CN104893692B - 一种耐高温可循环泡沫钻井液及其配制方法 - Google Patents

一种耐高温可循环泡沫钻井液及其配制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐高温可循环泡沫钻井液及其配制方法，该泡沫钻井液包括如下重量份数的组份：水100份，钠基膨润土2~6份，海泡石1~3份，高温降失水剂2~10份，高温增粘剂0~2份，高温发泡剂1~3份和复合型高温稳泡剂0~2份。制备方法是先将钠基膨润土和海泡石加入到水中，充分搅拌，再加入其他组分，搅拌均匀即可。本发明的耐高温可循环泡沫钻井液在超高温、低孔低渗、地层压力系数较低的地层下具有良好的抑制性和悬浮能力强，有利于维护孔壁稳定和携带岩屑。该配方适用于深井超深井钻探，也适用深部油气勘探、高温地热井钻探及干热岩钻探。

Description

一种耐高温可循环泡沫钻井液及其配制方法
技术领域
本发明涉及一种耐高温可循环泡沫钻井液及其配制方法，适用于深井超深井科学钻探、深部石油天然气钻探、高温地热及未来干热岩钻探用技术领域。
背景技术
干热岩(HDR)是一般温度大于200℃，埋深数千米，内部不存在流体或仅有少量地下流体的高温岩体，能有效用于地热发电和综合利用，且环保、可再生利用。因此干热岩的勘探开发能有效地缓解解决能源不足和环保的问题。
在开发干热岩的过程中，钻井液起着至关重要的作用，埋藏深度近千米，井底地层温度可能高达200℃以上，井内钻井液将长期处于高温环境。如此恶劣环境，对钻井液性能造成极其严重地破坏，直接影响到孔壁稳定、携岩能力、施工安全及施工成本等。干热岩钻井过程中还可能遇到大量低压力地层，钻井液漏失严重。目前大部分抗高温钻井液现场使用温度都在200℃以内，难以满足深井超深井钻探的需要。
发明内容
为了解决现有钻井液无法满足200℃以上高温环境的技术问题，本发明提供了一种耐高温可循环泡沫钻井液及其配制方法，适用于250℃以上的高温环境。
本发明提供的一种耐高温可循环泡沫钻井液，包括如下重量份数的组份：100份的水、2～6份的钠基膨润土、1～3份的海泡石、2～10份的高温降失水剂、0～2份的高温增粘剂、1-3份的高温发泡剂、0～2份的复合型高温稳泡剂。
所述钠基膨润土是以蒙脱石为主的含水粘土矿，蒙脱石层间可交换阳离子为Na+，碱性系数大于等于1。钠基膨润土包括天然钠基膨润土和人工钠化膨润土，均可适用于本发明，可以选用任何市售常用钠基膨润土。如：山东潍坊潍坊玖和钠土有限公司供应的钠基膨润土、赤峰盛川膨润土有限责任公司供应的钠基膨润土、北京探矿工程研究所的人工钠土。其中，本发明中优选使用赤峰盛川膨润土有限责任公司生产的膨润土。
所述海泡石为纤维状多孔镁质硅酸盐矿物，其化学通式为Mg8Si12O30(OH)4(OH2)4·8H2O，晶体具有链状和层状过渡型结构特征，特点是在2层硅氧四面体片中间夹1层镁氧八面体。本发明可以使用任何市售常用的海泡石，例如：河北宏利海泡石绒有限公司供应的海泡石、河南省内乡县兴源海泡石开发有限公司供应的的海泡石、湖南天捷海泡石有限公司供应的海泡石等。其中，本发明中优选使用河北宏利海泡石绒有限公司生产的海泡石。
所述高温降失水剂，也称高温降滤失剂，用于降低高温高压条件下钻井液的滤失量，选择同时兼具调节流型功能的更佳。
所述高温增粘剂主要用于调节泥浆的流变性能。
所述高温发泡剂GPJ-1是由多种表面活性剂复配而成，其主要特点在于在高温下能够保持良好的化学性质，并有良好的持续发泡能力。
所述高温稳泡剂主要用于抑制(或防止)高温下发泡剂的降解和分解。
以上各组份，均可以使用任何市售的本领域常用产品。
