CN105199689A - 一种低粘高切油包水钻井液 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种低粘高切油包水钻井液，所述钻井液由油包水基液、主乳化剂、辅乳化剂、降滤失剂、氧化钙、有机土、封堵剂和重晶石粉组成。该油包水钻井液具有性能稳定、利于井眼净化、提高钻速、注重封堵和确保井壁稳定等特点。

Description

一种低粘高切油包水钻井液
技术领域
本发明涉及石油钻井工程中的钻井液。更具体地，涉及一种用于深井、水平井和分支井等特殊井型的抗高温低粘高切油包水钻井液。
背景技术
与水基钻井液相比，油基钻井液具有适用于水敏性地层和大段盐岩地层，保护油气层效果好，不腐蚀钻具，可重复利用等优点，一直是有效解决特殊工艺井及复杂地层的钻井液体系之一。
随着钻探开发领域的拓展，复杂井和特殊工艺井逐年增多。为提高钻井成功率，需要采用润滑性好、井壁稳定性强的油包水钻井液。与国外油基钻井液相比，国内油包水钻井液普遍存在粘度高，切力低等问题。易形成岩屑床，影响气测录井。所以亟需开发一种价格低廉、性能优异的新型油基钻井液解决上述难题。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种低粘高切油包水钻井液，该油包水钻井液具有性能稳定、利于井眼净化、提高钻速、注重封堵和确保井壁稳定等特点。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种低粘高切油包水钻井液，所述钻井液由油包水基液、主乳化剂、辅乳化剂、降滤失剂、氧化钙、有机土、封堵剂和重晶石粉组成。
上述低粘高切油包水钻井液，油包水基液中油和盐水溶液的体积比为65-90:10-35。
上述低粘高切油包水钻井液，盐水溶液为100mL水中加入6-12克氯化钙后形成的氯化钙水溶液。
上述低粘高切油包水钻井液，以每100mL的油包水基液计，其余组分的加入量为：主乳化剂2-3重量份、辅乳化剂1-2重量份、降滤失剂3-4重量份、氧化钙4-6重量份、有机土3-4重量份、封堵剂3-4重量份、重晶石粉0-150重量份。
上述低粘高切油包水钻井液，所述油包水基液由体积比为85:15的基油和盐水组成；以每100mL油包水基液计，其余组分的加入量为：主乳化剂3重量份、辅乳化剂1重量份、降滤失剂4重量份、氧化钙4重量份、有机土3重量份、封堵剂3重量份、重晶石粉0-150重量份。
上述低粘高切油包水钻井液，所述油包水基液由体积比为65-90:10-35的基油和盐水溶液组成；盐水溶液为100mL水中加入6-12克氯化钙后形成的氯化钙水溶液；以每100mL油包水基液计，其余组分的加入量为：主乳化剂2-3克、辅乳化剂1-2克、降滤失剂3-4克、氧化钙4-6克、有机土3-4克、封堵剂3-4克、重晶石粉0-150克。
上述低粘高切油包水钻井液，所述钻井液的密度为1.0-2.0g/cm3，油包水基液中的油为柴油或白油；有机土是根据SY/ZQ003-89标准，对不同的有机土样本进行测定，优选出的适用于柴油和白油的有机土，优选出的有机土的各项指标情况如下：AV≥7mPa.s，PV≥6mPa.s，FL≤45mL。
上述低粘高切油包水钻井液，所述主乳化剂为油基泥浆主乳化剂OCL-OPE，油基泥浆主乳化剂OCL-OPE是多乙烯多胺和油酸以摩尔比1：2的比例加入反应釜中，加入多乙烯多胺和油酸总质量0.3-0.5wt％的氢氧化钾做催化剂加热到130℃反应1-2小时，降温至80℃，按多乙烯多胺、油酸和长链脂肪酸以摩尔比1：2：0.2的比例加入长链脂肪酸升温至160℃反应3小时，降至常温出成品。
上述低粘高切油包水钻井液，所述辅乳化剂为油基泥浆辅乳化剂OCL-OSE，油基泥浆主乳化剂OCL-OSE是多乙烯多胺和油酸以摩尔比1：1.8的比例加入反应釜中，加入多乙烯多胺和油酸总质量0.3-0.5wt％的氢氧化钠做催化剂加热到130℃-180℃反应3小时，降至常温出成品。
上述低粘高切油包水钻井液，所述降滤失剂为油基泥浆降滤失剂OCL-CLC，油基泥浆降滤失剂OCL-CLC为氧化沥青。
本发明的有益效果如下：
