CN102010695A

CN102010695A - 有机硅聚磺钻井液

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Publication number: CN102010695A
Application number: CN2010105337418A
Authority: CN
Inventors: 潘永强; 杨智光; 杨决算; 刘永贵; 郝立志; 梁勇; 杜树勇; 李建军; 朱科源; 林立强; 李保山
Original assignee: Daqing Petroleum Administration Bureau
Current assignee: Daqing Petroleum Administration Bureau; China National Petroleum Corp
Priority date: 2010-11-07
Filing date: 2010-11-07
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2030-11-07
Also published as: CN102010695B

Abstract

本发明涉及一种有机硅聚磺钻井液，按照重量百分比其组成为：A.两性离子聚合物FA367：0.6％～0.8％；B.聚阴离子纤维素PAC-HV：0.6％～0.8％；C.KFT：1％～5％；D.OCL-JB：1％～4％；E.KOH：0.1％～0.4％；F.磺化沥青：DYFT-Ⅱ：1％～4％；G.聚醚多元醇防塌剂：3％～5％；H.RH-3：5.0～10.0%；I.白油：5％～15％；G.QS-2：1％～5％；余量为水。该钻井液具有较好的抗温性及强抑制、低摩阻、低损害的特性，该体系所选处理剂都在油田钻井中应用，具有无毒害及环保的特点，满足深层水平井钻井液的要求，可以在深层水平井钻井中使用。

Description

有机硅聚磺钻井液

技术领域

本发明涉及一种石油钻井液，具体的是一种用于深层水平井中的水基钻井液。

背景技术

国内深层水平井主要集中在新疆、塔里木油田，垂深一般超过5000米，斜深在6000多米，水平段长度500米左右，井底温度150℃以内。2000年之后，尤其是最近几年，新疆地区深井水平井普遍使用水基钻井液，在10余口水平井钻井中采用聚合物钻井液、聚磺钻井液和聚磺混油钻井液体系。

对于气藏水平井，国内最早开展工作的是长庆油田，在苏里格气田开发时使用的是油基钻井液，后经研究发现该地区低渗气藏对油基钻井液敏感，在后来的水平井中，多采用水基钻井液。四川气田的水平井也应用了水基钻井液。

国外见到报道最高温度的水平井是在印尼Belanak油田，油藏的平均温度为157℃，油藏钻井水平位移在1066.8-1371.6m之间。由于使用优质滤管来控砂，因此，油藏钻井液要求是低固相、盐水基钻井液。6口井使用了甲酸钠基油藏钻井液和完井液。

而在深层水平井中应用的水基钻井液普遍存在的问题是携岩能力差、抗温性不好、润滑性差等。

发明内容

本发明所要解决的是针对背景技术中所存在的问题，提供一种抗温能力达160℃、钻井液性能稳定、流变性合理、携岩能力强、润滑性好满足现场施工需要的有机硅聚磺钻井液。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：有机硅聚磺钻井液，按重量百分比其组成为：A.抑制剂：两性离子聚合物FA367：0.6％～0.8％；B.提粘剂：聚阴离子纤维素PAC-HV：0.6％～0.8％；C.降滤失剂：KFT：1％～5％；D.抗盐降滤失剂：OCL-JB：1％～4％；E.碱度控制剂：KOH：0.1％～0.4％；F.固体防塌剂：磺化沥青：DYFT-II：1％～4％；G.液体防塌剂：聚醚多元醇防塌剂：3％～5％；H.液体润滑剂：RH-3：5％～10％；I.矿物油：白油：5％～15％；J.屏蔽封堵剂：QS-2：1％～5％；余量为水。

为了获得更好的润滑效果，上述配方中还包括固体润滑剂改性石墨DR-1：3％～5％。

对于现场需要密度大的钻井液的情况下，上述配方中还包括加重剂石粉BaSO4：1％～8％。

本发明具有如下有益效果：该钻井液具有较好的抗温性及强抑制、低摩阻、低损害的特性，该体系所选处理剂都在油田钻井中应用，具有无毒害及环保的特点。该体系满足深层水平井钻井液的要求，可以在深层水平井钻井中使用。

具体实施方式

一、对有机硅聚磺钻井液中的关键组分进行评选实验，具体如下：下述实施例中所用处理剂的来源见下表：配方中处理剂代号及生产厂家1、控制抑制性和流变性处理剂的选择(1)抑制剂的评选取古深1井泉头组紫红色泥岩进行滚动回收率的对比评价实验，实验按《泥页岩理化性能试验方法SY/T 5613-2000》进行测试，实验条件：取6～10目岩屑颗粒40g做160℃？？16h滚动老化实验，用60目筛子回收，实验结果如下：表1处理剂滚动回收率对比实验

