CN102051158A - 一种钻井液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钻井液，其包含有以下组分：水，100重量份；凝胶类聚合物，0.5～1重量份。该钻井液解决了现有技术中存在的钻井液体系稳定性和井眼稳定性之间的矛盾，并且该钻井液体系维护处理简单，可广泛应用于破碎性地层、强水敏性地层、易坍塌地层等复杂地质条件下的钻井中，同时由于该体系固相含量低，油气层保护效果好，可用于储层钻进中。

Description

一种钻井液及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种钻井液及其制备方法。具体说，涉及一种包含凝胶类聚合物的钻井液及其制备方法。

技术背景

随钻井技术的发展，油基钻井液、合成基钻井液、无固相钻井液等使用的越来越多，而水基钻井液由于其用途广、成本低、维护容易等因素，实际应用中仍然占据着主导地位。水基钻井液体系中，膨润土是基础配浆材料，钻井液中加入的各种处理剂，通过吸附在粘土表面拆散或絮凝粘土胶粒，从而保持钻井液合适的流变性、造壁性、润滑性和抑制性。总之各种处理剂应用的主要目的就是使膨润土颗粒维持好的粒度和级配，从而使钻井液保持好的性能。但在实际钻井过程中，钻井液接触到的是地层粘土矿物，由于地层粘土与膨润土矿物结构相同或相近，使得钻井液体系稳定性和井眼稳定性之间存在着不可调和的矛盾，有利于钻井液体系稳定的处理剂不利于稳定井壁，有利于井眼稳定的处理剂不利于钻井液性能稳定。

无固相钻井液体系中没有粘土，是通过添加的聚合物来维持钻井液中的粘度和切力，可以从根本上避免上述矛盾，经常被用到强水敏性地层的钻进中，可以防止钻头泥包、提高机械钻速，保护油气层等。常规无固相钻井液提粘提切方面主要以黄原胶为主，黄原胶具有较好的抗剪切能力和良好的悬浮性，可以在各种深度的井中广泛应用，但黄原胶价格昂贵，特别在深井钻井时，每天需要很大量来维护泥浆粘切，极大地提高了泥浆成本；另外无固相钻井液降失水方面主要依靠超细碳酸钙形成泥饼，配合淀粉类物质填充来共同控制，这三种物质保持一定的比例，联合作用效果实际上与膨润土作用效果类似。在钻井过程中，聚合物、淀粉和超细碳酸钙会产生消耗，需要对三种处理剂的加量进行维护，保持其比例。

发明内容

本发明人通过大量的试验研究发现，用凝胶类聚合物代替膨润土制备钻井液，由于凝胶类聚合物具有一定的可变形性和粘性，不是通过吸附在膨润土表面改善泥浆性能，而是直接参与形成低渗透性泥饼，降低钻井液失水和封堵微裂隙，提高稳定井壁能力，从根本上解决了钻井液体系稳定性和井眼稳定性之间的矛盾；另外该钻井液采用凝胶类聚合物作为主处理剂，不需要与其他处理剂作用，维护时不需要考虑配比等问题，维护处理简单。

本发明的目的是提供了上述的一种钻井液，其包含有以下组分：水，100重量份；凝胶类聚合物，0.5～1重量份，优选0.2～0.5重量份；所述的凝胶类聚合物是由聚合物交联所得到的凝胶状物质。

本发明所述的凝胶类聚合物是由聚合物交联所得到的凝胶状物质，该类聚合物是一种具有多种几何形状的网状结构高分子，有一定粘弹性，通过在水中吸水自由分散成纳米级别，依靠分子间的静电斥力使它维持一定的粘度和切力，不管浓度多高都没有拉丝现象。凝胶类聚合物包括吸水树脂、水性聚氨酯、凝胶土等，较好的为吸水树脂。

本发明的钻井液，还可以包括其它的处理剂例如：抗温剂、抗盐剂等，以水为100重量份计，抗温剂为0～10重量份；抗盐剂为0～5重量份，所述的抗温剂为褐煤树脂、酚醛树脂或磺化褐煤等，所述的抗盐剂为黄原胶或羟乙基纤维素等。

钻井过程中可以根据地层需要选择不同的凝胶类聚合物，例如对于盐层井可以选择抗盐性好的凝胶类聚合物，而对于深井重点考虑凝胶类聚合物的抗温性，这样既能保证安全钻井又能降低成本。根据选择出的凝胶类聚合物的特性，再筛选出能够与之配伍的各类钻井液处理剂，形成一系列、适用于不同地层的钻井液体系。

例如当凝胶类聚合物选用吸水树脂时，因为吸水树脂抗盐性不太好，可在由吸水树脂制得的钻井液中加入水质量0.1～0.5％的羧甲基纤维素钠(CMC)和水质量0.1～0.3％的聚丙烯酸钾(KPAM)，用来钻地层水矿化度比较低的地层。

