CN102031094A - 一种抗高温抗盐无固相环保钻完井一体化工作液 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗高温抗盐无固相环保钻完井一体化工作液，每立方米溶液含有以下质量配比的组分：甲酸盐10-260kg；增粘剂0.5-0.6kg；降滤失剂3.0-4.0kg；油层保护剂2.0-3.0kg；聚合醇防塌剂2.0-3.0kg；其余为水。本发明配方科学、合理，是一种抗高温(230℃)、抗盐、无固相污染且易降解的新型环保型工作液体系。克服了现有技术的诸多缺点，实现了流变性佳、切力值低、体系滤失量低、配伍兼容性好、成本低廉、环境友好的优点。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻井领域，具体地，涉及一种抗高温抗盐无固相环保钻完井一体化工作液。
背景技术
目前石油勘探开发过程中，常规的水基泥浆或油基泥浆由于自身的特点，往往在钻井过程中对储层造成不可挽救的伤害，从而使勘探及后期的开发得出错误的结论，而增加不必要且高昂的处理费用；常用的重晶石加重剂由于本身不可溶，且具有潜在的危害性，也导致了废弃钻井液排放处理费用高的问题。尤其是在高温情况下，钻井液中化学物质的高温降解所分解出的固相微粒，在使体系性变差的同时，对地层形成了新的伤害。部分钻井液体系由于化学成份复杂，与水泥兼容性差，影响后继的固井质量。
“钻井液完井液一体化技术”是上世纪末油气井工作液技术的一大进步，也是今后工作液发展的必然趋势。作为近年来才发展起来的新型钻井液完井液体系——甲酸盐体系，正得到世界石油工业的认可和重视。由于其优越的工艺性能和环保特性，甲酸盐体系被认为是最有发展前途的钻井液完井液一体化体系。
有资料显示：钻完井液对地层的伤害可高达80％以上，可见钻完井液对地层的重要性；而据有人对甲酸盐无固相钻井液近8年的施工案例研究，均证明使用甲酸盐无固相钻井液进行钻完井可提高油井的生产能力，产能指标和实际生产速度提升率从30％至40％到高达难以置信的300％至500％，这证明甲酸盐无固相钻完井液能够与储层液体完全兼容，并提供最大程度地保护。
随着钻井工业技术的发展及对环境保护的日益重视，对钻完井液性能也提出了越来越高的要求，甲酸盐无固相钻完井液易生物降解而且无毒，对环境无污染，同时极强的页岩抑制能力可保护钻井过程中的井壁稳定，减少井下复杂事故的发生，有效地保护油气层。鉴于其优异的性能，甲酸盐无固相钻完井液体系可以广泛应用于小井眼钻井、水平井、分支井、低渗高压气井、易塌地层钻探、软管钻井以及环保要求严格的钻井过程中。因此，国外曾有专家预言：甲酸盐无固相钻完井液将成为本世纪钻完井液的主流之一，市场应用与需求巨大。
泥浆科学的发展，与其它科学一样，也遵循了随生产逐步发展、不断改进提高的客观规律。国内外泥浆工作的发展先后经历了清水-天然泥浆-细分散泥浆-粗分散泥浆-不分散低固相泥浆-无固相泥浆等几个阶段。为进一步消除粘土对泥浆性能的危害，由不分散低固相泥浆发展成聚合物无固相泥浆，从而使得在充分保护油气储层的同时，也使得钻井速度大幅度提高。目前无固相泥浆体系正在建立和发展，并不断完善，新的体系已在不同的甚至苛刻的环境下大量应用，并取得了良好的油气产量的回报。
无固相钻完井液通过大量的应用事实，一再地证明了它体系独有的优越性，而与此同时，由于本发明的高盐度也限制了其作为工作液时的性能完善，尤其是在高温情况下，限制了其在油田作业中的广泛应用。提高无固相钻完井液与外加剂的相溶性，研发与之相应的新型抗高温抗盐外加剂，有效提高无固相钻井液的应用范围，这是目前技术改进过程中所主要面对的。
