CN103224771B

CN103224771B - 一种抗高温高密度合成基钻井液

Info

Publication number: CN103224771B
Application number: CN201210020644.8A
Authority: CN
Inventors: 王宝田; 沈丽; 邱春阳; 王海锋; 李秀灵; 江智君; 王雪晨; 张海青; 陈二丁; 王伟; 秦涛
Original assignee: SHENGLI PETROLEUM MANAGEMENT BUREAU DRILLING ENGINEERING Co OF CHINA PETROCHEMICAL Corp; China Petroleum and Chemical Corp
Current assignee: Drilling Fluid Technology Service Center Of Sinopec Shengli Petroleum Engineering Co ltd; China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2012-01-30
Filing date: 2012-01-30
Publication date: 2016-09-28
Anticipated expiration: 2032-01-30
Also published as: CN103224771A

Abstract

本发明提供一种抗高温高密度合成基钻井液，它由如下体积份配比的原料构成：基液60～90体积份、重量浓度为20～30%的CaCl₂水溶液10～40体积份、主乳化剂2～4体积份、辅乳化剂1～3体积份、润湿调节剂1～5体积份、增粘剂0.5～1.5体积份、抗温剂1.5～3体积份、降滤失剂1.5～4体积份、有机土2～4.5体积份、碱度调节剂2～3体积份、加重剂0～260重量份。

Description

一种抗高温高密度合成基钻井液

技术领域

本发明涉及一种在油气层勘探开发过程中用于钻井的流体及此流体中各种组分的配比。

背景技术

合成基钻井液是将酯、醚、聚α-烯烃、缩醛、线性α-烯烃、内烯烃、线性烷基苯和线性石蜡等合成材料应用于钻井液而得名。在合成基钻井液中，酯基钻井液用得最早，在国外Statfijord气田曾经用于10口定向井施工，效果好。这类酯基钻井液经环保部门检测后可允许直接排放入海。但酯基钻井液不抗污染、醚基钻井液稳定性差及抗污染能力差，因此发展了α-烯烃钻井液。

α-烯烃钻井液是目前使用最多的合成基钻井液。现场应用结果表明：α-烯烃钻井液能有效地提高机械钻速和井眼清洁能力，降低摩阻和扭矩，钻井液性能稳定，易于就地混合制取，易于维护，钻屑排出量明显比油基和酯基钻井液少。目前世界许多大石油公司均有自己的合成基钻井液。

现有合成基钻井液体系的抗温性差，体系的粘度和切力受温度的影响较大，温度略高则体系的粘度和切力降低明显，特别是动切力和低剪切速率下的粘度难以控制，不利于钻屑的悬浮携带，而且钻井液当量循环密度高容易引起井漏事故。另外现有的合成基钻井液密度低，而现在世界勘探开发的趋势正向深井和超深井发展，深井和超深井的地层压力系数高，地层温度高，这已经限制了现有合成基钻井液的应用范围。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术的不足，提供一种高密度下流变性好，悬浮携带能力强，热稳定性高，钻井液体系润滑性好的抗高温高密度合成基钻井液。

