CN102286272A - 一种有机胺强抑制防塌钻井液体系及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有机胺强抑制防塌钻井液体系及其制备方法，包括如下重量百分比的组份：有机胺抑制剂G319-FTJ 1％-2％，有机抑制剂0.3％-0.5％，提粘切及ASV-2 0.3％-0.5％，低粘聚阴离子纤维素PAC-LV 0.3-0.5％，高粘聚阴离子纤维素PAC-HV 0.3-0.6％，重晶石0-3％，防腐剂0.05-0.2％，消泡剂0.1-0.3％，余量为水。本发明具有强抑制性，同时可适当提高钻井液的密度，并通过调节钻井液的流变性，形成具有强抑制性的有机胺强抑制防塌钻井液体系，从而达到稳定“双石组”泥页岩的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种钻井液，特别涉及一种具有强抑制性适合于长庆油田气井水平井斜井段石盒子和石千峰组泥页岩段井壁稳定的有机胺强抑制防塌钻井液体系及其制备方法。
背景技术
天然气水平井钻遇石千峰组和石盒子组(简称“双石层”)时，双石层泥页岩属于蒙脱石类，与水发生吸水膨胀，导致井眼缩径，起下钻遇阻或钻进时扭矩偏大，严重时井壁发生坍塌，甚至因坍塌引起掉钻具等井下事故。处理类似井下事故将会浪费大量的钻进时间，同时开发成本也急剧上升，更为严重时有可能使井报废。
因为“双石层”大都处在大斜度的关键井段，下部的岩石对其上部岩石的支撑作用相对较小或者没有；钻速相对较慢，延长了钻井液对岩石的浸泡时间。这些因素都加剧了它们的跨塌，致使井壁失稳，严重影响地质资料的录取、钻井速度、质量及成本。甚至有时会因井壁不稳定而无法钻达目的层的井下严重事故，延误勘探与开发的速度，影响经济效益。可见，抑制泥页岩吸水膨胀，阻止泥页岩坍塌，是减小斜井段井下事故、提高机械钻速的主要措施和先决条件。
因此，要解决水平井大斜度井段“双石层”的井壁垮塌问题，必须将力学平衡和化学抑制二者结合加以研究。稳定井壁，国内外基本都是从力学平衡和化学抑制两个方面采取措施。提高钻井液的化学抑制性，主要依靠选取适当的化学抑制剂，阻止泥页岩吸水膨胀。一般都习惯于利用一种阳离子，中和粘土表面的负电荷，压缩泥页岩的双电层。力学方面主要依靠找到适当的安全密度范围，在井壁不漏的前提下，尽量提高钻井液的密度，平衡地层压力。
在长庆油田气井水平井钻井过程中会钻遇多个相对不稳定的泥页岩层位，由于泥页岩容易吸水膨胀引起井壁失稳造成井下复杂，使得井壁失稳问题一直是制约正常快速钻井、钻井提速的一个难题，甚至影响到油田的开发速度和效益。
因而，针对上述问题在现有技术中也提出过具有强抑制性的钻井液体系，例如中国专利号“200810232642.9”公开的一种强抑制性双钾离子-聚合物钻井液，其申请日为2008年12月15，公开日为2009年05月13。其虽然具有良好的抑制性，但在实际应用中却存在如下不足：一、存在体系矿化度高而影响电测和其他处理剂的使用效果，致使成本提高；二、泥页岩二次回收率较一次回收率降低幅度大，主抑制剂的加量大，致使现场维护劳动强度高，而且相应的成本也较高；三、体系氯离子含量高，对钻具具有腐蚀作用；四、体系对环境不友好。
发明内容
本发明的目的在于克服现有强抑制性双钾离子聚合物钻井液体系存在的上述问题，提供一种能有效稳定“双石组”泥页岩的有机胺强抑制防塌钻井液体系及基制备方法，本发明通过有机胺抑制剂和有机盐抑制剂的协同结合，形成有机胺强抑制防塌钻井液体系，同时再从力学平衡角度适当提高钻井液的密度，稳定“双石组”泥页岩井壁，并通过调节钻井液的流变性，形成具有强抑制性的有机胺强抑制防塌钻井液体系。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种有机胺强抑制防塌钻井液体系，其特征在于，包括如下重量百分比的组份：
