CN104559967A - 一种超高密度抗高温饱和盐水钻井液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超高密度抗高温饱和盐水钻井液及其制备方法，各组分的质量百分比为：钠基膨润土：1.5%-4%；抗高温磺化类降滤失剂：8%-14%；乳化沥青：2%-3%；润滑剂：2%-3%；pH调节剂：0.2%-1.5%；乳化剂：0.2%-1.0%；无机盐：20%-30%；加重剂：20%-40%；其余为水。本发明提供的钻井液解决了高密度聚磺饱和盐水钻井液在高温作用下过度交联增稠、流变性难以控制、维护周期频繁等难题，该钻井液体系具有良好的流变性和高温稳定性，在1.8-2.55g/cm3的密度条件下，抗温能力能够达到200℃，适用于深井超深井尤其是在巨厚复合盐层进行勘探钻井。

Description

一种超高密度抗高温饱和盐水钻井液及其制备方法
技术领域
本发明涉及石油勘探开发用钻井液技术领域，具体是一种超高密度抗高温饱和盐水钻井液及其制备方法。
背景技术
在超深井盐膏层等复杂井的勘探开发中，钻井液所面临的高温、高压、高矿化度等环境因素影响是目前公认的世界级难题。
目前采用的抗高温高密度钻井液多为聚磺钻井液体系，在高密度条件下钻井液体系中固相含量高、自由水相少，加之聚磺处理剂在高温高矿化度条件下易发生高温过度交联，引起钻井液体系严重增稠，流变性控制困难，处理频繁，使钻井作业无法正常进行。因此，如何解决钻井液在高温高压高矿化度条件下的流变性和滤失性，是深井、超深井钻井液技术面临的首要问题。
发明内容
针对上述技术难题，本发明的目的在于提供一种超高密度抗高温饱和盐水钻井液，通过交联抑制剂的加入，得到一种抗高温能力强、可控密度高、抗盐能力强且具有良好的流变性的超高密度抗高温饱和盐水钻井液。本发明的目的还在于提供上述钻井液的制备方法。
首先，一种超高密度抗高温饱和盐水钻井液，各组分质量百分比为：
钠基膨润土：1.5%-4%；
抗高温磺化类降滤失剂：8%-14%；
乳化沥青：2%-3%；
润滑剂：2%-3%；
pH调节剂：0.2%-1.5%；
乳化剂：0.2%-1.0%；
无机盐：20%-30%；
加重剂：20%-40%；
其余为水。
上述方案还包括：交联抑制剂：0.2%-1.0%。
所述的抗高温磺化类降滤失剂是由磺甲基酚醛树脂、磺化褐煤树脂和磺甲基腐殖酸铬组成。
所述的乳化沥青软化点为160℃-200℃。
所述的润滑剂为抗高温白油润滑剂。
所述的pH调节剂为氢氧化钠。
所述的乳化剂为SP80。
所述的无机盐为氯化钠和氯化钾组成。
所述的加重剂为重晶石粉和铁矿石粉的一种或两种。
所述的交联抑制剂为焦亚硫酸钠和三聚甲醛组成。
上述方案进一步包括；
其中所述的抗高温磺化类降滤失剂是由磺甲基酚醛树脂、磺化褐煤树脂和磺甲基腐殖酸铬按质量比为4-8：2-3：2-3组成。
所述的交联抑制剂为焦亚硫酸钠和三聚甲醛按质量比为5-7：1组成。
所述的无机盐为氯化钠和氯化钾按质量比为22-25:5-7组成。
添加pH调节剂后的钻井液体系的pH为9-10。
所述的加重剂为重晶石粉和铁矿石粉按质量比为1:2-3复配。
所述的重晶石粉的密度在4.20g/cm3以上，纯度在95%以上；所述的铁矿石粉的密度在4.80 g/cm3以上。
按照上述方案的超高密度抗高温饱和盐水钻井液的制备方法包括： 
一种是针对无交联抑制剂的情形，将上述比例的水放入搅拌容器中，边搅拌边加入钠基膨润土，继续搅拌15-25分钟后，停止搅拌，密闭养护24小时以上得到预水化膨润土浆；
在转速为10000-12000转/分的高速搅拌状态下，向预水化膨润土浆中按照上述比例依次加入pH调节剂、抗高温磺化类降滤失剂、乳化剂、乳化沥青、润滑剂，每加入一种材料搅拌20-40分钟，全部加完后继续搅拌50-70分钟，再加入无机盐，高速搅拌20-40分钟后，最后加入加重剂，得到超高密度抗高温饱和盐水钻井液。
