CN105623627B

CN105623627B - 一种超高温抗盐钻井液及其制备方法

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Publication number: CN105623627B
Application number: CN201410636507.6A
Authority: CN
Inventors: 杨小华; 林永学; 王琳; 王治法; 钱晓琳; 李胜
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering
Priority date: 2014-11-06
Filing date: 2014-11-06
Publication date: 2018-07-10
Anticipated expiration: 2034-11-06
Also published as: CN105623627A

Abstract

本发明提供用于超深井及超高温地层钻探的一种超高温抗盐钻井液及其制备方法。本发明的超高温抗盐钻井液包含有以重量份计的如下组分：水100份、粘土1～5份、降滤失剂PFL‑L 0.3～6份、降滤失剂PFL‑M 0.3～6份、降滤失剂PFL‑H 0.3～6份、磺化酚醛树脂2～8份、磺化褐煤2～8份、固相化学清洁剂0.5～4份、高温防塌封堵剂1～6份、润滑剂1～6份、盐0～35份、表面活性剂0.3～2份、pH值调节剂1.0～4份、加重剂0～200份。本发明的超高温抗盐钻井液，在240℃以上的高温下不增稠、流变性易于控制、高温高压滤失量小，可应用于井底温度高(240℃以上)和高盐(饱和盐)环境下的钻井施工，应用效果良好。

Description

一种超高温抗盐钻井液及其制备方法

技术领域

本发明涉及石油和天然气勘探和开发领域的一种水基钻井液，具体地说是用于超深井及超高温地层钻探的一种超高温抗盐钻井液及其制备方法。

背景技术

在深井、超深井或高地温梯度地层钻井过程中，井底温度可达200～250℃或更高，井下高温环境严重影响钻井液的各项性能，尤其是在含盐地层，高温导致钻井液中的化学剂失效，钻井液稠化或稀释严重、高温高压滤失量难以控制等，造成井壁坍塌、掉块，井眼缩径、不规则等复杂井内情况，影响施工质量和施工成本。

21世纪初国内外抗高温钻井液技术发展较快，研制了大量耐温200℃以上的钻井液处理剂，也出现了一大批抗高温的钻井液配方：(1)海泡石钻井液，由皂石、海泡石、高相对分子质量聚合物降滤失剂、低相对分子质量聚合物解絮凝剂等组成，抗温能力可提高到260℃；(2)有机盐钻井液，由甲酸钠、甲酸钾、甲酸铯等配制，是近几年发展起来的一种新型无固相水基钻井液，与现有高温处理剂有较好的配伍性，缺点是成本较高。(3)低胶体钻井液，由木质素铬、褐煤和树脂、高温滤失控制剂和液体稳定剂、聚合物增粘剂构成，热稳定性达260℃，在美国很多地区的深井中应用并取得了良好的效果，但其对固相含量的控制要求严格。(4)聚合物钻井液，如Magcobor公司的Duratherm system、Baroid公司的Polynox体系、Milpark公司的PYRO-DRILL体系。体系中含有有机聚合物包被剂及高温稳定剂，抗温达200℃以上，抗盐、抗钙能力较强。

这些抗高温钻井液体系抗220℃高温没有问题，但同时其抗盐能力一般不超过5％氯化钠。因此，从目前抗高温钻井液应用来看，还难以满足高温含盐地层钻探的需要。

发明内容

本发明提供了一种超高温抗盐钻井液，可应用于井底温度高(240℃以上)和高盐(饱和盐)环境下的钻井施工，通过在井壁上形成低渗透率、柔韧、薄而致密的滤饼，降低钻井液的滤失量，减少有害液体向地层滤失。该钻井液具有良好流变性、润滑性，滤失量低，抗盐能力强。

本发明目的之一是提供一种超高温抗盐钻井液，包含有按以重量份计的以下组分：

其中，以水为100份计，降滤失剂PFL-L优选0.5～4份，降滤失剂PFL-M优选0.5～4份，进一步优选0.5～3份，降滤失剂PFL-H优选0.5～5份，进一步优选0.5～3份，磺化酚醛树脂优选3～6份，磺化褐煤优选3～6份，固相化学清洁剂优选0.5～2份，高温防塌封堵剂优选2～5份，润滑剂优选2～5份，表面活化剂优选0.3～1份，pH值调节剂优选1.0～2.5份。

