CN101942295B

CN101942295B - 深地层钻探用抗高温累托石水基钻井液

Info

Publication number: CN101942295B
Application number: CN 201010262766
Authority: CN
Inventors: 靳洪允; 侯书恩; 闵浩; 潘勇; 肖红艳
Original assignee: China University of Geosciences
Current assignee: China University of Geosciences
Priority date: 2010-08-25
Filing date: 2010-08-25
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2030-08-25
Also published as: CN101942295A

Abstract

本发明公开了一种深地层钻探用抗高温累托石水基钻井液，属于钻探、钻井工程技术领域。该钻井液是由1～5％钠基累托石、0.2～12％主降滤失剂、0.1～3％辅助降滤失剂、0.1～2％包被剂、1～5％护壁剂、1～5％钻井液用润滑剂、0.1～0.3％消泡剂、0.1～0.5％NaOH与水混合而成。本发明的钻井液能够在200℃保持良好的流变性能、携砂能力和抗滤失性能，所需原料价格低廉，且可以现配现用，适用于在深地层、高地层温度下快速进行钻进、钻探作业。

Description

深地层钻探用抗高温累托石水基钻井液

技术领域

本发明涉及一种钻井液，具体涉及一种深地层钻探用抗高温累托石水基钻井液，属于钻探、钻井工程技术领域。

背景技术

钻井液是钻探、钻井工程技术领域的一个重要组成部分，钻井液性能与质量的好坏对钻探、钻井工程的成功与否有着着重要的影响。随着浅地层、易开发地层地矿资源尤其是油气资源越来越少，人们的目光逐渐投向地层深处，向深地层要资源特别是油气资源已经成为全世界油气开采领域的大趋势。在我国，这种趋势尤其明显。为了应对这一困局，国家一方面深挖已开发油田的油气开采潜力，另一方面将目光转向自然和地质环境相对恶劣的西部地区。而作为我国石油天然气产量主接力区的西部，其石油资源量的73％，天然气资源量的52％都埋在深地层。在这种情况下，深井、超深井的钻探就必将成为我国乃至全世界石油工业的一个重要方面。

深地层钻井时，着随井深增加，底层温度不断升高。高温对钻井液的影响主要表现为高温对钻井液处理剂和黏土的影响。随着温度升高，钻井液中黏土分散、钝化及钻井液处理剂失效，使钻井液性能恶化，造成提钻遇阻，返砂情况不好，无法判断地层情况，卡钻、埋钻、缩径的事故。可以说，黏土性能的优劣在很大程度上决定了钻井液性能的好坏。

累托石是一种具有特殊结构的黏土矿物，其结构决定了它具有较强的层间吸附性、阳离子交换性及造浆性能，并具有很好的抗高温性能。由于累托石晶体结构中具有蒙脱石层，因此累托石具有蒙脱石的物化性能；又由于累托石具有云母层，所以其热稳定性优于膨润土。以累托石制备钻井液，有助于改善钻井液的抗高温性能。

发明内容

本发明的目的在于克服施工中遇到的高温破坏钻井液性能的难题，本发明提供了一种抗高温钠基累托石水基钻井液，适用于较高温度下快速地进行深地层钻进。

实现本发明目的所采用的技术方案是：

一种深地层钻探用抗高温累托石水基钻井液，该钻井液为助剂和水的混合物，所述助剂至少包括钠基累托石、主降滤失剂、辅助降滤失剂、包被剂、护壁剂、钻井液用润滑剂、消泡剂和NaOH，助剂中各组分与钻井液的质量体积比分别为：1～5％钠基累托石、0.2～12％主降滤失剂、0.1～3％辅助降滤失剂、0.1～2％包被剂、1～5％护壁剂、1～5％钻井液用润滑剂、0.1～0.3％消泡剂和0.1～0.5％NaOH，质量体积比的单位均为Kg/m³。

