CN102965087B - 一种抗高温钻井液 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗高温钻井液，由3-5%基浆和以每100毫升的3-5%基浆中加入量计算的抗高温抗盐增粘剂0.2-0.5克、抗高温降滤失剂6-10克、降粘剂0.5-1克、堵漏剂1-3克、润滑剂0.5-2克组成，所述3-5%基浆为每100毫升水中加入3-5克钠基膨润土，在室温条件下经24小时水化形成的基浆。本发明所述的钻井液的抗温性能达到200℃以上，具有良好的抗高温性能；能够抗10％钠基膨润土，润滑系数可达0.08以下，具有良好的仿油基性能，并且克服了油基钻井液污染环境、影响油气层显示、成本高的缺点，尤其适用于深井钻进。

Description

一种抗高温钻井液

技术领域

本发明涉及一种用于石油钻井工程中的钻井液，特别是适用于深井和超深井钻井的抗高温钻井液。

背景技术

随着世界油气资源需求的迅猛增加和钻探技术的进步，世界各国纷纷加大了对深部地层油气资源勘探开发的投入。中国待探明的油气资源主要分布在塔里木、准噶尔、柴达木、吐哈、四川等盆地，其资源总量的73%埋藏在深层，且地下条件异常复杂，因此深井和超深井油气钻探及配套的开发技术已成为制约油气资源开发的关键因素。

钻井液作为钻井工程的重要组成部分，其性能直接关系到深井、超深井的钻井质量、钻井成本和钻井周期。深井和超深井深部地层的高温环境给钻井液能否维持稳定的性能带来了极大的挑战。尽管油基钻井液具有耐温能力高和润滑性能好等优点，但同时存在污染严重和成本高的问题，且安全风险大，因此抗高温水基钻井液的发展备受重视。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种综合性能能与油基高密度钻井液相媲美、并能克服环境污染、影响油气层显示和成本高等缺点的抗高温钻井液。

本发明是通过以下技术方案来实现上述技术目的的：

一种抗高温钻井液，由3-5%基浆和以每100毫升的3-5%基浆中加入量计算的抗高温抗盐增粘剂0.2-0.5克、抗高温降滤失剂6-10克、降粘剂0.5-1克、堵漏剂1-3克、润滑剂0.5-2克组成，所述3-5%基浆为每100毫升水中加入3-5克钠基膨润土，在室温条件下经24小时水化形成的基浆。

上述抗高温钻井液，由4%基浆和以每100毫升的4%基浆中加入量计算：增粘剂0.5克、抗高温降滤失剂10克、降粘剂0.5克、堵漏剂2克和润滑剂6克组成，所述4%基浆为每100毫升水中加入4克钠基膨润土，在室温条件下经24小时水化形成的基浆。

上述抗高温钻井液，所述抗高温降滤失剂为抗高温抗盐降滤失剂OCL-JB、钻井液用抗高温降滤失剂OCL-JA、钻井液用两性离子降滤失剂OCL-JT、磺化褐煤SMC、磺化酚醛树脂SMP-2中的一种或多种。

上述抗高温钻井液，所述降粘剂为磺化单宁SMT。

上述抗高温钻井液，所述堵漏剂为超细碳酸钙。

上述抗高温钻井液，所述润滑剂为生物抑制润滑剂OCL-HCO、固体润滑剂OCL-RH、防卡润滑剂OCL-RQ、快速钻进剂HCE中的一种或多种。

本发明所述的抗高温钻井液的抗温性能达到200℃以上，能够抗10％钠基膨润土、15％NaCl或0.5％CaCl₂污染，润滑系数达0.08以下，具有良好的仿油基性能，能够满足油田现场施工的工程需要，其综合性能能与油基钻井液相媲美。但克服了油基钻井液污染环境、影响油气层显示、成本高的缺点。本发明所述的抗高温钻井液适用于深井钻进，完全能够替代高温深井中使用的油基钻井液，降低钻井成本，保护环境。