本发明通过添加具有特殊的新型主、辅乳化剂，开发了低粘高切油包水钻井液体系，该体系静止时可形成复杂、多孔的堆砌结构，随着剪切速率增大，不断向平滑的片状结构过渡、转变，使得钻井液具有了低粘高切的流变性能，大幅度提高油基钻井液的携屑能力。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1是密度1.5g/cm3的钻井液的抗温性能破乳电压测试图；
图2是密度1.5g/cm3的钻井液的抗温性能塑性粘度和动切力测试图；
图3是不同基液的封堵情况示意图(左侧浆液为基浆，侵入深度为7.2cm；中间浆液为封堵1，侵入深度为1.8cm；右侧浆液为封堵2，侵入深度为0.8cm)；
图4是本发明低粘高切油包水钻井液在特殊工艺井中使用的情况示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
(1)有机土优选
实验方法：SY/ZQ003-89标准测定程序；a、完成了有机土样品的性能评价；b、优选出适用于柴油和白油有机土，优选出的有机土的各项指标情况如下：AV≥7mPa.s，PV≥6mPa.s，FL≤45mL。
(2)乳化剂研究
传统乳化剂具有：单个亲水亲油基团；亲水基团斥力，使得界面膜强度低；分散程度低，乳化稳定性差等特点。本发明采用新型主乳化剂和辅乳化剂相结合，具有如下优点：多个亲水亲油基团；减小了亲水基斥力，界面膜强度高；分散程度更高，利于乳化稳定等特点。
所述主乳化剂为油基泥浆主乳化剂OCL-OPE，油基泥浆主乳化剂OCL-OPE是多乙烯多胺和油酸以摩尔比1：2的比例加入反应釜中，加入多乙烯多胺和油酸总质量0.3-0.5wt％的氢氧化钾做催化剂加热到130℃反应1-2小时，降温至80℃，按多乙烯多胺、油酸和长链脂肪酸以摩尔比1：2：0.2的比例加入长链脂肪酸升温至160℃反应3小时，降至常温出成品。
所述辅乳化剂为油基泥浆辅乳化剂OCL-OSE，油基泥浆辅乳化剂OCL-OSE是多乙烯多胺和油酸以摩尔比1：1.8的比例加入反应釜中，加入多乙烯多胺和油酸总质量0.3-0.5wt％的氢氧化钠做催化剂加热到130℃-180℃反应3小时，降至常温出成品。
测试不同乳化剂老化前后破乳电压所用体系为：320mL柴油+乳化剂17g+16g沥青粉+6g氧化钙+80ml氯化钙溶液(20％)+16g有机土。老化条件：150℃、16小时。
表1不同乳化剂条件下的破乳电压
序号1：主乳化剂为油基泥浆主乳化剂OCL-OPE，油基泥浆主乳化剂OCL-OPE是多乙烯多胺和油酸以摩尔比1：2的比例加入反应釜中，加入多乙烯多胺和油酸总质量0.5wt％的氢氧化钾做催化剂加热到130℃反应1-2小时，降温至80℃，按多乙烯多胺、油酸和十八烷酸以摩尔比1：2：0.2的比例加入十八烷酸升温至160℃反应3小时，降至常温出成品。
序号2：辅乳化剂为油基泥浆辅乳化剂OCL-OSE，油基泥浆辅乳化剂OCL-OSE是多乙烯多胺和油酸以摩尔比1：1.8的比例加入反应釜中，加入多乙烯多胺和油酸总质量0.3wt％的氢氧化钠做催化剂加热到130℃-180℃反应3小时，降至常温出成品。
序号3：使用序号1中的主乳化剂和序号2中的辅乳化剂。
序号4：主乳化剂为油基泥浆主乳化剂OCL-OPE，油基泥浆主乳化剂OCL-OPE是多乙烯多胺和油酸以摩尔比1：2的比例加入反应釜中，加入多乙烯多胺和油酸总质量0.5wt％的氢氧化钾做催化剂加热到130℃反应1-2小时，降温至80℃，按多乙烯多胺、油酸和花生酸以摩尔比1：2：0.2的比例加入花生酸升温至160℃反应3小时，降至常温出成品。辅乳化剂使用序号2中的辅乳化剂。
序号5：主乳化剂为油基泥浆主乳化剂OCL-OPE，油基泥浆主乳化剂OCL-OPE是多乙烯多胺和油酸以摩尔比1：2的比例加入反应釜中，加入多乙烯多胺和油酸总质量0.5wt％的氢氧化钾做催化剂加热到130℃反应1-2小时，降温至80℃，按多乙烯多胺、油酸和木质素酸以摩尔比1：2：0.2的比例加入木质素酸升温至160℃反应3小时，降至常温出成品。辅乳化剂使用序号2中的辅乳化剂。
由表1可以看出：序号5中的乳化剂老化前和老化后的破乳电压均高于600，并且老化前后破乳电压变化较小。
(3)低粘、高切的柴油基油包水钻井液体系性能试验
根据室内大量实验确定最终配方为：柴油+盐水溶液+有机土3.0％～4.0％+乳化剂(主)2.0％～3.0％+乳化剂(辅)1.0％～2.0％+降滤失剂3.0％～4.0％+氯化钙6.0％～9.0％+氧化钙4.0％～6.0％+封堵剂3.0％～4.0％+重晶石粉；柴油与盐水溶液的体积比为(65～90)/(10～35)。这里的百分数的含义是：每100mL油包水基液加入相应物质的克数，例如：有机土3.0％～4.0％是指每100mL油包水基液加入有机土3.0-4.0克。
主乳化剂为油基泥浆主乳化剂OCL-OPE，油基泥浆主乳化剂OCL-OPE是多乙烯多胺和油酸以摩尔比1：2的比例加入反应釜中，加入多乙烯多胺和油酸总质量0.3wt％的氢氧化钾做催化剂加热到130℃反应2小时，降温至80℃，按多乙烯多胺、油酸和十八烷酸以摩尔比1：2：0.2的比例加入十八烷酸升温至160℃反应3小时，降至常温出成品。
辅乳化剂为油基泥浆辅乳化剂OCL-OSE，油基泥浆辅乳化剂OCL-OSE是多乙烯多胺和油酸以摩尔比1：1.8的比例加入反应釜中，加入多乙烯多胺和油酸总质量0.5wt％的氢氧化钠做催化剂加热到130℃-180℃反应3小时，降至常温出成品。
以下试验所用低粘高切油包水钻井液的配方如下：油包水基液由体积比为85:15的柴油和盐水溶液组成；盐水溶液为100mL水中加入9克氯化钙后形成的氯化钙水溶液；以每100mL油包水基液计，其余组分的加入量为：主乳化剂3克、辅乳化剂1克、降滤失剂4克【氧化沥青】、氧化钙4克、有机土3克、封堵剂3克、重晶石粉0-150克【重晶石粉用于调节钻井液的密度，其对钻井液性能没有影响，根据试验所用钻井液的密度的要求加入，此为本领域技术人的公知技术】。对不同密度油基钻井液性能进行了评价；综合评价了低粘高切高性能油基钻井液的抗温、抗污染、抑制、润滑、封堵等性能。
表2不同密度下性能检测
表2检测结果表明：本发明油基钻井液体系在1.00～2.00g/cm3内具有良好的流变性能。
抗温性能试验结果如图1和图2所示，结果表明：油基钻井液抗温效果好，在170℃以下性能稳定；测试温度：流变性能在50℃测定；钻井液密度：1.50g/cm3。
表3抗钻屑污染性能
表3检测结果表明：本发明油基钻井液抗污染能力强，性能稳定；测试温度：50℃；基浆油水体积比85:15；钻井液密度1.70g/cm3；钻屑为5～10目泥岩钻屑。
表4抗水污染性能
表4检测结果表明：本发明油基钻井液抗水污染性能强；测试温度：50℃；基浆油水体积比85∶15；钻井液密度1.70g/cm3。
表5抑制性能(滚动回收率)
表6润滑性能
密度，g/cm3 EP润滑系数 磨阻系数Kf 备注
0.95 0.068 0 粘不住
1.20 0.070 0 粘不住
1.50 0.074 0 粘不住
1.70 0.081 0 粘不住
2.00 0.083 0 粘不住
表5和表6的检测结果表明：本发明油基钻井液的抑制性能和润滑性能良好。
本发明油基钻井液加入可随钻的刚性和纤维封堵材料后，可有效封堵20目以上砂模拟孔隙和0.2mm以下裂缝；具体效果见图3。
表7油基钻井液与国外体系性能指标对比
表7的检测结果表明：本发明油基钻井液均在150℃老化16h；流变性能在50℃测定；体系油水体积比85:15。油基钻井液性能稳定，总体性能接近或达到国外技术指标。
实施例2
以下试验所用低粘高切油包水钻井液的配方如下：油包水基液由体积比为85:15的柴油和盐水溶液组成；盐水溶液为100mL水中加入9克氯化钙后形成的氯化钙水溶液；以每100mL油包水基液计，其余组分的加入量为：主乳化剂3克、辅乳化剂1克、降滤失剂4克【氧化沥青】、氧化钙4克、有机土3克、封堵剂3克、重晶石粉0-150克【重晶石粉用于调节钻井液的密度，其对钻井液性能没有影响，根据试验所用钻井液的密度的要求加入，此为本领域技术人的公知技术】。
表8是在徐深8-更平1井三开使用低粘高切油包水钻井液钻进情况，垂深3693.26m，井底温度最高达150℃。
表8
表8的试验结果表明：钻井液乳化稳定性强，性能稳定，抗温能力达150℃。
图4是在葡扶234-平84井使用情况，井斜变化较大，但摩阻仍然低于0.05，起下钻正常，下套管一次成功，未发生井下复杂情况。葡扶234-平84井水平段长达1718m，是继垣平1井后，由自主研制钻井液体系钻进的水平段最长的特殊工艺井。
表9
表9的试验结果表明：通过低粘高切油包水钻井液先后在徐深8-更平1、树25-扶杨(分)94-平1和葡扶234-平843口水平井的现场试验，应用过程中性能稳定、流变性良好、动塑比0.4以上，摩阻低于0.05，携岩能力强，满足了不同类型水平井的施工需求，应用效果突出。实践证明，该钻井液各性能指标均达到国际先进水平，完全可替代国外同类型钻井液。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，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，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种低粘高切油包水钻井液，其特征在于，所述钻井液由油包水基液、主乳化剂、辅乳化剂、降滤失剂、氧化钙、有机土、封堵剂和重晶石粉组成。
2.根据权利要求1所述的低粘高切油包水钻井液，其特征在于，油包水基液中油和盐水溶液的体积比为65-90:10-35。
3.根据权利要求2所述的低粘高切油包水钻井液，其特征在于，盐水溶液为100mL水中加入6-12克氯化钙后形成的氯化钙水溶液。
4.根据权利要求1所述的低粘高切油包水钻井液，其特征在于，以每100mL的油包水基液计，其余组分的加入量为：主乳化剂2-3重量份、辅乳化剂1-2重量份、降滤失剂3-4重量份、氧化钙4-6重量份、有机土3-4重量份、封堵剂3-4重量份、重晶石粉0-150重量份。
5.根据权利要求4所述的低粘高切油包水钻井液，其特征在于，所述油包水基液由体积比为85:15的基油和盐水组成；以每100mL油包水基液计，其余组分的加入量为：主乳化剂3重量份、辅乳化剂1重量份、降滤失剂4重量份、氧化钙4重量份、有机土3重量份、封堵剂3重量份、重晶石粉0-150重量份。
6.根据权利要求1所述的低粘高切油包水钻井液，其特征在于，所述油包水基液由体积比为65-90:10-35的基油和盐水溶液组成；盐水溶液为100mL水中加入6-12克氯化钙后形成的氯化钙水溶液；以每100mL油包水基液计，其余组分的加入量为：主乳化剂2-3克、辅乳化剂1-2克、降滤失剂3-4克、氧化钙4-6克、有机土3-4克、封堵剂3-4克、重晶石粉0-150克。
7.根据权利要求1-6任一所述的低粘高切油包水钻井液，其特征在于，所述钻井液的密度为1.0-2.0g/cm3，油包水基液中的油为柴油或白油；有机土是根据SY/ZQ003-89标准，对不同的有机土样本进行测定，优选出的适用于柴油和白油的有机土，优选出的有机土的各项指标情况如下：AV≥7mPa.s，PV≥6mPa.s，FL≤45mL。
8.根据权利要求1-6任一所述的低粘高切油包水钻井液，其特征在于，所述主乳化剂为油基泥浆主乳化剂OCL-OPE，油基泥浆主乳化剂OCL-OPE是多乙烯多胺和油酸以摩尔比1：2的比例加入反应釜中，加入多乙烯多胺和油酸总质量0.3-0.5wt％的氢氧化钾做催化剂加热到130℃反应1-2小时，降温至80℃，按多乙烯多胺、油酸和长链脂肪酸以摩尔比1：2：0.2的比例加入长链脂肪酸升温至160℃反应3小时，降至常温出成品。
9.根据权利要求1-6任一所述的低粘高切油包水钻井液，其特征在于，所述辅乳化剂为油基泥浆辅乳化剂OCL-OSE，油基泥浆辅乳化剂OCL-OSE是多乙烯多胺和油酸以摩尔比1：1.8的比例加入反应釜中，加入多乙烯多胺和油酸总质量0.3-0.5wt％的氢氧化钠做催化剂加热到130℃-180℃反应3小时，降至常温出成品。
10.根据权利要求1-6任一所述的低粘高切油包水钻井液，其特征在于，所述降滤失剂为油基泥浆降滤失剂OCL-CLC，油基泥浆降滤失剂OCL-CLC为氧化沥青。
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