CN104277803A - KCl封堵防塌钻井液及其制备方法 - Google Patents

KCl封堵防塌钻井液及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钻井液，由以下质量百分比的组分制成：膨润土3.2～3.5％、Na2CO30.1～0.2％、高分子包被抑制剂0.3～0.5％、聚胺抑制剂0.5％、复合铵盐1.0～1.5％、抗高温降滤失剂3.0～3.5％、抗盐降滤失剂2.5～3.0％、泥饼质量改善剂0.8～1.2％、改性沥青4.0～5.0％、高效防塌剂2.5～3.0％、防塌润滑剂3.0～3.5％、成膜固壁剂0.3％、极压液体润滑剂2.0～2.5％、流型调节剂0.2～0.3％、KCL8.0～10.0％、NaOH0.2～0.3％，余量为水。本发明还提供了该钻井液的制备方法。该钻井液具有良好的防塌、润滑防卡以及井眼清洁能力。

Description

KCl封堵防塌钻井液及其制备方法
技术领域
本发明涉及石油钻井领域，特别是涉及一种钻井液及其制备方法。 
背景技术
我国一些油气田地质条件相对复杂，非常不利于钻井施工，一些地区的水平井施工中长期面临深部地层和水平段泥岩坍塌、卡钻的难题，施工安全难以保障。以我国苏里格气田地层岩性特征为例，该区域深部地层泥岩同时存在水敏性、硬脆性和破碎性三种井塌方式，塌落量大，难以控制，且周期性垮塌现象明显；气层附近碳质泥岩水敏性强，稳定性差，水平段钻遇大段泥岩时，井塌问题尤为突出。目前使用的常规钻井液中，聚磺钻井液和有机硅醇钻井液抑制水敏性垮塌能力不足；KCL钻井液体系封堵能力较差，也不能从根本上解决井壁垮塌问题。因此，有必要提供一种具有良好防塌性能的钻井液，以解决井壁不稳定地区长水平段水平井的泥岩垮塌问题，同时满足超长水平段的井眼净化和润滑防卡要求。 
发明内容
本发明的一个目的是提供一种具有良好防塌、润滑防卡以及井眼清洁能力的钻井液，能够满足超长水平段水平井的安全施工需要。 
本发明的另一目的是提供一种钻井液的制备方法。 
为此，本发明的技术方案如下： 
所述钻井液配方由如下质量百分比的组分制成： 
具体制备方法：在水中依次加入下列组分，添加过程中辅以搅拌，搅拌转速为70～75rpm： 
加入Na2CO3,搅拌5～8min； 
加入膨润土,搅拌24～36h； 
加入NaOH,搅拌10～15min； 
加入改性沥青、抗盐降滤失剂、抗高温降滤失剂、复合铵盐，搅拌10～15min； 
加入高分子包被抑制剂,搅拌10～15min； 
加入聚胺抑制剂,搅拌10～15min； 
加入泥饼质量改善剂,搅拌10～15min； 
加入KCL,搅拌10～15min； 
加入流型调节剂,搅拌10～15min； 
加入防塌润滑剂、极压液体润滑剂,搅拌10～15min； 
加入高效防塌剂,搅拌10～15min； 
加入成膜固壁剂,搅拌10～15min。 
在上述钻井液组分中，膨润土的作用在于增加体系粘度和切力，形成低渗透率泥饼。 
所述高分子包被抑制剂为聚丙烯酸钾，属于含羧钾聚丙烯酰胺衍生物，具有抑制泥页岩及钻屑分散作用，兼有降失水、改善流型和增加润滑等性能，能改善钻井液的流变性能，有效地包被钻屑，抑制地层造浆。 
所述高效防塌剂为高纯度乳化沥青，由以下质量分数的组分制成：石油沥青75～80％，极压润滑油5～10％，分散剂IW0.8～1.2％，氟炭FC-3b0.8～1.2％，聚醚330N0.8～1.2％，柴油10％，聚乙二醇0.8～1.2％，季铵盐0.8～1.2％。制备方法为：常温充分搅拌混匀，再经胶体磨乳化。所述高效防塌剂能够有效填充、封堵地层微裂缝，起到封堵防塌、保护油气层的作用。 
所述防塌润滑剂为含沥青质油基润滑剂，含有大量胶质成分，润滑效果好、 作用时间长，能够显著提高井壁的稳定性和防塌能力。 
