CN104388064A

CN104388064A - 一种氯化钙水基钻井液

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Publication number: CN104388064A
Application number: CN201410601730.7A
Authority: CN
Inventors: 谢俊; 马诚; 吕跃滨; 刘宪伟; 万龙
Original assignee: China Petrochemical Corp; Drilling Engineering Technology Research Institute of Sinopec Zhongyuan Petroleum Engineering Co Ltd
Current assignee: China Petrochemical Corp; Drilling Engineering Technology Research Institute of Sinopec Zhongyuan Petroleum Engineering Co Ltd
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2014-10-31
Publication date: 2015-03-04
Anticipated expiration: 2034-10-31
Also published as: CN104388064B

Abstract

本发明涉及一种氯化钙水基钻井液，属于油田化学钻井液技术领域。按加入水的质量为100％计，该氯化钙水基钻井液含有10.0％～40.0％的氯化钙、1.0％～4.0％的降滤失剂、0.6％～2.0％的流型调节剂、2.0％～4.0％的超细碳酸钙、4.0％～10.0％的保护剂、0.5％～1.0％的除氧剂，余量为水，用碱性pH调节剂调节钻井液pH为7-8。本发明氯化钙水基钻井液在氯化钙浓度为10.0％～40.0％的条件下，抗温可达120℃、API滤失量控制在3.0mL以内、120℃下高温高压滤失量控制在13.0mL以内；对泥岩具有极强的抑制性，抗泥岩钻屑污染达10.0％。

Description

一种氯化钙水基钻井液

技术领域

本发明涉及一种氯化钙水基钻井液，属于油田化学钻井液技术领域。

背景技术

钻井过程中井壁失稳90％以上发生在泥页岩地层，由于泥页岩地层粘土矿物含量较高，水敏性强，极易发生垮塌、缩径等井壁失稳问题，既严重影响钻井速度，又影响后期的测井、固井等完井作业，同时造成巨大的经济损失。国内外研究者在泥页岩化学井壁稳定方面作了大量的工作，研制了聚合物钾盐、饱和盐水、硅酸盐等水基钻井液体系，其中氯化钙水基钻井液是一种发展较早、抑制性较强的钻井液体系。

氯化钙水基钻井液是一种以Ca²⁺提供抑制环境的水基钻井液。目前广泛应用的氯化钙水基钻井液，氯化钙含量一般低于5.0％，其抑制机理一方面通过Na⁺/Ca²⁺交换将钠土转变为水化能力较差的钙土，另一方面通过压缩粘土颗粒表面扩散双电层，引起粘土晶片端-面或面-面聚结，从而使粘土颗粒分散度下降，达到抑制粘土颗粒分散的目的。通过研究发现，钻井液中氯化钙含量对氯化钙水基钻井液的抑制能力有很大影响。当逐步提高钻井液中氯化钙含量后，可以有效降低钻井液与泥页岩地层中液体之间的渗透压，当钻井液中氯化钙的质量分数达到22.0％～31.0％时，钻井液滤液和地层水间会实现渗透平衡，甚至使地层发生去水化作用，从而显著提高钻井液抑制能力及稳定井壁的能力。

含有较高浓度氯化钙的氯化钙水基钻井液在长城钻井液公司、Baroid钻井液公司和雪佛龙特殊化学品公司得到成功应用。US6124245公开的含氯化钙1.0％～30.0％的水基钻井液，以凹凸棒石作为流型调节剂，但该体系经过121℃热滚后，静切力偏小。US6355600公开了一种氯化钙含量约为17.0％的氯化钙水基钻井液，并且在墨西哥湾高活性地层中进行了现场实验，但该体系的抗温仅为93℃。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氯化钙水基钻井液，以解决氯化钙水基钻井液体系在较高浓度氯化钙环境下存在的抗温能力不足、流型和失水控制困难问题。

本发明通过以下技术方案实现：

本氯化钙水基钻井液，按加入水的质量为100％计，含有10.0％～40.0％的氯化钙、1.0％～4.0％的降滤失剂、0.6％～2.0％的流型调节剂、2.0％～4.0％的超细碳酸钙、4.0％～10.0％的保护剂、0.5％～1.0％的除氧剂，余量为水，用碱性pH调节剂调节钻井液pH为7-8。