本发明的目的可通过如下技术方案来实现：

它由如下配比的原料构成：

基液 60～90体积份 CaCl₂水溶液 10～40体积份

主乳化剂 2～4体积份辅乳化剂 1～3体积份

润湿调节剂 1～5 体积份增粘剂 0.5～1.5体积份

抗温剂 1.5～3体积份降滤失剂 1.5～4体积份

有机土 2～4.5体积份碱度调节剂 2～3体积份

加重剂 0～260重量份。

本发明的目的还可通过如下技术方案来实现：

基液是液化石油气经预处理后高压加氢的分馏工业品，是合成基钻井液的分散介质。水相为浓度为20%至30%的 CaCl₂水溶液，用来保持体系活度平衡。主乳化剂为聚氧乙烯醚类产品的混合物，用来稳定体系；辅乳化剂为季胺盐类产品和脂肪酰胺聚乙烯醚类产品的混合物，用来稳定体系；润湿调节剂为有机酸酰胺类产品和乙内酰胺类产品的混合物，用来润湿亲水性固相；增粘剂为丁苯橡胶和聚苯乙烯的合成产物，用于提高钻井液的粘度和切力，同时降低钻井液的滤失量；抗温剂为丙三醇类产品的混合物，用来提高钻井液体系的抗温性；降滤失剂为改性沥青类物质，用来降低合成基钻井液的滤失量；有机土是由蒙脱石类粘土矿物经过长碳链烷基季胺盐改性而得，用来提高粘度和切力，并起到一定的降滤失作用；碱度调节剂为氧化钙（CaO），即生石灰，用来调节体系的pH值以满足体系性能要求；加重剂是重晶石粉，用来加重钻井液，以平衡地层压力，加重剂的加入量视密度要求确定，可不加入，也可以加入，如果需要加入，按照上述技术方案的配比的原料，加重剂的加入量控制不超过260重量份，通常为55-260重量份。

本说明书所述的体积份以毫升计，相应的重量份以克计，或者体积份以升计，相应的重量份以公斤计。

1、本发明的合成基钻井液各试验样品性能的评价

将4个不同配比生产的合成基钻井液分别在200℃下老化16h，然后测定热滚后50℃下的流变性、API滤失量和180℃×3.5MPa下的高温高压滤失量以及电稳定性，结果见表1。

表1 合成基钻井液性能

由表1可知，高密度下，钻井液体系流变性好，利于钻屑的悬浮携带。钻井液滤失量低，其API滤失量<4mL，高温高压滤失量<10mL，电稳定性好，加重体系的破乳电压>1000V。体系的抗温性好，200℃下老化16h后，体系的流变性、API滤失量和高温高压滤失量都很稳定。高密度下，本发明的合成基钻井液体系润滑系数低，降低了压差卡钻风险。

2、各样品润滑性能评价

对合成基钻井液的润滑性能进行了研究，利用极压润滑仪和泥饼粘附系数仪测定了相同密度不同钻井液体系的润滑性能。结果见表2。

表2 各种钻井液体系润滑性能

钻井液体系	极压润滑系数	泥饼粘附系数
			合成基钻井液	0.05-0.06	粘不上
油基钻井液	0.07-0.09	粘不上
			聚合醇钻井液	0.15-0.18	0.057
盐水钻井液	0.26-0.29	0.15
			聚合物正电胶钻井液	0.17-0.19	0.11

试验结果说明，与其他钻井液体系相比，合成基钻井液具有更好的润滑性能。

本发明具有如下优点：

（1）高密度下流变性好，悬浮携带能力强；

（2）热稳定性好，抗温200℃以上；

（3）具有良好的滤失造壁性，API滤失量小于4mL，高温高压滤失量小于10mL；

（4）储层保护效果好，抑制性强，页岩回收率大于等于97%；

（5）高密度下钻井液体系的润滑性好。

本发明合成基钻井液的目的在于克服现有合成基钻井液的局限性。本发明的合成基钻井液是保护油气层的钻井液体系，能够完全解决环境特别敏感地区、受污染的强水敏油层水基钻井液不能满足安全施工的钻井问题；由于体系中加入了抗温剂，热稳定性强，钻井液抗温能力达到200℃以上，可以通过不同的处理剂配比达到不同的性能要求，克服了现有合成基钻井液高温下低悬浮携带性的局限性，解决了深井和超深井钻探过程中携带岩屑的难题，能够用于深井和超深井的勘探开发中；本发明合成基钻井液体系润滑性好，能够解决高密度条件下钻井液体系润滑性差的难题，在大位移井及超深水平井的施工中，能够降低压差卡钻风险。

