CN104130758A - 一种用于泥浆岩钻井的树枝状多胺基聚合物钻井液 - Google Patents

一种用于泥浆岩钻井的树枝状多胺基聚合物钻井液 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于泥浆岩钻井的树枝状多胺基聚合物钻井液，其特征在于，由树枝状多胺基聚合物、钻井液膨润土、纯碱、聚合物包被剂、聚丙烯酸钾、水解聚丙烯腈铵盐、防泥包润滑剂和水组成。利用本发明可以提高钻井液的抑制性，还可以大幅度提高钻井液对粘土和钻屑抑制性，降低胶泥岩塑性，避免胶泥岩的吸水膨胀与分散，降低摩阻，防止钻头泥包，利于提高了机械钻速，保证井下安全。

Description

一种用于泥浆岩钻井的树枝状多胺基聚合物钻井液
技术领域
本发明关于石油钻井过程中使用的钻井液，特别关于一种用于胶泥岩钻井的树枝状多胺基聚合物钻井液。
背景技术
石油钻井中会钻遇胶泥岩地层，胶泥岩塑性极强，极易吸水膨胀，造成缩径，引起钻头泥包和阻卡，极大的威胁井下安全，对钻井施工危害大，一直是困扰国内外石油工程界的难题。钻井作业中，一旦发生胶泥岩缩径阻卡，会延误钻井时间，导致卡钻等一系列井下复杂情况与事故，严重时处理不当时甚至会导致井眼报废，造成重大经济损失。
黄彩娟在“新型端胺基聚酰胺-胺树枝状大分子合成研究”（聚氯乙烯2010.09）一文中揭露了一种合成新型端胺基聚酰胺-胺树枝状大分子的技术。蒲陆梅莫尊理高锦章等人在“聚酰胺-胺型树枝状分子的合成及其荧光性质”（应用化工,2011.09）一文中公开了树枝状聚酰胺-胺型树枝状分子的合成与表征。杨开吉、苏文强在“树枝状星形聚合物的合成方法及其在造纸中的应用”（造纸化学品,2010.03）一文中公开了一种树枝状星形聚合物的合成方法及在造纸中的应用，但上述文献均未公开其在钻井液领域中的应用。
公开号为CN1180076A的中国专利“一种新的制备端胺基或多胺基聚合物的方法”公开了一种新的制备端胺基聚合物或多胺基聚合物的方法，该技术揭露一种制备端氨基或多胺基聚合物的方法，该多胺基聚合物胺属于仲胺和叔胺，并未出现伯胺，且该技术也未使用于钻井液领域。
公开号为CN102286272A的中国专利“一种有机胺强抑制防塌钻井液体系及其制备方法”公开了一种有机胺强抑制防塌钻井液体系及其制备方法，包括如下重量百分比的组份：有机胺抑制剂G319-FTJ为1.0%-2.0%，有机抑制剂0.3%-0.5%，提粘切0.3%-0.5%，低粘聚阴离子纤维素PAC-LV为0.3-0.5%，高粘聚阴离子纤维素PAC-HV为0.3-0.6%，重晶石0-3%，防腐剂0.05-0.2%，消泡剂0.1-0.3%，余量为水。该技术是在钻井液中加入有机胺抑制剂，该有机胺抑制剂由于分子链中引入胺化合物，由于有独特的分子结构，可充填在粘土层间，并将它们束缚在一起。该技术主要用于天然气水平井钻遇石千峰组和石盒子组时，双石层泥页岩属于蒙脱石类，其中蒙脱石类矿物含量为20%左右，其与水发生吸水膨胀，导致井眼缩径，起下钻遇阻或钻进时扭矩较大，严重时井壁坍塌。通过有机胺抑制剂和有机盐抑制剂的协同作用，从力学平衡角度适当提高钻井液密度，稳定双石组泥岩井壁，能有效防止双石组泥页岩坍塌，减小井下事故的目的。
随着现阶段钻井液技术的发展，已经研发出许多不同形式、不同特点的钻井液，其中聚合物钻井液、硅酸盐钻井液、聚合醇钻井液、油基钻井液等使用较为广泛，同时现场应用过程中也收到了不错的效果，但是也存在着一些缺点。比如聚合物钻井液可以适应普通造浆地层，但无法解决塑性极强的胶泥岩地层。硅酸盐钻井液最大的弱点就是流变性较难控制。油基钻井液成本高，环保要求高等问题。
针对胶泥岩地层钻井施工理想的钻井液要求是，对黏土和钻屑抑制性强，良好的润滑清洁性，防止钻头泥包，并能阻止胶泥岩吸水引起的塑性缩径阻卡，利于提高机械钻速，具有高温稳定性，生物毒性低，环境友好。