实验试样	回收率，％
		清水	15.6
清水+0.5％KPAM(聚丙烯酸钾)	52.3
		清水+0.5％NW-1(小阳离子)	55.3
清水+0.5％OPA(络合铝)	60.5
		清水+0.5％80A51(丙烯酸钠与酰胺共聚物)	65.9
清水+0.5％MMH(正电胶)	41.2
		清水+0.4％FA367(两性复合离子)	76.4
清水+0.5％FA367(两性复合离子)	82.4

清水+0.6％FA367(两性复合离子)	91.3
		清水+0.7％FA367(两性复合离子)	91.6
清水+0.8％FA367(两性复合离子)	92.2
		清水+1％聚醚多元醇防塌剂DPC-1(环氧乙烷和环氧丙烷共聚)	66.3
清水+2％聚醚多元醇防塌剂DPC-1(环氧乙烷和环氧丙烷共聚)	79.5
		清水+3％聚醚多元醇防塌剂DPC-1(环氧乙烷和环氧丙烷共聚)	88.4
清水+4％聚醚多元醇防塌剂DPC-1(环氧乙烷和环氧丙烷共聚)	90.3
		清水+5％聚醚多元醇防塌剂DPC-1(环氧乙烷和环氧丙烷共聚)	91.2

分别配制浓度0.6％及0.8％的NW-1、OPA、FA367、MMH、80A51、KPAM和5％多元醇水溶液，用NP-01型泥岩膨胀仪测定其膨胀量与时间的关系，实验结果显示，FA367抑制粘土膨胀效果最佳。

从单剂的滚动回收率对比评价实验和膨胀实验结果看，加量为0.6～0.8％的FA367与加量为3～5％的聚醚多元醇防塌剂DPC-1均具有较好的抑制性。

(2)增粘剂的评选评选增粘剂是为了解决现场钻井液在大斜度段动塑比小而导致携屑能力下降的问题。为了配合抑制剂、防塌剂的效果，选择了黄原胶、瓜尔胶及聚阴离子纤维素PAC-HV。用FA367配成基浆，考察增粘剂的效果，实验按《钻井液现场测试第一部分：水基钻井液GB/T16783.1-2006/ISO 10414-1：2001》执行，实验结果见表2：表2三种增粘剂的增粘效果对比

从上表可以看出，三种增粘剂对钻井液提粘效果有明显差别，聚阴离子纤维素PAC-HV增粘效果突出。综合考虑，选择聚阴离子纤维素0.6～0.8％PAC-HV作为体系的增粘剂。

2、降滤失剂的评选降滤失剂的选择原则是能够有效降低滤失量而对钻井液其他性能影响不大。用现场浆稀释后+0.5％硅氟降粘剂SF260-II+0.4％FA367+0.3PAC-HV作为基浆，对不同降滤失剂进行评价。实验按《钻井液现场测试第一部分：水基钻井液GB/T 16783.1-2006/ISO 10414-1：2001》执行。

筛选降滤失剂要求在保持表观粘度和塑性粘度基本不变的前提下，具有较好的降失水作用，单剂评价中，KFT与OCL-JB效果较好。对这两种处理剂进行复配实验。数据见表3、表4：表3降滤失剂评选实验

实验试样	AV，mPa.s	PV，mPa.s	FL，mL
				基浆	16	6	4.4
基浆+1％KFT	20	7.5	2.6
				基浆+2％KFT	21	7.5	2.3
基浆+3％KFT	22	8	2.0
				基浆+4％KFT	23	8	1.9
基浆+5％KFT	24	9	1.8
				基浆+1％OCL-JB	18	7.5	2.8
基浆+2％OCL-JB	19	7.5	2.3
				基浆+3％OCL-JB	21	8	2.0
基浆+4％OCL-JB	22	8	1.9

表4降滤失剂复配评选实验

实验试样	AV，mPa.s	PV，mPa.s	FL，mL
				基浆	16	6	4.4
基浆+3％KFT+2％OCL-JB	20	7.5	1.8
				基浆+4％KFT+3％OCL-JB	22	8	1.5
基浆+5％KFT+4％OCL-JB	23	8	1.0

从表4可以看出，两降滤失剂复配使用，降失水效果更突出，配方降滤失剂选择两种处理剂复配使用。

3、润滑防卡研究(1)液体润滑剂的评选①选择了国内常用的、普遍反映效果较好的润滑剂，分别考察了它们对不同密度钻井液的降摩阻性及温度对润滑剂的影响，实验按《钻井液现场测试第一部分：水基钻井液GB/T16783.1-2006/ISO 10414-1：2001》执行。实验结果为RH-3能够有效降低钻井液的极压摩擦系数，在钻井液密度1.2g/cm³情况下，极压润滑值可由0.3降至0.15；钻井液密度1.6g/cm³的情况下，极压润滑值可由0.37降至0.19；老化后效果更加明显。