本发明进一步提供了上述钻井液的制备方法。

本发明的钻井液的制备方法包括：将包含有水、所述的凝胶类聚合物按所述组分配比搅拌混合，静置3～24小时，待其水化完全。

本发明的钻井液解决了现有技术中存在的钻井液体系稳定性和井眼稳定性之间的矛盾，并且该钻井液体系维护处理简单，本发明可广泛应用于破碎性地层、强水敏性地层、易坍塌地层等复杂地质条件下的钻井中，同时由于该体系固相含量低，油气层保护效果好，可用于储层钻进中。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。本发明的范围不受这些实施例的限制。

测试方法：

1、流变性能：根据GB/T 16783.1-2006/ISO 10414-1：2001标准，参见[石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液]之6“粘度和切力”测定。

2、失水量：根据GB/T 16783.1-2006/ISO 10414-1：2001标准，参见[石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液]之7“滤失量”测定。

实施例1：

(1)称取1000ml水，加入水质量0.3％的吸水树脂(常州市新亚环保材料有限公司，300目，吸水倍率300倍)充分搅拌后静置24小时，得到吸水树脂凝胶溶液，测定其流变性及失水结果见表1，将此钻井液在滚子加热炉中120℃下老化16h，然后冷至室温，测定其流变性及失水结果见表1。

实施例2：

称取1000ml水，加入水质量0.3％的吸水树脂(常州市新亚环保材料有限公司，300目，吸水倍率80倍)充分搅拌后静置24小时，得到吸水树脂凝胶溶液，测定其流变性及失水结果见表1，将此钻井液在滚子加热炉中120℃下老化16h，然后冷至室温，测定其流变性及失水结果见表1。

对比例1：

取400ml蒸馏水，加入16g膨润土，密闭养护24小时后，测定其流变性及失水结果见表1，将钻井液在滚子炉中120℃下老化16h，然后冷至室温，测定其流变性及失水结果见表1

对比例2：

取400ml蒸馏水，加入8g膨润土，密闭养护24小时后，加入0.8g吸水树脂测定其流变性及失水结果见表1，将钻井液在在滚子炉中120℃下老化16h，然后冷至室温，测定其流变性及失水结果见表1

实施例3：

(1)称取1000ml水，加入水质量0.5％的吸水树脂(常州市新亚环保材料有限公司，300目，吸水倍率80)充分搅拌后静置24小时。

(2)在溶液中加入水质量0.3％的羧甲基纤维素钠(禹城宝冠化工有限公司，CMC)和水质量0.1％的聚丙烯酸钾(济南市中基化工，KPAM)，充分搅拌混合均匀。

该体系可用来钻矿化度0～9000ppm，并且温度为室温～100℃的上部地层

实施例4：

(1)称取1000ml水，加入水质量1％的凝胶土(苏州中材非金属矿工业设计研究院有限公司)充分搅拌后静置24小时。

(2)在溶液中加入水质量0.4％的聚阴离子纤维素(山东一腾化工公司，PAC)、水质量2％的沥青(大港油田集团油田化学有限公司，HFT-301)、水质量2％的褐煤树脂(江西萍乡博新钻井泥浆助剂厂，SPNH)和水质量5％的KCl(天津市大茂化学试剂厂，氯化钾KCl)，充分搅拌混合均匀。

该体系可用来钻矿化度0～50000ppm，并且温度为室温～150℃的地层中。

实施例5：

(1)称取1000ml水，加入水质量1％的水性聚胺酯树脂(广州市南基科技开发有限公司)充分搅拌后静置24小时。

(2)在溶液中加入水质量0.4％的聚阴离子纤维素(山东一腾化工公司，PAC)、水质量0.1％的黄原胶(河北鑫合生物华工有限公司，XC)、水质量4％的聚合醇(湖北汉科新技术股份有限公司)充分搅拌混合均匀。

该体系可用来钻矿化度0～50000ppm，并且温度为室温～100℃的上部地层中。

表1

从表1实施例与对比例的数据比较可以看出，添加很少量的吸水树脂凝胶(0.3％)的钻井液与添加4％膨润土的钻井液在常温下提粘、提切、降失水性质相当，因此本发明钻井液的固相含量低。

Claims (7)

1.一种钻井液，其包含有以下组分：水，100重量份；凝胶类聚合物，0.1～1重量份；其中所述的凝胶类聚合物是由聚合物交联所得到的凝胶状物质。

2.根据权利要求1所述的钻井液，其特征在于还包括以下组分：抗温剂，0～10重量份；抗盐剂，0～5重量份，所述的抗温剂为褐煤树脂、酚醛树脂或磺化褐煤，所述的抗盐剂为黄原胶或羟乙基纤维素。

3.根据权利要求1所述的钻井液，其特征在于以水为100重量份计，凝胶类聚合物为0.2～0.5重量份。

4.根据权利要求1所述的钻井液，其特征在于所述的凝胶类聚合物为吸水树脂、水性聚氨酯或凝胶土。

5.根据权利要求1所述的钻井液，其特征在于所述的凝胶类聚合物为吸水树脂。

6.根据权利要求5所述的钻井液，还包括以下组分：以水100重量份计，羧甲基纤维素钠，0.1～0.5重量份；聚丙烯酸钾，0.1～0.3重量份。

7.如权利要求1～6中任一项所述的钻井液的制备方法，其特征在于包括：将包含有水、所述的凝胶类聚合物按所述组分配比搅拌混合，静置3～24小时。