CN103555301B - 一种高密度甲酸钾钻井液 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于油气田钻井作业中，钻遇富含强水敏性的粘土矿物和盐类的地层及在高温、深井的高密度甲酸钾钻井液。其技术方案是：制备该钻井液所用原料的组分及含量为，质量单位为克：疏水缔合型聚丙烯胺1‑1.5；甲酸钾700‑800；磺甲基酚醛树脂17‑20；磺化褐煤树脂17‑20；磺甲基褐煤17‑20；石棉3‑5；CaCO310‑13；CaO2‑4；重晶石粉450‑500；亚微米硫酸钡300‑350；自来水250；40%的NaOH溶液；体系密度为2.3g/cm3。先加入自来水，向其中加入疏水缔合型聚丙烯胺搅拌均匀，然后在搅拌下依次加入上述处理剂，调节pH值为9，加入混合加重剂调节密度。本钻井液具有很好的抑制性、较好的流变性、失水造壁性及润滑性，用于深井及强水敏层段的钻井作业。

Description

一种高密度甲酸钾钻井液
技术领域
本发明涉及一种用于油气田钻井作业中，钻遇富含强水敏性的粘土矿物和盐类的地层及在高温、深井的高密度甲酸钾钻井液。
背景技术
随着世界油气资源的消耗剧增，油气的开采从浅层向深层发展，钻井深度的不断增加使得钻遇地层时遇到的复杂情况也日益突出。在钻遇含强水敏粘土矿物地层、盐层、盐膏层、多套压力体系等复杂地层时需使用高密度、强抑制性及抗盐能力强的钻井液体系，无论是对处理剂还是体系性能都提出了极高的要求。
甲酸盐钻井液作为近年来研究开发的环保型钻井液之一，在环境保护、储层保护、抑制性能以及抗高温抗污染方面都有显著的优势。甲酸盐钻井液和常规钻井液相比的显著特点是不用膨润土配浆，这是甲酸盐钻井液能够实现强抑制性的理论基础，也是优于常规水基钻井液的关键所在。从研究和试验结果看，甲酸盐钻/完井液体系达到了深井防塌钻井液的功能，实现了有效保护油气层的目的。甲酸盐体系的油气层保护、防塌和抑制作用机理如下：（1）常规的钻井液体系属搬土体系，加重剂常常属惰性颗粒，水化搬土形成的亚微米级颗粒和加重剂粒子很容易随钻井液的滤液进入地层，堵塞油气运移通道而伤害油气层，低密度的甲酸盐无固相钻/完井液体系用水溶性的甲酸盐加重，配套处理剂几乎全部属水溶性的，整个体系属无膨润土体系，不会产生由体系带来的固相颗粒对油气层的伤害作用；体系中的处理剂（包括甲酸盐在内）抗污染能力极强，不与地层中的离子作用产生沉淀而堵塞地层；在钻进时，钻井液体系中侵入岩屑，由于体系较强的抑制粘土水化分散作用，亚微米级颗粒及固相含量几乎为零，从而保护油气层，这是甲酸盐无固相钻/完井液体系保护油气层的原因之一。（2）室内使用相同岩性的岩屑，研究甲酸盐水溶液与无机盐溶液如氯化钾、氯化钠和水对岩屑表面水化层ξ电位的影响，结果发现不同电解质对岩屑表面ξ电位影响不同，在相同盐摩尔浓度的情况下，ξ电位的大小顺序如下：HCOOK<KCl<NaCl<水。ξ电位的大小，决定了岩屑表面水化膜的厚度，ξ电位越低，水化膜越薄，ξ电位越高，水化膜越厚；水化膜越薄，岩屑越不易水化分散，水化膜越厚，岩屑越易水化分散。与其它盐相比，甲酸盐溶液浸泡的岩屑表面水化层ξ电位最低，表明水化膜最薄，说明甲酸盐水溶液抑制岩屑水化的能力最强，从这一点分析，甲酸盐随钻井液滤液进入地层后，特别是水敏性地层，引起地层水化膨胀的程度非常小，能尽可能的维护地层原有的渗透滤，从而对地层的伤害最小；对侵入体系中的岩屑，由于甲酸盐的存在，岩屑表面水化膜最低，说明甲酸盐离子能大量的侵入岩屑表面的水化层，压缩水化膜的厚度，若使用甲酸钾，还存在钾离子在岩屑晶格中的镶嵌作用，阻止岩屑水化膨胀分散，有利于岩屑的清除。