CN103087692A

CN103087692A - 一种耐高温钻井液及其配制方法和应用

Info

Publication number: CN103087692A
Application number: CN2013100007148A
Authority: CN
Inventors: 陶士先; 单文军; 付帆; 熊正强; 李晓东; 纪卫军; 李艳宁
Original assignee: Beijing Institute of Exploration Engineering
Current assignee: Beijing Institute of Exploration Engineering
Priority date: 2013-01-04
Filing date: 2013-01-04
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2033-01-04
Also published as: CN103087692B

Abstract

本发明公开了一种耐高温钻井液及其配制方法和应用。该耐高温钻井液包括如下重量份数的组份：水100份，钠基膨润土2~6份，海泡石1~3份，高温降失水剂2~16份，高温稀释剂1~2份和高温稳定剂0.5~2份。配制方法是先将钠基膨润土和海泡石加入到水中，充分搅拌均匀，再加入其他组分，搅拌均匀即可。本发明的耐高温钻井液在超高温高压条件下具有良好的造壁性，抑制和悬浮能力强，有利于维护孔壁稳定和携带岩屑。该耐高温钻井液适用于深井超深井钻探，也适用于深部油气勘探、高温地热井钻探及未来可能实施的干热岩钻探。

Description

一种耐高温钻井液及其配制方法和应用

技术领域

本发明涉及深井超深井科学钻探、深部石油天然气钻探、高温地热及未来干热岩钻探用耐高温钻井液及其配制方法和应用。

背景技术

我国将要实施的深部大陆科学钻探设计井深将超过万米，井底温度可能高达300℃以上，井内泥浆将长期处于高温高压环境，如此恶劣的环境，对钻井液性能造成极其严重地破坏。此外，随着井深增加，所钻遇的地层也将越来越复杂，随时可能遇到压力异常、松散破碎等复杂地层，这些问题在一般钻探施工中处理起来尚有困难，在深井超深井、超高温高压条件下问题将更加复杂。高温高压、高密度条件下，如何保持钻井液良好的流变性能、造壁性能及润滑性能，是深井超深井钻探钻井液面临的关键技术问题。目前大部分抗高温钻井液现场使用温度都在200℃以内，难以满足深井超深井钻探的需要。

发明内容

为了解决现有钻井液无法满足200℃以上高温环境的技术问题，本发明提供了一种适用于260℃高温环境的耐高温钻井液。

本发明提供的耐高温钻井液，包括如下重量份数的组份：

水 100份；

钠基膨润土 2~6份；

海泡石 1~3份；

高温降失水剂 2~16份；

高温稀释剂 1~2份；

高温稳定剂 0.5~2份。

钠基膨润土是以蒙脱石为主的含水粘土矿，蒙脱石层间可交换阳离子为Na⁺，碱性系数大于等于1。钠基膨润土包括天然钠基膨润土和人工钠化膨润土，均适用于本发明。可以选用任何市售常用钠基膨润土。如：山东潍坊潍坊玖和钠土有限公司供应的钠基膨润土、赤峰盛川膨润土有限责任公司供应的钠基膨润土、北京探矿工程研究所的人工钠土。其中，本发明中优选使用赤峰盛川膨润土有限责任公司生产的钠基膨润土。

海泡石为纤维状多孔镁质硅酸盐矿物，其化学通式为Mg₈Si₁₂O₃₀(OH)₄(OH₂)₄·8H₂O，晶体具有链状和层状过渡型结构特征，特点是在2层硅氧四面体片中间夹1层镁氧八面体。本发明可以使用任何市售常用的海泡石，例如：河北宏利海泡石绒有限公司供应的海泡石、河南省内乡县兴源海泡石开发有限公司供应的海泡石、湖南天捷海泡石有限公司供应的海泡石等。其中，本发明中优选使用河北宏利海泡石绒有限公司生产的海泡石。

