CN104559969B - 一种深水钻井液 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种深水钻井液，其组成为：每1L的基浆中加入1g黄原胶XC、10～20g羧甲基纤维素钠、20～30g磺化酚醛树脂SMP‑2、30～50g硅酸钠、10g聚乙烯吡咯烷酮PVP‑K90、15g高改性沥青KAHM、50～100g氯化钠、0.5g十二烷基苯磺酸钠、0.5～1g石墨、0.2～0.5g多聚甲醛。本发明所述的钻井液在低温条件下特性稳定，流变性能好、岩屑携带能力强、泥页岩水化膨胀抑制性和水合物生成抑制性能优越、经济成本低、环境污染小，尤其适用于深水钻进。

Description

一种深水钻井液
技术领域
本发明涉及一种钻井液，具体涉及一种具有良好水合物抑制性能并适用于深水钻探的钻井液。
背景技术
近年来，随着海洋油气勘探开发比例不断增加，深海油气钻探开发在能源发展中显得越来越重要。然而在深海油气钻探开发中，其作业环境恶劣，操作条件复杂，面临诸多复杂技术难题，包括钻井过程中钻井环境温度低、钻井液用量大、海底页岩稳定性能差、井眼清洗困难、钻探获得的气体在钻井液中形成水合物等问题，给钻井、完井工作带来严峻的挑战。
钻井流体是在旋转钻井中使用的循环流体，由于绝大多数使用的是液体，少量使用气体或泡沫，因此又称“钻井液”。钻井液在钻井工程中的主要功用是：清洗井底，携带岩屑；冷却和润滑钻头及钻柱；形成泥饼，保护井壁；控制与平衡地层压力；悬浮岩屑和加重剂；在地面沉除岩屑；提供所钻地层的有关资料；将水功率传给钻头等。钻井液及其工艺是钻井工程能否成功的关键因素。人们常常以“泥浆是钻井的血液”来形象地说明钻井液在钻井中的重要性。
钻井液作为钻井过程中的重要组成部分，其性能直接关系到深水钻井质量、钻井成本和钻井周期，深水钻井作业中的钻井液必须满足以下条件：①具有良好的页岩稳定性，能够有效稳定弱胶结地层；②能够有效抑制气体水合物的产生；③在低温条件下具有良好的流变特性；④在大直径井眼中具有良好的悬浮和清除钻屑的能力；⑤能够满足环保要求；⑥综合成本低。
目前，全球深水钻井最活跃的地区如墨西哥湾、西非和巴西常用的钻井液体系有高盐/木质素磺酸盐钻井液液体系、高盐/PHPA(部分水解聚丙烯酰胺)聚合物加聚合醇钻井液、合成基钻井液及油基钻井液体系等。在以上钻井液体系中，高盐、聚合物处理剂虽能够较好地改善钻井液在深水低温地层的相关性能，但经济成本较高，井控能力较弱；而油基钻井液使用成本高、不易分解，对环境有一定的影响，目前在深水油气钻探中已限制其使用。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题在于制备一种具有抑制性能的深水钻井液，该钻井液能满足深水油气钻探所需的各项技术要求，并且环境污染小、原料成本低等特点。
本发明是通过以下技术方案来实现上述技术目的：
一种深水钻井液，在基浆中添加处理剂而成；每1L基浆中处理剂的加入量为：1g黄原胶XC、10～20g羧甲基纤维素钠Na-CMC、20～30g磺化酚醛树脂SMP-2、30～50g硅酸钠、10g聚乙烯吡咯烷酮PVP-K90、15g高改性沥青KAHM、50～100g氯化钠、0.5g十二烷基苯磺酸钠DBS、0.5～1g石墨、0.2～0.5g多聚甲醛。
在以上钻井液中，所述基浆为1L海水(主要成分为氯化钠、氯化钾、硫酸镁等盐类，含盐量为34.4‰)中先加入0.8～1.2g纯碱，再加入20～30g膨润土，在室温条件下经24小时水化后形成基浆。
另外，可以根据实际钻井工况加入API级重晶石粉等密度调节剂调节密度，优选密度范围为1.1～1.2g/cm3。