余量为水。
所述的有机胺抑制剂G319-FTJ为胺基羟基聚醚。
所述有机抑制剂为聚丙烯酸钾K-PAM。
所述的提粘切剂为黄原胶和羟丙基瓜胶按体积比1∶1的混合物。
所述的防腐剂为甲醛或戊二醛。
所述的消泡剂为有机硅消泡剂。
一种有机胺强抑制防塌钻井液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
①、通过水的密度与体积相互转化关系，在现场配浆罐内装入一定重量的清水，根据水的重量计算好各种材料的用量。
②、根据计算用量，将有机抑制剂KPAM、提粘切剂ASV-2、低粘聚阴离子纤维素、高粘聚阴离子纤维素以上述加料比例混合均匀，测量并记录混合均匀之后的密度。
③、通过密度与体积之间的转化关系式，根据配方比例，计算有机胺抑制剂G319-FTJ的用量，然后根据其用量将G319-FTJ加入到溶液中并搅拌使其充分溶解；
④、视需要，加入重晶石调节密度到所需值，视需要加入防腐剂甲醛或/和消泡剂。
⑤、用烧碱NaOH将PH调节至9-10。
采用本发明的优点在于：
一、本发明首先通过有机胺抑制剂和有机盐抑制剂的协同结合，形成有机胺强抑制防塌钻井液体系，还可以从力学平衡角度适当提高钻井液的密度，稳定“双石组”泥页岩井壁，并选用优质聚合物调节钻井液的流变性，最终形成一种有机胺强抑制防塌钻井液体系，达到稳定双石组”泥页岩井壁，能有效地防止“双石组”泥页岩坍塌，减小井下事故的目的。
二、本发明选用有机胺抑制剂，由于在分子链中引入了胺化合物，因而钻井液具有更好的页岩抑制性，且防塌机理也不同于普通的聚醚产品，由于其独特的分子结构，可充填在粘土层间，并将它们束缚在一起，X射线衍射分析结果表明，随着其浓度增加，蒙脱土的层间距在下降，有效地减少粘土的吸水倾向，从而阻止水进入地层，从而起到稳定井壁的作用。
三、本发明中通过有机胺抑制剂与KPAM抑制剂的协同结合，使KPAM抑制剂在提供钾离子的同时，利用其包被和絮凝作用，将部分分散到钻井液中的粘土颗粒絮凝聚结随后利用固控设备除去，达到抑制和降低固相的双重作用，钻至斜井段，再通过提高密度，平衡地层压力的措施抑制“双石组”泥页岩的坍塌，从多个方面，多个角度稳定井壁。
四、本发明与强抑制双钾盐聚合物体系相比具有以下有点：①不增加体系矿化度，因此不影响电测、不降低其他处理剂的使用效能；②不含大量氯离子，因此不腐蚀钻具；③抑制性更强，特别是持续作用效果好，因此可以采用较低的钻井液比重从而提高机械钻速；④加量小，因此可以降低劳动强度和运费；⑤对环境友好，无污染。
五、本发明的泥页岩一次回收率和二次回收率都达到90％以上，高于现有的双钾盐聚合物钻井液体系，此外，本发明的二次回收率降低幅度极小，页岩的一次回收率反映钻井液化学抑制性强弱，二次回收率反映经过钻井液浸泡后的岩屑在清水中的分散性，分散性越小，说明页岩被抑制作用更强，井壁自然更趋稳定，这样就可以在保证井下安全的情况下，尽可能的采用较低的粘度和比重，减少地层的重复切削，从而提高钻井的机械钻速，减少建井周期，满足对强抑制型水基钻井液体系的要求。
六、本发明将会大大地减小“双石组”井段钻进过程中的井下复杂情况合事故，提高了钻井的平均机械钻速，缩短建井周期，节约开发成本，提高气田的开发效率，具有客观的经济和社会效益，且配制工艺简单，性能易于维护和保持且环保无毒害。
附图说明
图1为本发明井深与钻井液动速比曲线变化图
图2为采用本发明在施工段扭矩图
具体实施方式
实施例1
为便于比较新发明体系与已知所有体系的区别，根据表1，表2，表3的组分各配置三个体系，分别适用于不同井段的两个样品，
表1：防塌性试验的各体系配方组成(重量比)