高温降失水剂，也称高温降滤失剂，用于降低高温高压条件下钻井液的滤失量，选择同时兼具调节流型功能的更佳。

高温稀释剂主要用于调节泥浆的流变性能。

高温稳定剂主要用于抑制（或防止）高温下泥浆处理剂的降解和分解。

以上各组份，均可以使用任何市售的本领域常用产品。

优选地，上述耐高温钻井液，其特征在于，包括如下重量份数的组份：

水 100份；

钠基膨润土 3~4份；

海泡石 1~2份；

高温降失水剂 13~14份；

高温稀释剂 1~2份；

高温稳定剂 1~2份。

优选地，所述高温降失水剂包括褐煤树脂、钻井液用抗高温降滤失剂OCL-JA、钻井液用防塌稀释降滤失剂SN树脂、羧甲基纤维素钠盐、新密降失水剂、雪佛龙菲利普斯超高温200度1号、钻井液用SPF抗高温防塌降滤失剂（简称SPF）、抗高温降滤失剂KJAN、磺甲基酚醛树脂（又称磺化酚醛树脂，SMP）、高温降滤失剂FKJ-1（简称FKJ-1）和高温聚合降失水剂DDP（简称DDP）中的至少三种。

优选地，所述高温降失水剂包括褐煤树脂、钻井液用抗高温降滤失剂OCL-JA、钻井液用防塌稀释降滤失剂SN树脂、羧甲基纤维素钠盐、新密降失水剂、雪佛龙菲利普斯超高温200度1号、钻井液用SPF抗高温防塌降滤失剂和抗高温降滤失剂KJAN中的至少两种；以及包括磺甲基酚醛树脂、降滤失剂FKJ-1和高温聚合降失水剂DDP中的至少一种。

后面三种高温降失水剂（SMP、FKJ-1和DDP）不但具备降滤失作用，还兼具调节流型的作用，将其中一种与其他高温降失水剂混配能够达到更好的效果。

高温降失水剂中，褐煤树脂（简称SPNH）为磺化酚醛树脂和磺化褐煤组成的耐温抗盐的钻井液降滤失剂，可以选用石家庄华莱化工有限公司、郑州市东方助剂有限公司、河北永达化工有限公司、重庆大方合成化工有限公司等公司生产的产品。钻井液用抗高温降滤失剂OCL-JA（简称OCL-JA）是一种抗高温降滤失剂，由AMPS、丙烯酸、丙烯酰胺接枝共聚物和磺化腐植酸衍生物复配而成，可以选用北京奥凯利科技发展有限公司生产的产品。钻井液用防塌稀释降滤失剂SN树脂（简称SN树脂）是由改性腐植酸与有机小分子接枝而得，具有良好的抗温和降滤失性能，可以选用任丘市振兴化工厂生产的产品。钻井液用SPF抗高温防塌降滤失剂可以选用牡丹江华新化工助剂有限责任公司生产的产品。新密降失水剂为新密超前化工有限公司产品。雪佛龙菲利普斯超高温200度1号是雪佛龙菲利普斯化学有限公司钻井特殊化学品分公司产品。钻井液用SPF抗高温防塌降滤失剂是牡丹江华新化工助剂有限责任公司产品。抗高温降滤失剂KJAN是石家庄华莱鼎盛科技有限公司产品。磺甲基酚醛树脂可以选用任丘市高科化工物资有限公司、重庆大方合成化工有限公司、胜利油田正旭石油科技有限公司、新密超前化工有限公司、任丘市佳孚化工有限公司等单位生产的产品。降滤失剂FKJ-1可选自郑州市东方助剂有限公司生产的高效抗温降滤失剂FKJ-1。高温聚合降失水剂DDP可选自雪佛龙菲利普斯化学有限公司钻井特殊化学品分公司生产的DDP。