在目前的水平井钻井尤其是低渗、超低渗的油气藏的勘探开发中，储层保护与环境保护对钻井液泥浆体系提出了更高的技术要求，并且随着钻探深度的增加，有效提高钻井液抗温稳定性能，完善体系综合性能，以使其满足携屑、润滑、稳定井壁等现场要求，新的无固相钻井液体系不断建立，包括正电性无固相钻井液体系、无固相弱凝胶(PRD)钻井液体系、无固相盐水聚合物钻井液体系等，已在国内外各油田通过现场应用取得了良好的经济效益，但目前尚无适用于更高温度井的无固相钻井液体系的报告。同时由于无固相加重剂自身的技术限制，可调比重一般应用在1.6g/cm3的环境以下，对于更高比重的无固相钻井液目前在国内也尚无相关的报道，甲酸铯可使钻井液保证无固相的情况下，将密度提升至2.3g/cm3，目前也只有国外海上钻井的应用，使用温度不超过150℃。由于甲酸盐在高溶解情况下，大大降低了水溶液的活度，造成外加剂与甲酸盐水溶液相溶性差的问题，在高温情况下尤为突出。
无固相钻完井液体系由于组成的因素，价格相对于常规钻井液来说，成本往往是常规钻井液的几倍，尤其是甲酸铯高比重钻井液，成本高达15-20倍，这对于开发昂贵且环保要求严格的的海上钻井还能接受，而对于陆地油田，尽管无固相钻井液能够大幅度地保护储层，提高油气产量，但也限制了无固相钻完井液的大面积的开发推广。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种抗高温抗盐无固相环保钻完井一体化工作液，以实现流变性佳、切力值低、体系滤失量低、配伍兼容性好、成本低廉、环境友好的优点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种抗高温抗盐无固相环保钻完井一体化工作液，每立方米溶液含有以下质量配比的组分：
甲酸盐 10-260kg
增粘剂 0.5-0.6kg
降滤失剂 3.0-4.0kg
油层保护剂 2.0-3.0kg
聚合醇防塌剂 2.0-3.0kg
其余为水。
进一步地，所述增粘剂为中高分子天然改性品，为羧甲基纤维素钠(CMC)、羟乙基纤维素(HEC)、羧甲基羟乙基纤维素(CMHEC)、黄原胶(HX)中的一种或多种。
进一步地，所述降滤失剂(RYLC-II)为淀粉类产品与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)、丙烯酰胺(AM)的四元接枝共聚物中的一种或多种。
进一步地，所述油层保护剂(RYDB)内含抗高温基团，且具有一定的护胶性能。
进一步地，所述聚合醇防塌剂(RYDC)为长链多羟基醇类。
以上各外加剂根据不同的比重范围及抗温要求，在实际使用时重量配比有所变化，尤其是高温高比重下，重量配比会有所增加。
甲酸盐作为体系的加重材料，依据现场不同的比重要求进行加量调整，具体加量与比重的关系见下表：
(注：加重剂1为有机钠盐、加重剂2为有机钾盐、加重剂3为有机钾铯盐)
| 160％ | 1.635 | ||||
| 170％ | 1.653 | ||||
| 180％ | 1.675 | ||||
| 190％ | 1.689 | ||||
| 200％ | 1.701 | ||||
| 210％ | 1.713 | ||||
| 220％ | 1.731 | ||||
| 230％ | 1.750 | ||||
| 240％ | 1.773 |
| 250％ | 1.786 | ||||
| 260％ | 1.802 |
为达到科学钻井对钻井液的技术要求，本发明在解决高温稳定性差、固相污染储层、废弃泥浆污染环境等问题的同时，更能减少现场应用过程中井下复杂事故的发生，是一种优良的环保安全型钻完井液。本发明一种抗高温抗盐无固相环保钻完井一体化工作液的制备步骤如下：
(1)根据需求的钻井液液量，准备甲酸盐、增粘剂、降滤失剂、油层保护剂及聚合醇防塌剂各原料；
(2)在泥浆配液池中注入清水，搅拌状态下加入甲酸盐，配制成比重1.2的钻完井基液：
