CN104388065A - 一种强抑制、强封堵、高润滑性的仿油基钻井液 - Google Patents

一种强抑制、强封堵、高润滑性的仿油基钻井液 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种强抑制、强封堵、高润滑性的仿油基钻井液。主要解决了现有含有胺类化合物的水基钻井液性对泥页岩微裂缝的封堵能力较弱、润滑性也无法完全满足施工需求的问题。其组分及配比按重量份数如下：水100份，膨润土1-5份，铵盐类降滤失剂1-3份，树脂类降滤失剂1-2份，低聚物类页岩抑制剂1-2份，醇类页岩抑制剂2-3份，包被剂0.2-0.4份，沥青类封堵剂1-2份，超细碳酸钙1-2份，流型调节剂0.1-0.5份，pH调节剂0.01-0.04份，润滑剂1-4份。该强抑制、强封堵、高润滑性的仿油基钻井液，为一种性能与油基钻井液相当的水基钻井液体系，确保在泥页岩地层和非常规致密油储层的安全、快速、高效的钻进施工，为油气藏的有效开发提供新的技术支撑。

Description

一种强抑制、强封堵、高润滑性的仿油基钻井液
技术领域
本发明涉及石油钻井领域中的一种钻井液，尤其是一种强抑制、强封堵、高润滑性的仿油基钻井液。
背景技术
泥页岩地层井壁不稳定是钻井工程中经常遇到的一个技术难题。水敏性活性泥岩、软泥岩极易水化膨胀而导致缩径、坍塌、钻头泥包和卡钻等井下复杂，同时，活性泥页岩的水化分散还会引起钻井液中黏土含量上升，微米、亚微米固相颗粒增多，导致钻井液粘切升高、性能恶化，井壁上出现虚泥饼。硬脆性泥页岩在沉积过程中会形成较为明显的层理，且裂缝和微裂缝十分发育，与钻井液接触后，滤液在毛细管力以及正压差作用下会优先从渗透性较好的微裂缝进入地层内部，在增大地层孔隙压力的同时，还会使地层微裂缝出现延伸、扩展和相互连通，最终破坏地层压力平衡而导致剥落、掉块甚至井塌等情况的发生。
油基钻井液在抑制泥页岩水化分散方面有着水基钻井液无可比拟的优势，但油基钻井液又存在着高成本和危害环境等问题。为满足环保要求和降低钻井液成本，国内外一直在研制一种具有油基钻井液性能的水基钻井液体系，着重提高水基钻井液的抑制性和封堵防塌等性能。近年来，国内外的一些研究者相继开发了一系列与油基钻井液性能相当的水基钻井液体系。这些体系都在现场应用过程中取得了一定的应用效果，而其中以含有胺类化合物的水基钻井液性能较为突出，该钻井液体系在抑制泥页岩水化方面性能较好，但对泥页岩微裂缝的封堵能力较弱，润滑性也无法完全满足施工需求，导致在硬脆性泥页岩地层和致密油气藏进行水平井作业时，井壁剥落、坍塌、托压等井下复杂时常发生。因此需要开发一种抑制性良好、封堵能力强、润滑性良好，性能与油基钻井液相当的水基钻井液体系。
发明内容
本发明在于克服背景技术中存在的现有含有胺类化合物的水基钻井液性对泥页岩微裂缝的封堵能力较弱、润滑性也无法完全满足施工需求的问题，而提供一种强抑制、强封堵、高润滑性的仿油基钻井液。该强抑制、强封堵、高润滑性的仿油基钻井液，为一种性能与油基钻井液相当的水基钻井液体系，确保在泥页岩地层和非常规致密油储层的安全、快速、高效的钻进施工，为油气藏的有效开发提供新的技术支撑。
本发明解决其问题可通过如下技术方案来达到：该强抑制、强封堵、高润滑性的仿油基钻井液，其组分及配比按重量份数如下：
所述的铵盐类降滤失剂为水解聚丙烯腈-铵盐、水解聚丙烯腈-复合铵盐、水解聚丙烯腈-双聚铵盐中的一种；所述的树脂类降滤失剂为褐煤树脂、磺化酚醛树脂、腐植酸、改性树脂中的一种；所述的醇类抑制剂为聚乙二醇、聚丙乙烯二醇、聚丙二醇、聚丙三醇、聚乙烯二醇中的一种或几种的混合物；该类抑制剂不仅具有抑制泥页岩水化分散的作用，同时可利用其浊点效应对泥页岩地层微裂缝进行内封堵，可进一步提高泥页岩地层稳定性，另外还具有提高钻井液润滑性和防钻头泥包的作用，与低聚物类页岩抑制剂复配可起到协同增效的作用。
所述的包被剂为钻井液用乳液包被剂；所述的沥青类封堵剂为磺化沥青、氧化沥青、白沥青中的一种；流型调节剂为高粘聚阴离子纤维素、低粘聚阴离子纤维素、黄原胶中的一种；超细碳酸钙为200目、400目、800目、1250目这4种碳酸钙的混合物；所述的pH调节剂为自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或几种的混合物。
所述的低聚物类页岩抑制剂是由乙二胺、二甲胺、三甲胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、多乙烯多胺中的一种与环氧乙烷、环氧丙烷、环氧氯丙烷中的一种按一定的1～3：4～10的摩尔比、在30℃-80℃的条件下反应5～8小时制取而成，分子量在1000～1500；对泥页岩地层具有良好的抑制水化分散作用
所述的润滑剂为乳化石蜡、工业白油、钻井液用液体润滑剂按(1～3)：(1～3)：(1～2)的比例进行复配的混合物。
一种强抑制、强封堵、高润滑性的仿油基钻井液的制备方法，包括以下步骤：