所述聚胺抑制剂属于有机阳离子抑制剂，通过水解释放出有机阳离子，介入并缩小粘土电极之间的距离，在页岩和钻屑表面形成一层保护膜，阻止水分子穿透，抑制页岩膨胀。此类聚胺抑制剂和小阳离子以及有机正电胶同样都属于有机阳离子类抑制剂，都是通过有机阳离子静电吸附在膨润土或钻屑表面起到抑制作用，所不同的是小阳离子和有机正电胶是季胺盐类的阳离子聚合物，本身带有较高的正电荷，可以直接与膨润土或钻屑作用而吸附，而聚胺抑制剂不会直接吸附在膨润土或钻屑表面，而是通过水解释放出的有机阳离子进行吸附，其水解释放出有机阳离子的反应过程为：NHR2+H2O＝N+H2R2+OH－。 
所述抗高温降滤失剂为磺甲基酚醛树脂，含有羧甲基和磺酸基团，具有较强的抗高温、抗盐、抗钙能力；所述抗盐降滤失剂为沥青和褐煤混合物。所述抗高温降滤失剂、抗盐降滤失剂以及复合铵盐中亲水基团较多，与水、土结合能力强，护胶性好，易形成致密泥饼，降低滤失量。 
所述泥饼质量改善剂为纤维素类改性高分子化合物，通过负离子、羟基、苷基形成的氢键以及分子间作用力与粘土颗粒结合，减少自由水，提高ζ电位，从而提高粘土颗粒的聚结稳定性，有利于保持钻井液中细颗粒的含量，形成致密滤饼，改善泥饼质量。 
所述改性沥青通过封堵、涂覆，起到封堵防塌作用。 
所述成膜固壁剂的作用在于在井壁上形成无渗透封堵膜，减缓或阻止钻井液进入地层，稳定井壁。 
所述极压液体润滑剂由基础油、表面活性剂、分散剂、渗透剂及多种高效润滑成分组成，其作用在于在金属表面形成牢固吸附膜，降低钻井液中固相 离子和钻具的提升、旋转阻力，降低摩阻系数及扭矩，防止粘附卡钻。 
所述流型调节剂为微生物胞外多糖黄原胶，作用在于提供空间网架结构，提高体系的悬浮携带能力。 
钻井液配方中的KCL提供的K+离子可与粘土晶格牢固结合，使水分子不易进入，有效控制水敏性井塌。 
通过本发明技术方案获得的钻井液具有良好的防塌、润滑防卡以及井眼清洁能力，能够满足超长水平段水平井的安全施工需要。下面结合具体实施例进一步说明。 
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的钻井液及其制备方法进行详细说明。 
在下述两个实施例中，高分子抑制剂选用型号为KPAM的钻井液用聚丙烯酸钾，购自渤海钻探工程院；高效防塌剂的选用沧州科迪泥浆有限公司生产的KRLQ高效防塌剂；防塌润滑剂选用河北华运鸿业化工有限公司生产的RHZY防塌润滑剂；聚胺抑制剂选用湖北汉科新技术股份有限公司生产的HPA聚胺抑制剂；复合铵盐选用石家庄华莱鼎盛科技有限公司生产的型号为NPAN-2的钻井液用复合铵盐；抗高温降滤失剂选用新乡振华钻井液材料有限公司生产的型号为SMP-1的钻井液用磺甲基酚醛树脂；抗盐降滤失剂选用新乡市长兴油田助剂有限公司生产的WBF-108抗盐降滤失剂；泥饼质量改善剂选用河间市鲁宁石油助剂有限公司生产的型号为LN-1的泥饼质量改善剂；改性沥青选用河北华运鸿业化工有限公司生产的型号为FT-342的改性沥青；成膜固壁剂选用型号为LTLX-GBJ的雷特理想充填成膜固壁剂，购自河北永达化工有限公司生产的型号；极压液体 润滑剂的选用型号为HC-LUBE，购自廊坊庆兴化工有限公司；流型调节剂选用型号为XC的钻井液用黄原胶，购自淄博中轩生化有限公司。 
实施例1 
按下述质量分数的组分配制钻井液，各组分通过剪切泵加入水中，中间辅以75rpm的搅拌：加入0.1％的Na2CO3，搅拌6min；加入3.2％的膨润土，搅拌30h；加入0.2％的NaOH，搅拌10min；加入4％的改性沥青、2.5％的抗盐降滤失剂、3％的抗高温降滤失剂、1.5％的复合铵盐，搅拌15min；加入0.3％的高分子抑制剂，搅拌15min；加入0.5％的聚胺抑制剂，搅拌15min；加入1％的泥饼质量改善剂，搅拌15min；加入8％的KCL，搅拌15min；加入0.2％的流型调节剂，搅拌15min；加入3％的防塌润滑剂、2％的极压液体润滑剂，搅拌10min；加入2.5％的高效防塌剂，搅拌10min；加入0.3％的成膜固壁剂，搅拌10min，得到钻井液。 
