CN104312557B - 一种高密度低摩阻钻井液 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高密度低摩阻钻井液，属于油田钻井液技术领域，以水为基液，由钠膨润土1%~3%、碳酸钠为钠膨润土量的5%、氢氧化钠0.5%~1.0%、增黏剂A 0.05%~0.1%、降滤失剂B 0.2%~0.5%、羧甲基纤维素钠盐0.5%~1.0%、磺化酚醛树脂3.0%~5.0%、磺化褐煤3.0%~5.0%、聚合醇2.0%~3.0%、有机盐C 100%，重晶石29.1%~122.2%，按质量百分比混合后经高温老化而得。本发明抗温能力可达135℃，可控密度范围为1.50~1.80g/cm3，高温下钻井液具有良好的流变性和滤失性，具有较低的重晶石含量、泥饼黏滞系数和循环压耗，较高的抑制性能。

Description

一种高密度低摩阻钻井液
技术领域
本发明涉及一种高密度低摩阻钻井液，属于油田钻井液技术领域。
背景技术
近年来，随着油气勘探开发的不断深入，深井、超深井愈来愈多，由于井身结构层次较多，下部井眼尺寸较小；同时，由于陆上油田大多进入开采中后期，存在一大批深层事故井、低产井，需要采用套管开窗侧钻才能恢复生产，在地层压力较高的条件下，采用高密度钻井液钻井。由于现有技术中常用钻井液主要以重晶石、赤铁矿等作为加重材料，在钻小井眼井时，常造成高摩阻和高压力损失，传递到井下马达的水力较低，而且环空中会产生高的循环当量密度，在环空间隙小的情况下，易造成钻井作业时泵压较高、排量小、环空返速低，带砂困难、井眼清洁不良，时常发生憋泵、憋转盘、阻卡等现象，严重时还有可能导致井漏的发生，因此高密度钻井液就面临着降低摩阻的难题，高密度低摩阻钻井液可满足此要求。
专利200910113419.7公开了一种高温高压抗盐高密度钻井液，其组成为：以重量份数计，PAC-LV0.03-0.05份、基浆0.6-1.2份、复合钾盐3.0-4.5份、复合磺化酚醛树脂2.7-4.0份、抗温降黏降滤失剂0.2-0.4份、稳定剂0.3-0.5份、水4.5-7.0份、加重剂80-90份，该发明所述加重剂为重晶石与钛铁矿粉按质量比为1：2的混合物。专利201210370121.6公开了一种有机盐高密度钻井液，其组成为：2-4％基浆和以每100毫升的2-4％基浆中样品加入量计算的：0.2-0.5克增黏剂、3-6克抗高温降滤失剂、3-10克润滑剂、2-4克防塌剂、2-5克有机盐，所述有机盐为甲酸钠、乙酸铵、草酸钠、醋酸钾、醋酸钠或十八烷基三甲基氯化铵的一种或多种，加重剂为硫酸钡。因此，现有的高密度钻井液存在固相含量高，摩阻高的问题，不能很好地满足高地层压力条件下水平井、小井眼井和深井等一些特殊井的钻井作业过程中对降低摩阻的要求。
发明内容
本发明的目的在于解决现有高密度钻井液固相含量高、摩阻高，难以满足地层压力较高条件下钻井需要的问题，而提供一种高密度低摩阻钻井液。
本发明是通过下述技术方案加以实现：
本发明以水为基液，由钠膨润土1％～3％、碳酸钠为钠膨润土量的5％、氢氧化钠0.5％～1.0％、增黏剂A 0.05％～0.1％、降滤失剂B 0.2％～0.5％、羧甲基纤维素钠盐0.5％～1.0％、磺化酚醛树脂3.0％～5.0％、磺化褐煤3.0％～5.0％、聚合醇2.0％～3.0％、有机盐C 100％，重晶石29.1％～122.2％，按质量百分比混合后经高温老化而得。
所述的降滤失剂B为2-甲基-2-丙烯酰氧丙基磺酸、丙烯酰胺、丙烯酸和2-羟基-3-甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化铵按(10～20)：(10～15)：(2～8)：1的质量比配制成水溶液，用氢氧化钠调节水溶液的pH值为9.0～11.0，然后加入过硫酸铵和亚硫酸氢钠进行聚合反应，聚合反应的起始温度为20～50℃，聚合时间为5～30分钟，将产物造粒、烘干和粉碎而得。降滤失剂B的结构通式为：