表2：防塌性试验的各体系配方组成(重量比)
表3：防塌性试验的各体系配方组成(重量比)
表4体系的防塌性评价实验
备注：①②配方：有机胺强抑制防塌钻井液体系；④③配方：双钾盐聚合物体系；⑤⑥配方：聚合物-磺化钻井液体系。
试验根据标准：ZB/T E11 001-89
由上可知：现场应用的有机胺强抑制防塌钻井液体系的样品的一次回收率和二次回收率，略高于目前现场使用双钾盐聚合物钻井液体系，明显高于聚合物-磺化钻井液的页岩回收率，聚合物-磺化钻井液的一次，二次回收率都明显偏低，说明该泥浆使泥页岩化学抑制性和井壁稳定性都相对不好；而有机胺强抑制防塌钻井液，使用于不同井段两个样品，页岩的一次和二次回收率都达到90％以上。页岩的一次回收率反映钻井液化学抑制性强弱，二次回收率反映经过钻井液浸泡后的岩屑在清水中的分散性，分散性越小，说明页岩被抑制作用更强，井壁自然更趋稳定。因此，有机胺强抑制防塌钻井液体系对泥页岩起到显著的抑制作用，井壁更趋稳定。
有机胺抑制剂G319-FTJ的抑制性能中，下表是G319-FTJ在聚合物溶液中的页岩回收率结果，从表5中数据可以看出随着G319-FTJ浓度的逐渐增加，胶液的页岩一次回收率也随之增加，但是增加到2％以后回收率增加幅度很小。
表5 G319-FTJ防塌试验
| 编号 | 配方 | AV(mPa.s) | 岩屑量(g) | 回收率(％) |
| 1 | 0.3％KPAM | 3.5 | 39.32 | 78.64 |
| 2 | 0.3％KPAM+0.5％G319-FTJ | 4.0 | 40.37 | 80.74 |
| 3 | 0.3％KPAM+1.0％G319-FTJ | 4.25 | 42.69 | 85.38 |
| 4 | 0.3％KPAM+1.5％G319-FTJ | 4.25 | 45.33 | 90.66 |
| 5 | 0.3％KPAM+2.0％G319-FTJ | 3.0 | 45.58 | 91.16 |
| 6 | 0.3％KPAM+2.5％G319-FTJ | 2.75 | 45.79 | 91.58 |
| 7 | 0.3％KPAM+3.0％G319-FTJ | 2.75 | 45.81 | 91.62 |
对该实施例所述的钻井液体系进行了若干口井的现场试验，其中在桃9-14-18H井，具体实施如下：
1.提高钻井液抑制性，稳定井眼效果
①进入实验井段后，把KPAM和G319-FTJ以室内研究比例加入浆中，大大增加了钻井液的抑制防塌性和改善了泥饼的质量，同时，将钻井液的失水降低到5ml左右，到3000米以后，进一步将失水降至3ml，避免过多的钻井液滤液进入井壁地层，引起地层中粘土矿物水化膨胀，导致井壁不稳定。
②控制合适的钻井液密度，增加井壁力学平衡，达到防塌目的。钻至井深达3000米后，用重晶石粉将钻井液密度加重到1.20g/cm3以上，同时配合适当的工程措施，采取措施降低钻井液静切力，并在工程上控制起下钻速度，缓慢开泵，避免井内压力激动过大引起井壁不稳定；控制排量，避免钻井液环空返速过高，形成环空紊流而对井壁产生强烈的冲蚀作用；控制钻速，注意起钻卸扣方式，避免钻具剧烈碰撞井壁。通过以上措施，既有效的稳定了井壁，又没有压漏地层。在桃7-14-18H井的施工井段未出现因井壁失稳造成的井下复杂情况。
2.钻井液润滑降摩阻防卡
①在井斜超过40°以后，加入0.3％的润滑剂JN301(成都金牛钻井液材料厂)，提高钻井液的润滑性能，尤其到后期大斜度井段，将润滑剂含量从1％提高到3％。
②由于钻井液中的KPAM起到抑制和絮凝聚结的作用，有效地除去了钻井液中的无用固相。另外，尽最大努力开充分利用四级固控设备，根据岩屑量和岩屑的粗细，及时提高了其筛布的目数，目数由开始的110目逐渐提高到250目。除泥、除砂器，离心机也保证在钻进时间内一直运行。另外，优化离心机、除泥、除砂一体机的循环流程，固控设备的作用得到了最大限度地发挥，保证钻井液在无固相低密度状态下循环，提高了机械钻速。
