CN102863947A

CN102863947A - 强抑制强封堵钻井液

Info

Publication number: CN102863947A
Application number: CN2012103734633A
Authority: CN
Inventors: 黄治中; 魏云; 乔东宇; 李称心; 郑义平
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: 2013-01-09

Abstract

本发明涉及石油钻井用钻井液技术领域，是一种强抑制强封堵钻井液；按重量百分数含有强抑制剂0.5%至15%、强封堵剂0.5%至7%、膨润土为0.5%至5%、降滤失剂0.2%至6%。本发明通过强抑制剂溶解后产生的高浓度的K+，对强水敏泥页岩的水化起到很强抑制作用；同时，强抑制剂溶解后产生的阴离子通过吸附基能与粘土表面发生吸附作用，在粘土表面形成保护膜，从而阻止了粘土的水化；强封堵剂对微裂缝强水敏泥页岩地层能够实现强封堵，形成真正意义的隔离膜；从而防止了强水敏泥页岩地层井壁失稳；具有封堵性好、抑制性强、润滑性好、高温性能稳定、对储层伤害小和无污染的特点，提高了生产效率。

Description

强抑制强封堵钻井液

技术领域

本发明涉及石油钻井用钻井液技术领域，是一种强抑制强封堵钻井液。

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。钻井工程中，经常钻遇强水敏泥页岩地层，容易造成钻头泥包、井壁垮塌、井径缩小、扭矩增大、钻具受卡等复杂事故，给钻井工程带来极大的危害。为解决上述问题，在过去几年内，采用了多种方法提高水基钻井液的抑制性能，如：钾钙基钻井液、有机盐钻井液、阳离子聚合物钻井液、聚合醇钻井液和硅酸盐钻井液等。这些钻井液在抑制泥页岩水化以及防止井壁垮塌等方面都发挥了较大的作用，但仍然存在着多种局限性。油基钻井液能够很好解决强水敏泥页岩地层引起的复杂问题，但油基钻井液存在着成本高、施工难度大、污染环境、安全性差等一系列问题，其推广和应用受到了制约。为了满足环境保护的要求，可以代替油基钻井液的水基钻井液在石油工业中的需求日益增长。近年来，国内外不少公司和研究机构分别研究开发出了一类新型的具有强抑制性的氨基型水基钻井液，可以代替油基钻井液钻遇强水敏泥页岩地层，取得了优异的应用效果。这些钻井液几乎都用到了一种最基本的井壁稳定剂，即K⁺离子。由于影响井壁稳定的主要因素是泥页岩地层的水化膨胀，K⁺具有极强抑制泥页岩水化膨胀的能力，因此，K⁺被大量地用作井壁稳定剂。一般认为：K⁺离子的半径与粘土硅氧四面体底面由氧形成的六角环的半径相近，且K⁺离子的水化能较小，较容易进入粘土晶层间隙，从而把水化半径和水化能较大的Ca²⁺、Na⁺等离子交换出来，进入六角环空腔的K⁺ 与粘土晶片进行较牢固的结合，从而抑制了粘土的水化膨胀。目前，广泛用于钻井液中的K⁺抑制剂主要是氯化钾，也有少量硫酸钾的应用报道。但是，无论是氯化钾还是硫酸钾在钻井液中电离后提供K⁺抑制剂的同时，也不可避免的引入了大量的Cl^-、SO₄ ^2-等阴离子。这些阴离子对整个钻井液体系性能不但没有积极贡献，相反，由于大量阴离子的存在，使钻井液矿化度升高，这就在一定程度上降低了其它处理剂的使用效率。

发明内容

本发明提供了一种强抑制强封堵钻井液，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决在强水敏泥页岩地层中由于钻井液中引入了大量Cl^-、SO₄ ^2-等阴离子，使钻井液矿化度升高，降低了其它处理剂的使用效率的问题。

本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种强抑制强封堵钻井液：按重量百分数含有强抑制剂0.5%至15%、强封堵剂0.5%至7%、膨润土为0.5%至5%、降滤失剂0.2%至6%、包被剂0.1%至0.5%、余量为水。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

上述强抑制强封堵钻井液：按重量百分数还含有流型调节剂0.1%至1.5%、润滑剂0.1%至2%和加重剂0.5%至70%中的一种或一种以上组合物。

上述强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。

上述强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、乳化石蜡中的一种或一种以上组合物。

上述膨润土为坂土。

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、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TX或XY-27或SK-3；润滑剂为液体润滑剂；加重剂为重晶石或铁矿粉。

