CN102851008B

CN102851008B - 碳酸盐钻井液

Info

Publication number: CN102851008B
Application number: CN201210373467.1A
Authority: CN
Inventors: 黄治中; 李称心; 乔东宇; 郑义平; 王凤军
Original assignee: CNPC Xibu Drilling Engineering Co Ltd
Current assignee: CNPC Xibu Drilling Engineering Co Ltd
Priority date: 2012-09-30
Filing date: 2012-09-30
Publication date: 2015-01-14
Anticipated expiration: 2032-09-30
Also published as: CN102851008A

Abstract

本发明涉及石油钻井用钻井液技术领域，是一种碳酸盐钻井液；该碳酸盐钻井液按重量百分数含有可溶性碳酸氢盐8%至20%、抑制剂0.5%至10%、封堵剂0.1%至5%、膨润土0.5%至5%。本发明通过CO₃ ^2-、HCO₃ ^-电离—溶解平衡原理，在钻可溶性碳酸盐、可溶性碳酸氢盐的岩盐地层时使本发明所得碳酸盐钻井液与岩盐地层中的CO₃ ^2-、HCO₃ ^-达到电离—溶解平衡，防止了岩盐地层溶解，实现了井壁稳定和井径规则的目的；具有抗CO₃ ^2-、HCO₃ ^-的污染能力强、水化抑制能力强、封堵性好、润滑性好、高温性能稳定、对储层伤害小和无污染的特点，从而提高了工作效率、降低了钻井成本和一系列井下安全隐患。

Description

碳酸盐钻井液

技术领域

本发明涉及石油钻井用钻井液技术领域，是一种碳酸盐钻井液。

背景技术

钻井液是一种在钻井过程中具有携带清除钻屑、冷却润滑钻头、平衡地层压力、保护井壁稳定及保护油层不受伤害等多种作用的工作流体，其性能直接影响到钻井效率、井下安全和成本控制，是钻井工程技术的重要组成部分。

盐膏层是岩盐（碱金属和碱土金属氯化物）地层和膏盐（硫酸盐）地层的统称。在盐膏层中，还含有大量其他矿物，如常见的石英、长石、碳酸岩盐及各种粘土矿物。盐膏层是钻井过程中经常钻遇的地层，由其引起的井下复杂情况或由它诱发的其他各种井下恶性事故，对钻井工程危害性极大，一直是国内外钻井界特别关注的问题。但由于其原因复杂，制约因素多，使之成为国内外钻井、完井工程至今未能完全解决的重大技术难题。我国的钻井泥浆工作者对盐膏钻井液技术开展了大量的研究工作，取得了较大的进展，形成了对付盐膏层的钻井液体系配方，比较好地防止和解决了盐膏层钻井液难题。现有的对付盐膏层钻井液技术有欠饱和盐水钻井液，饱和盐水钻井液，油基钻井液。在对付盐膏层的同时，伴随有CO₃ ^2-、HCO₃ ^-污染，使得钻井液流型难以控制，甚至诱发其他井下复杂事故。现有的思路是在钻井液中加入CaO或钙盐，使其生成CaCO₃沉淀而除去。这样看来好象是解决了CO₃ ^2-、HCO₃ ^-污染问题。但是，在钻遇大段含CO₃ ^2-、HCO₃ ^-地层或可溶性的碳酸盐、碳酸氢盐时，常规思路引入Ca^2-来消除CO₃ ^2-、HCO₃ ^-污染，然而在可溶性的碳酸盐、碳酸氢盐地层存在着溶解平衡的问题，CO₃ ^2-、HCO₃ ^-在钻井液中减少就会使地层的可溶性碳酸盐、碳酸氢盐不断溶解，这样处理，会造成井壁垮塌，从而带来一系列井下复杂问题。因此，现有的处理技术已经不能满足现场钻碳酸盐、碳酸盐岩的钻井液技术需求。例如准噶尔盆地西部隆起乌夏断裂带的风城1井、风南5井都钻遇大段（200至800m不等）碳酸氢钠岩盐，现场钻井液采用了聚磺-钾钙基钻井液和有机盐-钾钙基钻井液，不断的处理造成钻井液成本升高，测试钻井液中CO₃ ^2-、HCO₃ ^-总含量浓度在60000至100000ppm，使得钻井液具有很高的粘切，没有从根本上解决CO₃ ^2-、HCO₃ ^-污染问题。

发明内容

本发明提供了一种碳酸盐钻井液，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有钻井液在钻遇大段含CO₃ ^2-、HCO₃ ^-地层或可溶性的碳酸盐、碳酸氢盐时造成井壁垮塌而引发一系列井下安全隐患的问题。

