CN102250595B

CN102250595B - 用于活性泥页岩钻井的钻井液

Info

Publication number: CN102250595B
Application number: CN 201110130011
Authority: CN
Inventors: 刘晓栋; 王宇宾; 宋有胜; 黄名召; 高俊奎; 黄桂柏; 徐鸿志
Original assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Offshore Engineering Co Ltd; CNPC Engineering Technology Research Institute Co Ltd
Current assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Offshore Engineering Co Ltd; CNPC Research Institute of Engineering Technology; CNPC Engineering Technology Research Institute Co Ltd
Priority date: 2011-05-19
Filing date: 2011-05-19
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2031-05-19
Also published as: CN102250595A

Abstract

用于活性泥页岩钻井的钻井液，应用于油田钻井。其各组份重量比为：膨润土2～6％、包被抑制剂0.2～0.5％、流型调节剂0.2～1.0％、抗高温聚合物降滤失剂0.2～0.5％、氯化钾4～7％、聚合醇1～3％、聚胺抑制剂0.5～1.0％、防泥包快钻剂0.5～1.0％、水45～85％。该钻井液抑制性能和润滑性能接近于油基钻井液，可解决强造浆活性泥岩钻井出现泥岩造浆严重、振动筛跑浆、钻井液黏切升高、流变性能恶化，防止活性泥页岩井壁失稳、钻屑分散、钻头泥包、泥岩黏附和聚结，提高活性泥页岩钻井速度。

Description

用于活性泥页岩钻井的钻井液

技术领域

本发明涉及油田钻井技术领域，特别涉及一种钻井液，是一种用于强水敏活性粘土地层、易水化分散膨胀性泥页岩地层、天然裂缝易坍塌地层和水平井眼的钻探的钻井液。

背景技术

在钻遇高水敏性活性泥岩、软泥岩、黏泥岩及膨胀性层理裂缝性泥页岩时，这类地层极易水化膨胀坍塌而导致井壁失稳、钻井效率低下。活性泥页岩水化分散极易引起钻井液中粘土含量上升、微米、亚微米固相颗粒增多，导致泥饼虚厚、钻井液黏切升高、振动筛跑浆、流变性能恶化，同时黏性泥岩钻屑对钻头表面具有很强的黏附性能，一定程度上增强了钻屑与钻头表面的粘合力造成钻头泥包，增加扭矩和压持效应，降低钻头的切削深度和破岩效率。总之，活性泥页岩粘土矿物的水化分散将是直接导致井眼缩径、井壁垮塌、钻头泥包、起下钻不畅、卡钻等井下复杂事故的发生。

抑制泥页岩水化分散一直是水敏性地层钻井高度重视的问题，目前，国内外研究学者为解决活性泥页岩安全快速钻进作了大量的研究工作，除油基钻井液外，水基强抑制钻井液体系大多为KCL/PHPA(部分水解聚丙烯酰胺)、多元醇(聚乙二醇、聚丙醇、聚醚醇、MEG等)、阳离子聚合物、正电胶、硅酸盐等，虽然在井壁稳定、钻进速度上有所提高，但是总体来讲，钻进成本过高，还存在着抑制性不够、流变性调控及环保方面的问题。

钻井速度是影响油气勘探与开发效益的关健因素，提高钻井速可以大幅度降低钻井成本，加快勘探开发进程。因此，开发出一套能够抑制活性泥页岩水化、岩屑分散、防止钻头泥包，提高机械钻速的钻井液技术，对于为活性泥页岩安全、快速、高效钻井具有极为重要的意义。

发明内容

本发明的目的是：提供一种用于活性泥页岩钻井的钻井液，抑制活性泥页岩水化分散、清洁钻头、防塌效果好、破岩效率高的钻井液体系配制方法。该钻井体系以聚丙烯酰胺包被抑制剂、聚胺抑制剂和防泥包快钻剂为主要处理剂，其抑制性能和润滑性能接近于油基钻井液，可解决强造浆活性泥岩钻井出现的钻井液黏切升高、流变性能恶化，能有效防止泥岩井壁失稳、钻屑分散、钻头泥包、泥岩黏附和聚结。

