CN103013473B

CN103013473B - 一种碳酸钾聚醚多元醇钻井液的生产方法

Info

Publication number: CN103013473B
Application number: CN201310014644.1A
Authority: CN
Inventors: 宋碧涛; 刘子龙; 谭敏; 薛芸; 曾甘林
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Jiangsu Oilfield Co
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Jiangsu Oilfield Co
Priority date: 2013-01-16
Filing date: 2013-01-16
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2033-01-16
Also published as: CN103013473A

Abstract

一种碳酸钾聚醚多元醇钻井液的生产方法，属于油气井钻井技术领域，先将水与钠膨润土混合，于搅拌后置于常温下养护；再加入钻井液用高分子聚合物包被絮凝剂和钻井液用水解聚丙烯腈盐、封堵剂、有机硅消泡剂，最后加入碳酸钾；以NaOH调节混合体系的pH值至9～10；再以石灰石或重晶石作为加重剂，使以上混合体达到设计所需的密度，最后形成悬浮液形钻井液。本发明工艺简单、合理，方便生产，以本发明方法生产的钻井液在钻遇复杂地层时，能有效抑制泥页岩分散和封堵微裂隙，有效延缓滤液进入地层造成的井壁失稳趋势，维持井壁稳定。本发明钻井液具有在高温下流变性稳定，失水造壁性能好，抑制性强，封堵能力强，润滑性能好的优点。

Description

一种碳酸钾聚醚多元醇钻井液的生产方法

技术领域

本发明属于油气井钻井技术领域，特别涉及一种用于油气井钻井的具有强抑制、强封堵和润滑防塌性能的水基钻井液。

背景技术

近年来，我国石油勘探开发逐渐向深层隐蔽非常规等方面发展。由于深井、超深井井下温度和压力较高，隐蔽油气藏和非常规油气藏地层性质特别，尤其是钻遇复杂地层时，极易发生一些井下复杂情况，如井漏、坍塌、卡钻等，寻找强抑制、强封堵新型钻井液一直是钻井液研究的主要发展方向。国内在化学稳定井壁方面做了大量的工作，研究了甲酸盐钻井液、硅酸盐钻井液、油基钻井液、合成基钻井液、聚合醇钻井液等体系，这些钻井液体系具有抑制性强、井壁稳定等优点。但是这些钻井液体系成本较高，且需要浓度较高的钾钙离子，现场由于缺乏检测钾钙离子浓度的方法而导致钻井液性能不能充分发挥，深井中问题更突出。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有强抑制和强封堵、润滑防塌性能优良的钻井液的生产方法。

本发明包括以下步骤：

1）先将1000重量份的水与40～60重量份的钠膨润土混合，于1000～4000rpm的搅拌速度下搅拌30～60分钟后，然后再于6000～10000rpm的搅拌速度下搅拌30～40分钟，置于常温下养护至少24h小时；

2）在6000～10000rpm的搅拌速度下，向步骤1）形成的混合体中先加入3～6重量份的钻井液用高分子聚合物包被絮凝剂和4～8重量份的钻井液用水解聚丙烯腈盐，然后再加入10～40重量份的封堵剂和1～3重量份的有机硅消泡剂，最后再加入5～30重量份的碳酸钾；

3）以NaOH调节步骤2）形成的混合体系的pH值至9～10；

4）向步骤3）形成的混合体中加入石灰石或重晶石，搅拌均匀，即制得碳酸钾聚醚多元醇钻井液。

本发明以石灰石或重晶石作为加重剂，使以上混合体达到设计所需的密度，最后形成悬浮液形钻井液。本发明工艺简单、合理，方便生产，以本发明方法生产的钻井液在钻遇复杂地层时，能有效抑制泥页岩分散和封堵微裂隙，有效延缓滤液进入地层造成的井壁失稳趋势，维持井壁稳定。与现有同类产品相比较，本发明钻井液具有以下优势：（1）在高温下流变性稳定；（2）失水造壁性能好；（3）抑制性强；（4）封堵能力强；（5）润滑性能好。

