在于，包括如下 步驟： (1) 首先在油氣井中注入與地層表面吸附結(jié)合的聚電解質(zhì)溶液，在井壁表面形成帶正 電荷的聚電解質(zhì)吸附層； (2) 繼續(xù)在油氣井中注入納/微米無機(jī)礦物分散液，或者無機(jī)微納米粒子與聚陰離子 電解質(zhì)的復(fù)合物，在上述聚陽離子電解質(zhì)高分子吸附層表面進(jìn)行吸附，形成無機(jī)礦物層； (3) 重復(fù)上述聚電解質(zhì)/無機(jī)礦物的注入/吸附步驟至一定的循環(huán)次數(shù)，在井壁表面形 成聚電解/無機(jī)礦物的交替仿生礦化沉積，形成有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的增加井壁穩(wěn)定性并降低濾失的方法，其特征在于，包括如下 步驟： (1) 首先注入與地層表面吸附結(jié)合的聚電解質(zhì)溶液，在井壁表面形成帶正電荷的聚電 解質(zhì)吸附層； (2) 繼續(xù)注入帶負(fù)電荷的聚電解質(zhì)溶液，使得吸附有正電荷聚電解質(zhì)的井壁再吸附上 一層帶負(fù)電荷的聚電解質(zhì)吸附層； (3) 選擇注入與步驟（1)相同或者不同的帶正電荷的聚電解質(zhì)分子溶液，形成聚電解質(zhì) 吸附層； (4) 繼續(xù)在油氣井中注入納/微米無機(jī)礦物分散液，或者無機(jī)微納米粒子與聚陰離子 電解質(zhì)的復(fù)合物，在上述聚陽離子電解質(zhì)高分子吸附層表面進(jìn)行吸附，形成無機(jī)礦物層； (5) 重復(fù)上述（1)、（2)、（3)、（4)聚電解質(zhì)/無機(jī)礦物的注入吸附步驟至一定的循環(huán)次 數(shù)，在井壁表面形成聚電解/無機(jī)礦物的交替仿生礦化沉積，形成有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的增加井壁穩(wěn)定性并降低濾失的方法，其特征在于，所述的 帶正電荷的聚電解質(zhì)選自聚二烯丙基二甲基氯化銨、聚烯丙基胺鹽酸鹽、支化聚乙烯亞胺 溶液中的任一種。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的增加井壁穩(wěn)定性并降低濾失的方法，其特征在于，所述的 帶負(fù)電荷的聚電解質(zhì)選自聚乙烯基苯磺酸鈉、聚丙烯酸的任一種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的增加井壁穩(wěn)定性并降低濾失的方法，其特征在于，所述的 納/微米無機(jī)礦物分散液選自碳酸鈣、蒙脫土、二氧化硅的任一種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的增加井壁穩(wěn)定性并降低濾失的方法，其特征在于，所述的 無機(jī)微納米粒子與聚陰離子電解質(zhì)的復(fù)合物為PAA-CaC03復(fù)合物。
【文檔編號(hào)】E21B49/00GK104405371SQ201410502665
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】曹美文, 王玉鳴, 徐海, 汪蕾 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(華東)