更优选地，高温降失水剂使用褐煤树脂、钻井液用抗高温降滤失剂OCL-JA和高温聚合降失水剂DDP。

优选地，所述高温稀释剂为磺甲基单宁（俗名磺化单宁，代号SMT）、磺化栲胶（即钻井液用磺化栲胶，代号SMK）和HPT-2中的至少一种。本发明更优选HPT-2。

其中，SMT可选用河南省铭泰化工有限公司、四川成都川锋化学工程有限责任公司、河南省铭泰化工有限公司等公司生产的产品。HPT-2可以选用北京探矿工程研究所生产的HPT-2。

优选地，所述高温稳定剂为高温保护剂GBH、亚硫酸钠和重铬酸钠中的至少一种。其中，高温保护剂GBH是一种磺化多元共聚物，由中国石油勘探开发研究院合成。

本发明还提供了上述耐高温钻井液的配制方法，配制步骤为：首先将钠基膨润土、海泡石加入到水中，充分搅拌均匀，再依次加入高温降失水剂、高温稀释剂和高温稳定剂，将上述混合物搅拌均匀，得到耐高温钻井液。

本发明中所述的各组分符合中华人民共和国石油天然气行业标准，见表1。

表1

名称	标准号
		褐煤树脂	SY/T 5673-93
磺甲基酚醛树脂	SY/T 5094-95；SY/T 5094-2008
		磺化单宁	Q/SY TZ0090-2002
磺化栲胶	SY/T5091-93

本发明还提供了上述耐高温钻井液的应用，具体可用于深井超深井（井深超过6 000～8 000米）钻探、深部油气勘探（埋深在3500米以下或4000米以下的油气资源勘探）、高温地热井钻探（温度高于150℃，井深3500米左右的地热井钻探）和/或干热岩钻探（一般温度大于200℃，埋深数千米，内部不存在流体或仅有少量地下流体的高温岩体的钻探）。

本发明有益效果是：该钻井液在超高温高压条件下，具有良好的造壁性，抑制和悬浮能力强，有利于维护孔壁稳定和携带岩屑。该配方适用于深井超深井钻探，也适用深部油气勘探、高温地热井钻探及未来可能实施的干热岩钻探。将为我国深部大陆科学钻探的实施提供钻井液方面的技术支持，同时也可以用于深部油气钻探、高温地热井钻探及未来可能实施的干热岩钻探。

附图说明

图1是230℃抗高温钻井液配方低密度热滚后流变曲线图。

图2是230℃抗高温钻井液配方高密度热滚后流变曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例1

钠基膨润土，可选用任何市售常用的钠基膨润土，如：山东潍坊潍坊玖和钠土有限公司供应的钠基膨润土、赤峰盛川膨润土有限责任公司供应的钠基膨润土、北京探矿工程研究所的人工钠土。本发明中优选使用赤峰盛川膨润土有限责任公司生产的钠基膨润土。

海泡石，可选用任何市售常用的海泡石，如：河北宏利海泡石绒有限公司供应的海泡石、河南省内乡县兴源海泡石开发有限公司供应的海泡石、湖南天捷海泡石有限公司供应的海泡石等。本发明中优选使用河北宏利海泡石绒有限公司生产的海泡石。

高温降失水剂，用于降低高温高压条件下钻井液的滤失量。可选用任何市售常用的高温降失水剂，如北京奥凯利科技发展有限公司生产的OCL-JA；石家庄华莱化工有限公司、郑州市东方助剂有限公司、河北永达化工有限公司、重庆大方合成化工有限公司等公司生产的SPNH；任丘市振兴化工厂生产的SN树脂；牡丹江华新化工助剂有限责任公司生产的SPF；本发明中优选使用SPNH、OCL-JA。

另外，具有改善流型的高温降失水剂，用于提高高温高压条件下钻井液的悬浮能力，并降低钻井液的滤失量，可选用DDP；任丘市高科化工物资有限公司、重庆大方合成化工有限公司、胜利油田正旭石油科技有限公司、新密超前化工有限公司、任丘市佳孚化工有限公司等单位生产的SMP；雪佛龙菲利普斯超高温200度1号；郑州市东方助剂有限公司生产的FKJ-1；本发明中优选使用DDP、SMP和FKJ-1。