优选地，所述高温降失水剂包括褐煤树脂、钻井液用抗高温降滤失剂OCL-JA、钻井液用防塌稀释降滤失剂SN树脂、羧甲基纤维素钠盐、新密降失水剂、雪佛龙菲利普斯超高温200度1号、钻井液用SPF抗高温防塌降滤失剂(简称SPF)、抗高温降滤失剂KJAN、磺甲基酚醛树脂(又称磺化酚醛树脂，SMP)、高温降滤失剂FKJ-1和高温聚合降失水剂GDWP中的至少三种。
优选地，所述高温降失水剂包括褐煤树脂、钻井液用抗高温降滤失剂OCL-JA、钻井液用防塌稀释降滤失剂SN树脂、羧甲基纤维素钠盐、新密降失水剂、雪佛龙菲利普斯超高温200度1号、钻井液用SPF抗高温防塌降滤失剂和抗高温降滤失剂KJAN中的至少两种，无重量比例要求；以及包括磺甲基酚醛树脂、降滤失剂FKJ-1和高温聚合降失水剂GDWP中的至少一种，无重量比例要求。
上述三种高温降失水剂(SMP、FKJ-1和GDWP)不但具备降滤失作用，还兼具调节流型的作用，将其中一种与其他高温降失水剂混配能够达到更好的效果。
所述高温降失水剂中，褐煤树脂(简称SPNH)为磺化酚醛树脂和磺化褐煤组成的耐温抗盐的钻井液降滤失剂，可以选用石家庄华莱化工有限公司、郑州市东方助剂有限公司、河北永达化工有限公司、重庆大方合成化工有限公司等公司生产的产品。钻井液用抗高温降滤失剂OCL-JA(简称OCL-JA)是一种抗高温降滤失剂，由AMPS、丙烯酸、丙烯酰胺接枝共聚物和磺化腐植酸衍生物复配而成，可以选用北京奥凯利科技发展有限公司生产的产品。钻井液用防塌稀释降滤失剂SN树脂(简称SN树脂)是由改性腐植酸与有机小分子接枝而得，具有良好的抗温和降滤失性能，可以选用任丘市振兴化工厂生产的产品。钻井液用SPF抗高温防塌降滤失剂可以选用牡丹江华新化工助剂有限责任公司生产的产品。新密降失水剂为新密超前化工有限公司产品。雪佛龙菲利普斯超高温200度1号是雪佛龙菲利普斯化学有限公司钻井特殊化学品分公司产品。钻井液用SPF抗高温防塌降滤失剂是牡丹江华新化工助剂有限责任公司产品。抗高温降滤失剂KJAN是石家庄华莱鼎盛科技有限公司产品。磺甲基酚醛树脂可以选用任丘市高科化工物资有限公司、重庆大方合成化工有限公司、胜利油田正旭石油科技有限公司、新密超前化工有限公司、任丘市佳孚化工有限公司等单位生产的产品。降滤失剂FKJ-1可选自郑州市东方助剂有限公司生产的高效抗温降滤失剂FKJ-1。高温聚合降失水剂GDWP可选自雪佛龙菲利普斯化学有限公司钻井特殊化学品分公司生产的GDWP。
更优选地，所述高温降失水剂使用磺化褐煤树脂、钻井液用抗高温降滤失剂OCL-JA和高温聚合降失水剂GDWP，无重量比例要求。
优选地，所述高温发泡剂为十二烷基苯磺酸钠ABS、东营广贸化工科技有限公司生产的高温发泡剂GMH-1、东营广贸石油技术服务有限公司生产的高温发泡剂GM-3、中国石油勘探技术研究院研制的高温发泡剂ADF-1、北京探矿工程研究所生产的GPJ-1中的至少一种，无重量比例要求。。本发明更优选GPJ-1。
优选地，所述高温稳泡剂为GWPJ、HEC羟乙基纤维素、HPAM水解聚丙烯酰胺和XC黄原胶中的至少一种，无重量比例要求。。本发明更优选GWPJ。
本发明还提供了耐高温可循环泡沫钻井液的配制方法，包括以下步骤：首先按照泡沫钻井液中各个组份的重量份数，将钠基膨润土、海泡石加入到水中，充分搅拌均匀，再依次加入其余组份的高温降失水剂、高温增粘剂、高温发泡剂和高温稳泡剂，将上述混合物搅拌均匀，得到耐200℃高温可循环钻井液。
本发明中所述的各组分符合中华人民共和国石油天然气行业标准，见表1。
表1
名称 标准号
膨润土 GB/T 5005-2001
海泡石 GB/T 5005-2001
褐煤树脂 SY/T 5673-93