本发明采用的技术方案是：用于活性泥页岩钻井的钻井液，其特点在于：各组分重量百分比为：

膨润土 2～6％；

包被抑制剂 0.2～0.5％；

流型调节剂 0.2～1.0％；

抗高温聚合物降滤失剂 0.2～0.5％；

氯化钾 4～7％；

聚合醇 1～3％；

聚胺抑制剂 0.5～1％；

防泥包快钻剂 0.5～1％；

其余为水，各组分百分比之和为百分之百。

为了适应地层压力，用于活性泥页岩钻井的钻井液组分中有重晶石，重晶石的重量百分比为0～45％，重晶石粒径在6～75um之间。

其中：包被抑制剂为部分水解聚丙烯酰胺(PHPA)，水解聚丙烯酰胺(PHPA)水解度为30％～70％，分子量为300～600万之间。

流型调节剂是低粘聚阴离子纤维素、低粘羧甲基纤维素或淀粉中的一种或两种。粘度标准参照石油天然气行业标准SY5093-92，即2％水溶液粘度小于200mPa·S为低粘，2％水溶液粘度大于1500mPa·S为高粘，(25℃，Emila粘度计)。

抗高温聚合物降滤失剂可以采用磺酸盐共聚物降滤失剂，磺酸盐共聚物降滤失剂是由丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰氧丁基磺酸(AOBS)、环氧氯丙烷共同反应生成的聚合物，其分子结构中含-CH₃、-NH₂、-COOH、-SO₃H。所述的抗高温聚合物降滤失剂也可以采用山东得顺源石油科技有限公司生产的磺酸盐共聚物降滤失剂DSP-2。

聚合醇是包括乙二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、丙三醇与环氧乙烷和环氧丙烷生成的脂肪醇聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧丙烯醚，浊点为70～90℃。所述的聚合醇也可以采用河南金马石油科技有限责任公司生产的聚合醇防塌剂JMS-II。

聚胺抑制剂是胺基聚合物，胺基聚合物分子结构式为：H₂N-R-[OR′]_x-NH₂，式中：R和R′为含1～6个碳原子的烃基，X为1-10。所述的聚胺抑制剂也可以为河北省任丘市程发石油科技有限公司生产的聚胺抑制剂CFY-01。

防泥包快钻剂为一种脂肪醇醚磷酸酯，脂肪醇醚磷酸酯由脂肪醇聚氧乙烯醚和磷酸盐合成的一种脂肪醇醚磷酸酯，分子结构式为：[RO(CH₂CH₂O)]₂POR′，式中：R、R′为C6到C30直链或支链烃基。所述的防泥包快钻剂也可以是脂肪醇醚磷酸酯MOA-3P，江苏省海安石油化工厂生产有脂肪醇醚磷酸酯MOA-3P。

本发明解决方案是钻井液体系以总体抑制为原则，在钾盐聚合物钻井液的基础上加入包被抑制剂、聚胺抑制剂，联合调控钻井液的流变性和粘土的稳定性。聚胺是一种小分子阳离子聚合物，具有高浓度的胺基基团密度和较高的酸中和当量浓度，主要作用是进入粘土层间，抑制粘土水化造浆，强力包被抑制剂由丙烯酰胺聚合而成，其分子量相对聚胺要高，不能进入粘土层间，主要是包被已经被聚胺分子进入层间的黏土，协同抑制活性泥岩的渗透水化分散、分散造浆。防泥包快钻剂是由脂肪醇聚氧乙烯醚和磷酸盐合成的一种脂肪醇醚磷酸酯，该处理剂的PO₄ ^3-能够和金属表面的Fe²⁺一起形成磷化晶核，晶核继续长大成为磷化晶粒，晶粒紧密堆集形成磷化膜，磷化膜吸附在钻具和金属表面，降低黏土水化及其在金属表面黏结，防止钻头泥包，起到清洁钻头，提高破岩效率作用。