(3)在高速搅拌状态下，同时加水力射流泵(加水力射流以便于外加剂更好的分散而不结块，便于快速溶解)，向配液池中加增粘剂；溶解均匀，不能有胶团出现；
(4)再在搅拌状态下加入降滤失剂，若抗温条件大于150℃，则降滤失剂量要适度增加，均匀搅拌；
(5)继续在搅拌状态下加入油层保护剂，若抗温条件大于150℃，则降滤失剂量要适度增加，均匀搅拌；
(6)最后在搅拌状态下加入聚合醇防塌剂，搅拌均匀；
(7)搅拌时间不少于4h后，即可采用泥浆泵直接将所配制钻井液用于钻井；
(8)钻井过程中振动筛控制在200目～300目；
(9)钻完井后钻井液在经过充分的过滤后可直接用于完井液及射孔液作业过程；
(10)废弃钻井液可以经过过滤装置后再重复利用或直接排放，而无须处理。
本发明的技术指标：
工作原理：
本发明无固相成份，所选用加重剂为水溶性甲酸盐，主要包括甲酸钠、甲酸钾、甲酸铯，甲酸盐在钻井液中的作用机理为a、甲酸盐溶解后，电离出无机一价阳离子，提高了钻井液液相矿化度，防止或降低了渗透水化，在无机阳离子的镶嵌和静电引力的双重作用下，减少了水分子的进入，从而起到防塌和抑制作用；b、甲酸盐降低了泥浆中自由水活度，使地层水向井眼反向渗透，促进井壁稳定，甲酸根HCOO-是极性水化基团，体积较小，它通过氢键力吸附于粘土表面，增加水化膜厚度，防止粘土进一步水化，形成结构，使钻井液保持良好的流变性和稳定性。甲酸盐类加重剂水溶性好，溶解快、不含二价离子，配伍及热稳定性能较好。由于不含固相，减少了固相物质对产层的伤害，更大程度地保护油气层。同时由此配制出来的盐水体系由于本身的化学特性，在实际使用中安全无毒，且与环境兼容性好，易降解，是一种安全环保的工作液体。
增粘降滤失性能：选用抗温抗盐性能优良的高分子量聚合物作为体系增粘降滤失性能的控制剂；中分子量聚合物中含有大量-OH-、-COOH-、-HSO3 -、-CN等官能团结构，在其水或盐水溶液中，一方面依据中分子聚合物提供的粘度，对滤失有一定的堵塞作用，同时能够在页岩表面形成结构形吸附水化膜，从而有效地阻止自由水的通过，降低滤液对地层的渗透；在高温情况下，分子结构中的多官能团与油层保护剂中的高温堵塞颗粒相互作用，在堵水的同时，且可形成具有一定粘度的弱交联膜，从而大大提高了体系的抗热稳定性，该增粘降失剂为我们针对性研究开发的抗温抗盐类降失水剂，其由AMPS、NVP等性能优异的抗高温单体在一定条件下共聚而成的四元共聚物，从而极大地提高了该工作液体系的抗热稳定性。
体系综合性能：一种性能优良的钻井液体系除了具有合适的流变性与降滤失性能外，体系的抑制性、润滑性、稳定性、相容性也是非常重要的。在此体系中，我们引入了油层保护剂，充分保证了体系性能的完善；油层保护剂为新开发的改性聚合醇类无荧光油层保护剂，其主要成份是一种非离子型饱和碳链聚合物，由于分子主链全部为碳原子，侧链大多为羟基，因此可以使醇分子和粘土颗粒间形成大量氢键，对粘土颗粒具有较好的吸附成膜作用；同时由于聚合醇具有浊点特性且浊点可调，因此当温度较低时，聚合醇溶于水，可吸附在钻具和井壁上，形成类似油相的分子膜，改善钻井液的润滑性能。而当温度高于浊点时，聚合醇从水中析出，就可在井壁上粘附形成一层憎水膜，从而提高泥饼质量，配合降滤失剂形成致密、光滑的滤饼，阻止水分渗入地层，因此具有很好的防止泥页岩水化分散，稳定井壁作用。同时该油层保护剂的荧光级极低或无荧水，不干扰地质录井，有利于发现油气层。
有益效果
本发明一种抗高温抗盐无固相环保钻完井一体化工作液配方科学合理，不含固相成份，大大降低了对地层的伤害，优良的结构组成，不仅优化了体系整体性能，还极大地提高了体系耐热抗盐稳定性，同时所选组份均为水溶性物质，减少了排放对环境的污染，本发明还具有回收再利用的特点，回收再利用的钻井液无须处理即可直接用于完井，钻完井液一体化，避免了钻完井液因不配伍而产生对地层新的伤害，更是能够大大降低高昂的配液费用。