其中，x＝14～22，y＝2～12，z＝4～10，r＝0.42。
所述的有机盐C为甲酸钠C1、甲酸钾C2中的一种或其混合物。
所述的增黏剂A为黄原胶A1或韦兰胶A2。
本发明的有益效果：
本发明高密度低摩阻钻井液抗温能力可达135℃，可控密度范围为1.50～1.80g/cm3，高温下钻井液具有良好的流变性和滤失性，与专利201210370121.6中相同密度有机盐高密度钻井液相比，具有较高的抑制性能，较低的重晶石含量、泥饼黏滞系数和循环压耗。
附图说明
图1为实施例3和对比例1的循环压耗对比图；
图2为实施例3回收后的岩屑照片；
图3为对比例1回收后的岩屑照片。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步的描述：
一、制备例
(1)降滤失剂B
制备例B1：
将2-甲基-2-丙烯酰氧丙基磺酸26.0克、丙烯酰胺39.0克、丙烯酸20.0克和2-羟基-3-甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化铵2.6克在室温下配制成水溶液，用氢氧化钠调整水溶液的pH值到9.0，然后加入过硫酸铵0.05克和亚硫酸氢钠0.05克引发聚合，聚合反应的起始温度为20℃，聚合时间为5分钟，将产物造粒、烘干、粉碎即得降滤失剂B1，其结构式为：
制备例B2：
将2-甲基-2-丙烯酰氧丙基磺酸56.0克、丙烯酰胺28.0克、丙烯酸10.0克和2-羟基-3-甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化铵2.8克在室温下配制成水溶液，用氢氧化钠调整水溶液的pH值到11.0，然后加入过硫酸钾0.2克和硫代硫酸钠0.2克引发聚合，聚合反应的起始温度为50℃，聚合时间为20分钟，将产物造粒、烘干、粉碎即得降滤失剂B2，其结构式为：
二、实施例
实施例1：
取270克清水，高速搅拌条件下加入8.1克钠膨润土和0.405克碳酸钠，搅拌20分钟，室温密闭养护24小时，得到基浆。取上述基浆高速搅拌条件下依次加入氢氧化钠1.35克、黄原胶0.27克、B10.675克、羧甲基纤维素钠盐2.7克、磺化酚醛树脂8.1克、磺化褐煤8.1克、聚合醇5.4克、(C1：C2＝1：1)270克、重晶石167克，搅拌20分钟，装入老化罐内经135℃/16小时，得到密度为1.60g/cm3的高密度低摩阻钻井液。
实施例2～4步骤与实施例1相同，清水均为270克，处理剂种类及用量如表1所示。
表1实施例2～4处理剂用量
注：NaOH为氢氧化钠、LV-CMC为羧甲基纤维素钠盐，SMP为磺化酚醛树脂，SMC为磺化褐煤。
将各实施例的钻井液在135℃高温老化16小时后，测定钻井液性能如表2所示：
表2实施例1～4的钻井液性能
注：ρ为钻井液密度，PV为塑性黏度、YP为动切力，Gel为钻井液10秒及10分钟的静切力，FL为中压滤失量，Kf为泥饼黏滞系数。
由表2可知，上述实施例的塑性黏度在31.0～48.0mPa.s之间，动切力在6.5～8.0Pa之间，中压滤失量低于4.0mL，说明本发明高密度低摩阻钻井液具有良好的流变性和滤失性；密度在1.50～1.80g/cm3之间时，泥饼黏滞系数低于0.0699，可满足较高地层压力条件下降低摩阻的要求。
三、对比例
