CN104946214A

CN104946214A - 一种天然高分子环保型钻井液

Info

Publication number: CN104946214A
Application number: CN201510405027.3A
Authority: CN
Inventors: 黎金明; 俞浩杰; 蔺文洁
Original assignee: Engineering Technology Research Institute of CNPC Chuanqing Drilling Engineering Co ltd
Current assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Chuanqing Drilling Engineering Co Ltd
Priority date: 2015-07-10
Filing date: 2015-07-10
Publication date: 2015-09-30
Anticipated expiration: 2035-07-10
Also published as: CN104946214B

Abstract

本发明提供了一种天然高分子环保型钻井液，由以下按重量百分比计的组分组成：0.3％～2.0％的天然防塌剂、1.0％～5.0％的封堵剂、0.3％～0.5％提粘切剂、0.5％～3.0％的降失水剂、0.5％～2.5％的润滑剂、0.02％～0.05％的低碳醇储层保护剂、0.03％～0.08％的戊二醛、剩余量为水。该发明钻井液具有很强的防塌性、抑制性、封堵性，能快速在近井壁带形成坚韧、致密的封固膜以稳定井壁，同时阻止滤液和固相进一步浸入储层，达到有效保护储层的效果；另外，该钻井液无生物毒性、无化学毒性、可生物降解有利于环境保护。

Description

一种天然高分子环保型钻井液

技术领域

本发明属于油田钻井液技术领域，具体涉及一种天然高分子环保型钻井液。

背景技术

陇东庄字号丛式水平井位于长庆油田中东部，目的是通过水平井布井高效开发延长组长6、长8油层，探索适合于陇东油田提高单井产量、提高采收率、高效开发的新模式。陇东庄字号井区水平井井身结构为二开结构，在钻井施工过程中存在系列钻井液技术难题需要通过深入研究加以解决。

首先是长裸眼井壁失稳技术难题。该区块直罗组、延安组及延长组顶部地层存在大段泥页岩，井壁水敏性强，易吸水膨胀、分散、掉快，甚至垮塌，在定向井施工中存在遇阻遇现象，加上二开直井段、斜井段、水平段同处于裸眼井段，井壁坍塌风险显得更为突出，安全钻井及钻井提速难度大。目的层为延长组长6、长8油层，水平井油层裸露面积大，施工时间长(浸泡时间长)，要求钻井液具有很好的保护产层功能。另外，井身结构多为三维水平井及长水平段，钻井过程中钻具与井壁之间摩阻、扭矩大，由于先期注水，油层可能存在高压。如该区块某井关井压力高达32.7MPa(压力系数约1.75)，保障井控安全的难度大，而且由于地层出水可能给钻井液带来严重污染、性能难以维护。

另外，在直井段、斜井段大段泥岩和水平段钻遇泥岩条件下，如何有效保护产层及如何保障装有裸眼封隔器的完井管串安全、顺利下入预定位置也是一大难题；如何在环境保护、低成本开发及钻井提速日益严峻的形势下，充分利用有利因素综合解决以上技术难题，为该区块的持续高效开发提供技术依据，是解决问题矛盾的关键点。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的上述问题，提供一种长时间稳定井壁、防漏堵漏、保护储层、保护环境的天然环保型钻井液。

为此，本发明提供了一种天然高分子环保型钻井液，由以下按重量百分比计的组分组成：0.3％～2.0％的天然防塌剂、1.0％～5.0％的封堵剂、0.3％～0.5％提粘切剂、0.5％～3.0％的降失水剂、0.5％～2.5％的润滑剂、0.02％～0.05％的低碳醇储层保护剂、0.03％～0.08％的戊二醛、剩余量为水。

上述天然防塌剂为羧甲基改性双糖。

上述双糖为蔗糖、乳糖及麦芽糖中的一种或者任意两种的混合物或者三者的混合物。

上述封堵剂为粒径范围在1～20μm的天然改性石蜡。

上述提粘切剂为黄原胶和聚阴离子纤维素钠盐的混合物。

上述黄原胶和聚阴离子纤维素钠盐的体积比2:1。

上述降失水剂为羟丙基淀粉。

上述润滑剂为以地沟油或者废弃食用油提炼而成的生物油。

上述低碳醇储层保护剂为乙二醇和丙三醇的混合物。

上述乙二醇和丙三醇的体积比2:1。

本发明的有益效果：

(1)本发明提供的这种天然高分子环保型钻井液具有很强的防塌性、抑制性、封堵性，能快速在近井壁带形成坚韧、致密的封固膜以稳定井壁，同时阻止滤液和固相进一步浸入储层，达到有效保护储层的效果。