因此若能开发一种强抑制性和强润滑清洁性适用于胶泥岩段地层钻井的钻井液，防止泥页岩的水化分散，减少钻头泥包；抑制胶泥岩的水化膨胀，防止井壁失稳，而且钻井液体系适用性好，生物毒性低，可以减少井壁失稳的问题，缩短胶泥岩段的钻井时的钻头泥包和阻卡，减少处理井下复杂情况的时间，这对于降低钻井综合成本、提高钻井效率、加快勘探开发速度均具有极其重要的社会和经济意义。
发明内容
现在使用的钻井液要么不能完全解决胶泥岩地层的缩径阻卡，要么是钻井液性能不易控制；或者成本高，生物毒性较高，不能满足现在钻井工程的环保要求。
为了解决以上问题，本发明提供一种用于胶泥岩钻井的树枝状多胺基聚合物钻井液，其包含树枝状多胺基聚合物、钻井液膨润土、纯碱、聚合物包被剂、聚丙烯酸钾、水解聚丙烯腈铵盐、防泥包润滑剂和水。
优选地，所述树枝状多胺基聚合物的含量为0.5～1（重量）%，保证所述钻井液体系具有足够的抑制性。
优选地，所述聚合物包被剂的含量不低于0.7（重量）%，使所述钻井液具有较好的包被性，防止岩屑分散。
在本发明的一些具体实施例中，所述钻井液的各组分的配比为：树枝状多胺基聚合物5-10重量份；钻井液膨润土3-5重量份；纯碱2-3重量份；聚合物包被剂2-10重量份；聚丙烯酸钾2-5重量份；水解聚丙烯腈铵盐10-15重量份；防泥包润滑剂5-10重量份；水1000重量份。
在一优选实施例中，所述钻井液的各组分的配比为：树枝状多胺基聚合物10重量份；钻井液膨润土4重量份；纯碱2重量份；聚合物包被剂2重量份；聚丙烯酸钾2重量份；水解聚丙烯腈铵盐15重量份；防泥包润滑剂10重量份；水1000重量份。
所述树枝状多胺基聚合物为如下式所示化合物：
所述聚合物包被剂为部分水解聚丙烯酸胺。
所述聚丙烯酸钾的分子式为(C3H6O2)N(C3H5KO2)M。
所述防泥包润滑剂为改性矿物油。
本发明的另一目的在于提供一种钻井方法，包括使用所述的钻井液。
本发明的又一目的在于提供所述钻井液应用于蒙脱石含量高于40%的地层的钻井。
本发明的优点至少包括：使用本发明钻井液在胶泥岩地层钻井时，可以提高钻井液的抑制性，还可以大幅度提高钻井液对粘土和钻屑抑制性，降低胶泥岩塑性，避免胶泥岩的吸水膨胀与分散，降低摩阻，防止钻头泥包，利于提高了机械钻速，保证井下安全。
该钻井液抑制性强，可以防止钻头泥包，利于提高了机械钻速，具有高温稳定性，减少储层伤害，生物毒性低。施工工艺简单，加量低，有效降低钻井液成本，可以保证胶泥岩地层的钻井施工安全，大幅缩短钻井周期，提高钻井效率。
该钻井液强抑制剂适合于蒙脱石含量高，例如为40%以上的易造浆的地层，井壁水敏性强易水化膨胀，易失稳垮塌，掉块较严重的泥岩地层。该剂可大幅度提高钻井液体系的抑制性，使用工艺简单，加量少，可以有效降低钻井液成本，减少复杂地层的井壁失稳的问题。
该发明具有强抑制性和良好的润滑性，抗劣土污染能力可达35%，岩屑滚动回收率可以达到95%，16h页岩线性膨胀率≤10%，抗温性能≥180℃，生物毒性低，LC50值大于35000mg/L。
附图说明
图1为都护4井与邻井都护1井二开井径对比曲线图。
图2为玉北3-1井二开井径曲线图。
附图标号说明：
图1中的标号：
代表都护1井；代表都护4井；代表钻头。
图2中的标号：
代表井径；
代表钻头。
具体实施方式
本发明针对现有钻井液在胶泥岩地层钻井中存在的问题，提供了一种胶泥岩钻井的树枝状多胺基聚合物钻井液，新疆塔河天山南区块第三系库车组，地层疏松、可钻性好、钻速快，极易造成固相污染；砂岩地层渗透性好，极易形成厚泥饼而出现缩径阻卡；泥岩水敏性强易吸水膨胀而造成缩径阻卡。地层存在极易造浆的棕红色软泥岩地层，而且钻遇了胶泥岩段。都护1井、YL1井、S3-2井和S3-4等井在库车组钻遇了胶泥岩，该段泥岩可塑性强极易吸水缩径，阻卡、钻头泥包频发。本发明具有较强抑制性，能抑制胶泥岩水化膨胀与分散，无缩径、阻卡和掉块情况发生，具有良好的润滑性，能降低钻进时的摩阻，防止钻头泥包，保证胶泥岩段安全快速钻进。
