具体实施方式

本发明提供了一种钻井用多功能液体，以质量份数计，包括以下制备原料：

丝氨酸：10～30份；

赖氨酸-甘氨酸共聚物：60～90份；

苏氨酸：5～20份；

天冬氨酸：10～20份；

水：10～40份。

在本发明中，若没有特殊说明，所采用的制备原料均为本领域技术人员所熟知的市售商品。

以质量份数计，本发明提供的钻井用多功能液体包括丝氨酸10～30份，优选为15～20份。

以所述丝氨酸的质量份数为基准，本发明提供的钻井用多功能液体包括赖氨酸-甘氨酸共聚物60～90份，优选为65～75。本发明对所述赖氨酸-甘氨酸共聚物的制备方法没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的方法即可。在本发明的具体实施例中，所述赖氨酸-甘氨酸共聚物的制备方法包括：在氮气环境中，将75重量份苄氧羟基-L-赖氨酸环内酸酐，溶于50质量份N,N-二甲基甲酰胺中，转移至反应瓶中，然后在反应瓶中加入0.002质量份六甲基二硅氮烷引发聚合，室温搅拌3d；再将25质量份甘氨酸-N-羧基环内酸酐溶于N,N-二甲基甲酰胺中，将所得溶液加入上述反应瓶中，室温进行聚合反应3d；聚合反应结束后，将上述溶液加入220mL无水乙醚中，搅拌，充分沉降，过滤，干燥；将所得产物溶于50质量份三氟乙酸中，加入0.6质量份HBr/CH₃COOH混合溶液中，搅拌反应12h，洗涤，过滤，干燥，得到赖氨酸-甘氨酸共聚物。

以所述丝氨酸的质量份数为基准，本发明提供的钻井用多功能液体包括苏氨酸5～20份，优选为10～15份。

以所述丝氨酸的质量份数为基准，本发明提供的钻井用多功能液体包括天冬氨酸10～20份，优选为10～15份。

以所述丝氨酸的质量份数为基准，本发明提供的钻井用多功能液体包括水10～40份，优选为20～35份。

本发明对所述钻井用多功能液体的制备方法没有特殊要求，将所述制备原料混合均匀即可制备得到所述钻井用多功能液体。

本发明提供了一种页岩气用钻井流体，以质量份数计，包括以下制备原料：

水：65～90份；

多功能液体：10～35份；

碱度调节剂：0.1～2.0份；

包被剂：0.1～1.0份；

降滤失剂：1.0～4.0份；

流变调节剂：0.1～0.7份；

防塌封堵剂：1.0～3.0份；

重晶石：0～100份；

所述多功能液体为上述技术方案所述的钻井用多功能液体。

在本发明中，若没有特殊说明，所采用的制备原料均为本领域技术人员所熟知的市售商品。

以质量份数计，本发明提供的页岩气用钻井流体的制备原料包括水65～90份，优选为70～80份。在本发明中，所述水优选为淡水。

以所述水的重量份数计，本发明提供的页岩气用钻井流体的制备原料包括多功能液体10～35份，优选为20～30份。在本发明中，所述多功能液体为上述技术方案所述的钻井用多功能液体。在本发明中，所述水和多功能液体的质量份数之和优选为100份。

以所述水的重量份数计，本发明提供的页岩气用钻井流体的制备原料包括碱度调节剂0.1～2.0份，优选为0.2～0.5份，进一步优选为0.3～0.4份。在本发明中，所述碱度调节剂优选包括氢氧化钠、碳酸钠和氢氧化钾中的一种或多种。

以所述水的重量份数计，本发明提供的页岩气用钻井流体的制备原料包括包被剂0.1～1.0份，优选为0.2～0.3份。在本发明中，所述包被剂优选为聚丙烯酰胺；所述聚丙烯酰胺的分子量优选为600～700万。

以所述水的重量份数计，本发明提供的页岩气用钻井流体的制备原料包括降滤失剂1.0～4.0份，优选为2.0～3.0份。在本发明中，所述降滤失剂优选为天然淀粉或改性淀粉，更优选为改性淀粉。本发明采用改性淀粉作为降滤失剂，较天然淀粉，改性淀粉降滤失效果好，作用速度快，对塑性粘度影响小，对动切力影响大，有利于携带钻屑。