研究表明，本发明与现有技术相比较主要具有以下几方面优点：
(1)体系无固相则不存在固相下沉；
(2)良好的流变性与较低的切力值；
(3)稳定页岩并增强井壁稳定性；
(4)极低的体系滤失量及抗温稳定性；
(5)安全无毒、易降解，与环境相容；
(6)可重复利用，降低液体成本；
(7)配伍兼容性好，能够最大限度地改善和保护储层。
通过多年来的现场应用，表明本发明在现场操作中具有如下优点：
(1)无固相，避免了固相下沉更适应于高斜度井及水平井的应用；
(2)薄、韧且光滑的泥饼能够降低在高压情况下粘附压差卡钻的风险；
(3)较低的抽吸激动压力，降低了井壁不稳定或井控事故的发生；
(4)低当量循环密度，保证了有效地井眼清洗能力并大大提高了钻速；
(5)比重高且无固相，适用于异常高温高压区的应用；
(6)钻完井液一体化，保护储层，提高油井生产能力；
(7)可重复利用，方便、省时，节省废弃泥浆处理成本；
(8)对水泥浆凝结时间及抗压强度影响极小，降低水泥胶粘不牢风险；
(9)环境友好，整个生产工艺过程没有三废排放。
综上所述，本发明的无固相抗高温抗盐钻完井一体化工作液体系由于性能完善、抗热稳定性高、不污染储层与环境并大大减少井下复杂事故的发生等因素，完全达到了本发明的目的。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
本发明抗高温抗盐无固相环保钻完井一体化工作液的配制过程为：
(1)根据设计好的钻井液液量(以100方，比重1.2g/cm3为例)，准备甲酸盐、增粘剂、降滤失剂、油层保护剂及聚合醇防塌剂各原料；
(2)在泥浆配液池中注入清水83.9方，搅拌状态下加入甲酸盐36.1吨，配制成比重1.2的钻完井基液100方：
(3)在高速搅拌状态下，同时加水力射流泵，向配液池中加下增粘剂0.4HEC；溶解均匀，不能有胶团出现；
(4)再在搅拌状态下加入降滤失剂3.0吨，若抗温条件大于150℃，则需要加入降滤失剂4.0吨，均匀搅拌；
(5)继续在搅拌状态下加入油层保护剂2.0吨，若抗温条件大于150℃，则需要加入油层保护剂3.0吨，均匀搅拌；
(6)最后在搅拌状态下加入2吨聚合醇防塌剂，搅拌均匀；
(7)搅拌时间不少于4h后，即可采用泥浆泵直接将所配制钻井液用于钻井；
(8)钻井过程中振动筛可控制在200目～300目；
(9)钻完井后钻井液在经过充分的过滤后可直接用于完井液及射孔液作业过程；
(10)废弃钻井液可以经过过滤装置后再重复利用或直接排放，而无须处理。
现场应用实例：
经过在大庆某区块的现场应用，具体应用效果见下表：
(1)所选用对比的钻井液体系
(2)钻井周期、机械钻速：
| 井号 | 龙深3井 | 沈某井 | 沈某井 | 沈某井 |
| 井型 | 水平井 | 直开发井 | 开发斜井 | 控制井 |
| 井深(m) | 4600 | 3520 | 3511 | 3525 |
| 钻井周期 | 41d0h30min | 46d7h20min | 67d10h35min | 59d19h30min |
| 复杂事故时间 | 无 | 无 | 48h58min | 无 |
| 机械钻速 | 18.50m/h | 10.91m/h | 8.64m/h | 10.84m/h |
| 钻机月 | 1.20台月 | 1.76台月 | 1.43台月 | 1.507台月 |
无固相抗高温钻井液体系成功地解决了该区块沙三段、沙四段易剥蚀掉块、坍塌，而引起的卡钻、蹩钻、转盘打倒车严重、上提下放遇卡、电测困难等井下复杂情况，施工中可以发现沙三、沙四剥蚀掉块数量明显减少，全井未出现任何复杂情况，从而缩短了钻井周期和建井周期。
(3)完井作业：