附图说明

图1为不同钻井液的岩心分散回收率对比图。

图2为不同钻进液中岩心的膨胀高度随浸泡时间变化的曲线。

具体实施方式

为了更清楚的说明本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的介绍。

本发明所述的抗高温钻井液，由3-5%基浆和以每100毫升的3-5%基浆中加入量计算：抗高温抗盐增粘剂0.2-0.5克、抗高温降滤失剂6-10克、降粘剂0.5-1克、堵漏剂1-3克、润滑剂0.5-2克组成，所述3-5%基浆为每100毫升水中加入3-5克钠基膨润土，在室温条件下经24小时水化形成的基浆。

具体的，本发明所述的抗高温钻井液的制备方法为：在泥浆罐中放入淡水，加入钠基膨润土，充分搅拌后在室温条件下预水化24小时得到预水化基浆。然后在搅拌时依次加入抗高温抗盐增粘剂、抗高温降滤失剂、降粘剂、堵漏剂和润滑剂，充分搅拌后即为本发明所述抗高温钻井液。

实施例1

一、基浆

本发明所使用的基浆为3-5%基浆，是每100ml水中加入3-5克钠基膨润土，在室温条件下经24小时水化形成的基浆。3%基浆的含义为：每100克水中加入3克钠基膨润土，在室温条件下经24小时水化形成的基浆，4%基浆、5%基浆的含义与之相同，是以质量体积百分数计量。钠基膨润土含量不同的基浆的表观粘度AV、塑性粘度PV、动切力YP、以及API滤失量测定仪测得的失水量API FL如表1所示。AV、PV、YP是用来描述钻井液流变性的重要参数，钻井液的流变性是指在外力作用下，钻井液发生流动和变形的特性。

表1钠基膨润土含量不同的基浆的常规性能

项目	AV	PV	API FL(ml)
				3%基浆	3	2	27.0
4%基浆	5	2	21.8
				5%基浆	7	3	20.6

本着尽可能的降低固相含量，同时又要兼顾到流变性和失水量两项指标的要求，由表1中的数据可知，4%基浆的性能最佳。

二、抗高温降滤失剂

为了提高钻井液的抗温能力，本发明采用抗高温抗盐降滤失剂OCL-JB为主剂，抗高温降滤失剂OCL-JA、钻井液用两性离子降滤失剂OCL-JT、磺化褐煤SMC、磺化酚醛树脂SMP-2中一种或几种作为辅剂。

1.抗高温降滤失剂单独采用OCL-JB，以4%基浆为基浆，每100ml4%基浆中分别加入1克、2克、3克OCL－JB，得到OCL-JB的质量体积百分数分别1%、2%、3%的钻井液，以1%为例，每100ml 4%的基浆中加入1克的OCL-JB样品；上述为本领域技术人员的熟知表示方法，不再一一说明。

配方的编号如下：

1.4％基浆

2.每100毫升4％基浆+1克OCL－JB

3.每100毫升4％基浆+2克OCL－JB

4.每100毫升4％基浆+3克OCL－JB

分别测量上述1-4配方中的钻井液在磙子加热炉中200℃条件下，经过16小时的滚动前后的表观粘度AV、塑性粘度PV、动切力YP、失水量API FL、钻井液静切力G"/G'，测试结果见表2。表2中“200℃/16h”表示钻井液在磙子加热炉中200℃条件下，经过16小时的滚动后测得的结果。

从表2的实验数据中看出，抗高温抗盐降滤失剂OCL－JB的添加量达到3%时流变性和滤失量趋于稳定，故3%OCL-JB为最佳的添加量。

表2不同OCL－JB添加量对钻井液性能的影响

2.以OCL－JB为主剂，分别以磺化褐煤SMC、磺化酚醛树脂SMP-2、抗高温降滤失剂OCL-JA、钻井液用两性离子降滤失剂OCL-JT中的一种为降滤失剂辅剂，配制以下配比的钻井液，配方编号如下：