所述主降滤失剂为聚合物降滤失剂COP-LFL、磺化酚醛树脂SMP-2、二元共聚物PAMS601或二元共聚物PAMS900中的任一种或者几种的混合物。

所述辅助降滤失剂为PAM、LV-CMC、HV-CMC或CMS中的任一种或者几种的混合物。

所述包被剂为FA367、PAC141或KPAM包被剂中的任一种或者几种的混合物。

所述护壁剂为磺化沥青粉护壁剂或广谱护壁剂GSP或者二者的混合物。

所述钻井液用润滑剂为RH-2、TNH-2或CNS润滑剂中的任一种或者几种的混合物。

所述消泡剂为硅系消泡剂中的任一种或者几种的混合物。

按原料配比称取各种助剂和水后，先将钠基累托石与水混合，搅拌均匀得到钠基累托石浆，然后加入各种助剂后搅拌，使助剂充分溶解，混合均匀即得本发明的钻井液。需要降低钻井液的滤失量而不提高钻井液的粘度时，加入钻井液用低粘度羧甲基纤维素钠(LV-CMC)；需要提高钻井液携带钻屑的能力时，加入钻井液用高粘度羧甲基纤维素钠(HV-CMC)、聚丙烯酰胺(PAM)或羧甲基淀粉钠(CMS)中的任一种或者其中任意几种的混合物；仅需要降低钻井液的滤失量时，加入钻井液用聚合物降滤失剂COP-LFL、磺化酚醛树脂SMP-2、二元共聚物PAMS601或二元共聚物PAMS900中的任一种或者几种的混合物。各者的加入量根据施工要求的标准来确定。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明的钻井液抗高温性能良好，在最高200℃下老化后流变性能变化不明显，热滚后各项性能指标仍能满足石油行业通行的性能标准，热滚后常温中压滤失量FL_API滤失量小于5mL，高温高压滤失量小于15mL。

(2)本发明采用的钠基累托石可以现配现用，无须像钠基膨润土需要24h以上的预水化时间，节省了配制钻井液的时间，适宜应对突发事故。

(3)本发明钻井液的滤失量能够控制在较低水平，并且可以根据实际钻进的需要，通过调整钻井液配方中的组分和含量，将常温中压滤失量FL_API及高温高压滤失量FL_hthp进一步降低，避免由于钻井液滤失量过大而导致的诸多问题。

(4)由于本发明的钻井液在较低粘度下即可保持较高的携砂能力，在75s左右的较低粘度下，动塑比YP/PV可达到0.30～0.50，且动塑比可根据实际钻进的需要进行调整。因此使用本钻井液进行钻进时可以确保钻屑顺利、快速排出，钻进过程能够快速进行。

(5)本发明的钻井液配方中的助剂为常见大规模生产的工业品，价格低廉。这为降低钻井液成本，控制整个钻井工程的支出提供了有力支持。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护内容不局限于以下实施例。

本发明的低粘度羧甲基纤维素钠(LV-CMC)和高粘度羧甲基纤维素钠(HV-CMC)的理化性能符合中华人民共和国石油天然气行业标准SY 5093-92。聚合物降滤失剂COP-LFL的理化性能符合表1的技术指标。

表1.

实施例1

本实施例的钻井液中各组分及其与钻井液的质量体积比(单位：Kg/m³)分别为：5％钠基累托石、0.2％聚合物降滤失剂COP-LFL、3％HV-CMC、0.1％包被剂FA367、4％磺化沥青粉FT-1、2％钻井液用润滑剂TNH-2、1％钻井液用润滑剂RH-2、0.1％消泡剂、0.1％NaOH，其余为水。

按照上述配比，将钠基累托石与水混合，搅拌均匀得到钠基累托石浆，然后加入其余的各种助剂后搅拌，使助剂充分溶解，混合均匀后即得到深地层钻探用抗高温累托石水基钻井液。

本实例所配制的钻井液的性能指标(执行标准GB/T 16783-1997)：密度为1.04g/cm³，粘度为72s，常温中压滤失量FL_API为3.4ml，高温高压滤失量FL_hthp为12.6ml，塑性粘度PV为24mPa·S，动切力YP为9Pa，动塑比YP/PV为0.375Pa/mPa·S，初切力θ₁为1.0，终切力θ₁₀为2.0，泥饼厚度小于0.5mm。

实施例2

本实施例的钻井液中各组分及其与钻井液的质量体积比(单位：Kg/m³)分别为：1％钠基累托石、2％二元共聚物PAMS601、4％二元共聚物PAMS900、1.0％LV-CMC、1.0％CMS、2％包被剂PAC141、5％广谱护壁剂GSP、5％钻井液用润滑剂TNH-2、0.3％消泡剂、0.4％NaOH，其余为水。

按上述配比，采用与实施例1相同的方法配制，即得到深地层钻探用抗高温累托石水基钻井液。

本实例所配制的钻井液的性能指标(执行标准GB/T 16783-1997)：密度为1.05g/cm3，粘度为75s，常温中压滤失量FL_API为3.2ml，高温高压滤失量FL_hthp为12.6ml，塑性粘度PV为26mPa·S，动切力YP为9Pa，动塑比YP/PV为0.346Pa/mPa·S，初切力θ₁为1.0，终切力θ₁₀为1.5，泥饼厚度小于0.5mm。