该氯化钙水基钻井液的制备方法是：以清水为基液，8000～10000r/min的搅拌速率下，每升清水中加入1.0％～4.0％的降滤失剂，搅拌5～10min；加入0.6％～2.0％的流型调节剂，搅拌10～15min；加入2.0％～4.0％的超细碳酸钙，搅拌5～8min；加入4.0％～10.0％的保护剂，搅拌2～5min；加入0.5％～1.0％的除氧剂，搅拌1～2min；加入碱性pH调节剂，调节钻井液pH为7-8，搅拌1～2min；加入10.0％～40.0％的氯化钙，搅拌5～10min后即可得氯化钙水基钻井液。

所述的降滤失剂为低粘羧甲基纤维素钠盐或羧甲基淀粉中的一种或两种与羧基丁苯胶乳的混合物。

所述的流型调节剂为黄原胶或增粘剂IPN-V中的一种或两种。

所述的超细碳酸钙粒径分布在1500～3000目之间。

所述的保护剂是甲基葡萄糖苷或乙基葡萄糖苷中的一种与聚合醇的混合物。

所述的除氧剂是亚硫酸钠或亚硫酸钾中的一种。

所述的碱性pH调节剂是氢氧化钠或氢氧化钙中的一种或两种。

本发明的有益效果是：本发明氯化钙水基钻井液通过引入保护剂，进一步改善了氯化钙水基钻井液的使用性能，在氯化钙浓度为10.0％～40.0％的条件下，该氯化钙水基钻井液抗温达120℃、API滤失量控制在3.0mL以内、120℃下高温高压滤失量控制在13.0mL以内；对泥岩具有极强的抑制性，泥岩在钻井液中的滚动回收率达92.3％，较清水回收率提高了66.8％；抗泥岩钻屑污染达10.0％。

具体实施方式

为充分说明本发明所达到的技术效果，通过以下具体实施例来进行详细说明。

增粘剂IPN-V制备例1：在装有温度计、冷凝管、搅拌器的反应釜中加入4.6g聚乙烯醇2099和100mL去离子水，常压、70℃下搅拌溶解3h，得到无色透明的聚乙烯醇水溶液；保持反应釜内温度，加入盐酸调节pH为3，再加入甲醛溶液4mL，常压下反应3h后得到具有一定粘性的液体，该液体用饱和氢氧化钠水溶液调至pH＝7；氮气保护及搅拌条件下将0.6g过硫酸铵加入到釜中保温反应1h；将3.0g黄原胶缓慢加入到反应釜中继续保温反应1.5h，得到淡黄色粘稠物，经真空干燥、粉碎后即得增粘剂IPN-V。

羧基丁苯胶乳制备例1：单体总重量为100份。首先将聚合釜抽真空，再用氮气置换，真空度达到-0.10MPa时，投入去离子水63.0份，乳化剂溶液(其中去离子水10.0份，十二烷基苯基聚氧乙烯醚硫酸钠1.0份，壬基酚基聚氧乙烯醚-10为0.3份)，苯乙烯16.0份，十二烷基硫醇0.5份，丙烯酸2.0份，衣康酸1.0份，甲基丙烯酸甲酯5.0份，N-羟甲基丙烯酰胺1.0份，丁二烯13.0份，然后开始升温，当反应温度达到65℃时，加入引发剂溶液(去离子水10.0份，过硫酸铵1.0份)。控制温度70±2℃，维持反应约1.0h，加入第二次补加液，其中去离子水15.0份，十二烷基苯基聚氧乙烯醚硫酸钠0.3份，十二烷基硫醇0.2份，过硫酸铵0.5份，苯乙烯27.0份，甲基丙烯酸甲酯12.0份，丁二烯27.0份。维持反应5h，停止反应，在脱气釜真空度为-0.1MPa、釜温60℃的条件下，将胶乳转入脱气釜脱除残余单体，脱气时间为3.0h。然后缓慢加入20％的碱液调节pH值为9，即得羧基丁苯胶乳。