③现场施工中，钻井液的每一次维护及处理，在有效防塌的同时，都以润滑防卡为目的。在大斜度段钻进中，钻井液润滑性能良好，泥饼薄而韧、光滑，泥饼摩阻系数控制在0.0262～0.0437(1.5°～2.5°)。施工中没有因钻井液润滑性能不好而引起阻、卡，未发生粘卡事故，钻井液一直保持良好润滑性能运行，钻具扭矩处于较低条件下钻进。图2是整个运行过程中扭矩图，由于钻井液体系的强抑制作用，分散在钻井液中的有害低密度固相低，配合所采用的降低磨阻措施，整个施工段扭矩非常低，有利于井下安全和大段滑动钻进。
3.钻井液井眼净化
保持钻井液良好流变性，提高岩屑返出的效率。保证合适的粘度、高切力，特别是高的旋转粘度计6RPM读数(大斜度段一直保持在12以上)，在施工中切力高，动塑比值高如图1所示，所以能有效的携带岩屑。
图1是钻井液运行过程中钻井液流变性指标——动速比的变化曲线图。对于钻井液而言，除了较好的抑制性，稳定井壁作用之外。更重要的还要有良好的流变性能，及时将井内的岩屑成功带至井外。图1表面新发明的钻井液体系有着良好的流变性，动速比超过0.5，完全可以成功带出岩屑，保持井眼干净畅通。
4.下套管前的处理
结束钻进后，与平时同样的方法用稠浆清扫井眼两次，随后短起下钻，一切顺利后，起钻，然后用固体润滑剂配封闭液，在井斜超过50°的井段用封闭液进行封闭，保证足够润滑性。通过以上措施确保了桃7-14-18H井下套管作业顺利。综合上述实例及有关数据，本发明所述的有机胺强抑制防塌钻井液体系具有很好的抑制防塌能力，起下钻畅通无阻，井下状况抑制良好，电测井眼规则。能很好将井内的岩屑成功带出地面，润滑性能良好，钻进中低扭矩运行，由于良好的抑制和絮凝，钻井液始终处于较低密度运行。并且抑制性强，密度适中，易于控制，失水低，泥饼致密，润滑性好等特点，井下安全。在该井平均机械钻速超过4.5米/小时。
实施例2
由以下组分配制有机胺强抑制防塌钻井液(重量百分比)：有机胺抑制剂G319-FTJ重量比2.0％、有机抑制剂KPAM重量比0.5％、提粘切剂ASV-2其重量比0.3％、低粘聚阴离子纤维素其重量比0.5％、高粘聚阴离子纤维素其重量比0.3％、重晶石1.5％，PH值在9-10之间(NaOH：0.3％)，其余为水，依靠烧碱NaOH将PH调节至9-10之间。
实施例3
由以下组分配制有机胺强抑制防塌钻井液(重量百分比)：有机胺抑制剂G319-FTJ重量比1.0％、有机抑制剂KPAM重量比0.5％、提粘切剂ASV-2其重量比0.3％、低粘聚阴离子纤维素其重量比0.5％、高粘聚阴离子纤维素其重量比0.3％、重晶石1.5％，PH值在9-10之间(NaOH：0.3％)，其余为水，依靠烧碱NaOH将PH调节至9-10之间。
在实例2，3的应用中，该体系同样表现出良好的抑制防塌，润滑，低固相，高钻速状态良好运行，平均机械钻速都在4.5米/小时。钻进过程中井眼良好，井下始终正常，完钻之后电测顺利，下套管固井作业顺利，井眼规则。
实施例4
一种有机胺强抑制防塌钻井液体系，包括如下重量百分比的组份：
有机胺抑制剂G319-FTJ 1.5％，
有机抑制剂 0.3％，
提粘切剂ASV-2 0.5％，
低粘聚阴离子纤维素PAC-LV 0.3％，
高粘聚阴离子纤维素PAC-HV 0.6％，
重量百分比为3％的重晶石，
重量百分比为0.2的防腐剂，
重量百分比为0.3的消泡剂，
余量为水。
实施例5
一种有机胺强抑制防塌钻井液体系，包括如下重量百分比的组份：
有机胺抑制剂G319-FTJ 2％，
有机抑制剂 0.4％，
提粘切剂ASV-2 0.4％，