磺甲基酚醛树脂 SY/T 5094-95；SY/T 5094-2008
ABS GB/T 8447-2008
80A51 SY/T 5661-1995
黄原胶 GB13886-92
本发明还提供的耐高温可循环泡沫钻井液的应用于深井超深井钻探、深部油气勘探、高温地热井钻探和/或干热岩钻探。
本发明有益效果在于：
本发明提供的耐高温可循环泡沫钻井液，适用于200℃以上高温环境，具有很强的稳定性，防塌效果好，携岩效果好，发泡能力强，其密度为0.8～1.0g/cm3，配制简单易操作，试适用范围广。在超高温、低压条件下，具有良好的造壁性，抑制和悬浮能力强，有利于维护孔壁稳定和携带岩屑。该配方适用于深井超深井钻探，也适用深部油气勘探、高温地热井钻探及干热岩钻探。将为我国深部大陆科学钻探的实施提供钻井液方面的技术支持，同时也可以用于深部油气钻探、高温地热井钻探及干热岩钻探。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例提供一种耐高温可循环泡沫钻井液，包括以下组份：
钠基膨润土，可选用任何市售常用的钠基膨润土，如：山东潍坊天同钠土有限公司供应的钠基膨润土、赤峰盛川膨润土有限责任公司供应的钠基膨润土、北京探矿工程研究所的人工钠土。本发明中优选使用赤峰盛川膨润土有限责任公司生产的膨润土。
海泡石，可选用任何市售常用的海泡石，如：河北宏利海泡石绒有限公司供应的海泡石、河南省内乡县兴源海泡石开发有限公司供应的的海泡石、湖南天捷海泡石有限公司供应的海泡石等。本发明中优选使用湖南天捷海泡石有限公司生产的海泡石。
高温降失水剂，用于降低高温高压条件下钻井液的滤失量。可选用任何市售常用的高温降失水剂，如北京奥凯利科技发展有限公司生产的OCL-JA；石家庄华莱化工有限公司、郑州市东方助剂有限公司、河北永达化工有限公司、重庆大方合成化工有限公司等公司生产的SPNH；任丘市振兴化工厂生产的SN树脂；牡丹江华新化工助剂有限责任公司生产的SPF；本发明中优选使用SPNH、OCL-JA。
另外，具有改善流型的高温降失水剂，用于提高高温高压条件下钻井液的悬浮能力，并降低钻井液的滤失量，可选用GDWP；任丘市高科化工物资有限公司、重庆大方合成化工有限公司、胜利油田正旭石油科技有限公司、新密超前化工有限公司、任丘市佳孚化工有限公司等单位生产的SMP；雪佛龙菲利普斯超高温200度1号；郑州市东方助剂有限公司生产的FKJ-1；本发明中优选使用GDWP、SMP和FKJ-1。
高温发泡剂主要用于调节泡沫泥浆的发泡能力，可选用工业用十二烷基苯磺酸钠ABS、东营广贸化工科技有限公司生产的高温发泡剂GMH-1、东营广贸石油技术服务有限公司生产的高温发泡剂GM-3、中国石油勘探技术研究院研制的高温发泡剂ADF-1、北京探矿工程研究所生产的GPJ-1中的至少一种。本发明中优选使用GPJ-1。
高温稳泡剂主要是用于控制高温条件下泡沫发泡后的稳定性，可选用河北保定市胜辉聚合物科技有限公司生产的HEC羟乙基纤维素、安徽天润化学工业股份有限公司生产的HPAM水解聚丙烯酰胺和东营市胜诚石油助剂有限公司生产的XC黄原胶中的至少一种。本发明优选北京探矿工程研究所研制的复合型高温稳泡剂GWPJ。
耐200℃高温可循环泡沫钻井液制备方法：按重量份取钠基膨润土2～6份、海泡石1～3份加入到100份水中搅拌形成基浆，再依次加入高温降失水剂2～10份，高温增粘剂0-2份，发泡剂1～3份和复合型高温稳泡剂0.5～2份，充分搅拌均匀即可。
以上各个组份的具体配方及钻井液检测结果见表2。
表2耐200℃高温可循环泡沫钻井液性能
备注：目前国内高温高压滤失量评价温度为180℃，200℃已达到国内评价最高温度。