本发明钻井液用高分子聚合物包被絮凝剂符合中国石油天然气集团公司企业标准Q/CNPC103-2004《钻井液用高分子聚合物包被絮凝剂技术要求》。

本发明上述钻井液用水解聚丙烯腈盐符合中国石油天然气集团公司企业标准Q/CNPC89-2003《钻井液用水解聚丙烯腈盐技术要求》。

本发明有机硅消泡剂符合中华人民共和国国家标准GB/T26527-2011《有机硅消泡剂》。

本发明所述钻井液用高分子聚合物包被絮凝剂为复合金属离子聚合物MMCA或复合金属离子聚合物PHMA-2。

所述钻井液用水解聚丙烯腈盐为NaHPAN或NH₄HPAN。

所述封堵剂为浊点为55～65℃或浊点为80～90℃的聚醚多元醇。

本发明利用聚醚多元醇的浊点效应，在较低浓度的钾离子配合下，可充分利用聚醚多元醇和钾盐的复合作用，其抑制性和封堵性均大幅度提高，体系综合性能更好。

具体实施方式

一、生产碳酸钾聚醚多元醇钻井液：

1、碳酸钾聚醚多元醇醇钻井液基本原料明细表如下：

品名	代号	级别	指标要求	生产厂家
					钠膨润土			粘土的基础上加入5%的纯碱	新疆迪源
碳酸钾	K₂CO₃	工业级	按工业标准检测	新疆迪源
					复合金属离子聚合物	MMCA	工业级	4%淡水浆表观粘度8-11、塑性粘度3-5、滤失量22-26、加3.0g/1样表观粘度≥15、塑性粘度≥8、滤失量≤15	四川凯尔化工有限公司
复合金属离子聚合物	PHMA-2	工业级	4%淡水浆表观粘度8-10、塑性粘度3-5、滤失量22-26、加3.0g/1样表观粘度≥20、塑性粘度≥8、滤失量≤15	扬州中元燃油添加剂有限公司
					钻井液用水解聚丙烯腈盐	NaHPAN	工业级	淡水浆表观粘度6-10、滤失量25±2.0、加样表观粘度≤8.0、滤失量≤11.0	湖北龙海化工有限公司
钻井液用水解聚丙烯腈盐	NH4HPAN	工业级	淡水浆基浆滤失量25±2.0、表观粘度6.0-8.0、加样滤失量≤14.0、表观粘度≤8.0	湖北龙海化工有限公司
					封堵剂	JMC-60	工业级	乙二醇、丙三醇的共聚物，聚醚多元醇浊点55～65℃	海安石油化工厂
封堵剂	JMC-85	工业级	乙二醇、丙三醇的共聚物，聚醚多元醇浊点80～90℃	海安石油化工厂
					有机硅消泡剂	XPT20	工业级	GB/T26527-2011	南京华兴消泡剂有限公司
烧碱	NaOH	工业级	氢氧化钠≥96.0、碳酸钠≥2.5、氯化钠≤1.4	新疆迪源

2、生产工艺步骤：

（1）先将1000kg水与40～60kg钠膨润土混合，于1000～4000rpm的搅拌速度下搅拌30～60分钟后，然后再于6000～10000rpm的搅拌速度下搅拌30～40分钟，置于常温下养护至少24h小时，形成混合体1。

（2）在6000～10000rpm的搅拌速度下，向混合体1中先加入3～6kg钻井液用高分子聚合物包被絮凝剂和4～8kg钻井液用水解聚丙烯腈盐，然后再加入10～40kg封堵剂和1～3kg消泡剂，最后再加入5～30kg碳酸钾，形成混合体2。

（3）以NaOH调节混合体2的pH值至9～10，形成混合体3。

（4）在混合体3中加入加重剂石灰石或重晶石，达到设计的密度，搅拌均匀，即制得碳酸钾聚醚多元醇钻井液。

按业内常规：通常密度要求为1.3g/cm³以下时，只需加入石灰石；如密度要求为1.3g/cm³以上时，则常加入重晶石。

以上钻井液用高分子聚合物包被絮凝剂可采用复合金属离子聚合物MMCA或复合金属离子聚合物PHMA-2。

钻井液用水解聚丙烯腈盐可采用水解聚丙烯腈钠盐NaHPAN或水解聚丙烯腈铵盐NH4HPAN。

封堵剂可采用浊点为55～65℃的聚醚多元醇JMC-60，或采用浊点为80～90℃的聚醚多元醇JMC-85。

说明：聚醚多元醇JMC-60为由乙二醇和丙三醇形成的高分子嵌段聚合物，其分子量为2400～3200，其中乙二醇和丙三醇的比例为3︰2 。

聚醚多元醇JMC-85为由乙二醇和丙三醇形成的高分子聚合物，其分子量为2800～3600，其中乙二醇和丙三醇的比例为2︰3。

二、本发明钻井液的性能测试：

1、试样准备：

（1）常规钻井液配方：除加重剂（石灰石或重晶石）以外，含有5%钠膨润土、0.2%复合金属离子聚合物PHMA-2、0.5%铵盐和3%植物油，形成的钻井液编号为1#。

（2）以本发明以上工艺分别生产的编号为2#和3#的钻井液。

其中，2#钻井液中，含5%钠膨润土、0.2%复合金属离子聚合物PHMA-2、0.5%钻井液用水解聚丙烯腈盐NH4HPAN、3%聚醚多元醇JMC-60、0.3%有机硅消泡剂XPT20和1.0%K₂CO₃。