对比例1：采用已有专利201210370121.6中公开的有机盐高密度钻井液，其配方组成为：400mL 3％基浆+2％草酸钠+0.5％PAC142++5％润滑抑制剂+3％OCL-JB+2％FT-1+3％SPNH+570克硫酸钡，在135℃条件下热滚16h，得到密度为1.80g/cm3的有机盐高密度钻井液，测定钻井液性能，见表3。
表3对比例1的钻井液性能
四、实施例3和对比例1性能对比评价
(1)固相含量
配制不加重晶石的低摩阻钻井液和对比例1的基浆，分别倒入500毫升量筒200毫升刻度线处，按钻井液密度1.80g/cm3计算重晶石加量，倒入量筒中，分别读取体积，计算重晶石在钻井液中所占体积分数。由表3可知，实施例3中重晶石体积分数为16.7％，对比例1中重晶石体积分数为24.5％。
(2)泥饼黏滞系数
由表3可知，实施例3的泥饼黏滞系数为0.0699，对比例1泥饼黏滞系数为0.1495，本发明的泥饼黏滞系数较对比例1降低了53.2％。
(3)循环压耗
采用动态钻井液循环压耗模拟系统，在钻井液密度、黏度等实验条件相同情况下，进行实施例3和对比例1循环压耗实验对比，实验结果见附图1，可见，环空返速为0.49～0.82m/s，本发明的循环压耗较对比例1降低6.5％～8.8％。
(4)抑制性能
取中原油田东濮凹陷黄河南马厂构造的马12井岩样粉碎，将6～8目岩样分别与配制的实施例3和对比例1混合，在135℃高温老化16小时后，过40目筛，在105℃条件下烘干、室温称重。实验结果见表4所示，回收岩屑见附图2和附图3。
表4页岩回收率
由表4可知，本发明的岩屑一次回收率可从清水的10.4％上升至97.6％，相对回收率为93.6％，由附图2可见，回收后的岩屑棱角分明，没有水化现象，钻井液表现出良好的抑制效果。
综上所述，本发明中有机盐加量为100％，将钻井液密度提高至1.35g/cm3，然后用重晶石加重至1.50～1.80g/cm3；专利201210370121.6中公开的有机盐高密度钻井液，有机盐加量为2％～5％。与相同密度的有机盐高密度钻井液相比，本发明高密度低摩阻钻井液岩屑相对回收率由58.4％上升至93.9％，重晶石体积分数由24.5％降至16.7％，泥饼黏滞系数降低了53.2％，循环压耗降低了6.5％～8.8％。

Claims (3)

1.一种高密度低摩阻钻井液，其特征是：以水为基液，由钠膨润土1％～3％、碳酸钠为钠膨润土量的5％、氢氧化钠0.5％～1.0％、增黏剂A 0.05％～0.1％、降滤失剂0.2％～0.5％、羧甲基纤维素钠盐0.5％～1.0％、磺化酚醛树脂3.0％～5.0％、磺化褐煤3.0％～5.0％、聚合醇2.0％～3.0％、有机盐C 100％，重晶石29.1％～122.2％，按质量百分比混合后经高温老化而得；所述的有机盐C为甲酸钠C1、甲酸钾C2中的一种或其混合物；所述的增黏剂A为黄原胶A1或韦兰胶A2。
2.根据权利要求1所述的一种高密度低摩阻钻井液，其特征是：所述的降滤失剂的结构通式为：
其中，x＝14～22，y＝2～12，z＝4～10，r＝0.42。
3.根据权利要求1或2所述的一种高密度低摩阻钻井液，其特征是：所述的降滤失剂由2-甲基-2-丙烯酰氧丙基磺酸、丙烯酰胺、丙烯酸和2-羟基-3-甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化铵按(10～20)：(10～15)：(2～8)：1的质量比配制成水溶液，用氢氧化钠调节水溶液的pH值为9.0～11.0，然后加入过硫酸铵和亚硫酸氢钠进行聚合反应，聚合反应的起始温度为20～50℃，聚合时间为5～30分钟，将产物造粒、烘干和粉碎而得。
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