这是甲酸盐体系能有效保护油气层和提供有效防塌抑制性的原因之二。（3）在平衡压力的情况下，研究了甲酸钾对泥页岩膜效率和化学位差诱导反渗透作用的影响。实验结果表明，摩尔浓度相同时，甲酸钾溶液作用下泥页岩膜效率略高于氯化钾溶液的作用情况，即甲酸钾有助于泥岩膜效率的提高，从而更有利于通过降低钻井液滤液活度的方法，使地层水流向井眼内（降低孔隙压力，避免水化作用且提高泥岩强度），促进井壁稳定。这说明甲酸盐体系在近平衡地层压力的情况下，滤液向地层渗透的距离可能非常短，还可能存在反渗透现象，因而有较强的稳定井壁能力，因而对地层的伤害非常小。
发明内容
本发明的目的是：为了使钻井液在其强抑制之下具有较好的流变性，失水造壁性及其润滑性，从而解决钻深井和易水化地层段钻井中的难题，特提出一种高密度甲酸钾钻井液。
为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：一种高密度甲酸钾钻井液，其特征是制备该钻井液所用原料组分及含量为，其质量单位为克：
用重晶石粉和亚微米硫酸钡混合加重剂调解体系的密度为2.3g/cm3。在钻井液中通常把密度在1.6g/cm3～2.3g/cm3的钻井液称之为高密度钻井液。所述碳酸钙CaCO3所用颗粒大小为400目:1250目:2200目=1:3:1，即颗粒直径37.5μm:12μm:6.8μm=1:3:1。
该高密度甲酸钾钻井液的配制方法是：第一步，在高速搅拌杯中加入250克自来水，再在转速为12000r/min搅拌下向水中加入1-1.5克的疏水缔合型聚丙烯胺ZND-2，搅拌20min；第二步，在转速为12000r/min搅拌下加入700-800克甲酸钾，搅拌20min，取下，在转速为500r/min搅拌下加入17-20克磺甲基酚醛树脂SMP-2，搅拌20min；再加入氧化钙CaO2-4克，搅拌5min，加入磺化褐煤树脂SPNH17-20克，在转速为500r/min下搅拌20min；加入磺甲基褐煤SMC17-20克，搅拌20min，再加入碳酸钙CaCO3其颗粒直径为37.5μm:12μm:6.8μm=1:3:110-13克搅拌5min，然后加入石棉SM-13-5克，搅拌30min；用配成质量百分浓度为40%的NaOH溶液调节体系pH为9；第三步，在搅拌下加入重晶石粉450-500克和颗粒直径为0.89μm的亚微米硫酸钡粒300-350克的混合加重剂，调节体系密度为2.3g/cm3，搅拌均匀制得本高密度甲酸钾钻井液。
上述制备方法所用的疏水缔合型聚丙烯胺ZND-2；甲酸钾；磺甲基酚醛树脂SMP-2；磺化褐煤树脂SPNH；磺甲基褐煤SMC；石棉SM-1；碳酸钙CaCO3其颗粒大小为400目：1250目：2200目=1:3:1；氧化钙CaO；重晶石粉；亚微米硫酸钡；NaOH，均为市场上销售产品，购置时严格按行业标准或企业检验，合格者才能使用，具体见表1：
表1一种高密度甲酸钾钻井液基本原料明细表
本发明提供的一种高密度甲酸钾钻井液与现有的同类产品比较，具有以下有益效果：（1）抑制性好；（2）高温下具有更好的流变性；（3）失水造壁性好；（4）有效降低地层污染；（5）泥饼强度高；（6）润滑性好，能够满足对易水化地层及高温深井的的钻井液要求。
具体实施方式：
实施例1：该高密度甲酸钾钻井液的配制方法：