本发明的有益效果：本发明用于活性泥页岩钻井的钻井液，

(1)该钻井液体系抗温150℃，高温流变性能稳定，抑制性能和润滑性能突出，接近于油基钻井液，能有效抑制高活性泥岩水化造浆，防止活性泥岩、易膨胀裂缝性泥页岩水化分散、膨胀坍塌，防钻头泥包、泥岩粘附和聚结。

(2)钻井液抗各种极度污染(海水、活性泥岩、盐、水泥等)，且生物无毒，满足海洋排放标准。

(3)该钻井液可解决活性泥页岩钻井过程中出现的井眼缩径、井壁垮塌、钻头泥包、起下钻不畅、卡钻等井下复杂问题，确保活性泥页岩安全、快速、高效钻井。

具体实施方式

实施例1：一种用于活性泥页岩钻井的钻井液，各组分重量百分比为：膨润土3.0％；流型调节剂采用的是低粘聚阴离子纤维素0.1％和低粘羧甲基纤维素0.1％；0.2％的包被抑制剂为部分水解聚丙烯酰胺(PHPA)，水解度为30％～70％，分子量为300-600万；抗高温聚合物降滤失剂0.5％，抗高温聚合物降滤失剂为山东得顺源石油科技有限公司生产的磺酸盐共聚物降滤失剂DSP-2；氯化钾4％；聚合醇2％，聚合醇为河南金马石油科技有限责任公司生产的聚合醇防塌剂JMS-II；聚胺抑制剂1％，聚胺抑制剂为河北省任丘市程发石油科技有限公司生产的聚胺抑制剂CFY-01；防泥包快钻剂0.8％，防泥包快钻剂采用的是江苏省海安石油化工厂生产的脂肪醇醚磷酸酯MOA-3P；重晶石26％，重晶石粒径为0.040～0.061mm。水62.3％。

各组分充分搅拌混合均匀后，注入井筒中。实施例1钻井液的密度为1.25g/cm³，用于孔隙压力系数为1.25±0.05地层使用。

实施例2：一种用于活性泥页岩钻井的钻井液，各组分重量百分比为：6.0％的膨润土；流型调节剂采用的是0.1％低粘聚阴离子纤维素和0.1％淀粉；0.3％包被抑制剂为部分水解聚丙烯酰胺(PHPA)，水解度为30％～70％，分子量为300-600万；0.4％抗高温聚合物降滤失剂，抗高温聚合物降滤失剂为山东得顺源石油科技有限公司生产的磺酸盐共聚物降滤失剂DSP-2；6％氯化钾；2％聚合醇，聚合醇为河南金马石油科技有限责任公司生产的聚合醇防塌剂JMS-II；0.5％聚胺抑制剂，聚胺抑制剂为河北省任丘市程发石油科技有限公司生产的聚胺抑制剂CFY-01；0.5％防泥包快钻剂，防泥包快钻剂采用江苏省海安石油化工厂生产的脂肪醇醚磷酸酯MOA-3P；水84.1％。

各组分充分搅拌混合均匀后，注入井筒中。实施例2钻井液的密度为1.05g/cm³，用于孔隙压力系数为1.05±0.05地层使用，为了适应地层压力，所以钻井液中没有加重晶石。另外由于钻井液中含有部分低密度固相成份如膨润土、氯化钾，所以没加重晶石。

实施例3：一种用于活性泥页岩钻井的钻井液，各组分重量百分比为：膨润土3.0％；流型调节剂采用的是低粘聚阴离子纤维素0.1％；0.3％的包被抑制剂为部分水解聚丙烯酰胺(PHPA)，水解度为30％～70％，分子量为300-600万；抗高温聚合物降滤失剂0.5％，抗高温聚合物降滤失剂采用的是山东得顺源石油科技有限公司生产的磺酸盐共聚物降滤失剂DSP-2；氯化钾7％；聚合醇3％，聚合醇采用的是河南金马石油科技有限责任公司生产的聚合醇防塌剂JMS-II；聚胺抑制剂1％，聚胺抑制剂为河北省任丘市程发石油科技有限公司生产的聚胺抑制剂CFY-01；防泥包快钻剂1％，防泥包快钻剂采用的是江苏省海安石油化工厂生产的脂肪醇醚磷酸酯MOA-3P；重晶石30％，重晶石粒径为62～75um；水54.1％。

