CN102618226B

CN102618226B - 一种以卤水为基液的饱和盐水泥浆及其制备方法

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Publication number: CN102618226B
Application number: CN 201210060525
Authority: CN
Inventors: 王天成; 宫俊林
Original assignee: CHINA NEWSTAR ENERGY Co
Current assignee: CHINA NEWSTAR ENERGY Co
Priority date: 2012-03-09
Filing date: 2012-03-09
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2032-03-09
Also published as: CN102618226A

Abstract

本发明属于油田化学领域，具体涉及一种适用于盐岩层尤其适用于盐膏层钻井应用的以卤水为基液的饱和盐水泥浆及其制备方法。本发明提供了一种卤水在盐水泥浆中的应用，所述卤水为海水晒盐剩余的卤水残液，所述盐水泥浆为饱和NaCl盐水泥浆。本发明所述NaCl基饱和盐水泥浆，利用海水晒盐的废弃产品--卤水溶液，能够抑制高温情况下岩盐的溶蚀，同时也对膏岩层CaSO₄的溶解，可以有效减少膏岩层井径扩大；本发明所述的盐水泥浆在深井膏岩层钻进时，由于其中含有大量二价的钙、镁等离子，对膏岩层中的CaSO₄的溶解有明显的抑制作用，能够减小膏岩层钻井时的井径扩大率，减轻了由于井径不规则所引起的一系列井眼复杂情况。

Description

一种以卤水为基液的饱和盐水泥浆及其制备方法

技术领域

本发明属于油田化学领域，具体涉及一种适用于岩盐层尤其适用于盐膏层钻井应用的以卤水为基液的饱和盐水泥浆及其制备方法。

背景技术

钻井液是钻探过程中使用的循环介质，钻井液具有清洁井底、携带岩屑；冷却和润滑钻头及钻柱；平衡井壁岩石侧压力、封闭和稳定井壁；平衡地层压力；降低岩屑沉降速度；在地面能沉除砂子和岩屑；有效传递水力功率；承受钻杆和套管的部分重力；提供所钻地层的大量资料；通过水力破碎岩石等重要作用。

在钻井过程中，经常会钻遇到大段的岩盐层、盐膏层或盐膏-泥页岩互层的岩段。此时，岩盐层中大量的NaCl和其它盐即会溶解到钻井液泥浆中，进而使钻井液本身的聚结稳定性遭到严重的破坏，其剪切力和失水量将会大幅度增加；导致井径严重扩大甚至由于泥岩蠕动使得井眼变形等，轻者使钻井施工无法继续进行，严重者导致一系列井下事故的发生。因此，普通意义上的钻井液并不适用于盐岩层或盐膏层的钻井之用。

到目前为止，解决岩盐层或盐膏层钻井最有效的钻井液体系有两大类：

第一是油基泥浆（包括反向乳化泥浆），该泥浆以油为分散介质，在对膏岩层钻进时不会出现盐侵蚀的问题，可以有效防止膏岩层带来的一系列井下问题，是在复杂地层钻井最有效的泥浆体系，在全世界各地得到有效应用。但是，油基泥浆的配制和维护成本远高于水基泥浆，其对区域内生态环境的严重影响使其应用受到很大限制，在中国尤其很少使用油基泥浆体系钻井液。

第二是盐水泥浆（即含有NaCl的泥浆），该类泥浆大体分为三类：其一是普通盐水泥浆，即1%<含盐量<饱和的盐水泥浆；其二是用海水配制的海水基泥浆，其含盐量通常在3-4%之间；其三是饱和盐水泥浆，其含盐量在>31%，其中Cl^—含量大于18*10⁴mg/L。经实践发现，对于盐岩层钻井最有效的是饱和盐水泥浆。饱和盐水泥浆的主要优点是能有效防止NaCl盐的溶解和泥岩水化膨胀引起的缩径，有利于控制钻屑的分散及造浆，避免形成“大肚子”井眼从而减少井下复杂情况的发生。目前国内外均有多种饱和盐水泥浆配方，在实际应用过程中也解决了很多高难度区块的盐岩层的钻井施工问题。