高温稀释剂主要用于调节泥浆的流变性能，可选用河南省铭泰化工有限公司、四川成都川锋化学工程有限责任公司、河南省铭泰化工有限公司等公司生产的SMT；北京探矿工程研究所的HPT-2。本发明中优选使用HPT-2。

高温钻井液配制方法：按重量份取钠基膨润土2~6份、海泡石1~2份加入到100份水中搅拌形成基浆，再依次加入高温降失水剂2~16份、高温稀释剂 1~2份、高温稳定剂 0.5~2份，充分搅拌均匀即可。

具体配方及钻井液检测结果见表2和表3。

表2 高温钻井液性能

Figure 2013100007148100002DEST_PATH_IMAGE001

表3 高温钻井液性能

备注：目前国内高温高压滤失量评价温度为180℃，230℃已达到国内评价最高温度。表3中SMP-1为重庆大方合成化工有限公司产品。

由上表可以看出，本发明钻井液经230℃高温热滚后，API滤失量及高温高压滤失量低，抑制性强。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims

1.一种耐高温钻井液，其特征在于，包括如下重量份数的组份：

水 100份；

钠基膨润土 2~6份；

海泡石 1~3份；

高温降失水剂 2~16份；

高温稀释剂 1~2份；

高温稳定剂 0.5~2份。

2.根据权利要求1所述的耐高温钻井液，其特征在于，包括如下重量份数的组份：

水 100份；

钠基膨润土 3~4份；

海泡石 1~2份；

高温降失水剂 13~14份；

高温稀释剂 1~2份；

高温稳定剂 1~2份。

3.根据权利要求1或2所述的耐高温钻井液，其特征在于，所述高温降失水剂包括褐煤树脂、钻井液用抗高温降滤失剂OCL-JA、钻井液用防塌稀释降滤失剂SN树脂、羧甲基纤维素钠盐、新密降失水剂、雪佛龙菲利普斯超高温200度1号、钻井液用SPF抗高温防塌降滤失剂、抗高温降滤失剂KJAN、磺甲基酚醛树脂、降滤失剂FKJ-1和高温聚合降失水剂DDP中的至少三种。

4.根据权利要求3所述的耐高温钻井液，其特征在于，所述高温降失水剂包括褐煤树脂、钻井液用抗高温降滤失剂OCL-JA、钻井液用防塌稀释降滤失剂SN树脂、羧甲基纤维素钠盐、新密降失水剂、雪佛龙菲利普斯超高温200度1号、钻井液用SPF抗高温防塌降滤失剂和抗高温降滤失剂KJAN中的至少两种；

以及包括磺甲基酚醛树脂、降滤失剂FKJ-1和高温聚合降失水剂DDP中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的耐高温钻井液，其特征在于，所述高温降失水剂为褐煤树脂、钻井液用抗高温降滤失剂OCL-JA和高温聚合降失水剂DDP。

6.根据权利要求1或2所述的耐高温钻井液，其特征在于，所述高温稀释剂为磺甲基单宁、磺化栲胶和HPT-2中的至少一种。

7.根据权利要求6所述的耐高温钻井液，其特征在于，所述高温稀释剂为HPT-2。

8.根据权利要求1或2所述的耐高温钻井液，其特征在于，所述高温稳定剂为高温保护剂GBH、亚硫酸钠和重铬酸钠中的至少一种。

9.权利要求1~8任一所述的耐高温钻井液的配制方法，其特征在于，配制步骤为：首先将钠基膨润土、海泡石加入到水中，充分搅拌均匀，再依次加入高温降失水剂、高温稀释剂和高温稳定剂，将混合物搅拌均匀，得到耐高温钻井液。

10.权利要求1~8任一所述的耐高温钻井液在深井超深井钻探、深部油气勘探、高温地热井钻探和/或干热岩钻探中的应用。