实施例1

以400mL清水为基液，8000r/min的搅拌速率下，加入0.5％低粘羧甲基纤维素钠盐和0.5％羧基丁苯胶乳，搅拌5min；加入0.6％黄原胶，搅拌10min；加入1.0％的1500目超细碳酸钙和1％的2000目超细碳酸钙，搅拌5min；加入2.0％的聚合醇和2.0％的甲基葡萄糖苷，搅拌2min；加入0.5％的亚硫酸钠，搅拌1min；加入0.3％的氢氧化钠，搅拌2min；加入10.0％的氯化钙，搅拌5min后即可得本发明氯化钙水基钻井液。

实施例2

以400mL清水为基液，8000r/min的搅拌速率下，加入1.0％羧甲基淀粉和1.5％羧基丁苯胶乳，搅拌5min；加入1.0％增粘剂IPN-V，搅拌10min；加入1.0％的1500目超细碳酸钙和1.0％的3000目超细碳酸钙，搅拌5min；加入2.0％的聚合醇和4.0％的乙基葡萄糖苷，搅拌2min；加入0.6％的亚硫酸钠，搅拌1min后；加入1.0％的氢氧化钙，搅拌2min；加入20.0％的氯化钙，搅拌5min后即可得本发明氯化钙水基钻井液。

实施例3

以400mL清水为基液，10000r/min的搅拌速率下，加入0.5％低粘羧甲基纤维素钠盐、1.0％羧甲基淀粉和1.5％羧基丁苯胶乳，搅拌5min；加入0.5％黄原胶和1.0％增粘剂IPN-V，搅拌10min；加入2.0％的2000目超细碳酸钙和1.0％的3000目超细碳酸钙，搅拌5min；加入2.0％的聚合醇和6.0％的乙基葡萄糖苷，搅拌2min；加入0.6％的亚硫酸钾，搅拌1min；加入0.3％的氢氧化钠和0.7％的氢氧化钙，搅拌2min；加入30.0％的氯化钙，搅拌5min后即可得本发明氯化钙水基钻井液。

实施例4

以400mL清水为基液，10000r/min的搅拌速率下，加入1.0％低粘羧甲基纤维素钠盐、1.0％羧甲基淀粉和2.0％羧基丁苯胶乳，搅拌5min；加入0.5％黄原胶和1.5％增粘剂IPN-V，搅拌10min；加入3.0％的1500目超细碳酸钙和1.0％的3000目超细碳酸钙，搅拌5min；加入2.0％的聚合醇和8.0％的甲基葡萄糖苷，搅拌2min；加入1.0％的亚硫酸钾，搅拌1min；加入0.2％的氢氧化钠和0.8％的氢氧化钙，搅拌2min；加入40.0％的氯化钙，搅拌5min后即可得本发明氯化钙水基钻井液。

以下是对所得钻井液进行了常规性能、热稳定和抗岩屑污染实验，测试条件皆为：室温下采用ZNN-D6型六速旋转黏度计测试钻井液流变性、ZNS型API滤失量仪测试钻井液的API滤失量；采用GGS42-2型高温高压滤失仪测试钻井液在120℃下的高温高压滤失量。

1、钻井液常规性能测试

将所得的氯化钙水基钻井液在120℃高温滚动老化16h后，测试钻井液的流变性、API滤失量和高温高压滤失量，实验结果如表1所示：

表1钻井液常规性能实验结果

从表1的数据可以看出，氯化钙含量从10.0％变化到40.0％的过程中，钻井液的流变性能稳定，API滤失量控制在3.0mL以内，120℃高温高压滤失量控制在13.0mL以内。

2、岩屑滚动回收率实验

(1)清水岩屑滚动回收率实验。岩屑取自中原油田文88-FP1井，取样井深4034m，岩性为灰色泥岩。将4～10目的泥岩岩屑在105℃下烘干，称取20.0g烘干后的岩屑，倒入高温老化罐中，加入清水。在经过120℃高温滚动老化16h后，岩屑过40目筛，筛留物在105℃下烘干，然后在干燥器中冷却至室温后称重，质量为5.1g。筛留物质量与滚动老化前岩屑初始质量之比，称为清水岩屑滚动回收率，得到回收率为25.5％。

