CN103923622A - 一种多元复合盐水钻井液 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适用于复合盐层钻井的高密度多元复合盐水钻井液。包括以下质量份的组分：水100份，多元复合盐15～50份，封堵剂1～15份，降滤失剂2～8.2份，pH调节剂0.1～0.6份，润滑剂1～10份，加重剂1～270份。所述多元复合盐为氯化钠、氯化钾、氯化钙、甲酸钠、甲酸钾、甲酸铯和硅酸钠中的三种或三种以上的混合物。本发明的钻井液通过多元复合盐与封堵剂的协同作用，可有效封固井壁，同时具有良好的微裂缝封堵能力，阻缓钻井液滤液传递；具有极强的抑制盐岩、石膏溶解及膏、泥岩膨胀能力，增强了盐膏泥复合盐层的井壁稳定性。本发明的钻井液在密度达到2.35g/cm3时，仍可保持良好的流变性与润滑性，可满足盐膏层直井及定向井钻进要求。

Description

一种多元复合盐水钻井液
技术领域
本发明涉及一种石油钻井用钻井液，具体涉及一种适用于盐膏层，尤其适用于复合盐层直井、定向井钻进的高密度多元复合盐水钻井液。
背景技术
盐膏层是以盐或石膏为主要成分的地层，是钻井过程中经常钻遇的地层，由其引起的井下复杂情况极多，对钻井工程危害极大，一直是国内外钻井界关注的重点问题之一。而复合盐层同时含有盐岩、石膏和泥岩，互层多，岩性变化大且理化性能复杂，是盐膏层中最常见，且引起井下事故最多的一类地层。我国的钻井液工作者对盐膏层钻井液技术开展了大量的研究工作，形成了较为成熟的聚合物-氯化钠盐水钻井液体系以及氯化钠/氯化钾-聚磺盐水钻井液体系等，并在现场实践中得到较为广泛的应用，可较好地解决纯盐岩或石膏地层的钻进问题。
复合盐层由于岩性复杂多变，盐、膏、泥互层多且薄，地层理化性质差异大，可直接导致一系列井下复杂情况，对钻井液性能提出了极高的要求。复合盐层钻井面临的关键问题包括：①盐膏溶解问题。盐岩和石膏的溶解可导致井眼溶蚀扩大，造成钻井液携岩不良等问题；而作为胶结物的盐和石膏遇水溶解，造成井壁周围岩石失去胶结支撑而严重垮塌；且盐膏溶解形成的Na+、Ca2+以及SO4 2-等离子污染钻井液，使钻井液流变性难以控制；同时，盐膏的溶解以及钻井液返出时温度的降低导致盐水达到饱和，盐重结晶造成井径缩小，引起卡钻等问题。②盐岩蠕变特性引起的一系列问题。盐岩的蠕变特性要求足够高的钻井液密度支撑井壁（密度可达2.0g/cm3以上），防止井径缩小，这要求钻井液具有良好的封固井壁提高地层承压能力的作用，以保证高密度钻井液不会压裂地层而发生漏失；同时，高密度条件下钻井液的流变性调控问题极为突出；另外，地层中的石膏吸水膨胀，以及泥岩、膏泥岩水化作用均可导致井壁失稳；而部分盐膏层微裂缝发育提供了钻井液漏失通道，大量的钻井液或滤液进入地层中更加剧了上述岩石的溶解和水化问题，引起严重的井壁失稳问题。③钻井液润滑性问题。盐膏层摩阻系数远高于普通地层，而高密度钻井液中含有大量固相加重剂，这都对钻井液润滑性提出了严格的要求。现有的较为成熟的无机盐或有机盐饱和/欠饱和盐水钻井液，在复合盐层中均有成功应用实例，但总体应用效果并不理想，存在着高密度条件下钻井液流变性难以调控，井径不规则，井壁稳定性差，钻井液受污染后流变性恶化以及钻进摩阻高等问题，导致井下复杂情况频发，造成复合盐层钻井周期长，成本高等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种多元复合盐水钻井液，可有效维持复合盐层井壁稳定性，且在高密度条件下具有良好的流变性，抗污染能力强，润滑系数低，解决上述现存的复合盐层钻井液技术问题。
本发明所提供的一种多元复合盐水钻井液，包括下述质量份的组分：
水100份，多元复合盐15～50份，封堵剂1～15份，降滤失剂2～8.2份，pH调节剂0.1～0.6份，润滑剂1～10份，加重剂1～270份。
上述多元复合盐水钻井液，所述多元复合盐为氯化钠、氯化钾、氯化钙、甲酸钠、甲酸钾、甲酸铯和硅酸钠中的三种或三种以上的混合物。