基浆形成后，在基浆中添加降滤失剂、防塌剂、泥页岩水化膨胀抑制剂、水合物生成抑制剂即得钻井液。降滤失剂为黄原胶XC、羧甲基纤维素钠Na-CMC、磺化酚醛树脂SMP-2。防塌剂为硅酸钠和高改性沥青。泥页岩水化膨胀抑制剂为羧甲基纤维素钠、磺化酚醛树脂SMP-2和硅酸钠。水合物生成抑制剂为羧甲基纤维素钠、磺化酚醛树脂SMP-2、PVP-K90和氯化钠。
黄原胶XC作为降滤失剂，还具有增粘、降失水、抗钙离子等作用；中高分子聚合物Na-CMC(优选粘度1400～2000mPa·s、取代度0.7～0.8的Na-CMC)和SMP-2作为高效抗污染降滤失剂，有较强的页岩抑制性，能够较好的改善钻井地层的相关性能，并且能够作为防聚剂，较好的抑制钻井液中水合物的形成；硅酸钠能增加钻井液的粘度，促使钻井液胶凝，阻止漏失，抑制页岩水化膨胀；水合物动力学抑制剂PVP-K90具有用量小、抑制效果强等优点，能很好的抑制钻井液中水合物的生成；KAHM作为防塌剂，能改善泥饼质量、降低HTHP滤失量、提高泥饼润滑性；无机盐氯化钠在深水钻井液中所起的主要作用为提高钻井液的抗冻性，其次为辅助抑制水合物的生成；DBS主要作为该钻井液的消泡剂；石墨作为润滑剂，对钻井液进行润滑降阻；多聚甲醛作为杀菌剂，能抑制钻井液中细菌的生长，防止聚合物发酵分解，失去粘度及作用。
本发明所使用的部分处理剂对深水钻井具有多种功能，具有经济成本低、易分解、环境破坏小等特点，并且具有页岩水化抑制与防塌作用强、流变性好、水合物抑制效果明显，满足深水钻井工况所需的各项要求，适用于深水钻井作业。
具体实施方式
为了更清楚的说明本发明的技术方案，下面结合具体实施案例对本发明做详细具体的说明。
以下实施案例主要反映：(1)钻井液的配制；(2)钻井液在低温环境中的常规性能；(3)钻井液的页岩水化膨胀抑制性能；(4)钻井液的水合物抑制性能。
实施例1：
本实施例中采用2％(1#钻井液)、2.5％(2#钻井液)、3％(3#钻井液)的基浆，所使用的钻井液的制备方法如下(以下各实施例中均采用此钻井液)：
在室温下，1#钻井液按以下量称量所需原料：3L海水(主要成分为氯化钠、氯化钾、硫酸镁等盐类，含盐量为34.4‰)，60g膨润土，2.4g纯碱，3g黄原胶XC，30g Na-CMC(优选粘度1400～2000mPa·s、取代度0.7～0.8)，60g SMP-2，90g硅酸钠、30g PVP-K90，,45g KAHM，150g氯化钠，1.5g DBS，1.5g石墨、0.6g多聚甲醛。
2#钻井液按以下量称量所需原料：3L海水(主要成分为氯化钠、氯化钾、硫酸镁等盐类，含盐量为34.4‰)，75g膨润土，3g纯碱，3g黄原胶XC，45g Na-CMC，75g SMP-2，,120g硅酸钠、30g PVP-K90，45g KAHM，225g氯化钠，1.5g DBS，2.25g石墨、0.9g多聚甲醛。
3#钻井液按以下量称量所需原料：3L海水(主要成分为氯化钠、氯化钾、硫酸镁等盐类，含盐量为34.4‰)，90g膨润土，3.6g纯碱，3g黄原胶XC，60g Na-CMC，90g SMP-2，150g硅酸钠、30g PVP-K90，,45g KAHM，300g氯化钠，1.5g DBS，3g石墨、1.5g多聚甲醛。
将搅拌转速调至120rpm，向海水中先加入纯碱，待全部溶解后缓慢加入膨润土，充分搅拌24小时得到基浆。然后在搅拌时依次缓慢加入黄原胶XC、Na-CMC、SMP-2、硅酸钠、PVP-K90、KAHM、氯化钠、DBS、石墨、多聚甲醛。测量该钻井液的密度，然后加入API级重晶石粉调节密度至1.1～1.2g/cm3。
实施例2：
根据国内外海洋钻井实践，深水钻井时钻井液的循环温度一般控制在0～6℃范围内为宜。为检验该钻井液在低温下的特性，本实施例温度选定在﹣6～6℃范围内测定所研制的3种钻井液的常规性能，以评价该钻井液在低温条件下的性能。本实施例从所采用的仪器有数显液体密度计、旋转粘度计、滤失量测定仪等。
表1 不同温度下1#钻井液常规性能
表2 不同温度下2#钻井液常规性能
