CN101311242B - 一种羟基酸盐钻井液 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及石油钻井工程领域所用的一种羟基酸盐钻井液，主要含有0.1％～150％的羟基酸盐作为钻井液抑制剂，是一种对水敏性泥页岩有极强抑制作用的钻井液。羟基酸盐电离出的金属阳离子能抑制泥页岩的水化膨胀和水化分散；电离出的羟基酸根阴离子通过羟基与粘土表面的吸附作用，在粘土表面形成保护膜，从而阻止粘土的水化。清水滚动回收率小于5％的岩屑在本发明所提供的钻井液中其回收率可提高到90％以上。羟基酸盐钻井液是一种配制工艺简单、成本低、不污染环境的抑制型钻井液。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻井工程领域所用的钻井液，特别是一种针对水敏性泥页岩有强抑制作用的羟基酸盐钻井液。
技术背景
钻井液是在钻井过程中具有携带、悬浮岩屑、冷却润滑钻头、平衡地层压力、稳定井壁及保护油层等多种功用的流体，其性能优劣直接影响到钻井效率、井下安全和综合效益。
在石油勘探开发中，由于钻遇的地质条件复杂，钻井实践表明：泥页岩井段井壁不稳仍然是困扰钻井工艺的技术难题。泥页岩段井壁不稳造成井下事故频繁、钻井综合成本高、损害油气层、工程报废等问题。如新疆准噶尔盆地南缘塔西河组及安集海组泥页岩井段均是极不稳定地层，霍8A井、安四井、独深一井、呼二井、西四井等井在这些地层都遇到了较为严重的井壁失稳问题。井壁失稳后，随后产生井下复杂情况，轻则划眼，下钻不到井底，重则卡钻，甚至整口井报废。从钻井液的角度来看，在所有造成井壁不稳定的众多因素中，钻井液抑制性不强是其中最重要的因素。
目前，国内外抑制性钻井液体系以单一无机盐或者有机盐为抑制核心，现场应用中表现了一定的抑制能力，在一定程度上能够解决水敏性泥页岩井段井壁不稳定的问题。但是，也暴露出了一些问题，主要表现在：
1.钻井液中在加入抑制性金属阳离子的同时，不可避免的引入了阴离子或阴离子团。这些阴离子或阴离子团不但占用了大量的化学空间，造成单位体积内钻井液含有无用物质的质量加大，而且某些阴离子如Cl-，对于测井作业有负面影响。
2.无机盐如KCl，产生了对钻井液体系起弱化作用的Cl-，钻井液其它处理剂的用量必须相应增加才能保持钻井液的稳定。
3.目前使用的有机盐钻井液，有机盐加量大，劳动强度大，综合成本相对较高。
为了解决抑制性钻井液在钻井过程出现的问题，本发明提出了羟基酸盐强抑制钻井液，目的在于提供一种抑制性强、不含副作用的阴离子、钻井施工中易于控制的新型水基钻井液体系。
羟基酸盐起抑制作用的原理分析：羟基酸分子中同时具有羟基和羧基，羧基的存在使羟基酸具有酸的性质。羟基酸与碱性物质发生中和反应，将金属离子(钾、钠、钙、镁、锌等)引入，生成羟基酸盐。金属阳离子如K+、Ca2+，能抑制泥页岩的水化膨胀和水化分散；羟基酸根阴离子通过羟基与粘土表面的吸附作用，而在粘土表面形成保护膜，从而阻止粘土的水化。
技术内容
为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：提供一种羟基酸盐钻井液，其主要含有0.1％～150％羟基酸盐，还可含有0％～8％坂土浆、0.2％～6％降滤失剂、0.1％～2％PH调节剂、0.2％～0.8％流型调节剂、0％～3％封堵剂、0％～2％润滑剂和适量加重剂。
以上百分比是按处理剂重量、钻井液体积百分比计算。
降滤失剂为SJ(纤维类降滤失剂)、CMS(羧甲基淀粉)、水解聚丙烯腈(钠盐、钾盐或铵盐)、SMP(磺化酚醛树脂)或SPNH(腐植酸多元共聚物)，可单独使用，也可复配使用。
PH调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾、石灰。氢氧化钠或氢氧化钾，可单独使用，也可复配使用。石灰需要与氢氧化钠和氢氧化钾复配使用。