另一种是针对有交联抑制剂的情形，将上述比例的水放入搅拌容器中，边搅拌边加入钠基膨润土，继续搅拌15-25分钟后，停止搅拌，密闭养护24小时以上得到预水化膨润土浆；
在转速为10000-12000转/分的高速搅拌状态下，向预水化膨润土浆中按照上述比例依次加入pH调节剂、抗高温磺化类降滤失剂、交联抑制剂、乳化剂、乳化沥青、润滑剂，每加入一种材料搅拌20-40分钟，全部加完后继续搅拌50-70分钟，再加入无机盐，高速搅拌20-40分钟后，最后加入加重剂，得到超高密度抗高温饱和盐水钻井液。
本发明与现有的技术相比具有以下有益效果：本发明提供的钻井液是能够在超深井盐膏层等复杂井钻井中使用的高密度钻井液，具有较高的热稳定性，能够保持良好的流变性，克服了普通饱和盐水聚磺钻井液抗温抗盐能力有限，密度调节能力较低，易高温增稠引起流变性难以控制，维护周期频繁等难题。本发明超高密度抗高温饱和盐水钻井液适用于1.8-2.55g/cm3的密度条件下，抗温能力达200℃。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1：
本实施例提供了一种密度为2.25g/cm3抗高温150℃的超高密度抗高温饱和盐水钻井液，其中各组分的质量百分比为：
钠基膨润土：2.5%、抗高温磺化类降滤失剂9%（磺甲基酚醛树脂：4.0%、磺化褐煤树脂：3.0%和磺甲基腐殖酸铬：2.0%）、乳化沥青（软化点为160℃）：3.0%、润滑剂：2.0%、pH调节剂：0.9%、乳化剂：1.0%、无机盐（NaCl：22.0%和KCl：7.0%）、水：余量。最后添加加重剂（重晶石粉和铁矿石粉比例为1：2）将钻井液体系的密度调整至2.25g/ cm3。
实施例2：
本实施例提供了一种密度为2.55g/cm3抗高温150℃的超高密度抗高温饱和盐水钻井液，其中各组分的质量百分比为：
钠基膨润土：2.5%、抗高温磺化类降滤失剂（磺甲基酚醛树脂：4.0%、磺化褐煤树脂：2.0%和磺甲基腐殖酸铬：2.0%）、乳化沥青（软化点为180℃）：2.5%、润滑剂：2.0%、pH调节剂：0.8%、乳化剂：0.5%、无机盐（NaCl：20.0%和KCl：5.0%）、水：余量。最后添加加重剂（重晶石粉和铁矿石粉比例为1：3）将钻井液体系的密度调整至2.55g/ cm3。
针对实施例1和2的制备方法是将上述比例的水放入搅拌容器中，边搅拌边加入钠基膨润土，继续搅拌20分钟后，停止搅拌，密闭养护24小时以上得到预水化膨润土浆；
在转速为10000转/分的高速搅拌状态下，向预水化膨润土浆中按照上述比例依次加入pH调节剂、抗高温磺化类降滤失剂、乳化剂、乳化沥青、润滑剂，每加入一种材料搅拌30分钟，全部加完后继续搅拌60分钟，再加入无机盐，高速搅拌30分钟后，最后加入加重剂，得到超高密度抗高温饱和盐水钻井液。
实施例3：
本实施例提供了一种密度为2.30g/cm3抗高温180℃的超高密度抗高温饱和盐水钻井液，其中各组分的质量百分比为：
钠基膨润土：2.0%、抗高温磺化类降滤失剂（磺甲基酚醛树脂：6.0%、磺化褐煤树脂：2.0%和磺甲基腐殖酸铬：3.0%）、交联抑制剂（焦亚硫酸钠和三聚甲醛按质量比为5：1组成）：0.3%、乳化沥青（软化点为180℃）：2.0%、润滑剂：2.0%、pH调节剂：1.1%、乳化剂：0.5%、无机盐（NaCl：22.0%和KCl：7.0%）、水：余量。最后添加加重剂（重晶石粉和铁矿石粉比例为1：2）将钻井液体系的密度调整至2.30g/ cm3。
实施例4：
本实施例提供了一种密度为2.53g/cm3抗高温180℃的超高密度抗高温饱和盐水钻井液，其中各组分的质量百分比为：