①在水中加入pH调节剂，搅拌下加入膨润土，搅拌20～30分钟，在室温下密闭预水化养护24小时得到土浆；
②在高速(3000-1000rpm)搅拌下向盛有土浆的高搅杯中依次加入铵盐类降滤失剂、树脂类降滤失剂、低聚物类页岩抑制剂、醇类页岩抑制剂、包被剂、沥青类封堵剂、超细碳酸钙、流型调节剂、pH调节剂、润滑剂，再继续搅拌30分钟。
本发明与上述背景技术相比较可具有如下有益效果：该强抑制、强封堵、高润滑性的仿油基钻井液，具有以下优点：
(1)钻井液抑制性强，对活性软泥岩和硬脆性泥页岩都具有良好的抑制性，对极易水化分散泥岩的防膨率和滚动回收率与油基钻井液相近，在现场应用过程中，钻遇大段泥页岩时未发生任何井下复杂；
(2)钻井液封堵能力强，实验表明，该体系对10-100μm的微裂缝都具有良好的封堵能力，在硬脆性泥页岩段进行水平井作业时，没有发生剥落、掉块和坍塌等现象；
(3)润滑性良好，该体系的极压润滑值与油基钻井液相当，在现场长达1500的水平段进行施工时，没有产生托压、卡钻等事故；
(4)钻井液性能稳定、易于维护，该体系最少可抗温155℃，可抗盐至5％，在高温老化前后性能稳定，粘切基本没有变化；
(5)储层保护效果好，该体系对储层砂岩的渗透率恢复值在90％以上；
(6)钻井液低毒环保，成本较低。
具体实施方式：
下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明：
低聚物类页岩抑制剂制备：多乙烯多胺中与环氧氯丙烷中按1:4的摩尔比、在70℃的条件下反应5小时制取而成；超细碳酸钙为200目、400目、800目、1250目这4种碳酸钙按1：1：1:1的比例的混合物；包被剂由大庆精诚化工有限责任公司的生产钻井液用包被剂及任丘市天翔化工有限公司供应的钻井液用包被剂PAC-141；润滑剂为乳化石蜡、工业白油、钻井液用液体润滑剂按1:1:2的比例进行复配的混合物，其中钻井液用液体润滑剂JRH-3，为大庆精诚化工有限责任公司生产。
实施例1
量取400mL水5份，开启搅拌器，各自加入0.12g的pH调节剂氢氧化钾，再加入16g膨润土粉，预水化24小时后，在低转速下边搅拌边分别加入8g水解聚丙烯腈-复合铵盐、4g褐煤树脂、8g低聚物类页岩抑制剂、12g聚乙二醇、1.2g包被剂PAC-141、8g磺化沥青、8g复配好的超细碳酸钙、1.2g高粘聚阴离子纤维素、12g复配好的润滑剂。每种处理剂加入前要间隔、充分搅拌10min，处理剂加入完毕后，至于3000rpm转速下搅拌30min。
将易水化分散的泥页岩岩屑烘干粉碎，过100目筛，按0％、5％、10％、15％、20％加量，将钻屑加入配好的钻井液中，测量在150℃老化前后的性能，结果见表1。
表1不同岩屑加量下钻井液性能表
老化条件：120℃×16h。
由表1可知，随着钻屑的加入，钻井液的黏度和切力变化较小，滤失量略有减小，表明本发明的仿油基钻井液体系具有良好的抑制泥页岩水化分散的能力，且在钻进过程中具有良好的抗钻屑污染能力。
实施例2
在室内按步骤配制仿油基钻井液：量取400mL水，开启搅拌器，加入0.12g的pH调节剂氢氧化钾，再加入16g膨润土粉，预水化24小时后，在低转速下边搅拌边分别加入8g水解聚丙烯腈-复合铵盐、4g褐煤树脂、8g低聚物类页岩抑制剂、12g聚乙二醇、1.2g包被剂PAC-141、8g磺化沥青、8g复配好的超细碳酸钙、1.2g高粘聚阴离子纤维素、12g复配好的润滑剂。每种处理剂加入前要间隔、充分搅拌10min，处理剂加入完毕后，至于3000rpm转速下搅拌30min。
按照油基钻井液配方配制一份油基钻井液(油水比为80:20)。
选取极易水化分散的泥页岩岩屑，粉碎成6-10目颗粒烘干备用。
采用滚动回收实验和线型膨胀实验对仿油基钻井液、油基钻井液和清水的抑制性能进行了评价，实验温度为150℃，结果见表2。
表2钻井液抑制性对比
由表2可以看出，仿油基钻井液膨胀率仅为8.73％，滚动回收率高达96.20％，油基钻井液的膨胀率为7.95％，滚动回收率为97.26％。表明仿油基钻井液具有较强抑制泥页岩水化分散与膨胀的能力，与油基钻井液性能接近。
实施例3
在室内按步骤配制仿油基钻井液：量取400mL水，开启搅拌器，加入0.12g的pH调节剂氢氧化钾，再加入16g膨润土粉，预水化24小时后，在低转速下边搅拌边分别加入8g水解聚丙烯腈-复合铵盐、4g褐煤树脂、8g低聚物类页岩抑制剂、12g聚乙二醇、1.2g包被剂PAC-141、8g磺化沥青、8g复配好的超细碳酸钙、1.2g流型调节剂高粘聚阴离子纤维素、12g复配好的润滑剂。每种处理剂加入前要间隔、充分搅拌10min，处理剂加入完毕后，至于3000rpm转速下搅拌30min。
按照油基钻井液配方配制一份油基钻井液(油水比为80:20)。
采用极压润滑仪和黏附系数测定仪对两种钻井液的润滑性和泥饼黏附系数进行了测量，极压润滑系数为0.12，泥饼黏附系数为0.97，说明仿油基钻井液体系具有良好的润滑性，可满足长水平段水平井施工对钻井液润滑性的要求。