但是，含有NaCl的饱和盐水泥浆还存在一些明显不足：1、由于盐的溶解度会随着温度升高而加大，在地面配制的NaCl基饱和盐水泥浆到达温度较高的深井段时则会变成为欠饱和状态，此时在井下仍会发生由于盐溶解而导致的诸多问题，而待泥浆重新返回到浅井段和地面时又会成为过饱和状态，此时部分的盐会结晶析出变成硬壳附着在钻具、地面循环系统器具表面，每一次由地面到井下的循环周都回重复一次这个过程，给钻井施工带来许多不便；2、NaCl基饱和盐水泥浆中均为一价离子，虽然对于盐岩层的钻井可以有效抑制NaCl盐的溶解且效果较好，但对于盐膏层中大量含有的CaSO₄的溶解则没有抑制作用，仍会存在严重的因CaSO₄溶解于泥浆中而导致的井径扩大问题，因此NaCl基饱和盐水泥浆不能很好地解决盐膏层钻井作业时的井眼问题；3、由于盐膏层存在明显的地层压力异常情况，为了平衡盐膏层异常压力，需要大量使用石灰石、重晶石等加重材料配制高比重泥浆，使泥浆的固相含量过高，导致维护处理困难等一系列问题。因此，现有技术中的NaCl基饱和盐水泥浆对于盐岩层尤其是盐膏层的钻井作业依然存在很大的使用限制。

中国专利CN1247733C公开了一种钻井液用钾钙复合离子抑制剂，该专利所述的复合离子抑制剂主要由碳酸钾、氧化钙和至少一种反絮凝剂经过化学反应而成，其中反絮凝剂包括木质素类化合物、木质素类络合物或腐植酸。该专利以K⁺为抑制剂，以Ca²⁺为辅助抑制剂，而不使用带大量对钻井液和钻井作业其他工序无用或有副作用的阴离子或阴离子团的传统单一无机盐KCl或有机盐KCOOH，而采用另外两种无机盐复合配制得方法，并在此基础上添加木质素或腐植酸，形成复合离子抑制剂。研究表明，K⁺与Ca²⁺混合盐抑制剂在一定程度上能达到或优于单一KCl抑制性钻井液的抑制效果。通过将该抑制剂添加入含饱和盐水的钻井液泥浆中，可以有效抑制在盐膏层钻井中对于CaSO₄的溶解而出现的井下问题。但是，该抑制剂主要是通过化学试剂配制而成，其成本过高，尤其是钻井过程中每口井对钻井液的需求量常以几百立方米计算，因此按照此种方式配制得到的钻井液的成本很高；另外，该抑制剂加入泥浆中后，对于所述泥浆的比重问题没有明显影响，也依然存在着高比重泥浆因大量添加加重材料所面临的维护成本高和性能维护困难的问题。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中可用于盐膏层钻井之用的泥浆成本较高的问题，进而提供一种成本较低的适用于盐膏层钻井之用的以卤水为基液的饱和盐水泥浆。

本发明所要解决的第二个技术问题在于提供一种基础液自身比重较大的盐水泥浆，在相同比重时减少固体粉末加重材料使用量，用于解决现有技术中高比重泥浆因添加过多加重材料导致的维护困难的问题。

本发明提供了一种卤水在盐水泥浆中的应用。

所述卤水为海水晒盐剩余的卤水残液。

所述盐水泥浆为饱和NaCl盐水泥浆。

本发明还提供了一种含有饱和NaCl的卤水溶液在盐水泥浆中的应用。

本发明所述的以卤水为基液的饱和盐水泥浆，包括如下重量份数的组分而成：

含有饱和NaCl的卤水溶液；

抗盐土：每100mL饱和NaCl的卤水溶液添加所述抗盐土2-9g；

磺甲基酚醛树脂：每100mL饱和NaCl的卤水溶液添加所述磺甲基酚醛树脂2-8g；

磺甲基褐煤：每100mL饱和NaCl的卤水溶液添加所述磺甲基褐煤1-5g；

羟乙基纤维素：每100mL饱和NaCl的卤水溶液添加所述羟乙基纤维素0.2-1.0g。

所述的以卤水为基液的饱和盐水泥浆包括如下重量份数的组分：

含有饱和NaCl的卤水溶液；

抗盐土：每100mL饱和NaCl的卤水溶液添加所述抗盐土4-7g；

磺甲基酚醛树脂：每100mL饱和NaCl的卤水溶液添加所述磺甲基酚醛树脂4-6g；

磺甲基褐煤：每100mL饱和NaCl的卤水溶液添加所述磺甲基褐煤2-4g；

羟乙基纤维素：每100mL饱和NaCl的卤水溶液添加所述羟乙基纤维素0.4-0.8g。

所述的以卤水为基液的饱和盐水泥浆，包括如下重量份数的组分：

含有饱和NaCl的卤水溶液；

抗盐土：每100mL饱和NaCl的卤水溶液添加所述抗盐土6g；

磺甲基酚醛树脂：每100mL饱和NaCl的卤水溶液添加所述磺甲基酚醛树脂5g；

磺甲基褐煤：每100mL饱和NaCl的卤水溶液添加所述磺甲基褐煤3g；

羟乙基纤维素：每100mL饱和NaCl的卤水溶液添加所述羟乙基纤维素06g。

所述卤水的比重大于1.2。

所述抗盐土包括凹凸棒石或海泡石。

所述卤水为海水晒盐剩余的卤水残液。其大量含有Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、Na⁺、Br^-、SO₄ ^2-，尤其是Br^-的含量几乎可以接近1%，而且Mg²⁺的含量也可以达到2%以上。