1.4％基浆+0.5％抗高温抗盐增粘剂+3%OCL-JB+3%SMC

2.4％基浆+0.5％抗高温抗盐增粘剂+3%OCL-JB+3%SMP-2

3.4％基浆+0.5％抗高温抗盐增粘剂+3%OCL-JB+3%OCL-JA

4.4％基浆+0.5％抗高温抗盐增粘剂+3%OCL-JB+3%OCL-JT

表4OCL-JB与不同降滤失剂辅剂配伍对钻井液性能的影响

将1~4号钻井液在200℃条件下，经16小时翻滚前后的性能进行测试，测试结果见表4。

以对粘度影响较小、具有比较好的降滤失效果及一定的抗温性为判断标准，结合表4中的数据可知，用抗高温降滤失剂OCL-JA、钻井液用两性离子降滤失剂OCL-JT为辅剂的钻井液的性能较佳。

三、润滑剂

采用生物抑制润滑剂OCL-HCO、固体润滑剂OCL-RH、防卡润滑剂OCL-RQ、快速钻进剂HCE中的一种为润滑剂，分别配制表5中所记载的配方的钻井液，并测定润滑系数及泥饼粘滞系数，测试结果见表5。

表5不同润滑剂对钻井液性能的影响

配方	润滑系数	泥饼粘滞系数
			4%基浆+5%HCO	0.081	0.0913
4%基浆+1%OCL-RH	0.066	0.0913
			4%基浆+1%OCL-RQ	0.054	0.0686
4%基浆+1%HCE	0.043	0.0532

表5中数据显示，生物抑制润滑剂OCL-HCO、固体润滑剂OCL-RH、防卡润滑剂OCL-RQ、快速钻进剂HCE几种润滑剂的效果都不错，均能达到使用的要求；但是在考虑润滑和抑制性两个方面，及这几种润滑剂的综合性能，最终选生物抑制润滑剂OCL-HCO为主要润滑剂，快速钻进剂HCE为辅助润滑剂。

实施例2

1）钻井液常规性能：根据实施例1的实验数据，本实施例的抗高温钻井液的配方如下；

1#：4％基浆+0.4％抗高温抗盐增粘剂+3%OCL-JT+3%OCL-JA+3%OCL-JB+0.5%SMT+2%超细碳酸钙+5%OCL-HCO+1%HCE

2#：4％基浆+0.4％抗高温抗盐增粘剂+3%OCL-JT+3%OCL-JA+3%OCL-JB+0.5%SMT+2%超细碳酸钙+5%OCL-HCO+1%HCE+100g BaSO₄

本实施例1#、2#两种配方的抗高温钻井液的性能参数如下表6。表6中HTHP FL为高温高压滤失量，是指使用高温高压滤失量测定仪，在测量压差为3.5Mpa，测量时间为30min的滤失量的2倍结果。

表6本实施例抗高温钻井液常温及高温性能

钻井液加重是指在钻井液中加入一定量的钻井液加重材料以提高钻井液的密度，常用的加重材料有重晶石粉、铁矿粉、石灰石粉等，配方2#即为加重钻井液。表6中所记载的实验结果表明，加重钻井液老化后，其粘度、切力与加重前变化不大，失水量有所降低；形成的滤饼薄而致密，表现出较好的润滑性。

另外，将老化后的加重钻井液在室内密闭静止48小时，观察钻井液对重晶石的悬浮情况。用药匙轻轻搅动静止后的加重钻井液，未发现容器底部有沉降物，然后分别测量容器中上部钻井液和下部钻井液的密度，其上下密度差小于0.05g/cm³。实验结果表明本发明所述钻井液经高温后具有较好的稳定性。