上述多元复合盐水钻井液，所述封堵剂为封堵防塌剂和暂堵剂中至少一种；
所述封堵防塌剂为低渗成膜剂、磺化沥青树脂、磺化沥青和氧化沥青中至少一种；
所述暂堵剂为粒径在400目～1200目之间的碳酸钙。
上述多元复合盐水钻井液，所述降滤失剂为磺化酚醛树脂、磺化褐煤树脂、聚阴离子纤维素、磺化褐煤、阳离子淀粉和羧甲基淀粉中至少一种。
上述多元复合盐水钻井液，所述pH调节剂为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氧化钙和氢氧化钾中至少一种。
上述多元复合盐水钻井液，所述润滑剂为石墨粉、聚合醇、矿物油、植物油酯类润滑剂RT-101和水基润滑剂SD-506中至少一种。
上述多元复合盐水钻井液，所述加重剂为重晶石、铁矿粉和四氧化三锰中至少一种。
上述多元复合盐水钻井液，所述钻井液可由下述质量份的组分组成：
水100份，多元复合盐15～50份，封堵剂1～15份，降滤失剂2～8.2份，pH调节剂0.1～0.6份，润滑剂1～10份，加重剂1～270份，配浆土0～4份，降粘剂0～2份，盐结晶抑制剂NTA-10～1份，但所述配浆土、所述降粘剂和所述盐结晶抑制剂的添加量不同时为零。
上述多元复合盐水钻井液，所述配浆土为钠基膨润土、钙基膨润土、海泡石和凹凸棒石中至少一种。
上述多元复合盐水钻井液，所述降粘剂为硅氟降粘剂、单宁降粘剂和聚合物降粘剂中至少一种。
本发明所提供的多元复合盐水钻井液采用常规的配制方法配制即可。
本发明的关键技术是多元复合盐组合优化，并与封堵剂配合使用，通过“物理化学封固井壁-加强钻井液抑制复合盐层溶解、水化与膨胀作用-化学位活度平衡-合理密度有效支撑”四个层次的多元协同作用，加强复合盐层井壁稳定性，减少井下事故。具体实现思路与方法如下所述。①通过防塌剂的封堵或胶结能力封固井壁。针对微裂缝发育的复合盐层，根据微裂缝尺寸大小，通过选用不同粒度配比的封堵剂，实现连续粒度分布颗粒的“最优充填”，在井壁附近形成有效封堵带，阻缓压力传递与滤液传递，为提高钻井液密度支撑井壁提供条件。②使用氯化钠或氯化钾抑制盐岩溶解，使用氯化钙、氧化钙或硅酸钠抑制石膏溶解，并提高钻井液抗污染能力；配合使用甲酸钠、甲酸钾或甲酸铯提高钻井液液相密度，避免因固相加重剂加量过高造成钻井液流变性变差；而高浓度的无机盐和/或有机盐复配使用提高了钻井液抑制泥页岩水化能力，防止地层中的泥岩水化引起井壁失稳。③上述无机盐和/或有机盐复配使用可大幅降低钻井液水活度，当钻遇致密的复合盐层或泥岩夹层时，由于存在半透膜效应，较低的水活度可使化学渗透压部分抵消水力压差引起的压力传递和滤液侵入作用，甚至使地层水流向井眼内部，避免滤液侵入地层引起盐膏溶解、石膏及泥岩膨胀等问题。④在封固井壁前提下，适当提高钻井液密度，提供对井壁的有效力学支撑，防止盐岩蠕变引起井眼缩小，维持了井壁稳定。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
1、本发明的钻井液通过多元复合盐与封堵剂配合使用，可有效封固井壁，阻缓地层压力传递和滤液侵入，抑制盐岩、石膏溶解及膏、泥岩膨胀，增强了盐膏泥复合盐层的井壁稳定性。
2、本发明的钻井液流变性合理，塑性粘度＜60mPa·s，动切力为10～17Pa。
3、本发明的钻井液润滑系数＜0.1，可满足盐膏层直井以及定向井对钻井液润滑性的要求。
4、本发明的钻井液抗污染能力强，受氯化钠和氯化钙污染后，钻井液性能稳定。
5、本发明的钻井液具有良好的封堵性能，可封堵200微米以内的裂缝，避免钻遇微裂缝发育的盐膏层时发生漏失。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
本发明下述具体实施例中的封堵剂中，低渗透成膜剂PF-LPF来自中海油田服务股份有限公司，磺化沥青树脂DYFT-Ⅱ来自北京宏勤石油助剂有限公司。
本发明下述具体实施例中的降滤失剂中，磺化酚醛树脂SMP来自四川正蓉实业有限公司，羧甲基淀粉CMS来自任丘市燕兴化工有限公司，聚阴离子纤维素PAC-LV、阳离子淀粉FLOCAT、磺化褐煤树脂SPNH来自中海油田服务股份有限公司。