各组分充分搅拌混合均匀后，注入井筒中。实施例3钻井液的密度为1.30g/cm³，用于孔隙压力系数为1.30±0.05地层使用。

实施例4：一种用于活性泥页岩钻井的钻井液，各组分重量百分比为：膨润土2.0％；流型调节剂采用0.3％低粘聚阴离子纤维素和0.3％低粘羧甲基纤维素；0.4％的包被抑制剂采用的是部分水解聚丙烯酰胺(PHPA)，水解度为30％～70％，分子量为300-600万；0.5％抗高温聚合物降滤失剂，抗高温聚合物降滤失剂为山东得顺源石油科技有限公司生产的磺酸盐共聚物降滤失剂DSP-2；氯化钾7％；聚合醇1％，聚合醇为河南金马石油科技有限责任公司生产的聚合醇防塌剂JMS-II；聚胺抑制剂1％，聚胺抑制剂为河北省任丘市程发石油科技有限公司生产的聚胺抑制剂CFY-01；防泥包快钻剂1％，防泥包快钻剂采用的是江苏省海安石油化工厂生产的脂肪醇醚磷酸酯MOA-3P；重晶石41％，重晶石粒径为0.040～0.061mm；水45.5％。

各组分充分搅拌混合均匀后，注入井筒中。实施例4钻井液的密度为1.45g/cm³，用于孔隙压力系数为1.45±0.05地层使用。

该钻井液的性能优点及有益效果，从如下测试结果表明。试验测试了配方实施例一的性能，实施例二、三、四也同样满足实施例一性能指标。

一、用于活性泥页岩钻井的钻井液抗温流变性能

试验测试了实施例一钻井液在不同温度下高温老化16小时后的流变性能，结果见表1。

表1用于活性泥页岩钻井的钻井液抗温流变性能

注：FL_HTHP在120℃下，压差3.5MPa测定。

表1可以看出该钻井液抗温150℃，高温下的流变性能稳定。

二、用于活性泥页岩钻井的钻井液抑制剂性能评价

1抑制钠膨润土造浆试验

水基钻井液在钻遇水敏性高活性泥岩，极易造浆，导致钻井液增稠。为模拟在水敏性泥岩地层的真实钻井过程，试验评价了极具造浆性的钠膨润土对钾盐乙二醇钻井液和活性泥页岩钻井液实施例一的容限增量，对钻井液流变性能的影响。试验方法：钻井液中每次添加3％的膨润土，高搅20min，于120℃下热滚16h，测试其流变性能，测试结果见表2。

表2添加膨润土后用于活性泥页岩钻井的钻井液的流变性能

表2实验数据可以看出用于活性泥页岩钻井的中含有KCL、聚胺等抑制剂，相比钾盐聚合物乙二醇钻井液更能有效抑制钠膨润土造浆，充分说明其在高浓度活性泥岩中能够保持良好的钻井液流变性。

2岩心耐崩塌试验

取大港滨海6井2660m东一段极易水化的活性泥岩钻屑，磨成细粉末，称取30.00g，在压力机上压制成岩心。把岩心分别置于清水、钾盐乙二醇钻井液、柴油基钻井液、活性泥页岩钻井液实施例一浸泡，观察岩心随时间分散崩塌情况，见表3。(钾盐乙二醇钻井液配方：清水+4％膨润土+0.3％HPAM+0.5％LV-PAC+7％KCL+3％聚乙二醇；柴油基钻井液配方：100％零号柴油+2％有机土+5％氧化沥青+1％十二烷基苯磺酸钙。)

表3岩心耐崩塌试验

岩心耐崩塌试验可以看到油基钻井液在抑制活性泥岩水化分散显现出超强的优越性，水基钻井液中活性泥页岩钻井液耐崩塌性能可与油基钻井液相比拟，能有效抑制活性泥岩水化膨胀、坍塌。