由上表可以看出，本发明提供的耐高温可循环泡沫钻井液(方案三)经200℃高温热滚后，具有很强的稳定性，防塌效果好，携岩效果好，发泡能力强，其密度为0.8～1.0g/cm3，配制简单易操作，试适用范围广。
实施例2
本实施例提供的一种耐高温可循环泡沫钻井液，包括如下重量份数的组份：100份的水、2份的钠基膨润土、1份的海泡石、2份的高温降失水剂以及1份的高温发泡剂，不含有高温增粘剂和复合型高温稳泡剂。
实施例3
本实施例提供的一种耐高温可循环泡沫钻井液，包括如下重量份数的组份：100份的水、6份的钠基膨润土、3份的海泡石、10份的高温降失水剂、2份的高温增粘剂、3份的高温发泡剂以及2份的复合型高温稳泡剂。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (6)

1.一种耐高温可循环泡沫钻井液，其特征在于，包括如下重量份数的组份：100份的水、2～6份的钠基膨润土、1～3份的海泡石、2～10份的高温降失水剂、1-3份的高温发泡剂、0.5～2份的高温增粘剂以及0.5～2份的高温稳泡剂；
所述高温降失水剂包括褐煤树脂、钻井液用抗高温降滤失剂OCL-JA、钻井液用防塌稀释降滤失剂SN树脂、羧甲基纤维素钠盐、新密降失水剂、雪佛龙菲利普斯超高温200度1号、钻井液用SPF抗高温防塌降滤失剂和抗高温降滤失剂KJAN中的至少两种；以及包括磺甲基酚醛树脂、降滤失剂FKJ-1和高温聚合降失水剂GDWP中的至少一种；
所述高温增粘剂为KB、FDP、80A51、CMC-HV和PAC-HV中的至少一种，
所述高温发泡剂包括十二烷基苯磺酸钠ABS、高温发泡剂GMH-1、高温发泡剂GM-3、高温发泡剂ADF-1、GPJ-1中的至少一种，
所述高温稳泡剂为GWPJ、HEC羟乙基纤维素、HPAM水解聚丙烯酰胺和XC黄原胶中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的耐高温可循环泡沫钻井液，其特征在于，所述高温降失水剂为褐煤树脂、钻井液用抗高温降滤失剂OCL-JA和GDWP。
3.根据权利要求1所述的耐高温可循环泡沫钻井液，其特征在于，所述高温发泡剂为GPJ-1。
4.根据权利要求1所述的耐高温可循环泡沫钻井液，其特征在于，所述泡沫钻井液适用于200℃以上的高温环境下的深井超深井钻探、深部油气勘探、高温地热井钻探和/或干热岩钻探作业。
5.一种权利要求1所述的耐高温可循环泡沫钻井液的配制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：首先将按照重量份比例，将钠基膨润土、海泡石加入到水中，充分搅拌均匀，再依次加入高温降失水剂、高温增粘剂、高温发泡剂、高温稳泡剂，将混合物搅拌均匀，得到耐高温可循环泡沫钻井液。
6.一种耐高温可循环泡沫钻井液，其特征在于，包括如下重量份数的组份：100份的水、2～6份的钠基膨润土、1～3份的海泡石、2～10份的高温降失水剂、1-3份的高温发泡剂、0.5～2份的高温增粘剂以及0.3～2份的高温稳泡剂；
所述高温降失水剂为高温聚合降失水剂GDWP和降滤失剂FKJ-1
所述高温增粘剂为KB、FDP、80A51、CMC-HV和PAC-HV中的至少一种，
所述高温发泡剂包括十二烷基苯磺酸钠ABS、高温发泡剂GMH-1、高温发泡剂GM-3、高温发泡剂ADF-1、GPJ-1中的至少一种，
所述高温稳泡剂为GWPJ、HEC羟乙基纤维素、HPAM水解聚丙烯酰胺和XC黄原胶中的至少一种。
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