常规的钻井液不能彻底解决胶泥岩地层的钻井难题，要么不能解决问题，钻井液性能不易控制，要么成本高，生物毒性大，一直缺乏一种适合于胶泥岩地层的钻井液。
为使本发明更加容易理解，下面将结合实施例来详细说明本发明，这些实施例仅起说明性作用，并不局限于本发明的应用范围，下列实施例中未提及的具体实验方法，通常按照常规实验方法进行。
实施例1抑制宣化膨润土造浆与抗温性能评价
在钻井液配方1中加入35%的宣化膨润土，放入老化罐中在不同的温度下滚动老化16h，冷却至常温后测量钻井液的流变性，数据如表1所示。
钻井液配方1：树枝状多胺基聚合物10重量份；钻井液膨润土4重量份；纯碱2重量份；聚合物包被剂2重量份；聚丙烯酸钾2重量份；水解聚丙烯腈铵盐15重量份；防泥包润滑剂10重量份；水1000重量份。
表1抑制宣化膨润土造浆与抗温性能(以下为质量分数)
钻井液 实验条件 PV YP
钻井液配方1+35%宣化膨润土 88℃热滚16h 16 14
钻井液配方1+35%宣化膨润土 120℃热滚16h 20 12
钻井液配方1+35%宣化膨润土 150℃热滚16h 23 13
钻井液配方1+35%宣化膨润土 180℃热滚16h 24 16
其中：PV代表钻井液塑性粘度，单位mPa.s。
YP代表钻井液动切力，单位Pa。
由表1可见，该钻井液配方1具有抑制性强，抑制膨润土造浆能力强的特点，此外，该钻井液配方1在高温情况下流变性能稳定，说明抗温效果好。
实施例2页岩滚动回收率测定试验
参照“张孝华、罗兴树等人，《现代泥浆实验技术》一书中的抑制页岩分散性实验（第45页）的方法进行。
钻井液配方1：树枝状多胺基聚合物10重量份；钻井液膨润土4重量份；纯碱2重量份；聚合物包被剂2重量份；聚丙烯酸钾2重量份；水解聚丙烯腈铵盐15重量份；防泥包润滑剂10重量份；水1000重量份。
有机胺强抑制防塌钻井液：有机胺抑制剂G319-FTJ为1.0%-2.0%，有机抑制剂0.3%-0.5%，提粘切0.3%-0.5%，低粘聚阴离子纤维素PAC-LV为0.3-0.5%，高粘聚阴离子纤维素PAC-HV为0.3-0.6%，重晶石0-3%，防腐剂0.05-0.2%，消泡剂0.1-0.3%，余量为水。（参见公开号为CN102286272A ，名称为“一种有机胺强抑制防塌钻井液体系及其制备方法” 的中国专利）
阳离子聚磺钻井液的组成如下：
4%膨润土浆+0.2%CPAM+0.1%KPAM+0.5%NW-1+0.6%JT-888+1.0%SDN-1+2.0%WFT-666+2%SMP-2+2%SPNH+0.3%CaO+1.0％液体润滑剂，余量为水。
油基钻井液的组成如下：
360mL白油+3wt%有机土+0.3wt%流型调节剂+3wt%主乳化剂+0.5wt%辅乳、化剂0.8wt%润湿剂+40mL氯化钙盐水（浓度为20wt%）+5wt%降滤失剂+2wt%碱度调节剂。
KCl/聚合物钻井液的组成如下：
4%膨润土浆+0.2%KOH+0.2%Na2CO3+0.3%KPAM+5%KCl+3%沥青防塌剂+1.0%抗盐抗钙降滤失剂+3%SMP-2+2%SPNH+1.0％液体润滑剂，余量为水。
按上述各钻井液配方配制钻井液，在180℃热滚16h的实验条件下，对各钻井液进行了页岩滚动回收率试验，结果见表2。
表2页岩滚动回收率
钻井液 实验条件 页岩滚动回收率（%）
钻井液配方1 180℃热滚16h 95%
有机胺强抑制防塌钻井液 180℃热滚16h 65%
阳离子聚磺钻井液 180℃热滚16h 73%
油基钻井液 180℃热滚16h 93%
KCl/聚合物钻井液 180℃热滚16h 87%
清水 180℃热滚16h 32%
