CN103666407B - 钻井液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种钻井液及其制备方法。所述钻井液以聚合物中空微珠为减轻剂，所用减轻剂为轻质化材料高分子中空微珠，是一种空心核壳结构，外壳为高分子树脂材料，内核为气体，微球的密度在0.2~0.7g/cm3之间，在水基、含油乳化钻井液中加入0.5~20%的聚合物中空微珠即可配制低密度钻井液，所配制的低密度钻井液密度范围为0.6~1.0g/cm3。由于高分子材料具有一定的弹性和可变形性，动态研磨条件下破碎率低，因此体系可保持密度相对稳定。

Description

钻井液及其制备方法
技术领域
本发明属于涉及钻井液及其制备方法，具体涉及一种含有聚合物中空微珠作为减轻剂的水基、油基钻井液及其制备方法。
背景技术
在低压油气层和枯竭油气层钻井或欠平衡钻井时，需要使用低密度钻井液技术。目前密度低于1.0g/cm3的钻井液技术主要有乳化、气体、充气、泡沫、加入减轻剂等。
通过混油所形成的水包油或油包水钻井液的密度最低能降到0.85g/cm3，即使全油基钻井液密度最低降至0.83g/cm3，但是混油钻井液对环境污染严重，成本也较高，并且对地质录井资料产生影响；而密度低于0.83g/cm3的钻井液大都含有氮气、空气或天然气，使用时也存在井底压力难以达到要求、地面设备租用和运行成本较高、常规MWD应用困难、钻具腐蚀严重、水力计算困难等难题；使用减轻剂是配制低密度钻井液最简单的方法，早在20世纪60年代初，前苏联就曾尝试在钻井液中使用空心玻璃微珠作为密度减轻剂来防漏。20世纪90年代以后，美国能源部及国外某些石油公司开始使用空心玻璃微珠和其它密度减轻材料配制低密度钻井液和低密度水泥浆，并进行了现场应用。近年来，玻璃微珠低密度水基或油基钻井液已经成功地在美国、俄罗斯多口低压油气井以及欠平衡井钻井中推广应用。玻璃微珠为薄壁白色空心球体，成分为碱石灰、硼硅酸盐玻璃。它具有密度低、性质稳定、与大多数的树脂类物质兼容等特征，在低密度钻井液和欠平衡钻井方面发挥着重要作用。但是从现有资料来看，玻璃微珠在低密度钻井液技术中应用效果并不好，因为钻井液动态循环过程中玻璃微珠一方面要经受钻头水眼的高速剪切，一方面与钻具、井壁之间不停摩擦、碰撞，由于玻璃微珠外壳为脆性不可变形，很容易发生破碎。同时玻璃微珠的壳体密度大于水，破碎后的玻璃微珠反而加重钻井液密度。因此由于玻璃微珠的“先天不足”，在应用中就出现钻井液密度难以控制、玻璃微珠消耗率大、成本高等问题。
20世纪70年代以来，国内外开展了聚合物中空微珠的研究，聚合物主要为高分子材料，聚合物中空微珠与玻璃微珠相似，不过其外壳部分为聚合物，中空部分为气体、烃或其他可挥发的小分子物质。聚合物中空微珠与玻璃中空微珠不同，它具有以下四个特点：（1）壳层结构、厚度、物理化学性质等可根据抗温抗压需要优选单体合成；（2）高分子聚合物弹性好，耐磨性、可变形性都高于无机物，经研磨、高速剪切后破碎率小；（3）聚合物密度一般等于1.0g/cm3或低于1.0g/cm3，这样即使聚合物中空微珠发生破碎也不会增加钻井液密度；（4）粒径、中空度可以通过合成工艺控制。由于聚合物中空微珠的特殊性质，尤其是它具有一定的弹性和韧性，并且本体密度低，更适合应用于动态循环的钻井液中。