从上表发现沈龙深3井完井作业顺利，电测成功率100％，过去在该区块所钻的五口探井电测成功率很低落，例如沈某井仅电测就10天，而龙深3井不仅电测一次成功，而且在不通井的情况下，井壁取芯一次完成，创造了在该区块完井作业的一项新记录，说明无固相钻井液体系现场试验成功。这样由于井壁稳定和减少井下复杂带来的经济效益更为显著。
(4)邻井采油动态比较：
无固相钻井液体系不影响地质录井、易与保护与发现油气层，现场应用的龙深3井与邻井相比油气显示明显，油压、套压较高、且日产量远高于邻井。
实施例二
一种抗高温抗盐无固相环保钻完井一体化工作液，每立方米溶液含有以下质量配比的组分：10kg甲酸盐、0.5kg增粘剂、3.0kg降滤失剂、2.0kg油层保护剂、2.0kg聚合醇防塌剂、其余为水。
根据设计好的钻井液液量，准备甲酸盐、增粘剂、降滤失剂、油层保护剂及聚合醇防塌剂各原料；在泥浆配液池中注入清水，搅拌状态下加入甲酸盐，配制成钻完井基液；在高速搅拌状态下，同时加水力射流泵，向配液池中加下增粘剂羧甲基羟乙基纤维素(CMHEC)；溶解均匀，不能有胶团出现；再在搅拌状态下加入降滤失剂，若抗温条件大于150℃，则需要加入降滤失剂量也要增加；均匀搅拌；继续在搅拌状态下加入油层保护剂，若抗温条件大于150℃，则需要加入油层保护剂量也要增加，均匀搅拌；最后在搅拌状态下加入聚合醇防塌剂，搅拌均匀；搅拌时间不少于4h后，即可采用泥浆泵直接将所配制钻井液用于钻井；钻井过程中振动筛可控制在200目～300目；钻完井后钻井液在经过充分的过滤后可直接用于完井液及射孔液作业过程；废弃钻井液可以经过过滤装置后再重复利用或直接排放，而无须处理。
实施例三
一种抗高温抗盐无固相环保钻完井一体化工作液，每立方米溶液含有以下质量配比的组分：260kg甲酸盐、0.6kg增粘剂、4.0kg降滤失剂、3.0kg油层保护剂、3.0kg聚合醇防塌剂、其余为水。
根据设计好的钻井液液量，准备甲酸盐、增粘剂、降滤失剂、油层保护剂及聚合醇防塌剂各原料；在泥浆配液池中注入清水，搅拌状态下加入甲酸盐，配制成钻完井基液；在高速搅拌状态下，同时加水力射流泵，向配液池中加下增粘剂黄原胶(HX)；溶解均匀，不能有胶团出现；再在搅拌状态下加入降滤失剂，若抗温条件大于150℃，则需要加入降滤失剂量也要增加；均匀搅拌；继续在搅拌状态下加入油层保护剂，若抗温条件大于150℃，则需要加入油层保护剂量也要增加，均匀搅拌；最后在搅拌状态下加入聚合醇防塌剂，搅拌均匀；搅拌时间不少于4h后，即可采用泥浆泵直接将所配制钻井液用于钻井；钻井过程中振动筛可控制在200目～300目；钻完井后钻井液在经过充分的过滤后可直接用于完井液及射孔液作业过程；废弃钻井液可以经过过滤装置后再重复利用或直接排放，而无须处理。
实施例四
一种抗高温抗盐无固相环保钻完井一体化工作液，每立方米溶液含有以下质量配比的组分：100kg甲酸盐、0.55kg增粘剂、3.5kg降滤失剂、2.5kg油层保护剂、2.5kg聚合醇防塌剂、其余为水。
根据设计好的钻井液液量，准备甲酸盐、增粘剂、降滤失剂、油层保护剂及聚合醇防塌剂各原料；在泥浆配液池中注入清水，搅拌状态下加入甲酸盐，配制成钻完井基液；在高速搅拌状态下，同时加水力射流泵，向配液池中加下增粘剂羧甲基羟乙基纤维素(CMHEC)和黄原胶(HX)；溶解均匀，不能有胶团出现；再在搅拌状态下加入降滤失剂，若抗温条件大于150℃，则需要加入降滤失剂量也要增加；均匀搅拌；继续在搅拌状态下加入油层保护剂，若抗温条件大于150℃，则需要加入油层保护剂量也要增加，均匀搅拌；最后在搅拌状态下加入聚合醇防塌剂，搅拌均匀；搅拌时间不少于4h后，即可采用泥浆泵直接将所配制钻井液用于钻井；钻井过程中振动筛可控制在200目～300目；钻完井后钻井液在经过充分的过滤后可直接用于完井液及射孔液作业过程；废弃钻井液可以经过过滤装置后再重复利用或直接排放，而无须处理。