流型调节剂为XY-27或SK-3。
封堵剂包括磺化沥青、天然沥青粉、改性沥青及乳化沥青等。可单独使用，也可复配使用。
加重剂为重晶石或铁矿粉。根据钻井液的密度决定加重剂的加入量。
本发明具有如下特点：
(1)羟基酸盐钻井液中的主处理剂为羟基酸盐，其中的金属阳离子，特 别是K+，能抑制泥页岩的水化膨胀和水化分散；羟基酸根阴离子通过羟基与粘土表面的吸附作用，在粘土表面上形成保护膜，阴离子和阳离子同时作用，相互增效，有效抑制了泥页岩的水化膨胀。
(2)提供的阴离子具有降低钻井液滤失量、增加润滑性的功能。
(3)钻井液体系在羟基酸盐和封堵剂的协同作用下，无论是针对水敏性泥岩或硬碎性易散塌泥岩地层均具有极强的稳定井壁能力。
下面结合实例进一步说明本发明所提供的羟基酸盐钻井液的组成及其性能，但并不限制本发明。
实例1
羟基酸盐钻井液配方(％重量体积百分比)
4％坂土浆+0.5％JT-888+2％SMP-2+1％SPNH+30％酒石酸钾(2、3-二羟基丁二酸钾)+0.2％KOH+4％乳化沥青+重晶石
钾盐聚磺钻井液配方：
4％坂土浆+0.8％JT-888+0.5％FA367+2％SMP-2+1％SPNH+7％KCl+0.2％KOH+4％乳化沥青+重晶石
滚动回收率评价：
实验方法：称取6～10目的岩屑50g，在120℃条件下，热滚16h，冷却后用40目筛子轻轻地冲洗干净，100℃温度下烘干，称重，计算出回收率。
表1：羟基酸盐钻井液性能表
| 钻井液 | ρ | FL | AV | PV | YP | G | 回收率 |
| 钾盐聚磺 | 1.65 | 4.6 | 65 | 49 | 16 | 5/10 | 91％ |
| 本发明 | 1.65 | 4.4 | 58 | 38 | 20 | 3/8 | 95％ |
线膨胀试验
取配浆用膨润土在14MPa下压制成试验用岩块，分别用蒸馏水、钾盐聚磺钻井液滤液(1.65g/cm3)与羟基酸盐钻井液滤液(1.65g/cm3)，在80℃、 3.5MPa条件下作线膨胀性试验。
附图1是线膨胀曲线。
线膨胀试验表明：羟基酸盐钻井液具有非常强的粘土水化膨胀的能力。同时，羟基酸盐钻井液体系较钾盐聚磺钻井液体系具有更强的抑制粘土膨胀的能力。
ρ：钻井液密度，g/cm3 FL：API滤失量，ml
AV：钻井液表观粘度，mPa·s PV：钻井液塑性粘度，mPa.s
YP：钻井液动切力，Pa G：钻井液初切力/钻井液终切力，Pa
Claims (4)
1.一种羟基酸盐钻井液，其主要特征在于：主要含有0.1％～150％羟基酸盐，按钻井液的重量体积百分比计量，所述的羟基酸盐为碳链上含有2个碳原子，碳链上有2个羟基，同时含有2个羧基的酒石酸钾；还含有0％～8％的坂土浆，0.2％～6％的降滤失剂，0.2％～0.8％的流型调节剂，0.1％～2％的PH调节剂，0％～3％的封堵剂，0％～2％的润滑剂和适量加重剂，均按钻井液重量体积百分比计量。
2.根据权利要求1所述的一种羟基酸盐钻井液，其特征在于：所述的降滤失剂为SJ纤维类降滤失剂、CMS羧甲基淀粉、水解聚丙烯腈的钠盐、钾盐或铵盐、SMP磺化酚醛树脂或SPNH腐植酸多元共聚物；流型调节剂为XY-27或SK-3；PH调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾或石灰；封堵剂为天然沥青粉或改性沥青；所述的加重剂为重晶石或铁矿粉。
3.根据权利要求2所述的一种羟基酸盐钻井液，其特征在于：所述的改性沥青为磺化沥青。
4.根据权利要求2所述的一种羟基酸盐钻井液，其特征在于：所述的改性沥青为乳化沥青。
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