在本发明中，所述改性淀粉的制备方法优选包括：将马铃薯淀粉、木薯淀粉、芭蕉芋淀粉、菱角淀粉、氢氧化钠、氯乙酸和水混合，所得混合物注入螺旋挤出机中，控制温度100～110℃，淀粉从螺旋挤出口挤出后瞬间膨化干燥，再将膨化后的淀粉依次进行粗碎和细磨，得到改性淀粉。在本发明中，所述马铃薯淀粉、木薯淀粉、芭蕉芋淀粉、菱角淀粉、氢氧化钠、氯乙酸和水的质量比优选为10～30：10～30：10～45：0～20：1～3：5～15：100～180，更优选为18～20：15～25：30～40：5～10：1.5～3：8～12：130～150。在本发明中，所述水优选为去离子水。

在本发明中，所述改性淀粉的粒径优选为120目。

以所述水的重量份数计，本发明提供的页岩气用钻井流体的制备原料包括流变调节剂0.1～0.7份，优选为0.2～0.3份。在本发明中，所述流变调节剂优选包括黄原胶、罗望子胶、魔芋胶、香豆胶、瓜尔豆胶和刺槐豆胶中的一种或多种，更优选为黄原胶、罗望子胶、魔芋胶和瓜尔豆胶的混合物。在本发明中，当所述流变调节剂为黄原胶、罗望子胶、魔芋胶和瓜尔豆胶的混合物时，所述黄原胶、罗望子胶、魔芋胶和瓜尔豆胶的质量比优选为20～65：0～2：10～30：10-25，更优选为30～60:10～20:10～30:15～25，进一步优选为40～55:15～20:15～20:20～25。

以所述水的重量份数计，本发明提供的页岩气用钻井流体的制备原料包括防塌封堵剂1.0～3.0份，优选为2.0～2.5份。在本发明中，所述防塌封堵剂优选包括硝基腐殖酸钾、天然树脂和氧化沥青中的一种或多种，更优选为硝基腐殖酸钾、天然树脂和氧化沥青的混合物。在本发明中，当所述防塌封堵剂为硝基腐殖酸钾、天然树脂和氧化沥青的混合物时，所述硝基腐殖酸钾、天然树脂和氧化沥青的质量比优选为30～55：20～50：20～50，更优选为30～50:25～45:30～40。

以所述水的重量份数计，本发明提供的页岩气用钻井流体的制备原料包括重晶石0～100份，优选为80。在本发明中，所述重晶石的粒径优选为200～1000目，更优选为350目。

本发明还提供了上述技术方案所述页岩气用钻井流体的制备方法，包括以下步骤：将制备原料混合，得到页岩气用钻井流体。本发明对所述混合的具体工艺没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的混合工艺即可。

本发明还提供了上述技术方案所述页岩气用钻井流体或上述技术方案所述制备方法制备得到的页岩气用钻井流体在页岩气水平井中的应用。

本发明提供的页岩气用钻井流体能够有效解决水平井润滑及井壁稳定问题。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

在氮气环境中，将75重量份苄氧羟基-L-赖氨酸环内酸酐，溶于50质量份N,N-二甲基甲酰胺中，转移至反应瓶中，然后在反应瓶中加入0.002质量份六甲基二硅氮烷引发聚合，室温搅拌3d；再将25质量份甘氨酸-N-羧基环内酸酐溶于N,N-二甲基甲酰胺中，将所得溶液加入上述反应瓶中，室温进行聚合反应3d；聚合反应结束后，将上述溶液加入220mL无水乙醚中，搅拌，充分沉降，过滤，干燥；将所得产物溶于50质量份三氟乙酸中，缓慢加入0.6质量份HBr/CH₃COOH混合溶液中，搅拌反应12h，洗涤，过滤，干燥，得到赖氨酸-甘氨酸共聚物。

将丝氨酸、所述赖氨酸-甘氨酸共聚物、苏氨酸、天冬氨酸和水按照10:70:15:10:30的质量比混合，得到多功能液体；

将90质量份淡水和10质量份多功能液体充分搅拌，得到混合溶液。

实施例2

采用实施例1的制备方法制备得到赖氨酸-甘氨酸共聚物。

将丝氨酸、所述赖氨酸-甘氨酸共聚物、苏氨酸、天冬氨酸和水按照15:75:20:10:30的质量比混合，得到多功能液体；

将80质量份淡水和20质量份多功能液体充分搅拌，得到混合溶液。

实施例3

采用实施例1的制备方法制备得到赖氨酸-甘氨酸共聚物。

将丝氨酸、所述赖氨酸-甘氨酸共聚物、苏氨酸、天冬氨酸和水按照10:90:10:10:40的质量比混合，得到多功能液体；

将65质量份淡水和35质量份多功能液体充分搅拌，得到混合溶液。

实施例4

将90质量份淡水，10质量份多功能液体，0.2质量份氢氧化钠，0.3质量份包被剂，3.0质量份降滤失剂，0.2质量份流变调节剂，3.0质量份防塌封堵剂和80质量份重晶石混合，充分搅拌得到页岩气用钻井流体。