目前，聚合物中空微珠主要有聚丙烯酸酯-苯乙烯微珠、酚醛树脂微珠、聚吡咯中空微珠及无机-有机复合球等。主要应用在在涂料、造纸、塑料颜料、化妆品等行业。在钻井液方面还没有应用的报道。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用聚合物中空微珠减轻剂制备的钻井液。其能降低钻井液密度，形成聚合物中空微珠低密度钻井液体系，在动态循环过程中能够维持钻井液密度相对稳定，可用于低压低渗或易漏地层，实现欠平衡钻井，起到油气层保护、降低漏失严重程度、提高机械钻速的作用。
本发明提供了一种钻井液，按质量份计，包括：
聚合物中空微珠 10-60质量份
水性基液或油性基液 85-115质量份。
所述的钻井液密度范围为 0.6~1.0g/cm3。
所述聚合物中空微珠是作为减轻剂使用的。
所述聚合物中空微珠壳层结构为有机高分子聚合物或有机高分子聚合物材料含量超过50%的有机/无机复合中空材料。其可以降低水基或含油乳化钻井液的密度。
所述聚合物中空微珠的内部充有气体，优选空气、氮气、二氧化碳。由于内部充有气体，聚合物中空微球的整体密度低。
所述的聚合物中空微珠的密度为0.2~0.7g/cm3。
所述水性基液中优选包含水、防塌剂、钠膨润土浆、羧甲基纤维素钠盐和铵盐。
所述油性基液中优选包含钻井用白油、石灰和氯化钙。
本发明还提供了一种上述钻井液的制备方法，包括：
a)在按上述质量份将水性或油性基液进行充分搅拌；
b)将聚合物中空微球按质量份加入步骤a)得到的混合液中进行搅拌得到钻井液。
所述步骤a)中所述的搅拌为在6000~12000转下进行的。
所述步骤b)中所述的搅拌为在6000~12000转下进行的。
具体来说，在配置好的水基、含油乳化钻井液中，根据降低密度的需要，按下式计算所需聚合物中空微珠的质量，量取聚合物中空微珠后，在搅拌状态下加入聚合物中空微珠，在6000~12000转下高速搅拌5~20分钟，搅拌均匀后制成含有聚合物中空微珠的低密度钻井液。
m = ρ 2 ( ρ 1 - ρ 3 ) ρ 3 - ρ 2 × V 1
式中：
ρ1-降低前的钻井液密度，g/cm3；
ρ2-聚合物中空微珠的密度，g/cm3；
ρ3-降低后的钻井液密度，g/cm3；
V1-降低前的钻井液体积，ml；
m-聚合物中空微珠的质量，g。
本发明的有益效果为：
（1）聚合物中空微珠密度较低、用较少用量即可配制出低密度钻井液；
（2）聚合物中空微珠与常用钻井液处理剂配伍性好，配制方法简单，无需额外设备，易于钻井液性维护调整，便于现场施工；
（3）聚合物中空微珠是壳层为高分子聚合物材料，具有一定的弹性和韧性，在钻井液动态循环过程中破碎率低，钻井液密度相对稳定。
具体实施方式
本发明的钻井液由聚合物中空微珠和水性基液混合而成，或者由聚合物中空微珠和油性基液混合而成。
其中，
水性基液中优选包含水、防塌剂、钠膨润土浆、羧甲基纤维素钠盐和铵盐。
所述油性基液中优选包含钻井用白油、石灰和氯化钙。
上述钻井液的制备方法，包括：
a)将水性或油性基液进行充分搅拌；
b)将聚合物中空微球加入步骤a)得到的混合液中进行搅拌得到本发明所述的钻井液。
以下结合实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
一种用聚合物中空微珠配制的低密度水基钻井液
称取400ml预水化的浓度为3%钠膨润土浆，在搅拌状态下加入0.8g聚丙烯酸钾，在10000转下高速搅拌10分钟，搅拌均匀后再加入0.8g低粘度羧甲基纤维素钠盐，在10000转下高速搅拌10分钟，搅拌均匀后再加入8g防塌剂，在10000转下高速搅拌5分钟，搅拌均匀后再加入8g磺化褐煤树脂，在10000转下高速搅拌5分钟，搅拌均匀后再加入4g铵盐，按照石油天然气标准SY/T5621-93测得钻井液密度为1.05g/cm3。