表3 不同温度下3#钻井液常规性能
由以上各表可见，本实施例中的钻井液在低温条件下性能稳定，塑性粘度和动切力参数较好，API滤失量较低，具有良好的低温流变性，完全可以满足深水地层岩屑携带、稳定井壁和润滑等要求。
实施例3：
在深水钻井过程中，深水地层中经常含有大段泥页岩等不稳定岩层，在钻井过程中，若钻井液滤失量较大，泥页岩很容易水化膨胀，导致井壁失稳，引发钻井事故。本实施例将泥页岩试样浸泡于以上配制的各钻井液中，通过泥页岩膨胀测定仪测试其线性膨胀率，评价以上钻井液是否具有良好的泥页岩水化抑制性。该测定在0～6℃温度范围内进行，实验时间为24小时，测定结果如下。
表4 不同温度下1#钻井液泥页岩线性膨胀试验结果
表5 不同温度下2#钻井液泥页岩线性膨胀试验结果
表6 不同温度下3#钻井液泥页岩线性膨胀试验结果
从以上各表中可看出，在0～6℃温度范围内，温度对泥页岩水化线性膨胀率影响较小，钻井液浸泡的泥页岩线性膨胀率变化缓慢且均控制在10％以内，说明以上各钻井液在低温条件下具有良好的泥页岩水化膨胀抑制性，能够较好的维护井壁稳定。
实施例4：
在深水钻井作业中，特别是拥有大量游离气的油气发育地层，海底较高的静水压力和较低的温度增加了气体水合物生成的可能性。在深水钻井管线中，尤其是在节流管线、钻井隔水导管、防喷器以及海底的井口里，一旦形成气体水合物，就会堵塞气管、导管、隔水管和海底防喷器等，从而造成严重的事故。本实施例将评价该钻井液的水合物抑制性能。
本实施例中所使用的实验装置主要包括高压反应釜(1L，最高工作压力为30MPa)、恒温水浴(工作范围为-20～90℃)、搅拌系统、增压系统、压力和温度测量系统、真空泵、数据采集系统等。所采用的气体分别为纯甲烷(99.99％)、甲乙丙混合气(丙烷：3％，乙烷：5％，甲烷：平衡气)和根据绿峡谷气组分自行配制的混合气(正戊烷0.208％+异戊烷0.201％+异丁烷0.493％+正丁烷0.789％+丙烷3.13％+乙烷7.51％+氮气0.398％+甲烷，平衡气)。
向高压反应釜中分别加入385g所配制的1#、2#和3#钻井液，温度控制在2℃，向反应釜中加入纯甲烷，实验压力为17.4MPa，开启搅拌，转速为120rpm，在该实验条件下反应72h，通过观察法，反应釜中无水合物生成；通过对所采集的温度、压力数据进行分析，也表明无水合物生成。
重复以上实验，将所加入的气体分别换成甲乙丙混合气和根据绿峡谷气组分自行配制的混合气，在该钻井液中均无水合物生成。
通过此实施例可见，所配制的各钻井液在低温高压地层具有良好的水合物生成抑制性，能够长时间抑制游离气体在钻井液中生成水合物，对钻井循环及保障钻井安全有重要意义。
上述实施例仅仅是为清楚地说明所做的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种深水钻井液，其特征在于，在基浆中添加处理剂而成；每1L基浆中处理剂的加入量为：1g黄原胶、10～20g羧甲基纤维素钠、20～30g磺化酚醛树脂SMP-2、30～50g硅酸钠、10g聚乙烯吡咯烷酮PVP-K90、15g高改性沥青KAHM、50～100g氯化钠、0.5g十二烷基苯磺酸钠、0.5～1g石墨、0.2～0.5g多聚甲醛；其中，所述羧甲基纤维素钠的粘度为1400～2000mPa·s、取代度为0.7～0.8。
2.如权利要求1所述的深水钻井液，其特征在于，所述基浆采用如下方法制备：在海水中先加入纯碱，再加入膨润土，在室温条件下经24小时水化后形成基浆；每1L海水中的加入量为：纯碱0.8～1.2g，膨润土20～30g。
3.如权利要求1或2所述的深水钻井液，其特征在于，所述深水钻井液还含有密度调节剂，调节钻井液的密度至1.1～1.2g/cm3。
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