具体实施方式

实施例1：

取用季胺盐类产品和脂肪酰胺聚乙烯醚类产品配置密度为0.85 g/cm³的合成基钻井液60升于搅拌容器中，将搅拌容器放到50℃水浴锅中，然后依次向搅拌容器中加入聚氧乙烯醚类产品的混合物4升、用季胺盐类产品和脂肪酰胺聚乙烯醚类产品混合而成的辅乳化剂1升、由蒙脱石类粘土矿物经过长碳链烷基季胺盐改性而得的有机土4.5升，搅拌10分钟，使之充分溶解；再依次加入用丙三醇类产品的混合物1.5升，搅拌2分钟，加入用有机酸酰胺类产品和乙内酰胺类产品混合而成的润湿调节剂5升，搅拌2分钟，加入用丁苯橡胶和聚苯乙烯的合成产物0.5升，搅拌10分钟，使之充分溶解；加入改性沥青类物质4升，搅拌5分钟，使之充分溶解；最后加入重量浓度为20～30%的CaCl₂水溶液10升、氧化钙3升，搅拌20分钟，使之充分溶解，得产品。

实施例2：

取用季胺盐类产品和脂肪酰胺聚乙烯醚类产品配置密度为1.2 g/cm³的合成基钻井液90升于搅拌容器中，将搅拌容器放到50℃水浴锅中，然后依次向搅拌容器中加入聚氧乙烯醚类产品的混合物2升、用季胺盐类产品和脂肪酰胺聚乙烯醚类产品混合而成的辅乳化剂3升、由蒙脱石类粘土矿物经过长碳链烷基季胺盐改性而得的有机土2升，搅拌10分钟，使之充分溶解；再依次加入用丙三醇类产品的混合物3升，搅拌2分钟，加入用有机酸酰胺类产品和乙内酰胺类产品混合而成的润湿调节剂1升，搅拌2分钟，加入用丁苯橡胶和聚苯乙烯的合成产物1.5升，搅拌10分钟，使之充分溶解；加入改性沥青类物质1.5升，搅拌5分钟，使之充分溶解；最后加入CaCl₂水溶液40升、氧化钙2升，搅拌20分钟，使之充分溶解，加入重晶石粉71kg，搅拌30分钟，使之充分溶解，得产品。

实施例3：

取用季胺盐类产品和脂肪酰胺聚乙烯醚类产品配置密度为1.2 g/cm³的合成基钻井液70升于搅拌容器中，将搅拌容器放到50℃水浴锅中，然后依次向搅拌容器中加入聚氧乙烯醚类产品的混合物3升、用季胺盐类产品和脂肪酰胺聚乙烯醚类产品混合而成的辅乳化剂2升、由蒙脱石类粘土矿物经过长碳链烷基季胺盐改性而得的有机土3升，搅拌10分钟，使之充分溶解；再依次加入用丙三醇类产品的混合物2升，搅拌2分钟，加入用有机酸酰胺类产品和乙内酰胺类产品混合而成的润湿调节剂3升，搅拌2分钟，加入用丁苯橡胶和聚苯乙烯的合成产物1升，搅拌10分钟，使之充分溶解；加入改性沥青类物质3升，搅拌5分钟，使之充分溶解；最后加入CaCl₂水溶液25升、氧化钙2.5升，搅拌20分钟，使之充分溶解，加入重晶石粉55kg，搅拌30分钟，使之充分溶解，得产品。

实施例4：

取用季胺盐类产品和脂肪酰胺聚乙烯醚类产品配置密度为2.0 g/cm³的合成基钻井液80升于搅拌容器中，将搅拌容器放到50℃水浴锅中，然后依次向搅拌容器中加入聚氧乙烯醚类产品的混合物3.6升、用季胺盐类产品和脂肪酰胺聚乙烯醚类产品混合而成的辅乳化剂1.6升、由蒙脱石类粘土矿物经过长碳链烷基季胺盐改性而得的有机土4升，搅拌10分钟，使之充分溶解；再依次加入用丙三醇类产品的混合物2.5升，搅拌2分钟，加入用有机酸酰胺类产品和乙内酰胺类产品混合而成的润湿调节剂2.5升，搅拌2分钟，加入用丁苯橡胶和聚苯乙烯的合成产物1升，搅拌10分钟，使之充分溶解；加入改性沥青类物质3.7升，搅拌5分钟，使之充分溶解；最后加入CaCl₂水溶液20升、氧化钙2.7升，搅拌20分钟，使之充分溶解，加入重晶石粉260kg，搅拌30分钟，使之充分溶解，得产品。