待上述水基钻井液配制均匀后，在搅拌状态下加入8g密度为0.25g/cm3的聚合物中空微珠，在10000转下高速搅拌10分钟，搅拌均匀即可配制成聚合物中空微珠低密度水基钻井液，按照石油天然气标准SY/T5621-93测定聚合物中空微珠低密度水基钻井液密度，所测密度为0.99g/cm3。
实施例2
一种用聚合物中空微珠配置的低密度油基钻井液
量取280ml钻井用5号白油，载搅拌状态下加入8g油基用钻井液降滤失剂FB-MOTEX，在12000转下高速搅拌10分钟，搅拌均匀后再加入2g油基用钻井液降滤失剂HFR，在12000转下高速搅拌10分钟，搅拌均匀后再加入6g油基用钻井液降滤失剂FLB-6，在12000转下高速搅拌10分钟，搅拌均匀后再加入4g石灰，在12000转下高速搅拌10分钟，搅拌均匀后再加入120ml氯化钙浓度为25%的清水，在12000转下高速搅拌30分钟，即可配制出油包水乳化钻井液，按照石油天然气标准SY/T5621-93测定聚合物中空微珠低密度油基钻井液密度，所测密度为0.95g/cm3。
待上述油基钻井液配制均匀后，在搅拌状态下加入40g密度为0.2g/cm3的聚合物中空微珠，在12000转下高速搅拌10分钟，搅拌均匀即可配制成聚合物中空微珠低密度油基钻井液，按照石油天然气标准SY/T5621-93测定聚合物中空微珠低密度油基钻井液密度，所测密度为0.70g/cm3。
实施例3
研磨及剪切对HPS影响情况
用“钻井液固相研磨测试系统”对聚合物中空微珠进行研磨实验，并与HGS8000型中空玻璃微球对比，结果见表1，结果表明研磨对于聚合物中空微珠的影响比HGS8000型中空玻璃微要小的多。
表1研磨对聚合物中空微珠的影响情况
【备注】：研磨测试方法：在陈化釜中加入研磨棒，然后按照专利“一种钻井液固相研磨模拟实验的方法及装置”（申请号201110123870.4）中所述的步骤进行。

Claims (9)

1.一种钻井液，按质量份计，包括：
聚合物中空微珠 10-60质量份
水性基液或油性基液 85-115质量份
其中所述聚合物中空微珠选自壳层结构为有机高分子聚合物或有机高分子聚合物材料的重量含量超过50％的有机/无机复合中空材料；所述水性基液中包含水、防塌剂、钠膨润土浆、羧甲基纤维素钠盐和铵盐。
2.根据权利要求1所述的钻井液，其特征在于，所述钻井液密度范围为0.6～1.0g/cm3。
3.根据权利要求1或2所述的钻井液，其特征在于，所述的聚合物中空微珠的密度为0.2～0.7g/cm3。
4.根据权利要求1或2所述的钻井液，其特征在于，所述聚合物中空微珠的内部充有气体。
5.根据权利要求4所述的钻井液，其特征在于，所述聚合物中空微珠的内部充有空气、氮气和二氧化碳中的至少一种。
6.根据权利要求1或2所述的钻井液，其特征在于，所述油性基液中包含钻井用白油、石灰和氯化钙。
7.一种根据权利要求1-6中任一项所述的钻井液的制备方法，包括：
a)在按上述质量份将水性或油性基液进行充分搅拌；
b)将聚合物中空微球按质量份加入步骤a)得到的混合基液中进行搅拌得到钻井液。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤a)中所述的搅拌为在6000～12000转下进行的。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤b)中所述的搅拌为在6000～12000转下进行的。
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