综上所述，本发明的无固相抗高温抗盐钻完井一体化工作液体系由于性能完善、抗热稳定性高、不污染储层与环境并大大减少井下复杂事故的发生等因素，完全达到了本发明的目的。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种抗高温抗盐无固相环保钻完井一体化工作液，其特征在于，每立方米溶液含有以下质量配比的组分：
甲酸盐 10-260kg
增粘剂 0.5-0.6kg
降滤失剂 3.0-4.0kg
油层保护剂 2.0-3.0kg
聚合醇防塌剂 2.0-3.0kg
其余为水。
2.根据权利要求1所述的抗高温抗盐无固相环保钻完井一体化工作液，其特征在于，所述增粘剂为为羧甲基纤维素钠(CMC)、羟乙基纤维素(HEC)、羧甲基羟乙基纤维素(CMHEC)和黄原胶(HX)中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的抗高温抗盐无固相环保钻完井一体化工作液，其特征在于，所述降滤失剂(RYLC-II)为淀粉类产品与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)、丙烯酰胺(AM)的四元接枝共聚物中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的抗高温抗盐无固相环保钻完井一体化工作液，其特征在于，所述油层保护剂(RYDB)内含抗高温基团。
5.根据权利要求1所述的抗高温抗盐无固相环保钻完井一体化工作液，其特征在于，所述聚合醇防塌剂(RYDC)为长链多羟基醇类。
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Address after: 100192 room A209, building, building 51, Longgang Road, Beijing, 2, China Patentee after: Beijing Millennium Polytron Technologies Inc Address before: 100192 room A209, building, building 51, Longgang Road, Beijing, 2, China Patentee before: BEIJING QIANYONG TECHNOLOGY & SERVICE CO., LTD. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20110427 Assignee: Jilin Yong Yong Petroleum Engineering Technology Co., Ltd. Assignor: Beijing Millennium Polytron Technologies Inc Contract record no.: 2017990000194 Denomination of invention: Salt resistant high-temperature resistant solid-free environment-friendly well drilling and completing integrated working fluid Granted publication date: 20131023 License type: Common License Record date: 20170522 |
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20131023 Termination date: 20181118 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |