CN105295866A - 一种复合无机盐钻井液 - Google Patents

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Abstract

一种复合无机盐钻井液，涉及油田开采技术领域。本发明主要由基液、NaOH、NaCO3、增粘剂、降滤失剂、抑制剂、润滑剂、KCl、暂堵剂和有机盐加重剂组成。本发明制成的复合无机盐钻井液是一种无土相钻井液体系，具有良好的粘土分散抑制性和较强的页岩分散抑制性，同时还具有较高的润滑性能。该复合钻井液的特性有：密度高、总固相含量低，可减少对储层的污染，防塌抑制能力强，利于提高钻井机械的钻速，平均井径扩大率小于8%，减少钻井复杂事故，缩短钻井周期，提高钻井质量。

Description

一种复合无机盐钻井液
技术领域
本发明涉及油田开采技术领域。
苏里格气田水平井斜井段钻遇石千峰组、石盒子组、易坍塌地层以及山西组、本溪组煤层，打开地层后极易发生垮塌、掉快，井径扩大率大，为了稳定井壁，提高钻井液密度和黏度后，又导致机械钻速降低，泥饼质量和润滑性变差，摩阻增大。
随着苏里格气田开发和产能建设、水平井增产效果的凸显、水平井应用的范围逐步扩大，如使用以往的聚磺钻井液体系（配方：0.1％NaOH+0.15%CMC+4-6%土粉+2-3％磺化材料（SMP、SPNH等）+3％FT-1+0.2％K-PAM+润滑油），则存在突出的如下缺陷：抑制性差，具体表现为防塌能力差、PDC钻头泥包、井径扩大、井眼不规则等；密度较高时，体系中固相含量高，泥饼厚，润滑性差，摩阻大，滑动钻进时托压、压差卡钻严重。
发明内容
针对以上情况，本发明目的在于提出一种能提高钻井液的密度、降低钻井液的总固相含量的复合无机盐钻井液的制备方法。
本发明主要由基液、NaOH、NaCO3、增粘剂、降滤失剂、抑制剂、润滑剂、KCl、暂堵剂和有机盐加重剂组成。
所述NaOH、NaCO3、降滤失剂、抑制剂、润滑剂、KCl、暂堵剂与基液的质量比为0.1：0.15：1.5：2：1：5：1：100。
无机盐对基浆的流变性能影响不大，具有良好的粘土分散抑制性和较强的页岩分散抑制性，同时还具有较高的润滑性能。本发明制成的复合无机盐钻井液是一种无土相钻井液体系，具有良好的粘土分散抑制性和较强的页岩分散抑制性，同时还具有较高的润滑性能。该复合钻井液的特性有：密度高、总固相含量低，可减少对储层的污染，防塌抑制能力强，利于提高钻井机械的钻速，平均井径扩大率小于8%，减少钻井复杂事故，缩短钻井周期，提高钻井质量。
经室内试验和现场应用结果证明，该体系具有抑制性好、防塌能力强、密度高、滤失量低、固相含量低、润滑性良好、性能易于控制等特性，能缩短单井的施工时间，有效的保护储层，有效地解决了钻进中地层掉块、垮塌、岩屑携带及阻卡等问题，控制了井下复杂情况的发生，能够满足安全钻井的需要。
另外，本发明以水为基液，劣质固相含量少，有利于其它处理剂功能的发挥；另外还方便就地取材，成本低，可大量工业化应用。
所述增粘剂为改性黄原胶。将改性黄原胶加入钻井液后，能够快速提高钻井液的粘度切力，优化钻井液的悬浮携砂性能；其原料为生物产品，易自然降解，对环境友好。
所述降滤失剂为羧甲基纤维素钠盐，能够快速降低钻井液的滤失量，优化钻井液滤饼的柔韧性能；其原料为生物产品，易自然降解，对环境友好。
所述抑制剂为聚丙烯酸钾，能够快速提高钻井液的包被和抑制能力，有利于控制泥岩岩屑的分散和保持泥岩井段的稳定。
所述润滑剂为聚合多元醇，能够快速提高钻井液的润滑防卡能力，有利于减少管柱提放摩阻，优化钻井液滤饼表面光滑度。
所述暂堵剂为超细碳酸钙，能够快速降低钻井液的滤失量，在近井壁周围形成屏蔽暂堵带，有利于保护目的层，超细碳酸钙易酸化解堵，由于后续增产作业。
本发明钻井液中还包括增粘剂和有机盐加重剂。增粘剂，用于快速提高钻井液的粘度切力，确保钻井液的悬浮携砂性能，防止沉砂卡钻，钻头重复切削岩屑。有机盐加重剂，用于提高钻井液密度平衡地层压力，增加钻井液对泥岩的抑制能力，易溶于水形成无固相水溶液有利于减少井下摩阻。
所述有机盐加重剂为甲酸钠。甲酸钠易溶于水，形成无固相水溶液，用于提高钻井液密度不会增加钻井液粘度切力，不会增加钻井液滤饼粘滞系数，有利于钻井液流变性能稳定，由于井下安全，减少提放管柱负荷，减少动力损失。
具体实施方式
一、制备工艺步骤：
称量：分别称取100kg清水、0.1kgNaOH、0.15kgNaCO3、0.4kg增粘剂、1.5kg降滤失剂、2kg抑制剂、1kg润滑剂、5kgKCl、1kg暂堵剂和15kg有机盐加重剂。