(2)本发明提供的这种天然高分子环保型钻井液无生物毒性、无化学毒性、可生物降解有利于环境保护。

(3)本发明提供的这种天然高分子环保型钻井液既能满足长庆区域规模化钻井施工过程中对钻井液的基本性能要求，又能有效保护环境利于可持续开发低渗透油气田，经济效益和社会效益良好，很值得推广应用。

具体实施方式

实施例1：

本实施例提供了一种天然高分子环保型钻井液，由以下按重量百分比计的组分组成：0.3％～2.0％的天然防塌剂、1.0％～5.0％的封堵剂、0.3％～0.5％提粘切剂、0.5％～3.0％的降失水剂、0.5％～2.5％的润滑剂、0.02％～0.05％的低碳醇储层保护剂、0.03％～0.08％的戊二醛、剩余量为水。

其中，天然防塌剂为羧甲基改性双糖，双糖为蔗糖、乳糖及麦芽糖中的一种或者任意两种的混合物或者三者的混合物；封堵剂为粒径范围在1～20μm的天然改性石蜡，该天然改性石蜡是天然石蜡经过双氧水或过氧硫酸氧化改性得到；提粘切剂为黄原胶和聚阴离子纤维素钠盐按体积比2:1的混合物；降失水剂为羟丙基淀粉；润滑剂为以地沟油或者废弃食用油提炼而成的生物油；低碳醇储层保护剂为乙二醇和丙三醇按体积比2:1的混合物。

该发明选用天然高分子类处理剂实现钻井液多项功能，该钻井液采用天然防塌剂、改性石蜡、低碳醇与地层粘土矿物、地层水作用，快速在近井壁带形成具有三维网架结构的胶状聚集体，通过吸附、镶嵌、填充的方式，阻止滤液进一步浸入地层，防止泥页岩水化、膨胀，封堵地层孔隙、吼道和微裂缝，以及必要的力学手段，从而实现长裸眼水平井钻井、完井施工过程钻井液长时间稳定井壁、防漏堵漏、保护储层、保护环境的作用。另外，采用环保型生物聚合物控制钻井液流变性，实现携砂带砂保障井眼净化能力；通过固控设备降低有害固相、混入生物油润滑剂降低钻具与井壁的摩擦阻力实现润滑减阻。

本发明提供的这种天然高分子环保型钻井液具有很强的防塌性、抑制性、封堵性，能快速在近井壁带形成坚韧、致密的封固膜以稳定井壁，同时阻止滤液和固相进一步浸入储层，达到有效保护储层的效果；另外，该钻井液无生物毒性、无化学毒性、可生物降解有利于环境保护。

实施例2：

本实施例提供了一种天然高分子环保型钻井液，由以下按重量百分比计的组分组成：90.0％清水，1.5％天然防塌剂,3.0％封堵剂,0.4％提粘切剂,3.0％降失水剂,2.0％润滑剂,0.05％低碳醇储层保护剂,0.05％戊二醛。其中，天然防塌剂为羧甲基改性双糖，双糖为蔗糖；封堵剂为粒径范围在1～20μm的天然改性石蜡；提粘切剂为黄原胶和聚阴离子纤维素钠盐按体积比2:1的混合物；降失水剂为羟丙基淀粉；润滑剂为以地沟油或者废弃食用油提炼而成的生物油；低碳醇储层保护剂为乙二醇和丙三醇按体积比2:1的混合物。

对本实施例提供的该天然高分子环保型钻井液进行如下性能评价实验。

一、环保性能评价实验

依据中华人民共和国天然气行业标准《SY/T 6787-2010水溶性油田化学剂环境保护技术要求》,对本实施例提供的天然高分子环保型钻井液中的单个处理剂开展了生物毒性及生物降解性评价，其中采用了发光细菌法测试了生物毒性指标EC₅₀，EC₅₀数值>20000mg/L则属于无毒级别；采用了五日生化学需氧量与化学需氧量的比值BOD₅/COD_cr评价生物降解性，数值≥5％则属于易生物降解范围，具体测试结果见表1。

表1：

从表1数据可以看出，本实施例提供的天然高分子环保型钻井液中单个处理剂都无生物毒性，都属于易生物降解范围，对研究环保钻井液提供了基础条件。

参照中华人民共和国天然气行业标准《SY/T 6787-2010水溶性油田化学剂环境保护技术要求》，中华人民共和国国家标准《GB31571-2015石油化学工业污染物排放标准》，中华人民共和国国家标准《GB 8978-1996污水综合排放标准》，中华人民共和国国家标准《GB 15618-1995土壤环境质量标准》评价了本实施例提供的天然高分子环保型钻井液的化学毒性、生物降解性、生物毒性，结果见表2。