该高密度甲酸钾钻井液的配制方法是：第一步，在高速搅拌杯中加入250克自来水，再在高速搅拌下向其中加入1.2克的疏水缔合型聚丙烯胺ZND-2，搅拌20min；第二步，在高速搅拌下加入750克甲酸钾，搅拌20min，取下，在低速搅拌下加入17.5克磺甲基酚醛树脂SMP-2，搅拌20min。再加入氧化钙CaO2克，搅拌5min，加入磺化褐煤树脂SPNH17.5克，低速搅拌20min。加入磺甲基褐煤SMC17.5克，搅拌20min，再加入碳酸钙CaCO3（400目：1250目：2200目=1:3:1）12克搅拌5min，然后加入石棉SM-14克，搅拌30min。用配成质量百分浓度为40%的NaOH溶液调节体系pH为9。第三步，在搅拌下加入重晶石粉495.4克和亚微米硫酸钡颗粒直径为0.89μm330.2克的混合加重剂，调节体系密度为2.3g/cm3，搅拌均匀制得本高密度甲酸钾钻井液。
实施例2：抑制性评价
高密度甲酸钾钻井液的抑制性主要表现在抑制侵入的钻屑分散和保持井壁稳定方面，通常用岩屑滚动回收率和线性膨胀实验来进行评价
（1）滚动回收率实验
表2滚动回收率实验结果
钻井液配方 实验条件 回收质量（g） 回收率（%）
蒸馏水+50g岩屑 105℃×16h 15.98 32.0
高密度甲酸钾体系+50g岩屑 105℃×16h 49.6 99.2
注：1、岩屑为四川红尘土，钻屑为6～10目，回收率为40目泥页岩的回收率；2、表中结果均为4次实验数据均值
本发明高密度甲酸钾钻井液体系的滚动回收率在99%以上，比同等条件下蒸馏水的滚动回收率高很多，说明在实验条件下具有良好的抑制性，能有效地抑制钻屑的水化分散
（2）线性膨胀性实验
表3线性膨胀性实验结果
从表3中的实验数据可知，2h后，蒸馏水的线性膨胀率是高密度甲酸钾钻井液体系的16.37倍，16h后，蒸馏水的线性膨胀率是高密度甲酸钾钻井液体系的30.53倍，可知，本发明高密度甲酸钾钻井液体系能有效的保持井壁稳定，在一定程度上能防止井壁坍塌等复杂事故的发生。

Claims (2)

1.一种高密度甲酸钾钻井液，其特征是：制备该钻井液所用原料的组分及含量为，其含量的质量单位为克：
氢氧化钠配成质量百分浓度为40％的溶液调节体系pH为9，用重晶石粉和亚微米硫酸钡混合加重剂调节体系的密度为2.3g/cm3。
2.一种如权利要求1所述钻井液的配制方法，其特征是：第一步，在高速搅拌杯中加入250克自来水，再在转速为12000r/min搅拌下向水中加入1-1.5克的疏水缔合型聚丙烯胺ZND-2，搅拌20min；第二步，在转速为12000r/min搅拌下加入700-800克甲酸钾，搅拌20min，取下，在转速为500r/min搅拌下加入17-20克磺甲基酚醛树脂SMP-2，搅拌20min；再加入氧化钙CaO 2-4克，搅拌5min，加入磺化褐煤树脂SPNH 17-20克，在转速为500r/min下搅拌20min；加入磺甲基褐煤SMC 17-20克，搅拌20min，再加入碳酸钙CaCO3其颗粒直径为37.5μm：12μm：6.8μm＝1:3:1 10-13克搅拌5min，然后加入石棉SM-1 3-5克，搅拌30min；用配成质量百分浓度为40％的NaOH溶液调节体系pH为9；第三步，在搅拌下加入重晶石粉450-500克和颗粒直径为0.89μm亚微米硫酸钡300-350克的混合加重剂，调节体系密度为2.3g/cm3，搅拌均匀制得本高密度甲酸钾钻井液。
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