所述多功能液体中丝氨酸、赖氨酸-甘氨酸共聚物、苏氨酸、天冬氨酸和水质量比为20:70:15:10:40。

所述降滤失剂为改性淀粉，所述改性淀粉的制备方法为：将30重量份马铃薯淀粉，15重量份木薯淀粉，30重量份芭蕉芋淀粉，5重量份菱角淀粉，1重量份氢氧化钠，10重量份氯乙酸和130重量份去离子水混合均匀后，注入螺旋挤出机中，控制温度为105℃，淀粉从螺旋挤出口挤出后瞬间膨化干燥，再将膨化后的淀粉经过粗碎和细磨，过120目筛，制得改性淀粉。

所述流变调节剂为黄原胶、罗望子胶、魔芋胶和瓜尔豆胶的混合物，其中黄原胶、罗望子胶、魔芋胶和瓜尔豆胶的质量比为30:20:30:15。

所述防塌封堵剂为硝酸腐殖酸钾、天然树脂和氧化沥青的混合物，其中硝酸腐殖酸钾、天然树脂和氧化沥青的质量比为30:25:35。

实施例5

将80质量份淡水，20质量份多功能液体，0.3质量份氢氧化钠，0.2质量份包被剂，2.5质量份降滤失剂，0.2质量份流变调节剂，2.5质量份防塌封堵剂和80质量份重晶石混合，充分搅拌得到页岩气用钻井流体。

所述多功能液体中丝氨酸、赖氨酸-甘氨酸共聚物、苏氨酸、天冬氨酸和水质量比为10:60:20:20:35。

所述降滤失剂为改性淀粉，所述改性淀粉的制备方法为：将20重量份马铃薯淀粉，20重量份木薯淀粉，35重量份芭蕉芋淀粉，10重量份菱角淀粉，1.5重量份氢氧化钠，15重量份氯乙酸和140重量份去离子水混合均匀后，注入螺旋挤出机中，控制温度为105℃，淀粉从螺旋挤出口挤出后瞬间膨化干燥，再将膨化后的淀粉经过粗碎和细磨，过120目筛，制得改性淀粉。

所述流变调节剂为黄原胶、罗望子胶、魔芋胶和瓜尔豆胶的混合物，其中黄原胶、罗望子胶、魔芋胶和瓜尔豆胶的质量比为40:15:15:25。

所述防塌封堵剂为硝酸腐殖酸钾、天然树脂和氧化沥青的混合物，其中硝酸腐殖酸钾、天然树脂和氧化沥青的质量比为30:45:40。

实施例6

将70质量份淡水，30质量份多功能液体，0.5质量份氢氧化钠，0.3质量份包被剂，2.5质量份降滤失剂，0.2质量份流变调节剂，3.0质量份防塌封堵剂和80质量份重晶石混合，充分搅拌得到页岩气用钻井流体。

所述多功能液体中丝氨酸、赖氨酸-甘氨酸共聚物、苏氨酸、天冬氨酸和水质量比为10:70:5:15:40。

所述降滤失剂为改性淀粉，所述改性淀粉的制备方法为：将10重量份马铃薯淀粉，20重量份木薯淀粉，40重量份芭蕉芋淀粉，5重量份菱角淀粉，1重量份氢氧化钠，5重量份氯乙酸和150重量份去离子水混合均匀后，注入螺旋挤出机中，控制温度为105℃，淀粉从螺旋挤出口挤出后瞬间膨化干燥，再将膨化后的淀粉经过粗碎和细磨，过120目筛，制得改性淀粉。

所述流变调节剂为黄原胶、罗望子胶、魔芋胶和瓜尔豆胶的混合物，其中黄原胶、罗望子胶、魔芋胶和瓜尔豆胶的质量比为60:10:10:15。

所述防塌封堵剂为硝酸腐殖酸钾、天然树脂和氧化沥青的混合物，其中硝酸腐殖酸钾、天然树脂和氧化沥青的质量比为50:20:30。

实施例7

将65质量份淡水，35质量份多功能液体，0.4质量份氢氧化钠，0.3质量份包被剂，2.0质量份降滤失剂，0.3质量份流变调节剂，2.0质量份防塌封堵剂和80质量份重晶石混合，充分搅拌得到页岩气用钻井流体。