表2：

从表2可以看出，该钻井液的重金属含量、挥发酚、硫化物、生物毒性、生物降解性均满足国家相关环保标准要求。

二、防塌抑制性评价实验

本试验通过测试钻井液的页岩岩屑回收率来表征钻井液的防塌性抑制性的强弱，即在本实施例提供的天然高分子环保型钻井液中加入陇东庄字号井区直罗组岩屑50克，然后在五轴加热滚子炉120℃下热滚16小时，测试钻井液的页岩岩屑一次回收率，然后将收集到的岩屑放入自来水中在五轴加热滚子炉120℃下热滚16小时，测试页岩岩屑二次回收率，同时与清水的页岩岩屑一次回收率、二次回收率做对比，结果见表3。

表3：

其中，PV为塑性粘度，YP为动切力。

从表3数据可以看出，该钻井液的页岩岩屑一次回收率高达96.5％，该钻井液的页岩岩屑二次回收率达到89.4％，岩屑经钻井液充分作用后仍然棱角分明，没有出现水化、膨胀、分散的现象，证实了该钻井液能在钻屑表面形成致密的吸附膜，该膜一旦形成即使在清水作用下也保持完好，有效阻止了钻屑粘土矿物与水的接触，防止泥页岩地层水化、分散，从而起抑制作用。页岩的一次回收率反映钻井液化学抑制性强弱，二次回收率反映经过钻井液浸泡后的岩屑在清水中的分散性，分散性越小，说明钻井液抑制页岩掉块、垮塌的能力越强，井壁自然更趋稳定。

三、润滑性评价实验

本实验采用EP-2A极压润滑仪和NZ-3型滑块摩阻仪测试了本实施例提供的天然高分子环保型钻井液的润滑性能，结果见表4。

表4：

从表4可以看出，该钻井液极压润滑系数0.05，滑块摩阻系数0.0349，该区块钻井工程设计要求分别控制在0.2、0.07以内，润滑性能良好满足现场施工要求。

四、保护储层实验评价

依据中华人民共和国天然气行业标准《SY/T6540-2002钻井液完井液损害油层室内评价方法》，对本实施例提供的天然高分子环保型钻井液体系进行油层岩心的伤害评价实验，岩心伤害结果见表5。

表5：

其中，钻井液伤害压差3.5MPa,伤害时间150分钟,温度24-27℃；Ko₁为伤害前的岩心渗透率；Ko₂为伤害后的岩心渗透率。

从表5中可以明显看出，该天然高分子环保钻井液对储层伤害很小，平均伤害率为7.96％，属于低伤害钻井液，也可作为低伤害完井液使用。

五、强抑制性防塌低伤害钻井液的基本性能

本实施例提供的天然高分子环保型钻井液的性能参数如表6所示。

表6：

对该实施例所述的钻井液体系在陇东油田庄字号井区ZP2、ZP3、ZP4、ZP5井进行了试验应用。试验过程中钻井液性能参数：粘度：40～80s，密度:1.05～1.85g/ml，失水:2～5ml，pH：9～10，YP:8～25Pa，PV:10～30mPa.s，静切力:1～8/3～14Pa，体现出了良好的试验应用效果。

1、井壁稳定井下安全。现场试验结果表明，该钻井液体系现场试验中表现出很强的稳定井壁能力、井眼净化能力、裂缝封堵性能力，保障了直罗组、延长组等不稳定地层的井下安全，井下无掉块、无缩径、无垮塌现象，起下钻、电测作业都无阻卡。大斜度及水平井段井径规则，平均井径扩大率在13.2％。特别是ZP4井捞中子源仓16天后,井眼依然稳定，下钻一次到底，保障了事故的顺利处理。

2、该体系现场润滑减阻效果突出。该钻井液体系始终保持优良的润滑性能，钻井施工中尽可能控制有害固相量，改善泥饼质量，根据摩阻、扭矩大小情况加入生物油润滑剂，使之在井壁及钻具表面形成抗压润滑膜，打钻过程中滑块摩阻系数维持在0.0262～0.0524之间，极压润滑系数在0.05～0.07范围，钻具扭矩低于9kN·m，起下钻摩阻低于100KN、阻力小，电测、下套管顺利。如ZP3井在井深2290米时，设备故障，钻具在井内静置6个多小时无复杂。

3、保护油层效果良好。对现场储层段钻井液取样，经室内岩心伤害评价，试验结果表明，陇东油田庄字号井区长6、长8油层岩心经过实施例的钻井液伤害后,岩心平均伤害率为9.53％，属于轻度伤害。伤害后的岩心从岩心夹持器取出后，发现伤害面上有很薄滤饼，滤饼最表面存在致密的膜，该钻井液极压膜强度高，在保护储层的同时非常利于降低摩阻和扭矩。