本发明下述具体实施例中的盐结晶抑制剂NTA-1来自中海油田服务股份有限公司。
本发明下述具体实施例中的降粘剂中，硅氟降粘剂SF-26来自东营石大创新科技有限公司，聚合物降粘剂SK-3来自河南卫辉同达化工有限公司。
本发明下述实施例中的润滑剂中，石墨粉来自南阳金马石油化工有限公司，RT-101来自中海油田服务股份有限公司，SD-506来自东营石大创新科技有限公司。
实施例1
多元复合盐欠饱和盐水钻井液包括以下质量份的组分：
水100份，多元复合盐45份，低渗成膜剂PF-LPF3份，磺化酚醛树脂SMP5份，阳离子淀粉FLOCAT3.5份，氢氧化钠0.2份，碳酸钠0.15份，润滑剂7.5份，钠基膨润土3份，降粘剂SF-261份，重晶石240份。
本实施例中所用的多元复合盐为氯化钠、氯化钾、氯化钙和甲酸钠的混合物。
本实施例中所用的润滑剂为石墨粉、白油（5#）和RT-101的混合物。
本实施例的钻井液密度为2.3g/cm3。
实施例2
多元复合盐欠饱和盐水钻井液包括以下质量份的组分：
水100份，多元复合盐40份，封堵剂8份，磺化褐煤树脂SPNH3.5份，羧甲基淀粉CMS4份，聚阴离子纤维素PAC-LV0.1份，氢氧化钠0.25份，氧化钙0.1份，润滑剂6份，配浆土2份，降粘剂SK-31份，盐结晶抑制剂NTA-10.5份，重晶石145份。
本实施例中所用的多元复合盐为氯化钠、甲酸钠和甲酸铯的混合物。
本实施例中所用的封堵剂为磺化沥青树脂DYFT-Ⅱ和碳酸钙的混合物，质量比为1:3，其中碳酸钙分2种粒径，分别为600目和800目。
本实施例中所用的润滑剂为白油（5#）和RT-101的混合物。
本实施例中所用的配浆土为钠基膨润土和海泡石的混合物。
本实施例的钻井液密度为2.0g/cm3。
实施例3
多元复合盐饱和盐水钻井液包括以下质量份的组分：
水100份，多元复合盐37份，封堵剂12份，磺化酚醛树脂SMP4份，磺化褐煤树脂SPNH4.5份，聚阴离子纤维素PAC-LV0.15份，润滑剂9份，钠基膨润土2份，氢氧化钠0.25份，碳酸钠0.15份，降粘剂SK-31份，盐结晶抑制剂NTA-10.5份，重晶石200份，四氧化三锰52份。
本实施例中所用的多元复合盐为氯化钠、氯化钾和氯化钙的混合物。
本实施例中所用的封堵剂为PF-LPF和碳酸钙的混合物，质量比为1:3，其中碳酸钙分2种粒径，分别为600目和1000目。
本实施例中所用的润滑剂为石墨粉、白油（5#）、RT-101和SD-506的混合物。
本实施例的钻井液密度为2.35g/cm3。
下面对实施例1至3制备的钻井液的效果进行测试。
1、钻井液流变性、滤失性和润滑性测试
在常温下配制钻井液，装入老化罐中在120℃下热滚16h，在60℃下测其流变性参数、API滤失量和极压润滑系数，并测其120℃/3.5MPa条件下的高温高压滤失量。
表1多元复合盐水钻井液流变性、滤失性和润滑性测试结果
由表1可知，在密度高达2.0～2.35g/cm3时，本发明的钻井液的塑性粘度＜60mPa·s，动切力维持在12.5～16Pa，流变性合理。API滤失量＜2mL，高温高压滤失量＜9mL，表明钻井液具有良好的封堵降滤失效果，可有效阻缓钻井液滤液侵入地层。钻井液极压润滑系数＜0.1，满足盐膏层钻进的润滑性需求。
2、钻井液抗污染性能测试
在常温下配制钻井液100份，在6000r/min搅拌速度下分别加入10份氯化钠和1份氯化钙，搅拌20min后测各钻井液的流变性参数和API滤失量。
表2多元复合盐水钻井液抗污染性能测试结果
由表2可知，本发明的钻井液受高浓度的氯化钠和氯化钙污染后，仍可保持稳定的流变性，滤失量＜5mL，表明本发明的钻井液具有良好的抗污染能力。
3、钻井液井壁稳定性能与承压堵漏性能测试
a.盐岩溶解速率测试：将标准尺寸的盐岩岩心置于烘箱中，在105℃下烘干8h称重，记录初始质量。将钻井液加热至90℃后，保持实验温度不变，将烘干后的岩心置于钻井液中静置2h，取出岩心在105℃下烘干8h后称重，计算单位时间内单位面积上溶解的盐岩质量，即盐岩溶解速率。