本发明通过强抑制剂溶解后产生的高浓度的K⁺，对强水敏泥页岩的水化起到很强抑制作用；同时，强抑制剂溶解后产生的阴离子通过吸附基能与粘土表面发生吸附作用，在粘土表面形成保护膜，从而阻止了粘土的水化；强封堵剂对微裂缝强水敏泥页岩地层能够实现强封堵，形成真正意义的隔离膜；从而防止了强水敏泥页岩地层井壁失稳；具有封堵性好、抑制性强、润滑性好、高温性能稳定、对储层伤害小和无污染的特点，提高了生产效率。

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，该强抑制强封堵钻井液按重量百分数含有强抑制剂0.5%至15%、强封堵剂0.5%至7%、膨润土为0.5%至5%、降滤失剂0.2%至6%、包被剂0.1%至0.5%、余量为水。

下面是对上述实施例1的进一步优化或/和改进：

根据需要，强抑制强封堵钻井液：按重量百分数还含有流型调节剂0.1%至1.5%、润滑剂0.1%至2%和加重剂0.5%至70%中的一种或一种以上组合物。

根据需要，强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。根据理论分析，胺基聚合物主要是通过胺基特有的吸附作用使其分子能很好地镶嵌在粘土层间，并使粘土层紧密结合在一起,从而降低粘土吸收水分的趋势。

根据需要，强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、乳化石蜡中的一种或一种以上组合物。强封堵剂最佳为阳离子改性沥青。阳离子改性沥青同一般的沥青类改性产品相比，其对地层的吸附性更强，封堵更致密，可对微裂缝强水敏泥页岩地层实现强封堵，形成真正意义的隔离膜。

根据需要，膨润土为坂土。

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、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TX或XY-27或SK-3；润滑剂为液体润滑剂；加重剂为重晶石或铁矿粉。TX、XY-27和SK-3为现有公知的产品。两性离子聚合物或阳离子聚合物主要是通过季铵阳离子的强吸附作用使其分子能很好地包裹泥页岩颗粒，降低粘土分散程度，抑制其水化。

实施例2，与上述实施例1的不同之处在于：实施例2按重量百分数含水79.8%、坂土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7%。

实施例3，与上述实施例1至2的不同之处在于：实施例3按重量百分数含水78.8%、坂土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8%、磺化酚醛树脂3%、阳离子改性沥青5%。

实施例4，与上述实施例1至3的不同之处在于：实施例4按重量百分数含水43.8%、坂土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8%、磺化酚醛树脂3%、阳离子改性沥青5%、重晶石35%。

实施例5，与上述实施例1至4的不同之处在于：实施例5按重量百分数含水34.8%、坂土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8%、磺化酚醛树脂3%、阳离子改性沥青5%、重晶石45%。

实施例6，与上述实施例1至5的不同之处在于：实施例6按重量百分数含水21.9%、坂土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5%、磺化酚醛树脂2%、阳离子改性沥青3%、重晶石65%。

上述实施例的强抑制强封堵钻井液性能测试平均结果如下表

实验条件

D

FL

PV

YP

Gel

回收率

110°C热滚16h

1.12至2.17

2.8至4.4

32至134

2至8

3/10至2/5

91至98.2

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。表中实验中所用岩屑清水滚动回收率为3.5%。

Claims

1.一种强抑制强封堵钻井液，其特征在于按重量百分数含有强抑制剂0.5%至15%、强封堵剂0.5%至7%、膨润土为0.5%至5%、降滤失剂0.2%至6%、包被剂0.1%至0.5%、余量为水。

2.根据权利要求1所述的强抑制强封堵钻井液，其特征在于按重量百分数还含有流型调节剂0.1%至1.5%、润滑剂0.1%至2%和加重剂0.5%至70%中的一种或一种以上组合物。

3.根据权利要求1或2所述的强抑制强封堵钻井液，其特征在于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。

4.根据权利要求1或2所述的强抑制强封堵钻井液，其特征在于强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、乳化石蜡中的一种或一种以上组合物。

5.根据权利要求3所述的强抑制强封堵钻井液，其特征在于强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、乳化石蜡中的一种或一种以上组合物。

6.根据权利要求1或2所述的强抑制强封堵钻井液，其特征在于膨润土为坂土。

7.根据权利要求3或4或5所述的强抑制强封堵钻井液，其特征在于膨润土为坂土。

8.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的强抑制强封堵钻井液，其特征在于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、羧甲基纤维素中的一种或一种以上组合物。

9.根据权利要求1或2所述的强抑制强封堵钻井液，其特征在于包被剂为两性离子聚合物或阳离子聚合物；流型调节剂为TX或XY-27或SK-3；润滑剂为液体润滑剂；加重剂为重晶石或铁矿粉。

10.根据权利要求3或4或5或6或7或8所述的强抑制强封堵钻井液，其特征在于包被剂为两性离子聚合物或阳离子聚合物；流型调节剂为TX或XY-27或SK-3；润滑剂为液体润滑剂；加重剂为重晶石或铁矿粉。