所述多功能液体中丝氨酸、赖氨酸-甘氨酸共聚物、苏氨酸、天冬氨酸和水质量比为10:65:20:20:40。

所述降滤失剂为改性淀粉，所述改性淀粉的制备方法为：将18重量份马铃薯淀粉，25重量份木薯淀粉，30重量份芭蕉芋淀粉，8重量份菱角淀粉，3重量份氢氧化钠，8重量份氯乙酸和180重量份去离子水混合均匀后，注入螺旋挤出机中，控制温度为105℃，淀粉从螺旋挤出口挤出后瞬间膨化干燥，再将膨化后的淀粉经过粗碎和细磨，过120目筛，制得改性淀粉。

所述流变调节剂为黄原胶、罗望子胶、魔芋胶和瓜尔豆胶的混合物，其中黄原胶、罗望子胶、魔芋胶和瓜尔豆胶的质量比为55:20:30:25。

所述防塌封堵剂为硝酸腐殖酸钾、天然树脂和氧化沥青的混合物，其中硝酸腐殖酸钾、天然树脂和氧化沥青的质量比为55:45:30。

对比例1

100质量份淡水。

对比例2

100质量份白油。

对比例3

将100质量份淡水和3质量份聚胺充分搅拌均匀所得。

对比例4

油基钻井液：将80质量份白油、20质量份饱和氯化钙水、2.0质量份主乳化剂、1.0质量份辅乳化剂、0.8质量份提切剂、1.5质量份碱度调节剂、2.0质量份有机土、3.0质量份降滤失剂、3.0质量份封堵剂和100质量份重晶石充分混合，得到油基钻井液。

对比例5

聚合物氯化钾钻井液：将100质量份海水、3.0质量份膨润土、0.2质量份碳酸钠、0.4质量份聚阴离子纤维素、0.5质量份聚丙烯酰胺、5质量份氯化钾、1.5质量份羟丙基淀粉、1.0质量份磺化沥青、1.5质量份磺化酚醛树脂和30质量份重晶石充分混合，得到聚合物氯化钾钻井液。

对比例6

以中国专利CN202010528243.8中的实施例4作为对比例6：

将70质量份海水、30质量份多功能基液、0.1质量份氢氧化钠、0.4质量份包被剂、2.0质量份降滤失剂、0.1质量份流变调节剂、2.0质量份防塌封堵剂以及80质量份重晶石混合，充分搅拌得到水基钻井液。

多功能基液中蓖麻油磷酸酯钠、马来酸-丙烯酸共聚物、聚乙二醇单油酸酯和水的质量比为30:75:10:30。降滤失剂中马铃薯淀粉、木薯淀粉、芭蕉芋淀粉和菱角淀粉的质量比为15:25:10:15。流变调节剂中黄原胶、罗望子胶、瓜尔豆胶和刺槐豆胶的质量比为60:15:5:15。防塌封堵剂中腐殖酸钾和天然树脂的质量比为30:25。

测试例1

对实施例1～7和对比例1～6的钻井液性能进行测试，测试钻井液基本性能，结果如表1所示。

表1实施例1～7和对比例1～6钻井液的润滑及抗磨性能

由表1测试结果可知，实施例1～3评价的是多功能液体和水混合后，作为钻井液中分散相与常用的淡水、白油做对比，随着多功能液体加量增多，分散相的润滑系数由0.092降至0.045，接近白油，且明显优于淡水；从抗磨数据可以看出，淡水和白油的抗磨性能差异不大，而多功能液体具有较好的抗磨性能，当多功能液体加量为20质量份时，其抗磨可达到10块。

使用多功能液体配制的页岩气用钻井流体随着多功能液体加量增大，体系摩阻系数逐渐降低，抗磨能力逐渐增强，当多功能液体加量为35质量份时，该体系摩阻系数为0.060，接近于油基钻井液的0.056；而且多功能液体配置的钻井液抗磨可达10块，而油基钻井液仅为8块，表明多功能液体配置的钻井液能够降低摩阻及套管磨损。多功能液体构建的页岩气用钻井流体润滑及抗磨效果和对比例6相当。

测试例2

分别对多功能液体的抑制性能及多功能液体配制的页岩气用钻井流体的抑制性能进行了评价，并分别与常用的配制钻井液常用液体水、油及油基钻井液、聚合物氯化钾钻井液性能进行对比评价，结果见表2。