本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种碳酸盐钻井液按重量百分数含有可溶性碳酸氢盐8%至20%、抑制剂0.5%至10%、封堵剂0.1%至5%、膨润土0.5%至5%、降滤失剂0.2%至6%、包被剂0.1%至0.5%、加重剂0.5%至70%、余量的水。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

上述碳酸盐钻井液按重量百分数还含有流型调节剂0.1%至1.5%或/和润滑剂0.1%至2%。

上述可溶性碳酸氢盐为碳酸氢钠或碳酸氢钾。

上述抑制剂为钾钙复合抑制剂、氯化钾、硅酸钾、甲酸钾、有机盐、胺基聚合物和季铵盐阳离子中的一种或一种以上组合物。

上述封堵剂为阳离子改性沥青、磺化沥青、天然沥青粉、阳离子乳化沥青、胶体沥青、胶乳和乳化石蜡中的一种或一种以上组合物。

上述降滤失剂为羧甲基淀粉、水解聚丙烯晴铵盐、磺化酚醛树脂、腐植酸多元共聚物、聚阴离子纤维素和羧甲基纤维素中的一种或一种以上组合物。

上述包被剂为两性离子聚合物或阳离子聚合物；流型调节剂为特种稀释剂TX或两性离子聚合物降粘剂XY-27或聚合物降粘剂SK-3；润滑剂为液体润滑剂；加重剂为重晶石或铁矿粉。

本发明通过CO₃ ^2-、HCO₃ ^-电离—溶解平衡原理，在钻可溶性碳酸盐、可溶性碳酸氢盐的岩盐地层时使本发明所得碳酸盐钻井液与岩盐地层中的CO₃ ^2-、HCO₃ ^-达到电离—溶解平衡，防止了岩盐地层溶解，实现了井壁稳定和井径规则的目的；具有抗CO₃ ^2-、HCO₃ ^-的污染能力强、水化抑制能力强、封堵性好、润滑性好、高温性能稳定、对储层伤害小和无污染的特点，从而提高了工作效率、降低了钻井成本和一系列井下安全隐患。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

实施例1，该碳酸盐钻井液按重量百分数含有可溶性碳酸氢盐8%至20%、抑制剂0.5%至10%、封堵剂0.1%至5%、膨润土0.5%至5%、降滤失剂0.2%至6%、包被剂0.1%至0.5%、加重剂0.5%至70%、余量的水。

下面是对上述实施例1的进一步优化或/和改进：

根据需要，碳酸盐钻井液按重量百分数还含有流型调节剂0.1%至1.5%或/和润滑剂0.1%至2%。

根据需要，可溶性碳酸氢盐为碳酸氢钠或碳酸氢钾。可溶性碳酸氢盐最佳为碳酸氢钠。在20℃时，碳酸氢钠和碳酸氢钾在100g水中的溶解度分别为9.6g、33.7g。本发明所得的碳酸盐钻井液中的CO₃ ^2-、HCO₃ ^-与岩盐地层中的可溶性Ca²⁺、Mg²⁺发生反应，生成碳酸钙、碳酸镁沉淀，一方面除去了Ca²⁺、Mg²⁺离子降低了矿化度，这在一定程度上消除了因高矿化度降低其它处理剂作用效率的影响因素；另一方面生成的亚微米级超细碳酸钙、碳酸镁配合封堵剂可对微裂缝泥页岩地层实现强封堵，通过定期对本发明所得的碳酸盐钻井液中的CO₃ ^2-、HCO₃ ^-离子浓度测试并及时补充CO₃ ^2-、HCO₃ ^-，可以有效解决该类地层的钻井液技术难题。

根据需要，抑制剂为钾钙复合抑制剂、氯化钾、硅酸钾、甲酸钾、有机盐、胺基聚合物和季铵盐阳离子中的一种或一种以上组合物。抑制剂最佳为钾钙复合抑制剂。钾钙复合抑制剂是一种对泥页岩地层的水敏性具有极强抑制作用的处理剂，该剂的引入有利于泥页岩地层的井壁稳定。

根据需要，封堵剂为阳离子改性沥青、磺化沥青、天然沥青粉、阳离子乳化沥青、胶体沥青、胶乳和乳化石蜡中的一种或一种以上组合物。

根据需要，降滤失剂为羧甲基淀粉、水解聚丙烯晴铵盐、磺化酚醛树脂、腐植酸多元共聚物、聚阴离子纤维素和羧甲基纤维素中的一种或一种以上组合物。

根据需要，包被剂为两性离子聚合物或阳离子聚合物；流型调节剂为特种稀释剂TX或两性离子聚合物降粘剂XY-27或聚合物降粘剂SK-3；润滑剂为液体润滑剂；加重剂为重晶石或铁矿粉。