Claims (8)

1.一种强抑制、强封堵、高润滑性的仿油基钻井液，其特征在于：其组分及配比按重量份数如下： 
水                      100份
膨润土                  1-5份
铵盐类降滤失剂          1-3份
树脂类降滤失剂          1-2份
低聚物类页岩抑制剂      1-2份
醇类页岩抑制剂          2-3份
包被剂                  0.2-0.4份
沥青类封堵剂            1-2份
超细碳酸钙              1-2份
流型调节剂              0.1-0.5份
pH调节剂                0.01-0.04份
润滑剂                  1-4份。
2.根据权利要求1所述的一种强抑制、强封堵、高润滑性的仿油基钻井液，其特征在于：所述的铵盐类降滤失剂为水解聚丙烯腈-铵盐、水解聚丙烯腈-复合铵盐、水解聚丙烯腈-双聚铵盐中的一种；所述的树脂类降滤失剂为褐煤树脂、磺化酚醛树脂、腐植酸、改性树脂中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种强抑制、强封堵、高润滑性的仿油基钻井液，其特征在于：所述的醇类抑制剂为聚乙二醇、聚丙乙烯二醇、聚丙二醇、聚丙三醇、聚乙烯二醇中的一种或几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种强抑制、强封堵、高润滑性的仿油基钻井液，其特征在于：所述的包被剂为钻井液用乳液包被剂。
5.根据权利要求1所述的一种强抑制、强封堵、高润滑性的仿油基钻井液，其特征在于：所述的沥青类封堵剂为磺化沥青、氧化沥青、白沥青中的一种；流型调节剂为高粘聚阴离子纤维素、低粘聚阴离子纤维素、黄原胶中的一种；超细碳酸钙为200目、400目、800目、1250目这4种碳酸钙的混合物；所述的pH 调节剂为自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或几种的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种强抑制、强封堵、高润滑性的仿油基钻井液，其特征在于：所述的低聚物类页岩抑制剂是由乙二胺、二甲胺、三甲胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、多乙烯多胺中的一种与环氧乙烷、环氧丙烷、环氧氯丙烷中的一种按一定的1～3： 4～10的摩尔比、在30℃-80℃的条件下反应5~8小时制取而成，分子量在1000～1500。
7..根据权利要求1所述的一种强抑制、强封堵、高润滑性的仿油基钻井液，其特征在于：所述的润滑剂为乳化石蜡、工业白油、钻井液用液体润滑剂按1～3： 1～ 3： 1～2的比例进行复配的混合物。
8.一种权利要求1所述的一种强抑制、强封堵、高润滑性的仿油基钻井液的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
①在水中加入pH 调节剂，搅拌下加入膨润土，搅拌20 ～ 30 分钟，在室温下密闭预水化养护24 小时得到土浆；
②在3000-1000rpm高速搅拌下向盛有土浆的高搅杯中依次加入铵盐类降滤失剂、树脂类降滤失剂、低聚物类页岩抑制剂、醇类页岩抑制剂、包被剂、沥青类封堵剂、超细碳酸钙、流型调节剂 、pH调节剂、润滑剂，再继续搅拌30分钟。
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