由表2可见，该钻井液配方1相比其它钻井液，例如阳离子聚磺钻井液、油基钻井液、KCl/聚合物钻井液、钻井液配方2而言，具有良好的抑制页岩膨胀作用的同时，能较好地稳定岩心，能有效抑制岩心的坍塌。
实施例3生物毒性评价
由中国海洋局天津海洋监测中心站检测，本发明的LC50值为35000mg/L,为无毒产品。
实施例4抑制页岩膨胀性能试验
参照“张孝华、罗兴树等人，《现代泥浆实验技术》一书中的泥页岩膨胀试验（第37-39页）的方法进行。各钻井液配方如实施例2所示。
表3各种钻井液抑制页岩膨胀性能的比较
钻井液 页岩膨胀率（%）
钻井液配方1 6.73
阳离子聚磺钻井液 15.32
油基钻井液 3.28
KCl/聚合物钻井液 10.8
清水 30.28
由表3可见，钻井液配方1可以有效抑制粘土的水化膨胀。
实施例5
都护4井钻遇地层蒙脱石含量为42%，该发明应用于新疆都护4井二开，都护4井二开胶泥岩地层未发生钻头泥包和阻卡现象，井下正常，井径规则，钻井周期比邻井都护1井提前15天。
应用于新疆都护4井，都护4井二开胶泥岩地层未发生钻头泥包和阻卡现象，二开下部井径扩大率比都护1井降低51%，井下正常，井径规则，钻井周期比邻井都护1井提前15天，见附图1。
具体实施措施：以聚丙烯酸钾、部分水解聚丙烯酰胺、钻井液膨润土、纯碱、水解聚丙烯腈铵盐以及水配制高浓度聚合物胶液，胶液中部分水解聚丙烯酰胺的含量不低于0.7%，例如为1%，使钻井液具有较好的包被性，防止岩屑分散。在进入胶泥岩段之前及时在胶液中补充加入0.5-1%，优选为1%（重量百分比）的树枝状多胺基聚合物，保证体系具有足够的抑制性，加入足量防泥包润滑剂，例如为改性矿物油和清洁剂，防止塑性强的胶泥岩吸水膨胀引起阻卡和钻头泥包。钻遇下部地层膏泥岩、胶泥岩，及时调整钻井液密度。
实施例6
玉北3-1井钻遇地层蒙脱石含量为40%，该发明应用于玉北3-1井二开，施工正常，未出现钻头泥包和阻卡现象，平均井径扩大率仅为3.2%，见附图2，钻井周期比邻井玉北3井提前10天。极大的缩短了钻井周期，提高了钻井效率。
玉北3-1井具体实施措施与都护4井相同，仅是使用该钻井液的井位不同。
以上所述仅是本发明的优选实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种用于泥浆岩钻井的树枝状多胺基聚合物钻井液，其特征在于，包含树枝状多胺基聚合物、钻井液膨润土、纯碱、聚合物包被剂、聚丙烯酸钾、水解聚丙烯腈铵盐、防泥包润滑剂和水。
2.如权利要求1所述的钻井液，其特征在于，所述树枝状多胺基聚合物的含量为0.5～1（重量）%。
3.如权利要求1所述的钻井液，其特征在于，所述聚合物包被剂的含量不低于0.7（重量）%。
4.如权利要求1所述的钻井液，其特征在于，所述钻井液的各组分的配比为：树枝状多胺基聚合物5-10重量份；钻井液膨润土3-5重量份；纯碱2-3重量份；聚合物包被剂2-10重量份；聚丙烯酸钾2-5重量份；水解聚丙烯腈铵盐10-15重量份；防泥包润滑剂5-10重量份；水1000重量份。
5.如权利要求4所述的钻井液，其特征在于，所述钻井液的各组分的配比为：树枝状多胺基聚合物10重量份；钻井液膨润土4重量份；纯碱2重量份；聚合物包被剂2重量份；聚丙烯酸钾2重量份；水解聚丙烯腈铵盐15重量份；防泥包润滑剂10重量份；水1000重量份。
6.如权利要求1-5中任一项所述的钻井液，其特征在于，所述树枝状多胺基聚合物为如下式所示化合物：
7.如权利要求1-5中任一项所述的钻井液，其特征在于，所述聚合物包被剂为部分水解聚丙烯酸胺。
8.如权利要求1-5中任一项所述的钻井液，其特征在于，所述防泥包润滑剂为改性矿物油。
9.一种钻井方法，包括使用权利要求1-8中任一项所述的钻井液。
10.权利要求1-8中任一项所述的钻井液应用于蒙脱石含量高于40%的地层的钻井。
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