b.盐膏岩和膏泥岩岩屑回收率测试：分别称取50.0g粒径为2mm～5mm的盐膏岩（盐膏含量＞80%）和膏泥岩（膏泥含量＞80%）岩样，装入盛有350mL测试溶液的泥浆品脱罐中，加盖旋紧。将品脱罐放入滚子加热炉中，在77℃下热滚16h后，取出泥浆品脱罐，冷却至室温，将罐内的液体和岩样过40目筛，烘干后称量筛上岩样，计算质量回收率，用来表征钻井液抑制复合盐层岩样溶解及水化分散性能。
c.膨胀性测试：在室温下，采用NP-1型页岩膨胀仪，测试泥岩岩心在钻井液中浸泡8h的线性膨胀率。
d.裂缝性地层封堵承压能力测试：在常温下，将钻井液置于实验仪的高压釜中，首先在常压下稳定3min，记录通过模拟裂缝模块的漏失量；将实验压力分别增至0.5MPa、1.0MPa、1.5MPa、2.0MPa、2.5MPa、3.0MPa、3.5MPa、4.0MPa、4.5MPa、5.0MPa、5.5MPa，并在各压力点稳定3min，记录各压力点的累计漏失量，用来评价钻井液在不同压力下对裂缝的封堵效果。
表3不同实施例钻井液井壁稳定性能及承压堵漏性能测试结果
由表3可知，本发明的钻井液具有优良的抑制盐岩溶解效果；盐膏岩和膏泥岩回收率＞85%，表明本发明的钻井液可很好地抑制复合盐层中盐、膏、泥的溶解及水化分散。针对裂缝性地层，当实验压力达到5.5MPa时，钻井液累计漏失量均＜3mL，表明本发明的钻井液对200μm裂缝具有很好的封堵作用，可满足微裂缝发育地层钻进需求。

Claims (8)

1.一种多元复合盐水钻井液，其特征在于：它包括下述质量份的组分：
水100份，多元复合盐15～50份，封堵剂1～15份，降滤失剂2～8.2份，pH调节剂0.1～0.6份，润滑剂1～10份，加重剂1～270份。
2.根据权利要求1所述的多元复合盐水钻井液，其特征在于：所述多元复合盐为氯化钠、氯化钾、氯化钙、甲酸钠、甲酸钾、甲酸铯和硅酸钠中的三种或三种以上的混合物。
3.根据权利要求1或2中所述的多元复合盐水钻井液，其特征在于：所述封堵剂为封堵防塌剂和暂堵剂中至少一种。
4.根据权利要求3所述的多元复合盐水钻井液，其特征在于：所述封堵防塌剂为低渗成膜剂、磺化沥青树脂、磺化沥青和氧化沥青中至少一种；
所述暂堵剂为粒径在400目～1200目之间的碳酸钙。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的多元复合盐水钻井液，其特征在于：所述降滤失剂为磺化酚醛树脂、磺化褐煤树脂、聚阴离子纤维素、磺化褐煤、阳离子淀粉和羧甲基淀粉中至少一种。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的多元复合盐水钻井液，其特征在于：所述pH调节剂为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氧化钙和氢氧化钾中至少一种；
所述润滑剂为石墨粉、聚合醇、矿物油、植物油酯类润滑剂RT-101和水基润滑剂SD-506中至少一种；
所述加重剂为重晶石、铁矿粉和四氧化三锰中至少一种。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的多元复合盐水钻井液，其特征在于：所述钻井液由下述质量份的组分组成：
水100份，多元复合盐15～50份，封堵剂1～15份，降滤失剂2～8.2份，pH调节剂0.1～0.6份，润滑剂1～10份，加重剂1～270份，配浆土0～4份，降粘剂0～2份，盐结晶抑制剂NTA-10～1份，但所述配浆土、所述降粘剂和所述盐结晶抑制剂的添加量不同时为零。
8.根据权利要求7所述的多元复合盐水钻井液，其特征在于：所述配浆土为钠基膨润土、钙基膨润土、海泡石和凹凸棒石中至少一种；
所述降粘剂为硅氟降粘剂、单宁降粘剂和聚合物降粘剂至中少一种。
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