4、环境友好利于保护环境。现场钻井液取样后经室内检测化学毒性、生物降解性、生物毒性相关参数，结果见表7。

表7：

从表7可以看出，现场钻井液重金属含量、挥发酚、硫化物、生物毒性、生物降解性也均在相关环保标准要求范围内，再次表明实施例的钻井液属于环境友好型。

5、该钻井液体系的配方精简，现场配制、维护工艺简便，可操作性强，为下步持续高效开发陇东油田庄字号井区提供技术依据。

实施例3：

本实施例提供了一种天然高分子环保型钻井液，由以下按重量百分比计的组分组成：89.59％清水，0.3％天然防塌剂,5.0％封堵剂,0.5％提粘切剂,2.0％降失水剂,2.5％润滑剂,0.03％低碳醇储层保护剂,0.08％戊二醛。其中，天然防塌剂为羧甲基改性双糖，双糖为蔗糖和乳糖的混合物；封堵剂为粒径范围在1～20μm的天然改性石蜡；提粘切剂为黄原胶和聚阴离子纤维素钠盐按体积比2:1的混合物；降失水剂为羟丙基淀粉；润滑剂为以地沟油或者废弃食用油提炼而成的生物油；低碳醇储层保护剂为乙二醇和丙三醇按体积比2:1的混合物。

实施例4：

本实施例提供了一种天然高分子环保型钻井液，由以下按重量百分比计的组分组成：95.65％清水，2.0％天然防塌剂,1.0％封堵剂,0.3％提粘切剂,0.5％降失水剂,0.5％润滑剂,0.02％低碳醇储层保护剂,0.03％戊二醛。其中，天然防塌剂为羧甲基改性双糖，双糖为蔗糖、乳糖及麦芽糖三者的混合物；封堵剂为粒径范围在1～20μm的天然改性石蜡；提粘切剂为黄原胶和聚阴离子纤维素钠盐按体积比2:1的混合物；降失水剂为羟丙基淀粉；润滑剂为以地沟油或者废弃食用油提炼而成的生物油；低碳醇储层保护剂为乙二醇和丙三醇按体积比2:1的混合物。

在实施例3和实施例4的应用中，该天然高分子环保型钻井液体系同样表现出能有效保护环境、保护产层，防塌能力强，封堵效果和润滑减阻效果良好，钻进过程中井眼稳定、井眼规则，起下钻、下套管、下完井管串作业顺利。

综上所述，本发明提供的这种天然高分子环保型钻井液具备稳定井壁、防漏堵漏、携砂悬砂、井眼净化、保护储层、保护环境六大功能，且无生物毒性、无化学毒性、可生物降解属于环保型，防塌能力强，封堵效果良好，可有效降低地层坍塌能力，泥饼光滑致密类似膜状，润滑性良好，对低孔低渗低丰度油藏低伤害，配方、配浆工艺简便易行，可应用于长庆区域探井、特殊工艺井、水平井的安全钻井、完井施工。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种天然高分子环保型钻井液，其特征在于：由以下按重量百分比计的组分组成：0.3％～2.0％的天然防塌剂、1.0％～5.0％的封堵剂、0.3％～0.5％提粘切剂、0.5％～3.0％的降失水剂、0.5％～2.5％的润滑剂、0.02％～0.05％的低碳醇储层保护剂、0.03％～0.08％的戊二醛、剩余量为水。

2.如权利要求1所述的天然高分子环保型钻井液，其特征在于：所述天然防塌剂为羧甲基改性双糖。

3.如权利要求2所述的天然高分子环保型钻井液，其特征在于：所述双糖为蔗糖、乳糖及麦芽糖中的一种或者任意两种的混合物或者三者的混合物。

4.如权利要求1所述的天然高分子环保型钻井液，其特征在于：所述封堵剂为粒径范围在1～20μm的天然改性石蜡。

5.如权利要求1所述的天然高分子环保型钻井液，其特征在于：所述提粘切剂为黄原胶和聚阴离子纤维素钠盐的混合物。

6.如权利要求5所述的天然高分子环保型钻井液，其特征在于：所述黄原胶和聚阴离子纤维素钠盐的体积比2:1。

7.如权利要求1所述的天然高分子环保型钻井液，其特征在于：所述降失水剂为羟丙基淀粉。

8.如权利要求1所述的天然高分子环保型钻井液，其特征在于：所述润滑剂为以地沟油或者废弃食用油提炼而成的生物油。

9.如权利要求1所述的天然高分子环保型钻井液，其特征在于：所述低碳醇储层保护剂为乙二醇和丙三醇的混合物。

10.如权利要求9所述的天然高分子环保型钻井液，其特征在于：所述乙二醇和丙三醇的体积比2:1。