本发明还公开了一种制备上述以卤水为基液的饱和盐水泥浆的方法：在搅拌条件下向卤水中加NaCl直至饱和，并加入选定重量份数的抗盐土、磺甲基酚醛树脂、磺甲基褐煤以及乙基纤维素，混合均匀即得。其中各种添加剂的加入顺序没有严格限制。

本领域技术人员还可以根据不同井况对钻井液比重的不同要求，在本发明所述的以卤水为基液的饱和盐水泥浆中适当添加合适重量分数的重晶石粉或石灰石粉。

本领域技术人员还可以根据不同井况对钻井液润滑性能或粘度及其他性能的不同要求，在本发明所述的以卤水为基液的饱和盐水泥浆基础上根据本领域技术人员熟知的方式及方法添加相应的黄原胶或磺化沥青或润滑剂或聚阴离子纤维素或铁铬木质素磺酸盐或抗盐处理剂或改性淀粉等钻井行业常见及熟知的添加剂。

其他需要添加的组分添加剂只需要按照选定的重量份数加入含有饱和NaCl的卤水溶液中搅拌均匀即可。

本发明所得的盐水泥浆采用国家标准GB/T1678.3-2006中所提及规定的方法，对所得到得盐水泥浆的各种性能进行测试。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

1、卤水中有大量（约占液体总重量20%以上）的硫酸镁、氯化钙、氯化镁、氯化钾、氯化钠等盐，以此为基液配制的NaCl基饱和盐水泥浆，其氯离子处于过饱和状态，因此能够抑制高温情况下盐岩的溶蚀，同时也对膏岩层CaSO₄的溶解，可以有效减少膏岩层井径扩大。由于Cl^-离子呈现过饱和状态，当泥浆循环返出地面遇到温度降低时也不会产生过饱和析出，减轻了氯化钠盐的重结晶问题，成为稳定的NaCl基饱和盐水泥浆；

2、本发明所述的盐水泥浆在深井膏岩层钻进时，由于其中含有大量二价的钙、镁等离子，对膏岩层中的CaSO₄的溶解有明显的抑制作用，能够减缓膏岩层钻井时的井径扩大，解决了井径不规则的问题；

3、本发明所述的卤水为海水晒盐剩余的卤水残液，几乎为一种工业残渣，虽然其中大量含有Ca²⁺、Mg²⁺、CL^-、Na⁺、SO₄ ^2-等离子，但其中也大量含有了盐水泥浆中不需要的Br^-等其他杂质类物质，现有工业生产中应用卤水的领域一般均需对卤水原液进行精制处理再利用，本发明所述的盐水泥浆直接采用原生态的晒盐剩余的卤水残液，一方面通过实践证明其内含有的杂质类离子对所述盐水泥浆的性能没有任何负面影响，同时所述卤水残液无需进行任何精制处理，大大节约了现有技术中依靠化学试剂配制钻井液抑制剂的成本，尤其对于位于海边的矿井则可就地取材，其成本则更为低廉；

4、由于卤水残液为晒盐过程中富集得到的副产物，其液态形式的比重较高，因此本发明所述的泥浆在不含有任何加重材料的基础上，其液相比重可达到1.4左右，当需要高比重钻井液时，本发明所述的泥浆在同等比重需求下，所需要添加的加重材料更少，更有利于维护泥浆的性能稳定及井眼的稳定；

5、本发明所述的盐水泥浆中由于含有卤水残液中含有的Br^—，因此可以有效抑制盐水中Na⁺的过饱和现象，有效抑制低温状态下NaCl的析出；

6、本发明所述的泥浆当其液相总矿化度增大后，对活性粘土的水化膨胀抑制性更强，对稳定井眼更为有利；

7、本发明所述的饱和盐水泥浆，可根据不同井况对钻井液性能的需求，添加其他适宜的添加剂使用，而对于所述饱和盐水泥浆的性能没有任何影响；

8、本发明所述的饱和盐水泥浆在不加土时，可用作保护油层的完井液之用。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。各实施例中的百分比如无特别指出，均为重量百分比，所用的原料均为钻井现场常用商品。

1、卤水溶液：来自营口盐场或大连复州湾盐场晒盐所得到的卤水残液；

2、抗盐土：购自河南南阳东风海泡石厂或江苏盱眙土矿公司；

3、磺甲基酚醛树脂：购自山东阳谷建新助剂厂；

4、磺甲基褐煤：购自河南濮阳中润公司或萍乡博新钻井助剂公司

5、羟乙基纤维素：购自常州凯杰化工或河北兴泰纤维素有限公司；

本发明所提及的可添加的重晶石粉、石灰石粉、黄原胶、磺化沥青、润滑剂、聚阴离子纤维素、铁铬木质素磺酸盐以及改性淀粉等物质均为钻井液中常见的添加物质，市场商购即可得到。