所述粘土，可选自钠膨润土和钙膨润土、凹凸棒土、海泡石中的至少一种；优选钠膨润土。所述钠膨润土可为天然钠基膨润土或钙基膨润土经钠化而得。所述粘土可形成钻井液基本的胶体稳定体系，由于切力悬浮作用，可以提高钻井液的悬浮稳定性。

所述降滤失剂PFL-L、PFL-M、PFL-H可为含有大量磺酸基团的不同相对分子量的聚合物，在含盐较高的情况下具有良好的抗高温降滤失能力，抗温达到240℃；所述降滤失剂PFL-L、M、H为本申请人自主研发产品，已获得中国发明专利授权(ZL201110294876.8、ZL201110300021.1、ZL 201110300019.4)，并已获得美国专利(US 8623791B2)、哈萨克斯坦专利(KZ 28026)。所述降滤失剂PFL-L、PFL-M、PFL-H是含有大量磺酸基的不同相对分子量的聚合物，其中，PFL-L的分子量范围为10～30万，PFL-M的分子量范围为30～50万，PFL-H的分子量范围为50～70万。所述降滤失剂为超高温抗盐钻井液的主剂，其分子链刚性强、具有一定支化程度，并带有一定数量和配比的磺酸基和氨基官能团，在粘土矿物上吸附能力强，三种不同分子量的产品配合使用，使钻井液在超高温下不增稠、不絮凝，且有利于形成薄而致密的泥饼，具有优越的降滤失性能。

所述磺化酚醛树脂选自磺甲基酚醛树脂、阳离子磺化酚醛树脂、两性离子磺化酚醛树脂中的至少一种；优选磺甲基酚醛树脂。所述磺化酚醛树脂具体可为SMP-Ⅱ型。所述磺化酚醛树脂属于水溶性树脂，可吸附在粘土粒子的表面和端面,阻止自由水分子与粘土粒子的接触，使粘土粒子保持合理的级配，利于形成致密的泥饼。

磺化褐煤用于提高粘土的聚结稳定性，既有降失水作用又有稀释作用。

所述固相化学清洁剂可为ZSC-201；ZSC-201是一种小阳离子聚合物，具有良好的抑制地层和钻屑水化分散的能力，可以配合高分子量聚合物清除钻井液中的微细钻屑等有害固相。

所述高温防塌封堵剂选自中、高软化点沥青、磺化沥青、阳离子沥青粉中的至少一种；其中，环球法测软化点75～95℃为中软化点沥青，环球法软化点为95～120℃为高软化点沥青。优选磺化沥青，具体可为磺化沥清HQ-10。所述高温防塌封堵剂具有较高的软化点，可封堵地层的微裂隙，增加泥饼致密性和润滑性。

所述润滑剂包括酯类和高沸点矿物油类，其中，酯类可以是油酸甲酯、硬脂酸甲酯和棕榈酸甲酯等及其改性产物中的至少一种，高沸点矿物油类可选自7号工业级白油、15号工业级白油等。所述润滑剂具体可优选为SMJH-1；SMJH-1是改性的酯类润滑剂，含有可在高极压下与金属发生化学反应的组分，具有较好的极压润滑性能。

所述盐可为氯化钠或氯化钾中的至少一种；

所述表面活性剂，为非离子的表面活性剂，可优选为非离子的失水山梨醇脂肪酸酯类，具体可选自失水山梨醇酐单油酸酯(斯盘80)、失水山梨醇酐单硬脂酸酯(斯盘60)、失水山梨醇酐单棕榈酸酯(斯盘40)中的至少一种；优选失水山梨醇酐单油酸酯。所述表面活性剂具有双憎作用,使粘土颗粒端面惰性化，提高钻井液的热稳定性。

pH值调节剂可保持钻井液pH值在9～11，本领域内通常的pH值调节剂都适用，具体可为碳酸钠或钾，氢氧化钠或钾；优选氢氧化钠或氢氧化钾。

所述加重剂选自重晶石、铁矿粉、碳酸钙中的至少一种；优选重晶石。

其中，所述盐和加重剂是可选组份，加重剂是否加入和加入多少是根据地层压力及钻井液密度的需要来确定，盐是根据钻遇的地层含盐情况确定配制淡水或盐水钻井液。具体地，本领域技术人员所公知的，地层压力大，在钻井过程中为平衡地层压力所需的钻井液密度就大。举例来说，如果地层压力系数是1.8，则所需钻井液密度一般在1.80～1.90g/cm³，那么需要加入密度4.2g/cm³左右的重晶石140～160份(每100份水中)。如果地层压力系数是1.0，所需钻井液密度一般在1.0～1.1g/cm³，基本上不需要加入重晶石。如果地层中不含盐膏层或没有盐水层，就可用淡水钻井液钻井；如果含大段盐膏层，就需要用饱和盐水钻井液，即每100份水中盐加量达到35份。