实施例2，与实施例1的不同之处在于：实施例2按重量百分数含水63.8%、膨润土4%、两性离子聚合物0.2% 、羧甲基淀粉0.5%、水解聚丙烯晴铵盐0.5%、钾钙复合抑制剂5%、磺化酚醛树脂3%、阳离子改性沥青5%、碳酸氢钠10%、重晶石8%。

实施例3，与实施例1和2的不同之处在于：实施例3按重量百分数含水61.8%、膨润土4%、两性离子聚合物0.2% 、羧甲基淀粉0.5%、水解聚丙烯晴铵盐0.5%、氯化钾7%、磺化酚醛树脂3%、阳离子改性沥青5%、碳酸氢钠10%、重晶石8%。

实施例4，与实施例1至3的不同之处在于：实施例4按重量百分数含水37.8%、膨润土3%、两性离子聚合物0.2% 、羧甲基淀粉0.5%、水解聚丙烯晴铵盐0.5%、钾钙复合抑制剂7%、磺化酚醛树脂3%、阳离子改性沥青5%、碳酸氢钠8%、重晶石35%。

实施例5，与实施例1至4的不同之处在于：实施例5按重量百分数含水31.8%、膨润土3%、两性离子聚合物0.2% 、羧甲基淀粉0.5%、水解聚丙烯晴铵盐0.5%、钾钙复合抑制剂5%、磺化酚醛树脂3%、阳离子改性沥青5%、碳酸氢钠8%、重晶石41%。

实施例6，与实施例1至5的不同之处在于：实施例6按重量百分数含水23.9%、膨润土2%、两性离子聚合物0.1% 、羧甲基淀粉0.5%、水解聚丙烯晴铵盐0.5%、钾钙复合抑制剂2%、磺化酚醛树脂2%、阳离子改性沥青2%、碳酸氢钾8%、重晶石59%。

下面是对实施例1至实施例6所得的碳酸盐钻井液平均性能测试结果如表1所示：

表1

实验条件

D

FL

PV

YP

Gel

回收率

110°C热滚16h

1.20至2.14

2.8至4.6

32至101

4至7

3/10至2/5

91.2至98.4

D：钻井液密度，g/cm³

FL：API滤失量，mL

PV：钻井液塑性粘度，mPa·s

YP：钻井液动切力，Pa

Gel：钻井液初切力/钻井液终切力，Pa

回收率（%）：采用岩屑滚动回收率来评价钻井液的抑制性，岩屑滚动回收率实验通过向钻井液中加入6目至10目页岩岩屑50g，在110℃的老化罐（约350ml）中热滚16h小时，然后用40目筛网回收岩屑，经洗涤、干燥、称重；回收的岩屑重量与初始岩屑重量之比即为岩屑回收率。回收率越高，表示钻井液的抑制性越强，岩屑的分散程度越低。表中实验所用岩屑清水滚动回收率为3.5%。

本发明的基本原理是本发明所得的碳酸盐钻井液中的碳酸氢盐呈饱和状态，从而可以避免碳酸盐地层溶解于本发明所得的碳酸盐钻井液中，导致地层坍塌或缩径，避免钻井事故，提高钻井效率。

Claims

1.一种碳酸盐钻井液，其特征在于按重量百分数含有可溶性碳酸氢盐8%至20%、抑制剂0.5%至10%、封堵剂0.1%至5%、膨润土0.5%至5%、降滤失剂0.2%至6%、包被剂0.1%至0.5%、加重剂0.5%至70%、余量的水；其中：按重量百分数还含有流型调节剂0.1%至1.5%或/和润滑剂0.1%至2%；可溶性碳酸氢盐为碳酸氢钠或碳酸氢钾；抑制剂为钾钙复合抑制剂、氯化钾、硅酸钾、甲酸钾、有机盐、胺基聚合物和季铵盐阳离子中的一种或一种以上组合物；封堵剂为阳离子改性沥青、磺化沥青、天然沥青粉、阳离子乳化沥青、胶体沥青、胶乳和乳化石蜡中的一种或一种以上组合物；降滤失剂为羧甲基淀粉、水解聚丙烯晴铵盐、磺化酚醛树脂、腐植酸多元共聚物、聚阴离子纤维素和羧甲基纤维素中的一种或一种以上组合物；包被剂为两性离子聚合物或阳离子聚合物；流型调节剂为特种稀释剂TX或两性离子聚合物降粘剂XY-27或聚合物降粘剂SK-3；润滑剂为液体润滑剂；加重剂为重晶石或铁矿粉。