表2实施例1～7以及对比例1～6的抑制性能评价

由表2可以看出，对比例1～3与实施例1～3的数据表明，在不加搬土粉情况下，粘度及切力均较低，而加入20％搬土粉后，淡水增稠明显，只能测出6转及3转值，且较大，而多功能液体和水按一定比例混合后加入20％搬土粉，粘度和切力均较低，表明该多功能液体可有效抑制搬土粉水化造浆。实施例4至实施例7数据表明，用多功能液体配制的页岩气用钻井流体，加入20％搬土粉后，体系粘度及切力值增加较小，表明本发明提供的页岩气用钻井流体可有效抑制黏土水化造浆。本发明提供的页岩气用钻井流体的防膨率及滚动回收率均在90％以上，表明该体系可有效抑制黏土水化分散及膨胀，与对比例6提供的钻井液抑制效果相当。

测试例3

为了评价多功能液体的降滤失性能，因其粘度较低，故在相应对比例及实施例中加入相应质量份的3％的膨润土基浆和0.4质量份黄原胶充分搅拌；所述低压低压失水指的是0.7MPa、25℃、30min的失水体积；所述的PPT封堵滤失量指的是使用砂盘代替滤纸，在3.5MPa、120℃、30min的失水体积，结果见表3。

表3实施例1以及对比例1～6的降滤失性能

表3数据表明，随着多功能液体加量增多，低温低压失水逐渐降低，说明多功能液体具有较好的封堵降滤失效果。这是因为赖氨酸-甘氨酸共聚物中聚甘氨酸链段具有较强疏水性，聚赖氨酸链段侧链上大量氨基存在使其具有亲水性，从而使多功能液体具有两亲性纳米性质，在钻井液中，该多功能液体在水溶液中通过氢键吸附在黏土颗粒表面，使黏土颗粒表面的负电荷呈正价，水化层加厚，提高了黏土颗粒的聚结稳定性，使黏土颗粒保持较小的粒度并有合理的粒度大小分布，从而产生薄而韧、结构致密的优质滤饼，降低滤失量。

测试例4

实施例4～7以及对比例4～6的钻井液性能如表4所示。

表4实施例4～7以及对比例4～6的钻井液性能

表4中，Φ3指的是六速旋转粘度计3转读数，无量纲；所述高温高压失水指的是3.5MPa、对应老化温度、30min的压失水体积。

从表4中可以看出，本发明提供的页岩气用钻井流体的性能可满足页岩气水平井钻井需求。

测试例5

为评价页岩气用钻井流体对页岩井壁稳定性能的影响，分别用对比例4至对比例6，实施例4至实施例7浸泡页岩岩心，并在围压20MPa，40MPa条件下，分别测试岩心抗压强度、内聚力及内摩擦角，结果见图1～2。图1为不同钻井液体系浸泡下页岩抗压强度变化；图2为不同钻井液体系浸泡下页岩内聚力及内摩擦角特征。其中，图1～2中的原始参数指的是未浸泡的页岩岩心。

页岩岩心在不同流体浸泡后，岩样强度特征发生变化。图1～2数据表明，聚合物氯化钾钻井液浸泡后，围压20MPa时，页岩岩心抗压强度与原始相比下降48.8％，油基钻井液下降22.7％，而页岩气用钻井流体则降低22.8％左右，对比例6降低了43.8％；浸泡后岩心内摩擦角及内聚力和岩石抗压，聚合物氯化钾钻井液体系分别降低62.1％和34.4％，油基钻井液分别降低了36.6％和7.0％，页岩气用钻井流体分别降低了37.2％和7.2％，而对比例6分别降低了60.0％和29.0％。

从以上数据可以看出，页岩气用钻井流体浸泡后对岩石强度影响接近油基，表明页岩气用钻井流体具有和油基相当的稳定井壁的能力。页岩气用钻井流体稳定井壁能力明显优于聚合物氯化钾钻井液和对比例6提供的水基钻井液。页岩气用钻井流体稳定井壁能力接近于油基钻井液主要是因为，多功能液体中带正电的氨基酸迅速控制最活跃水化点，并牢牢固定在黏土颗粒表面，防止黏土颗粒表面水化和渗透水化，同时疏水段协助抑制水化，降低滤液进入地层产生的水化应力，降低地层孔隙压力升高程度，同时多功能液体中的纳米颗粒能够有效封堵地层微裂缝，进一步阻止滤液侵入地层，降低地层因滤液侵入导致的含水量升高程度，从而抑制岩石强度降低程度，起到有效稳定井壁作用。

由以上实施例和对比例测试结果可以看出，本发明提供的页岩气用钻井流体能够满足页岩气水平井对于润滑及井壁稳定的要求，同时具有较好的抑制性和封堵性能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。