钠基膨润土：1.5%、抗高温磺化类降滤失剂（磺甲基酚醛树脂：4.5%、磺化褐煤树脂：2.5%和磺甲基腐殖酸铬：3.0%）、交联抑制剂（焦亚硫酸钠和三聚甲醛按质量比为7：1组成）：1.0%、乳化沥青（软化点为180℃）：2.0%、润滑剂：2.0%、pH调节剂：1.1%、乳化剂：0.5%、无机盐（NaCl：20.0%和KCl：7.0%）、水：余量。最后添加加重剂（重晶石粉和铁矿石粉比例为1：3）将钻井液体系的密度调整至2.53g/ cm3。
实施例5：
本实施例提供了一种密度为2.30g/cm3抗高温200℃的超高密度抗高温饱和盐水钻井液，其中各组分的质量百分比为：
钠基膨润土：1.5%、抗高温磺化类降滤失剂（磺甲基酚醛树脂：5%、磺化褐煤树脂：1.5%和磺甲基腐殖酸铬：3.0%）、交联抑制剂（焦亚硫酸钠和三聚甲醛按质量比为6：1组成）：0.67%、乳化沥青（软化点为200℃）：2.0%、润滑剂：2.0%、pH调节剂：1.1%、乳化剂：0.5%、无机盐（NaCl：22.0%和KCl：7.0%）、水：余量。最后添加加重剂（重晶石粉和铁矿石粉比例为1：3）将钻井液体系的密度调整至2.30g/ cm3。
实施例6：
本实施例提供了一种密度为2.53g/cm3抗高温200℃的超高密度抗高温饱和盐水钻井液，其中各组分的质量百分比为：
钠基膨润土：2.5%、抗高温磺化类降滤失剂（磺甲基酚醛树脂：4.5%、磺化褐煤树脂：2.5%和磺甲基腐殖酸铬：3.0%）、交联抑制剂（焦亚硫酸钠和三聚甲醛按质量比为6：1组成）：1.0%、乳化沥青（软化点为200℃）：2.0%、润滑剂：2.0%、pH调节剂：1.1%、乳化剂：0.5%、无机盐（NaCl：22.0%和KCl：7.0%）、水：余量。最后添加加重剂（重晶石粉和铁矿石粉比例为1：3）将钻井液体系的密度调整至2.53g/ cm3。
针对上述实施例3-6的制备方法是将上述比例的水放入搅拌容器中，边搅拌边加入钠基膨润土，继续搅拌25分钟后，停止搅拌，密闭养护24小时以上得到预水化膨润土浆；
在转速为12000转/分的高速搅拌状态下，向预水化膨润土浆中按照上述比例依次加入pH调节剂、抗高温磺化类降滤失剂、交联抑制剂、乳化剂、乳化沥青、润滑剂，每加入一种材料搅拌25分钟，全部加完后继续搅拌70分钟，再加入无机盐，高速搅拌40分钟后，最后加入加重剂，得到超高密度抗高温饱和盐水钻井液。
对比例：
和本发明进行实验对比的对比例均为实施例中的超高密度抗高温饱和盐水钻井液体系中不加交联抑制剂，其他各组分质量百分比与相应实施例完全相同。因在150℃下实施例1和实施例2的高温交联情况不严重，因此无需加交联抑制剂。将配置好的钻井液体系热滚后，按照水基钻井液测试程序（GB/T 16783-1997）分别测得对比性能实验数据见表1。
表1  超高密度抗高温饱和盐水钻井液体系性能
从表1的对比性能参数可以看出，实施例提供的超高密度抗高温饱和盐水钻井液具有良好的流变性，相比对比例中钻井液体系的表观粘度、塑性粘度、动切力及初终切力，均有大幅度的下降，这表明超高密度抗高温饱和盐水钻井液体系有效的抑制了磺化处理剂的高温过度交联现象。该体系抗温200℃，密度1.8-2.55g/cm3，完全满足深井超深井盐膏层钻井的要求。
在以上的实施例中优选：润滑剂为抗高温白油润滑剂； pH调节剂为氢氧化钠；乳化剂为SP80；添加pH调节剂后的钻井液体系的pH为9-10；加重剂中的重晶石粉的密度在4.20g/cm3以上，纯度在95%以上，铁矿石粉的密度在4.80 g/cm3以上。

Claims (13)

1.一种超高密度抗高温饱和盐水钻井液，其特征在于各组分质量百分比为：
钠基膨润土：1.5%-4%；
抗高温磺化类降滤失剂：8%-14%；
乳化沥青：2%-3%；
润滑剂：2%-3%；
pH调节剂：0.2%-1.5%；