实施例5:

配置密度为1.2 g/cm³的合成基钻井液：用量筒量取基液400mL倒入高搅杯中，把搅拌杯放50℃水浴锅中，依次向高搅杯中加入主乳化剂13mL，辅乳化剂8mL，加入有机土18g，搅拌10分钟，使之充分溶解，加入抗温剂9mL，搅拌2分钟，加入润湿调节剂6mL，搅拌2分钟，加入增粘剂2.5g，搅拌10分钟，使之充分溶解，加入降滤失剂8g，搅拌5分钟，使之充分溶解，加入CaCl2水溶液265mL，加入氧化钙9g，搅拌20分钟，使之充分溶解，加入重晶石粉290g，搅拌30分钟，使之充分溶解。

实施例6:

配置密度为1.5 g/cm³的合成基钻井液：用量筒量取基液400mL倒入高搅杯中，把搅拌杯放到50℃水浴锅中，依次向高搅杯中加入主乳化剂10mL，辅乳化剂5mL，加入有机土12g，搅拌10分钟，使之充分溶解，加入抗温剂8mL，搅拌2分钟，加入润湿调节剂14mL，搅拌2分钟，加入增粘剂4g，搅拌10分钟，使之充分溶解，加入降滤失剂14g，搅拌5分钟，使之充分溶解，加入CaCl2水溶液130mL，加入氧化钙11g，搅拌20分钟，使之充分溶解，加入重晶石粉640g，搅拌30分钟，使之充分溶解。

实施例7:

配置密度为2.0 g/cm³的合成基钻井液：用量筒量取基液400mL倒入高搅杯中，把搅拌杯放到50℃水浴锅中，依次向高搅杯中加入主乳化剂16mL，辅乳化剂4mL，加入有机土8g，搅拌10分钟，使之充分溶解，加入抗温剂12mL，搅拌2分钟，加入润湿调节剂20mL，搅拌2分钟，加入增粘剂6g，搅拌10分钟，使之充分溶解，加入降滤失剂16g，搅拌5分钟，使之充分溶解，加入CaCl2水溶液45mL，加入氧化钙12g，搅拌20分钟，使之充分溶解，加入重晶石粉1300g，搅拌30分钟，使之充分溶解。

以上所述，仅为本发明其中的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围：即凡根据本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆为本发明权利要求的范围所涵盖。

Claims

1.一种抗高温高密度合成基钻井液，其特征在于它由如下配比的原料构成：

基液 60～90体积份 CaCl₂水溶液 10～40体积份

主乳化剂 2～4体积份辅乳化剂 1～3体积份

润湿调节剂 1～5 体积份增粘剂 0.5～1.5体积份

抗温剂 1.5～3体积份降滤失剂 1.5～4体积份

有机土 2～4.5体积份碱度调节剂 2～3体积份

加重剂 0～260重量份；

所述的基液为是液化石油气经预处理后高压加氢的分馏工业品，是合成基钻井液的分散介质；所述的主乳化剂为聚氧乙烯醚类产品的混合物；所述的辅乳化剂为季胺盐类产品和脂肪酰胺聚乙烯醚类产品的混合物；所述的润湿调节剂为有机酸酰胺类产品和乙内酰胺类产品的混合物；所述的增粘剂为丁苯橡胶和聚苯乙烯的合成产物；所述的抗温剂为丙三醇类产品的混合物；所述的降滤失剂为改性沥青类物质。

2.根据权利要求1所述的一种抗高温高密度合成基钻井液，其特征在于所述的碱度调节剂为氧化钙。

3.根据权利要求1所述的一种抗高温高密度合成基钻井液，其特征在于所述的加重剂是55～260重量份的重晶石粉。