实施例2 
在70rpm搅拌下用剪切泵加入将如下质量分数的组分加入水中：加入0.1％的Na2CO3，搅拌8min；加入3.2％的膨润土，搅拌25h；加入0.2％的NaOH，搅拌10min；加入4％的改性沥青、2.5％的抗盐降滤失剂、3％的抗高温降滤失剂、1.5％的复合铵盐，搅拌15min；加入0.3％的高分子抑制剂，搅拌15min；加入0.5％的聚胺抑制剂，搅拌15min；加入0.8％的泥饼质量改善剂，搅拌12min；加入8％的KCL，搅拌15min；加入0.2％的流型调节剂，搅拌15min；加入3％的防塌润滑剂、2％的极压液体润滑剂，搅拌15min；加入2.5％的高效防塌剂，搅拌10min；加入0.3％的成膜固壁剂，搅拌10min，得到钻井液。 
性能测试 
首先对所述聚胺抑制剂、泥饼质量改善剂、高效防塌剂以及成膜固壁剂在钻井液配方 中的作用效果进行测试，如下： 
按照本发明技术方案的钻井液配方配制基浆，基浆分为添加和不添加聚胺抑制剂两种，选取苏里格石盒子组深灰色泥岩为砂样，测试并比较两种钻井液在150℃时的滚动回收率，表1中的结果表明使用本发明钻井液配方(加入了聚胺抑制剂)的基浆体系回收率明显提高。 
表1  聚胺抑制剂在本发明钻井液配方中的效果评价 
*注：0.5％为质量分数 
同样地，发明人按照本发明技术方案的钻井液配方分别配制了添加和不添加泥饼质量改善剂的两种基浆。两种基浆的测试比较结果表明如表2所示：使用本发明钻井液配方(添加了泥饼质量改善剂)的基浆体系在漏斗粘度(FV)、动切力(YP)、滤失量(FL)以及形成泥饼质量等指标上均优于不添加泥饼质量改善剂的体系。 
表2  泥饼质量改善剂在本发明钻井液配方中的效果评价 
*注：0.8％为质量分数 
发明人按照相同的方法又分别测试了高效防塌剂和成膜固壁剂在钻井液中的作用效果。测试结果分别如表3和表4所示：使用本发明钻井液配方(添加了高效防塌剂)的基浆体系的漏斗粘度(FV)、API滤失量(FLAPI)、高温高压滤 失量(FLHTHP)以及砂床渗透深度指标均优于不添加高效防塌剂的体系；添加了成膜固壁剂的基浆体系在漏斗粘度(FV)、API滤失量(FLAPI)、高温高压滤失量(FLHTHP)以及砂床渗透深度指标上均优于不添加成膜固壁剂的体系。 
表3  高效防塌剂在本发明钻井液配方中的效果评价 
*注：2.5％为质量分数 
表4  成膜固壁剂在本发明钻井液配方中的效果评价 
*注：0.3％为质量分数 
为了进一步证明本发明的技术效果，发明人选取实施例1和2的产品进行钻井液常规性能测定，分别测定钻井液在室温以及120℃热滚16小时后的表观粘度(AV)、塑性粘度(PV)、动切力(YP)、滤失量(FL)、高温高压滤失量(FLHTHP)、初切力/终切力(Gel)以及润滑系数，结果如表5和表6所示。 
表5  实施例1的产品性能 
表6  实施例2的产品性能 
表5、6中的结果表明，由实施例1、2获得的钻井液体系流变性和降滤失效果良好，润滑系数低，经120℃热滚16h后，性能波动小，热稳定性强，具有良好的润滑防卡、井眼清洁能力。 
选取实施例1、2的产品进行防塌性能实验，以苏里格气田苏20-10-5H井石盒子组深灰色泥岩塌块为样本，分别选取常规聚磺钻井液、有机硅醇钻井液、KCL钻井液和实施例1、2的产品进行岩屑滚动回收率和砂床渗透深度测定，结果如表7所示。 