实施例3

本实施例的钻井液中各组分及其与钻井液的质量体积比(单位：Kg/m³)分别为：4％钠基累托石、0.05％聚合物降滤失剂COP-LFL、2％二元共聚物PAMS601、2.0％LV-CMC、0.1％包被剂PAC141、0.25％包被剂KPAM、3.5％磺化沥青粉FT-1、3％钻井液用润滑剂RH-2、0.2％消泡剂、0.5％NaOH，其余为水。

本实例所配制的钻井液的性能指标(执行标准GB/T 16783-1997)：密度为1.05g/cm³，粘度为77s，常温中压滤失量FL_API为3.0ml，高温高压滤失量FL_hthp为11.0ml，塑性粘度PV为26mPa·S，动切力YP为10Pa，动塑比YP/PV为0.385Pa/mPa·S，初切力θ₁为1.0，终切力θ₁₀为1.5，泥饼厚度小于0.5mm。

实施例4：

本实施例的钻井液中各组分及其与钻井液的质量体积比(单位：Kg/m³)分别为：2％钠基累托石、5％磺化酚醛树脂SMP-2、3％二元共聚物PAMS601、1.0％LV-CMC、0.8％聚丙烯酰胺(PAM)、2％包被剂PAC-141、3.5％磺化沥青粉FT-1、2.5％钻井液用润滑剂CNS、0.3％硅油、0.2％NaOH，其余为水。

本实例所配制的钻井液的性能指标(执行标准GB/T 16783-1997)：密度为1.04g/cm³，粘度为72s，常温中压滤失量FL_API为4.0ml，高温高压滤失量FL_hthp为13.5ml，塑性粘度PV为25mPa·S，动切力YP为8Pa，动塑比YP/PV为0.32Pa/mPa·S，初切力θ₁为0.5，终切力θ₁₀为1.5，泥饼厚度小于0.5mm。

实施例5：

本实施例的钻井液中各组分及其与钻井液的质量体积比(单位：Kg/m³)分别为：1％钠基累托石、12％磺化酚醛树脂SMP-2、0.1％LV-CMC、0.2％包被剂KPAM、3％磺化沥青粉FT-1、2％广谱护壁剂GSP、2.5％钻井液用润滑剂TNH-2、2.5％钻井液用润滑剂CNS、0.1％消泡剂、0.5％NaOH，其余为水。

本实例所配制的钻井液的性能指标(执行标准GB/T 16783-1997)：密度为1.04g/cm³，粘度为75s，常温中压滤失量FL_API为4.2ml，高温高压滤失量FL_hthp为13.4ml，塑性粘度PV为26mPa·S，动切力YP为9Pa，动塑比YP/PV为0.346Pa/mPa·S，初切力θ₁为0.5，终切力θ₁₀为1.5，泥饼厚度小于0.5mm。

本发明中的消泡剂可以采用XPJ系列硅系消泡剂，如XPJ-1、XPJ-2、硅油等，也可以采用其他硅系消泡剂。

Claims

1.一种深地层钻探用抗高温累托石水基钻井液，其特征在于该钻井液为助剂和水的混合物，所述助剂至少包括钠基累托石、主降滤失剂、辅助降滤失剂、包被剂、护壁剂、钻井液用润滑剂、消泡剂和NaOH，助剂中各组分与钻井液的质量体积比分别为：1~5%钠基累托石、0.2~12%主降滤失剂、0.1~3%辅助降滤失剂、0.1~2%包被剂、1~5%护壁剂、1~5%钻井液用润滑剂、0.1~0.3%消泡剂和0.1~0.5% NaOH，质量体积比的单位均为Kg/m³；其中所述主降滤失剂为聚合物降滤失剂COP-LFL、磺化酚醛树脂SMP-2、二元共聚物PAMS601或二元共聚物PAMS900中的任一种或者几种的混合物；所述辅助降滤失剂为PAM、LV-CMC、HV-CMC或CMS中的任一种或者几种的混合物。

2.根据权利要求1所述的深地层钻探用抗高温累托石水基钻井液，其特征在于：所述包被剂为FA367、PAC141或KPAM包被剂中的任一种或者几种的混合物。

3.根据权利要求1所述的深地层钻探用抗高温累托石水基钻井液，其特征在于：所述护壁剂为磺化沥青粉护壁剂或广谱护壁剂GSP或者二者的混合物。

4.根据权利要求1所述的深地层钻探用抗高温累托石水基钻井液，其特征在于：所述钻井液用润滑剂为RH-2、TNH-2或CNS润滑剂中的任一种或者几种的混合物。

5.根据权利要求1所述的深地层钻探用抗高温累托石水基钻井液，其特征在于：所述消泡剂为硅系消泡剂中的任一种或者几种的混合物。