NaOH、NaCO3、降滤失剂、抑制剂、润滑剂、KCl、暂堵剂与基液的质量比为0.1：0.15：1.5：2：1：5：1：100
以上增粘剂的具体化学名是：改性黄原胶。
以上降滤失剂的具体化学名是：羧甲基纤维素钠盐。
以上抑制剂的具体化学名是：聚丙烯酸钾。
以上润滑剂的具体化学名是：聚合多元醇。
以上暂堵剂的具体化学名是：超细碳酸钙。
以上有机盐加重剂的具体化学名是：甲酸钠。
详细制备过程：
1、将地面循环系统清洗洁净，开启循环罐的搅拌器，先注入称量的清水，再加入NaCO3，再用烧碱罐混入NaOH。
2、再通过剪切泵向上述循环罐混入增粘剂、降滤失剂、抑制剂。
3、用小药罐向循环罐剂量加入润滑剂。
4、通过文丘里混合漏斗向循环罐混入KCl、暂堵剂、有机盐加重剂。
5、全部药剂加完，继续搅拌16小时后，即得复合无机盐钻井液。
二、入井使用效果分析：
1、试验证明本发明钻井液优于现有技术的钻井液。
（1）高温稳定性。试验要求：1#2h后、2#和3#6h后对比高温100℃滚动4h测流变参数。试验结果见表1。
表1高温稳定性试验
试验结果显示：甲酸钠在试液中的存在使试样流变参数的稳定性得到提高，其主要性能指标变化幅度很小，特别是聚磺钻井液的高温增稠现象，加入甲酸钠后得到了非常明显的改善。
（2）泥岩滚动回收率。试验要求：1#2h后、2#和3#6h后加泥岩样，高温100℃滚动8h。试验结果见表2。
表2泥岩滚动回收率试验
表2中数据表明，在甲酸钠、黄原胶、混合液的3种试样中，泥岩滚动回收率均比在聚磺钻井液中高，甲酸钠试样比黄原胶的泥岩滚动回收率略高，混合液的最高。
（3）高温高压泥岩膨胀试验。试验要求：1#2h后、2#和3#6h后60℃、1.5MPa测试8h的线形膨胀量。试验结果见表3。
表3泥岩膨胀试验
在甲酸钠、黄原胶、混合液的3种试样中，泥岩的线形膨胀量均比在聚磺钻井液中小得多。1.5MPa条件下甲酸钠试样比黄原胶的泥岩的线形膨胀量小，混合液的最小；常压条件下黄原胶式样中泥岩线形膨胀量最大，略小于聚磺钻井液的，基本反映了试剂对泥岩的一种抑制性能。
2、抗污染能力强：实验研究复合无机盐钻井液体系热抗无机盐及抗劣质土污染能力，结果发现，复合无机盐钻井液体系受污染前后性能比较稳定，显示其具有较强的抗盐及抗劣质土的污染能力。
3、抑制性能强：在苏里格气田应用表明，强抑制性是复合无机盐钻井液最大的特点。由于加入了NaCl、KCl和甲酸钠，增强了体系的抑制性，在造浆性强的石千峰、石盒子组泥岩井段钻进时，可以调节体系的含盐量，并配合加入CWD-1和2%KCl，进一步提高抑制性；
4、井壁稳定效果好：①该钻井液具有较强的抑制黏土分散能力，其作用机理有以下几个方面：基液为复合无机盐水溶液，与大多数饱和盐水相比，其具有更低的水活度，这使钻井液中的水不但不会渗入岩石，反而使岩石中的水保持渗入钻井液，其结果是在复合无机盐钻井液中，钻屑、黏土不分散、不膨胀，越变越硬，井壁稳定性好；离子交换原理使得体系具有强抑制性，复合无机盐水溶液中电离出大量的阳离子K+、NH4+、[NHxR4-x]+，其直径小于粘土的层间间隙，因而可通过静电引力吸附进入黏土晶格，当K+失去吸附水化膜时，稍微变小，相邻晶层的四面体晶片互相靠近。随着上述过程继续进行，收缩作用迫使K+进入裸露表面的自由空间，它立刻被牢固地保留在适当位置上。由于K+形成键合，从而限制了相邻硅酸盐晶片的膨胀和分离。K+的这种作用称为K+的晶格固定作用。正是由于这种作用，使K+有可能尽量靠近相邻晶层的负电荷中心，因而所形成的之谜构造不会在水中再发生较强的水化，抑制黏土表面水化及渗透水化膨胀；此外，复合无机盐阴、阳离子对黏土颗粒的扩散双电层具有较强的压缩作用；②复合无机盐钻井液体系中的聚合物具有极性的和能与水分子发生作用的官能团，聚合物水化基团即与水分子结合，当页岩与聚合物水溶液接触时，聚合物靠氢键或静电吸力吸附到黏土颗粒上，同时因聚合物具有足够的的分子量，并具有较强的线型展开能力，在吸附到一个黏土颗粒上的同时，进一步吸附到相邻的黏土颗粒上，将多个黏土颗粒桥接在一起，阻止页岩分散，从而保持页岩的完整性，促使井壁稳定。③钻井液中的沥青、超细碳酸钙等封堵材料在压差作用下，能挤入地层层里裂隙和孔吼中，在井壁附近形成一个封堵带，可有效地阻止钻井液滤液进入地层，抑制地层的水化，防止井壁坍塌。
5、与聚磺钻井液体系比较：该钻井液的强抑制性使钻屑不易水化分散混入钻井液，提高了清除钻屑的效率。从同样在石盒子组地层钻进时，三磺体系和复合无机盐水体系在振动筛处返出钻屑的比较，可以看出，使用复合无机盐水体系时岩屑不包振动筛，混杂度低，井壁没有明显的剥蚀掉块现象，岩屑返出量正常。复合盐钻井液的强抑制性有效防止了钻头泥包。