3钻屑滚动回收试验

不同硬度、成份、结构的钻屑对回收率的影响很大。试验取大港滨海6井2660m东一段泥岩钻屑和滨深22井4600m沙河街组硬泥页岩，分别测试其在钾盐乙二醇钻井液、活性泥页岩钻井液实施例一、柴油基钻井液中120℃16h的滚动回收率，回收率结果见表4。

表4钻屑滚动回收率试验

可以看到活性泥岩在三种强抑制钻井液体系中都得到了比较高的岩屑回收率，其中活性泥页岩钻井液回收率略低于油基钻井液，高于钾盐乙二醇钻井液，回收的页岩钻屑完整度好，无分散破碎。

三、用于活性泥页岩钻井的钻井液抗污染性能评价

海洋钻进，不可避免的会遇到大量海水、活性泥岩、地层岩中可溶性盐类(如石膏、盐、芒硝)、水泥等使钻井液污染，导致钻井液性能发生异常变化。试验测试了不同浓度海水、活性泥岩、CaO加入活性泥页岩钻井液实施例一中120℃热滚16h后的性能，见表5，以确定其容纳的极限污染浓度。

表5用于活性泥页岩钻井的钻井液抗污染性能评价

抗污染实验说明用于活性泥页岩钻井的钻井液具有较强的抗污染性，可以抗20％海水和高达10％以上的活性泥岩污染，Ca²⁺的侵入对钻井液流变性影响比较大，特别是高温高压滤失量，3％的CaO导致钻井液黏切下降、滤失量急剧上升。

Claims

1.一种用于活性泥页岩钻井的钻井液，其特征在于：各组分重量百分比为：

膨润土 2～6%；

包被抑制剂 0.2～0.5%；

流型调节剂 0.2～1.0%；

抗高温聚合物降滤失剂 0.2～0.5%；

氯化钾 4～7%；

聚合醇 1～3%；

聚胺抑制剂 0.5～1%；

防泥包快钻剂 0.5～1%；

其余为水，各组分重量百分比之和为百分之百；

所述的防泥包快钻剂为一种脂肪醇醚磷酸酯，或是脂肪醇醚磷酸酯MOA-3P；所述的脂肪醇醚磷酸酯由脂肪醇聚氧乙烯醚和磷酸盐合成的一种脂肪醇醚磷酸酯，分子结构式为：[RO(CH₂CH₂O)]₂PO R′，式中：R、R′为C6到C30直链或支链烃基。

2.根据权利要求1所述的用于活性泥页岩钻井的钻井液，其特征在于：组分中有重晶石，重晶石的重量百分比为0～45%。

3.根据权利要求1或2所述的用于活性泥页岩钻井的钻井液，其特征在于包被抑制剂为部分水解聚丙烯酰胺(PHPA)，所述的部分水解聚丙烯酰胺(PHPA)的水解度为30%～70%，分子量为300～600万之间。

4.根据权利要求1或2所述的用于活性泥页岩钻井的钻井液，其特征在于流型调节剂是低粘聚阴离子纤维素、低粘羧甲基纤维素或淀粉中的一种或两种。

5.根据权利要求1或2所述的用于活性泥页岩钻井的钻井液，其特征在于抗高温聚合物降滤失剂是磺酸盐共聚物降滤失剂或是磺酸盐共聚物降滤失剂DSP-2；所述的磺酸盐共聚物降滤失剂是由丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰氧丁基磺酸（AOBS）、环氧氯丙烷共同反应生成的聚合物，其分子结构中含－CH₃、－NH₂、－COOH、－SO₃H。

6.根据权利要求1或2所述的用于活性泥页岩钻井的钻井液，其特征在于聚胺抑制剂是胺基聚合物，或是聚胺抑制剂CFY-01，所述的胺基聚合物分子结构式为：H₂N-R-[OR']_x-NH₂，式中：R和R'为含1～6个碳原子的烃基，X为1～10。