2）钻井液抑制性对比实验

①岩心回收率实验：

取来自现场的易分散岩心，按页岩理化性能实验方法对岩心进行处理，对本发明所提供的抗高温钻进液在200℃条件下进行岩心分散回收实验，同时用清水和两性离子钻井液进行对比，具体编号如下，测试结果见表7和图1。

a：抗高温钻井液体系

b：两性离子钻井液体系：4%基浆+0.4％FA367+3%CFH-II+3%SMP+3%SMC+2%超细碳酸钙

c：清水

岩心回收率实验结果表明，本发明所述抗高温钻井液不仅具有抗200℃高温的效果，同时，还具有较好的抑制分散性。其抑制分散效果好于常用的两性离子钻井液体系，使在清水中极易分散的岩心回收率提高到90％。

表7岩心回收率实验测试结果

钻井液编号	岩心重量，g	回收重量，g	分散回收率，%	实验条件
					a	50	45	90	200℃/16h
b	50	34.84	69.66	150℃/16h
					c	50	5.92	11.85	200℃/16h

②膨胀实验：

分别以岩心回收率实验中所使用的a、b、c三种不同钻井液或清水作为浸泡液，将岩心浸泡在a、b、c三种浸泡液中，用常温常压膨胀仪NP-O1B测量浸泡在溶液中的岩心的膨胀高度，并进行对比。所述岩心是采用一级钠基膨润土在4MPa压力下压制而成，所述a、b两种浸泡液均为钻井液体系老化后压出的滤液。测试结果见表8和图2。

表8岩心在不同浸泡液中的膨胀高度

表8、图2中数据表明，本发明所述的抗高温钻井液高温老化后的滤液对钠基膨润土具有很强的抑制膨胀作用，能有效地阻止地层中的粘土层遇水发生膨胀而导致钻井事故的发生。

3）土粉污染实验

实验配方及实验数据见表9：

由表9中的数据能够得出，本发明所述抗高温钻井液在常温条件下，加入5-10％的钠基膨润土后，其粘度切力基本无变化，失水有所降低。经高温老化（200℃/16h）后，被钠基膨润土污染的钻井液的粘度、切力稍有增大，但整体流变性仍处于较好的状态，没有因为高温作用和高固相发生凝胶现象，API滤失量和高温高压滤失量都有所降低。

根据以上实验结果，本发明所述的抗高温钻井液抗温性能达到200℃以上，具有良好的抗高温性能；能够抗10％钠基膨润土，润滑系数可达0.08以下，具有良好的仿油基性能，能够满足油田现场施工的工程需要。其综合性能与油基钻井液相媲美，并且克服了油基钻井液污染环境、影响油气层显示、成本高的缺点。根据本发明所述钻井液的性能，本发明所述钻井液尤其适用于深井钻进，完全能够替代高温深井中使用的油基钻井液，降低钻井成本，保护环境。

表9抗高温钻井液土相污染实验

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。对于本领域技术人员来说，在上述说明的基础上还能够做出不同形式的变换或替换。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而在本发明的基础上做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种抗高温钻井液，其特征在于，由4％基浆和以每100毫升的4％基浆中加入量计算：增粘剂0.5克、抗高温降滤失剂10克、降粘剂0.5克、堵漏剂2克和润滑剂6克组成，所述4％基浆为每100毫升水中加入4克钠基膨润土，在室温条件下经24小时水化形成的基浆，所述堵漏剂为超细碳酸钙，所述润滑剂由生物抑制润滑剂OCL-HCO与快速钻进剂HCE组成。

2.根据权利要求l所述的抗高温钻井液，其特征在于，所述抗高温降滤失剂为抗高温抗盐降滤失剂OCL-JB、钻井液用抗高温降滤失剂OCL-JA、钻井液用两性离子降滤失剂OCL-JT、磺化褐煤SMC、磺化酚醛树脂SMP-2中的一种或多种。

3.根据权利要求l所述的抗高温钻井液，其特征在于，所述降粘剂为磺化单宁SMT。