Claims (10)

1.一种复合无机盐钻井液，其特征在于：主要由基液、NaOH、NaCO3、增粘剂、降滤失剂、抑制剂、润滑剂、KCl、暂堵剂和有机盐加重剂组成。
2.根据权利要求1所述复合无机盐钻井液，其特征在于：所述NaOH、NaCO3、降滤失剂、抑制剂、润滑剂、KCl、暂堵剂与基液的质量比为0.1：0.15：1.5：2：1：5：1：100。
3.根据权利要求1或2所述复合无机盐钻井液，其特征在于：所述基液为水。
4.根据权利要求1或2所述复合无机盐钻井液，其特征在于：所述增粘剂为改性黄原胶。
5.根据权利要求1或2所述复合无机盐钻井液，其特征在于：所述降滤失剂为羧甲基纤维素钠盐。
6.根据权利要求1或2所述复合无机盐钻井液，其特征在于：所述抑制剂为聚丙烯酸钾。
7.根据权利要求1或2所述复合无机盐钻井液，其特征在于：所述润滑剂为聚合多元醇。
8.根据权利要求1或2所述复合无机盐钻井液，其特征在于：所述暂堵剂为超细碳酸钙。
9.根据权利要求1或2所述复合无机盐钻井液，其特征在于：所述钻井液中还包括增粘剂和有机盐加重剂。
10.根据权利要求9所述复合无机盐钻井液，其特征在于：所述有机盐加重剂为甲酸钠。
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