实施例1：

取100mL卤水溶液，所述卤水溶液的比重为1.28，在搅拌条件下向所述卤水溶液中加入NaCl直至饱和，随后向所述饱和卤水溶液中加入2g抗盐土，8g磺甲基酚醛树脂，1g磺甲基褐煤，1.0g羟乙基纤维素，搅拌10-15分钟混匀。所得的盐水泥浆的比重为1.42，塑性粘度为6 mPas，动切力为4 Pa，API滤失量为8 mL。

说明本发明所述盐水泥浆的滤失量和流变性能良好。

实施例2：

取100mL卤水溶液，所述卤水溶液的比重为1.25，在搅拌条件下向所述卤水溶液中加入NaCl直至饱和，随后向所述饱和卤水溶液中加入9g凹凸棒石，2g磺甲基酚醛树脂，5g磺甲基褐煤，0.2g羟乙基纤维素，搅拌10-15分钟混匀。所得的盐水泥浆的比重为1.43，塑性粘度为8mPas，动切力为6Pa，API滤失量为9mL。

说明本发明所述盐水泥浆的滤失量和流变性能良好。

实施例3：

取100mL卤水溶液，所述卤水溶液的比重为1.25在搅拌条件下向所述卤水溶液中加入NaCL直至饱和，随后向所述饱和卤水溶液中加入4g海泡石，6g磺甲基酚醛树脂，2g磺甲基褐煤，0.8g羟乙基纤维素，搅拌15-20分钟混匀。所得的盐水泥浆的比重为1.43，塑性粘度为7mPas，动切力为6Pa，API滤失量为8mL。

说明本发明所述盐水泥浆的滤失量和流变性能良好。

实施例4：

取100mL卤水溶液，所述卤水溶液的比重为1.25，在搅拌条件下向所述卤水溶液中加入NaCl直至饱和，随后向所述饱和卤水溶液中加入7g抗盐土，4g磺甲基酚醛树脂，4g磺甲基褐煤，0.4g羟乙基纤维素，2.5g磺化沥青，搅拌混匀。所得的盐水泥浆的比重为1.42，塑性粘度为9mPas，动切力为10Pa，API滤失量为6mL，润滑系数为0.18。

说明本发明所述盐水泥浆的滤失量、润滑性能和流变性能良好。

实施例5：

取100mL卤水溶液，所述卤水溶液的比重大于1.2，在搅拌条件下向所述卤水溶液中加入NaCl直至饱和，随后向所述饱和卤水溶液中加入6g抗盐土，5g磺甲基酚醛树脂，3g磺甲基褐煤，0.6g羟乙基纤维素，2g润滑剂，搅拌15-20分钟混匀。所得的盐水泥浆的比重为1.42，塑性粘度为10mPas，动切力为12Pa，API滤失量为5mL，润滑系数为0.17。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims

1.一种以卤水为基液的饱和盐水泥浆，其特征在于，所述泥浆包括如下重量份数的组分制备而成：

含有饱和NaCl的卤水溶液，所述卤水为海水晒盐剩余的卤水残液；

抗盐土：每100ml饱和NaCl的卤水溶液添加所述抗盐土2-9g；

2.根据权利要求1所述的以卤水为基液的饱和盐水泥浆，其特征在于，所述泥浆包括如下重量份数的组分制备而成：

含有饱和NaCl的卤水溶液；

抗盐土：每100ml饱和NaCl的卤水溶液添加所述抗盐土4-7g；

3.根据权利要求2所述的以卤水为基液的饱和盐水泥浆，其特征在于，所述泥浆包括如下重量份数的组分制备而成：

含有饱和NaCl的卤水溶液；

抗盐土：每100ml饱和NaCl的卤水溶液添加所述抗盐土6g；

羟乙基纤维素：每100ml饱和NaCl的卤水溶液添加所述羟乙基纤维素0.6g。

4.根据权利要求1或2或3所述的以卤水为基液的饱和盐水泥浆，其特征在于：

所述卤水的比重大于1.2。

5.根据权利要求1或2或3所述的以卤水为基液的饱和盐水泥浆，其特征在于：

所述抗盐土包括凹凸棒石或海泡石。

6.一种制备权利要求1-5任一所述的以卤水为基液的饱和盐水泥浆的方法，其特征在于：在搅拌条件下向所述卤水中加NaCl直至饱和，并加入选定重量份数的所述抗盐土、所述磺甲基酚醛树脂、所述磺甲基褐煤以及所述乙基纤维素，混合均匀即得。