3#钻井液中，含5%钠膨润土、0.2%复合金属离子聚合物MMCA、0.5%钻井液用水解聚丙烯腈盐NaHPAN、3%聚醚多元醇JMC-85、0.3%有机硅消泡剂XPT20和1.0%K₂CO₃。

2、碳酸钾聚醚多元醇钻井液配制和常规钻井液的性能测试比较

分别先测试常温状态下1#、2#和3#钻井液的流变性和失水量，再在120℃条件下分别滚动老化16h，取出低速搅拌10分钟，再分别对1#、2#和3#钻井液进行常温流变性和失水量测量，测试结果见表2所示。

表2 聚醚多元醇钻井液流变性能和失水性能评价

从表2可以看出，相对于1#常规钻井液体系，2#和3#钻井液的流变性能较为稳定，体系失水有所降低，说明：聚醚多元醇的浊点效应有助于形成致密泥饼。

3、抑制性评价

采取膨胀率试验和岩屑回收率试验评价了上述1#、2#和3#钻井液的抑制性。膨胀率试验所用岩心为江苏油田苏北盆地永安区块三垛组岩心，过100目筛。回收率试验为永安区块阜宁组岩心，颗粒大小为5目至10目，试验结果如表3所示。

表3 聚醚多元醇钻井液抑制性评价

由表3试验数据可知，2h后，聚醚多元醇钻井液的膨胀率是现有聚合物钻井液的40%～50%，16h膨胀率只有其36%～40%。其回收率提高了12和13个百分点，显示出本发明钻井液优良的抑制粘土水化分散能力，能更好地保持井壁稳定，防止井下垮塌等复杂事故的发生。

4、体系润滑性评价

采用极压润滑仪评价上述1#、2#和3#钻井液的润滑性，钻井液均经过16h 的120℃老化。冷却至室温后对其泥饼摩阻系数采用旋转式泥饼粘滞系数仪测量，极压润滑系数采用EP型极压润滑仪进行测量，试验结果如表4所示。

表4 聚醚多元醇钻井液润滑性评价

钻井液	极压润滑系数	降低率（单位：%）	泥饼摩阻系数	降低率（单位：%）
					1#	0.136	-	0.0970	-
2#	0.089	34.5	0.0612	36.9
					3#	0.093	31.6	0.0612	36.9

从表4可以明显看出，无论是泥饼摩阻系数还是极压润滑性润滑系数，均比聚合物钻井液体系有较大的降低，降幅在30%以上，且其绝对值也较低，可较好地降低钻具摩阻，减少复杂事故的发生。

5、封堵能力评价

由于聚醚多元醇的浊点效应，其封堵性能在其浊点温度之上才能充分发挥，采用测量泥饼的渗透率的方法评价其封堵性。具体实施方法为：取上述所配制的三种钻井液，在常温下用高温高压静滤失仪各压制两份滤饼，均倒掉基浆，然后再加入清水，重新升温至50℃和110℃并测量其滤失量，并用达西公式计算泥饼的渗透率。试验数据如表5所示。

表5 聚醚多元醇钻井液封堵性能评价

从表5可以明显看出，聚醚多元醇钻井液无论在低温还是在高温情况下，其泥饼渗透率均降低，聚醚多元醇均有一定的封堵作用，特别是当温度超过其浊点温度，还可以进一步降低泥饼渗透率。这是由于升高温度后，聚醚多元醇在泥饼孔隙内析出，在泥饼内部进行封堵，致使泥饼的渗透率进一步降低。因此浊点温度之上具有封堵作用的聚醚多元醇能有效降低泥页岩的渗透率，具有稳定井壁的作用。

综上试验表明：本发明形成的钻井液在高温下具有良好的流变性和失水造壁性、抑制性强，封堵能力强，润滑性优良，热稳定性好，能满足复杂情况下安全钻井的要求，可在一定程度上降低地层失稳的趋势。

Claims

1.一种碳酸钾聚醚多元醇钻井液的生产方法，其特征在于包括以下步骤：

2）在6000～10000rpm的搅拌速度下，向步骤1）形成的混合体中先加入3～6重量份的钻井液用高分子聚合物包被絮凝剂和4～8重量份的钻井液用水解聚丙烯腈盐，然后再加入10～40重量份的封堵剂和1～3重量份的有机硅消泡剂，最后再加入5～30重量份的碳酸钾；所述封堵剂为浊点为55～65℃或浊点为80～90℃的聚醚多元醇；

3）以NaOH调节步骤2）形成的混合体系的pH值至9～10；

2.根据权利要求1所述碳酸钾聚醚多元醇钻井液的生产方法，其特征在于所述钻井液用高分子聚合物包被絮凝剂为复合金属离子聚合物MMCA或复合金属离子聚合物PHMA-2。

3.根据权利要求1所述碳酸钾聚醚多元醇钻井液的生产方法，其特征在于所述钻井液用水解聚丙烯腈盐为NaHPAN或NH₄HPAN。