低粘聚阴离子纤维素PAC-LV 0.4％，
高粘聚阴离子纤维素PAC-HV 0.5％，
余量为水。
实施例6
一种有机胺强抑制防塌钻井液体系，包括如下重量百分比的组份：
有机胺抑制剂G319-FTJ 1％，
有机抑制剂 0.5％，
提粘切剂ASV-2 0.3％，
低粘聚阴离子纤维素PAC-LV 0.5％，
高粘聚阴离子纤维素PAC-HV 0.3％，
余量为水。
实施例7
一种有机胺强抑制防塌钻井液，包括如下重量百分比的组份：
有机胺抑制剂G319-FTJ 1.5％，
有机抑制剂 0.4％，
提粘切剂ASV-2 0.4％，
低粘聚阴离子纤维素PAC-LV 0.5％，
高粘聚阴离子纤维素PAC-HV 0.6％，
余量为水。
一种有机胺强抑制防塌钻井液的制备方法，包括如下步骤：
①.通过水的密度与体积相互转化关系，在现场配浆罐内装入一定重量的清水，根据水的重量计算好各种材料的用量。
②.根据计算用量，将有机抑制剂KPAM、提粘切剂ASV-2、低粘聚阴离子纤维素、高粘聚阴离子纤维素以上述加料比例混合均匀，测量并记录混合均匀之后的密度。
③.通过密度与体积之间的转化关系式，根据配方比例，计算有机胺抑制剂G319-FTJ的用量，然后根据其用量将G319-FTJ加入到溶液中并搅拌使其充分溶解；
④.视需要，加入重晶石调节密度到所需值，视需要加入防腐剂甲醛或/和消泡剂。
⑤.用烧碱NaOH将PH调节至9-10。
配制好的钻井液，根据美国API(American Petroleum Institute)钻井液测试标准检验，其性能达到正常钻进要求。
Claims (7)
1.一种有机胺强抑制防塌钻井液体系，其特征在于，包括如下重量百分比的组份：
有机胺抑制剂G319-FTJ 1.0％-2.0％
有机抑制剂 0.3％-0.5％
提粘切剂 0.3％-0.5％，
低粘聚阴离子纤维素PAC-LV 0.3-0.5％，
高粘聚阴离子纤维素PAC-HV 0.3-0.6％，
重晶石 0-3％
防腐剂 0.05-0.2％
消泡剂 0.1-0.3％
余量为水。
2.根据权利要求1所述的一种有机胺强抑制防塌钻井液体系，其特征在于：所述的有机胺抑制剂G319-FTJ为胺基羟基聚醚。
3.根据权利要求1所述的一种有机胺强抑制防塌钻井液体系，其特征在于：所述有机抑制剂为聚丙烯酸钾K-PAM。
4.根据权利要求1所述的一种有机胺强抑制防塌钻井液体系，其特征在于：所述的提粘切剂为黄原胶和羟丙基瓜胶按体积比1∶1的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种有机胺强抑制防塌钻井液体系，其特征在于：所述的防腐剂为甲醛或戊二醛。
6.根据权利要求1所述的一种有机胺强抑制防塌钻井液体系，其特征在于：所述的消泡剂为有机硅消泡剂。
7.根据权利要求1所述的一种有机胺强抑制防塌钻井液体系的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
①、通过水的密度与体积相互转化关系，在现场配浆罐内装入一定重量的清水，根据水的重量计算好各种材料的用量。
②、根据计算用量，将有机抑制剂KPAM、提粘切剂ASV-2、低粘聚阴离子纤维素、高粘聚阴离子纤维素以上述加料比例混合均匀，测量并记录混合均匀之后的密度。
③、通过密度与体积之间的转化关系式，根据配方比例，计算有机胺抑制剂G319-FTJ的用量，然后根据其用量将G319-FTJ加入到溶液中并搅拌使其充分溶解；
④、视需要，加入重晶石调节密度到所需值，视需要加入防腐剂甲醛或/和消泡剂。
⑤、用烧碱NaOH将PH调节至9-10。
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