(2)钻井液岩屑滚动回收率实验。岩屑取自中原油田文88-FP1井，取样井深4034m，岩性为灰色泥岩。将4～10目的泥页岩岩屑在105℃下烘干，称取20.0g烘干后的岩屑，倒入高温老化罐中，加入上述实施例4所得的钻井液。在经过120℃高温滚动老化16h后，岩屑过40目筛，筛留物在105℃下烘干，然后在干燥器中冷却至室温后称重，质量为18.46g，筛留物质量与滚动老化前岩屑初始质量之比，称为钻井液岩屑滚动回收率，得到回收率为92.3％。

由上述结果对比可知，钻井液对泥页岩的有很强抑制性，岩屑滚动回收率达92.3％，较清水中的岩屑滚动回收率提高了66.8％。

3、热稳定实验

将实施例4所得的钻井液在120℃下持续高温滚动老化16h、32h、48h后，测试钻井液的流变性、API滤失量和高温高压滤失量，实验结果见表2：

表2钻井液热稳定性能实验结果

由表2可以看出，钻井液在120℃下经48h滚动老化后，钻井液的粘度和切力下降幅度不太明显，钻井液始终保持较好的流变性，并维持有一定的静切力，同时钻井液的API滤失量控制在2.5mL以内，高温高压滤失量控制在15.0mL以内。

4、钻井液抗岩屑污染实验

岩屑取自中原油田文88-FP1井，取样井深4034m，岩性为灰色泥岩。将过100目筛的岩屑在105℃下烘干，按照质量百分比依次向实施例4所得的钻井液中加入4.0％、6.0％、8.0％、10.0％的岩屑。然后将钻井液在120℃下高温滚动老化16h后，测试钻井液的流变性、API滤失量和高温高压滤失量，钻井液抗岩屑污染实验结果见表3：

表3钻井液抗岩屑污染实验结果

从表3可以看出，钻井液有较强的固相容纳能力，抗泥岩岩屑污染可达10.0％。

注：从表1～表3中，AV：钻井液表观粘度，mPa·s；PV：钻井液塑性粘度，mPa·s；YP：钻井液动切力，Pa；Gel：钻井液静切应力，Pa；FL_API：钻井液API滤失量，mL；FL_HTHP：钻井液高温高压滤失量，mL。

Claims

1.一种氯化钙水基钻井液，其特征在于：按加入水的质量为100％计，含有10.0％～40.0％的氯化钙、1.0％～4.0％的降滤失剂、0.6％～2.0％的流型调节剂、2.0％～4.0％的超细碳酸钙、4.0％～10.0％的保护剂、0.5％～1.0％的除氧剂，余量为水，用碱性pH调节剂调节钻井液pH为7-8。

2.根据权利要求书1所述的氯化钙水基钻井液，其特征在于：所述的降滤失剂为低粘羧甲基纤维素钠盐或羧甲基淀粉中的一种或两种与羧基丁苯胶乳的混合物。

3.根据权利要求书1所述的氯化钙水基钻井液，其特征在于：所述的流型调节剂为黄原胶或增粘剂IPN-V中的一种或两种。

4.根据权利要求书1所述的氯化钙水基钻井液，其特征在于：所述的超细碳酸钙粒径分布在1500～3000目之间。

5.根据权利要求书1所述的氯化钙水基钻井液，其特征在于：所述的保护剂是甲基葡萄糖苷或乙基葡萄糖苷中的一种与聚合醇的混合物。

6.根据权利要求书1所述的氯化钙水基钻井液，其特征在于：所述的除氧剂是亚硫酸钠或亚硫酸钾中的一种。

7.根据权利要求书1所述的氯化钙水基钻井液，其特征在于：所述的碱性pH调节剂是氢氧化钠或氢氧化钙中的一种或两种。