乳化剂：0.2%-1.0%；
无机盐：20%-30%；
加重剂：20%-40%；
其余为水。
2.如权利要求1所述的超高密度抗高温饱和盐水钻井液，其特征在于组分中还包括质量百分比为0.2%-1.0%交联抑制剂。
3.如权利要求1所述的超高密度抗高温饱和盐水钻井液，其特征在于所述的抗高温磺化类降滤失剂是由磺甲基酚醛树脂、磺化褐煤树脂和磺甲基腐殖酸铬组成；所述的乳化沥青软化点为160℃-200℃；所述的润滑剂为抗高温白油润滑剂；所述的pH调节剂为氢氧化钠；所述的乳化剂为SP80；所述的无机盐为氯化钠和氯化钾组成；所述的加重剂为重晶石粉和铁矿石粉的一种或两种。
4.如权利要求2所述的超高密度抗高温饱和盐水钻井液，其特征在于所述的抗高温磺化类降滤失剂是由磺甲基酚醛树脂、磺化褐煤树脂和磺甲基腐殖酸铬组成；所述的乳化沥青软化点为160℃-200℃；所述的润滑剂为抗高温白油润滑剂；所述的pH调节剂为氢氧化钠；所述的乳化剂为SP80；所述的交联抑制剂为焦亚硫酸钠和三聚甲醛组成；所述的无机盐为氯化钠和氯化钾组成；所述的加重剂为重晶石粉和铁矿石粉的一种或两种。
5.如权利要求3所述的超高密度抗高温饱和盐水钻井液，其特征在于；其中所述的抗高温磺化类降滤失剂是由磺甲基酚醛树脂、磺化褐煤树脂和磺甲基腐殖酸铬按质量比为4-8：2-3：2-3组成。
6.如权利要求4所述的超高密度抗高温饱和盐水钻井液，其特征在于所述的交联抑制剂为焦亚硫酸钠和三聚甲醛按质量比为5-7：1组成。
7.如权利要求3或4所述的超高密度抗高温饱和盐水钻井液，其特征在于所述的无机盐为氯化钠和氯化钾按质量比为22-25:5-7组成。
8.如权利要求3或4所述的超高密度抗高温饱和盐水钻井液，其特征在于添加pH调节剂后的钻井液体系的pH为9-10。
9.如权利要求3或4所述的超高密度抗高温饱和盐水钻井液，其特征在于所述的加重剂为重晶石粉和铁矿石粉按质量比为1:2-3复配。
10.如权利要求3或4所述的超高密度抗高温饱和盐水钻井液，其特征在于其中所述的重晶石粉的密度在4.20g/cm3以上，纯度在95%以上；所述的铁矿石粉的密度在4.80 g/cm3以上。
11.如权利要求8所述的超高密度抗高温饱和盐水钻井液，其特征在于其中所述的重晶石粉的密度在4.20g/cm3以上，纯度在95%以上；所述的铁矿石粉的密度在4.80 g/cm3以上。
12.按照上述权利要求1或3所述的超高密度抗高温饱和盐水钻井液的制备方法，其特征在于包括： 
将上述比例的水放入搅拌容器中，边搅拌边加入钠基膨润土，继续搅拌15-25分钟后，停止搅拌，密闭养护24小时以上得到预水化膨润土浆；
在转速为10000-12000转/分的高速搅拌状态下，向预水化膨润土浆中按照上述比例依次加入pH调节剂、抗高温磺化类降滤失剂、交联抑制剂、乳化剂、乳化沥青、润滑剂，每加入一种材料搅拌20-40分钟，全部加完后继续搅拌50-70分钟，再加入无机盐，高速搅拌20-40分钟后，最后加入加重剂，得到超高密度抗高温饱和盐水钻井液。
13.按照上述权利要求2或4所述的超高密度抗高温饱和盐水钻井液的制备方法，其特征在于包括： 
将上述比例的水放入搅拌容器中，边搅拌边加入钠基膨润土，继续搅拌15-25分钟后，停止搅拌，密闭养护24小时以上得到预水化膨润土浆；
在转速为10000-12000转/分的高速搅拌状态下，向预水化膨润土浆中按照上述比例依次加入pH调节剂、抗高温磺化类降滤失剂、交联抑制剂、乳化剂、乳化沥青、润滑剂，每加入一种材料搅拌20-40分钟，全部加完后继续搅拌50-70分钟，再加入无机盐，高速搅拌20-40分钟后，最后加入加重剂，得到超高密度抗高温饱和盐水钻井液。
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