表7  四种体系的岩屑滚动回收率和砂床渗透深度对比评价 
注：在表7中各钻井液按质量百分比的配方如下： 
1)聚磺钻井液配方：5％膨润土、0.2％高分子抑制剂KPAM、1.0％降滤失剂NPAN-2、3.0％抗高温降滤失剂SMP-1、4％改性沥青FT-342、2.0％极压液体润滑HC-LUBE、0.2％NaOH，余量为水。 
2)有机硅醇钻井液配方：3％膨润土、0.3％纯碱、0.3％高分子抑制剂KPAM、2.5％抗高温降滤失剂SMP-1、5％改性沥青FT-342、1％复合硅降黏剂、1％高聚硅稳定剂、2.5％聚合醇，余量为水。 
3)KCL钻井液配方：3.5％膨润土、0.2％纯碱、0.5％高分子抑制剂KPAM、1.5％降滤失剂NPAN-2、3.5％抗高温降滤失剂SMP-1、5％改性沥青FT-342、3.5％润滑防塌剂RHZY、2.5％极压液体润滑HC-LUBE、10.0％KCL、0.3％NaOH，余量为水。 
由实施例1、2获得的钻井液与其它三种钻井液相比，其泥岩的滚动回收率 最高，同时砂床渗透深度显著降低，表明由本发明技术方案制得的钻井液抑制性更强，封堵防塌能力更好。 

Claims (6)

1.一种钻井液，其特征在于，由以下质量百分比的组分制成：
2.根据权利要求1所述的钻井液，其特征在于：所述高分子包被抑制剂为聚丙烯酸钾。
3.根据权利要求1所述的钻井液，其特征在于：所述高效防塌剂中各组分的质量分数为：石油沥青75～80％，极压润滑油5～10％，分散剂IW 0.8～1.2％，氟炭FC-3b0.8～1.2％，聚醚330N0.8～1.2％，柴油10％，聚乙二醇0.8～1.2％，季铵盐0.8～1.2％。
4.根据权利要求1所述的钻井液，其特征在于：所述防塌润滑剂为RHZY型防塌润滑剂；所述所述聚胺抑制剂为HPA型聚胺抑制剂；所述复合铵盐为NPAN-2型复合铵盐；所述抗高温降滤失剂为SMP-1型磺甲基酚醛树脂；所述抗盐降滤失剂为WBF-108型抗盐降滤失剂；所述泥饼质量改善剂为LN-1型泥饼质量改善剂；所述改性沥青为FT-342型改性沥青；所述成膜固壁剂为LTLX-GBJ型雷特理想充填成膜固壁剂；所述极压液体润滑剂为HC-LUBE型极压液体润滑剂；所述流型调节剂为XC型黄原胶。
5.一种权利要求1所述钻井液的制备方法，具体步骤如下：在水中依次加入下列组分，添加过程中辅以搅拌，搅拌转速为70～75rpm：
加入Na2CO3，搅拌5～8min；
加入膨润土，搅拌24～36h；
加入NaOH，搅拌10～15min；
加入改性沥青、抗盐降滤失剂、抗高温降滤失剂、复合铵盐，搅拌10～15min；
加入高分子包被抑制剂，搅拌10～15min；
加入聚胺抑制剂，搅拌10～15min；
加入泥饼质量改善剂，搅拌10～15min；
加入KCL，搅拌10～15min；
加入流型调节剂，搅拌10～15min；
加入防塌润滑剂、极压液体润滑剂，搅拌10～15min；
加入高效防塌剂，搅拌10～15min；
加入成膜固壁剂，搅拌10～15min。
6.根据权利要求5所述钻井液的制备方法，其特征在于：所述改性沥青的型号为FT-342；所述抗盐降滤失剂的型号为WBF-108；所述抗高温降滤失剂为SMP-1型磺甲基酚醛树脂；所述复合铵盐的型号为NPAN-2；所述高分子包被抑制剂为KPAM型聚丙烯酸钾；所述聚胺抑制剂的型号为HPA；所述泥饼质量改善剂的型号为LN-1；所述流型调节剂为XC型黄原胶；所述防塌润滑剂的型号为RHZY；所述极压液体润滑剂的型号为HC-LUBE；所述高效防塌剂的型号为KRLQ；所述成膜固壁剂为LTLX-GBJ型雷特理想充填成膜固壁剂。
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