对优选的钻井液润滑剂RH-3在实验配方中进行了详细的实验，实验结果见表5：表5不同密度下润滑剂加量的钻井液摩阻性实验

液体润滑剂对不同密度钻井液的降摩阻性不一样，总的趋势是钻井液密度越高降低摩擦系数越困难，从表5的数据中可以看出，RH-3的有效加量范围为5.0～10.0％。

②分别使用极压润滑仪、泥饼粘附系数测定仪对加入不同润滑材料的有机硅聚磺钻井液的摩擦系数进行了评价，润滑性实验按《钻井液现场测试第一部分：水基钻井液GB/T16783.1-2006/ISO 10414-1：2001》执行。实验数据见表6：表6钻井液润滑性评价实验说明：EP-极压润滑仪测量值；Kf-泥饼粘附系数测定仪测量值从表中数据可以看出，混油可以改善钻井液极压条件下的润滑性，但效果不如润滑剂。柴油对钻井液润滑性改善较小，当柴油的浓度由5％增加到15％时，摩擦系数EP由0.31降至0.27，其相对降低率由0增加到12.9％。白油改善钻井液润滑性能较大，当加量由5％增加到15％时，摩擦系数EP由0.24降至0.20，其相对降低率由22.6增加到35.5％，还可看出，钻井液混油量为10％左右时，效果就比较理想，油量再增加，摩擦系数降低不大。

根据上述实验，认为研制的配方加入适量的润滑剂并混入一定比例的矿物油，可以保证钻井液具有良好的润滑防卡能力。

(2)固体润滑剂的评选固体润滑剂加入钻井液中后，能在钻头、钻具和其它工具表面形成一层牢固的吸附膜，可大幅度降低钻具在钻进过程中的磨损，防止压差卡钻事故的发生，延长钻具使用寿命。选择了国内常用的固体润滑剂进行评选，分别考察了它们对钻井液润滑性与流变性的影响，实验结果表明，改性石墨DR-1可以略微提高钻井液的润滑性并且对钻井液的性能影响不明显，可以做为配方中的固体润滑处理剂，加量为3～5％。具体实验数据见下表7：表7固体润滑剂对钻井液性能影响

说明：EP-极压润滑仪测量值；Kf-泥饼粘附系数测定仪测量值。

4、屏蔽封堵剂、表面活性剂评选从近几年储层保护研究的成果看，对于中高渗地层，损害外来固相和流体侵入是主要方式，低渗、特低渗储层则以水锁损害为主。水平井完井液应尽可能地采用低密度、低固相、低失水的完井液，同时注意滤液的性质与地层的配伍性。采取优化储层与钻井液的粒级匹配，运用屏蔽暂堵技术，减少进入储层的滤液量；优选表面活性剂，降低界面张力，减少水锁损害。

屏蔽封堵方面选用不同粒径的QS-2进行屏蔽封堵；降低界面张力方面选择优选表面活性剂的方法，来减少水锁损害。选取了5种表面活性剂进行实验筛选，测量其钻井液滤液的表面张力，从中优选界面降低率高、对钻井液没有负面影响的表面活性剂，结果为聚醚多元醇防塌剂在具有防塌抑制作用的同时，也具有一定的表面活性，能够有效地降低钻井液滤液的表面张力，能够满足要求，通过实验确定加入量为3～5％。

二、以下对本申请的钻井液进行室内性能评价以下实验所用钻井液的配方中，各种处理剂所加比例如下：0.6％FA367；0.6％提粘剂聚阴离子纤维素PAC-HV；3％降滤失剂KFT；3％抗盐降滤失剂OCL-JB；0.3％碱度控制剂KOH；2％固体防塌剂磺化沥青DYFT-II；5％聚醚多元醇防塌剂；5％液体润滑剂RH-3；2％固体润滑剂改性石墨DR-1；10％矿物油白油；3％屏蔽封堵剂QS-2。

1、流变性评价实验按《钻井液现场测试第一部分：水基钻井液GB/T 16783.1-2006/ISO 10414-1：2001》执行。实验结果见表8：表8有机硅聚磺钻井液流变性室内实验数据表

流变实验结果表明，在不同的钻井液密度条件下，这套体系的粘度比较稳定，动塑比能够保持在0.3～0.6，根据现场需要可以用流行调节剂进一步提高动塑比，体系的动、静切力能够有效地悬浮携带钻屑。

2、抗固相污染和抗温性评价抗固相污染实验、抗温性实验均按《钻井液现场测试第一部分：水基钻井液GB/T16783.1-2006/ISO 10414-1：2001》执行。

在钻井液中加入钻屑(过100目筛)前后流变性见表9，钻井液热稳定性见表10：表9有机硅聚磺钻井液抗固相污染实验数据

表10有机硅聚磺钻井液热稳定性实验数据

从实验数据可以看出，FA367的抗污染能力较强，热稳定能力能够满足160℃的钻井温度。

3、抑制性评价取古深一井泉头组紫红色泥岩、徐深902登楼库组紫红色泥岩，对其在钻井液中的膨胀性(8h)和滚动回收率(160℃？？16h)进行实验，实验按《泥页岩理化性能试验方法SY/T 5613-2000》进行测试。实验结果见表11：表11有机硅聚磺钻井液体系抑制效果实验

通过分散与膨胀实验表明，该体系抑制作用较强。[0027]4、储层损害评价室内开展了降低油层水锁损害研究、固相损害研究、屏蔽暂堵技术研究等。针对深层低孔低渗的特点，研究认为钻井液的滤失量、滤液成分和性质与储层损害关系较大，主要体现在水锁和润湿反转等形式的损害。根据损害方式，有针对性地优选了屏蔽暂堵剂和降低界面张力的表面活性剂，添加暂堵剂和表面活性剂的钻井液对低渗岩心的损害实验。实验条件：采用古深1井岩心，动态程度300S-1；温度160℃；围压8.0MPa；工作压力5.0MPa；实验时间达到滤失速率稳定为止。实验按《储层敏感性流动实验评价方法SY/T 5358-2002》进行测试。实验结果见表12：表12岩心渗透率恢复实验

油基钻井液的岩心渗透滤恢复值一般在85％以上，普通水基钻井液的岩心渗透率恢复值在60％～65％左右，本申请研制的有机硅聚磺钻井液虽然没有达到油基钻井液的储层保护水平，但是相比较普通水基钻井液有了较大的提高。

通过对深井水平井水基钻井液体系的室内实验研究，本申请钻井液流变性能、抗高温性能以及钻井液的高温润滑性能达到了深井水平井钻井要求。

三、现场应用效果评价本发明已在大庆徐深21-平1井上应用，该井整个三开使用有机硅聚磺钻井液进行钻井施工作业，所用的钻井液配方与上述实施例钻井液的配方相同。完钻井深4955.13米(垂深3909.42米)，水平段总长905.13米，水平位移1478.03米，最大井斜角87.53°，井底温度160℃左右。

1、携屑能力通过加入流型调节剂、使用预配制的胶液稀释、优化固控设备调整钻井液流变性，在保证钻井液流变性的同时，提高了动塑比，其井眼净化效果好。该井定向钻进的时间比较长，整个钻进过程中震动筛上的岩屑返出正常。

2、润滑防卡能力维持钻井液中矿物油及液体润滑剂含量在8％左右，定向钻进时适当增加加量，防止钻头泥包，有效降低了钻井液摩阻，解决了扭矩增大的问题。50余次起下钻畅通，造斜稳斜段扭矩控制在5～8Kft-lbs，水平段控制在8～12Kft-lbs，满足了施工需求。

3、抑制性和井壁稳定该井返出的岩屑棱角清楚，代表性强，未发生井塌井漏等事故，说明该体系具有良好的抑制性和井壁稳定效果。

4、抗温效果从下表数据可以看出，体系性能平稳，在中途测试过程中，钻井液静止了17d，井下未发生复杂与事故，因此有机硅聚磺钻井液体系有着良好的稳定性及抗温性。徐深21-平1井有机硅聚磺钻井液性能表

整个施工期间钻井液性能稳定、流变性合理、携岩能力强、润滑性及抗温性好，钻井液的各项性能达到了预期的技术指标，起下钻及各种作业都很正常，未发生与钻井液有关的复杂事故。

Claims

1.一种有机硅聚磺钻井液，按重量百分比其组成分别为：

A.两性离子聚合物FA367 ：0.6％～0.8％；

B.聚阴离子纤维素PAC-HV：0.6％～0.8％；

C. KFT：1％～5％；

D. OCL-JB：1％～4％；

E.氢氧化钾：0.1％～0.4％；

F.磺化沥青DYFT-Ⅱ：1％～4％；

G.聚醚多元醇防塌剂：3％～5％；

H. RH-3：5.0～10.0%；

I.白油：5％～15％；

J. QS-2：1％～5％；

余量为水。

2. 按照权利要求1所述的有机硅聚磺钻井液，其特征在于，其配方中还包括固体润滑剂改性石墨DR-1，加量为3％～5％。

3.按照权利要求1或2所述的有机硅聚磺钻井液，其特征在于，其配方中还包括加重剂石粉硫酸钡BaSO4，加量为 1％～8％。