本发明目的之二在于提供一种超高温抗盐钻井液的制备方法。

所述超高温抗盐钻井液的制备方法包括以下步骤：

(1)粘土基浆配制：将所述粘土加入水中制成粘土基浆，养护；其中，还可加入碳酸钠或碳酸钾，以助粘土分散；碳酸钠或碳酸钾的用量可以为粘土用量的0～10％(wt)，优选为3～6％(wt)。具体可包括将水加入容器内，边搅拌边加入碳酸钠或碳酸钾，待完全溶解，搅拌下慢慢加入粘土，高搅约20min，密封，室温养护至少24小时。

(2)钻井液制备：在养护后的粘土基浆中，在搅拌下加入所述降滤失剂PFL-H、PFL-M和PFL-L，溶解后，再在搅拌下加入包含磺化酚醛树脂、磺化褐煤、固相化学清洁剂、高温防塌封堵剂、润滑剂、表面活性剂、pH调节剂(若有盐，加入盐)在内的组分，加完后高搅，若有加重剂，再加入加重剂，高搅，即得超高温抗盐钻井液。

具体可包括：在养护后的粘土基浆中，在搅拌下依次加入降滤失剂PFL-H、PFL-M和PFL-L，高搅10～30分钟后，再在搅拌下加入磺化酚醛树脂、磺化褐煤、固相化学清洁剂、高温防塌封堵剂、润滑剂、表面活性剂、pH调节剂和盐在内的组分，加完后高搅10～30分钟，加入加重剂，再高搅约5～20分钟，即得超高温抗盐钻井液。所述高搅具体指8000～11000转/分钟。

本发明提供的超高温抗盐钻井液，在240℃以上的高温下不增稠、流变性易于控制、抗氯化钠达30％(1升钻井液中氯化钠可达300g)、高温高压滤失量小。可应用于井底温度高于240℃和高盐(饱和盐)环境下的钻井施工，应用效果良好。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明。但本发明并不仅限于下述实施例。

超高温抗盐钻井液性能的评价方法参照中华人民共和国行业标准ZB/T E13004—90(钻井液测试程序)。

实验原料来源

钠膨润土：胜利油田博友泥浆技术有限责任公司；

降滤失剂PFL-H：中国石化石油工程技术研究院；

降滤失剂PFL-M：中国石化石油工程技术研究院；

降滤失剂PFL-L：中国石化石油工程技术研究院；

磺化酚醛树脂SMP-Ⅱ型：天津华孚油田化学有限公司；

磺化褐煤：天津华孚油田化学有限公司；

固相化学清洁剂ZSC-201：中国石化中原石油勘探局钻井工程技术研究院；

磺化沥青HQ-10：北京宏勤石油助剂有限公司；

润滑剂SMJH-1：中国石化石油工程技术研究院；

山梨醇酐单油酸酯：天津市兴复精细化工研究所；

硫酸钡：安县华西矿粉有限公司出产的重晶石，密度4.2g/cm³；

氢氧化钠、氯化钾、氯化钠、碳酸钠：均为北京化工厂生产；

其他原料均为市售。

实施例1

在400g水中加入0.8g碳酸钠，溶解完全后加入16g钠膨润土，高搅20分钟后密闭室温放置24h。高搅下依次加入4g降滤失剂PFL-H、6g降滤失剂PFL-M、2g降滤失剂PFL-L，高搅20分钟，高搅下依次再加入8g磺化酚醛树脂SMP-Ⅱ型、8g磺化褐煤、3g固相化学清洁剂ZSC-201、12g磺化沥清HQ-10、8g润滑剂SMJH-1、1.2g山梨醇酐单油酸酯、5g氢氧化钠，加完后高搅20钟，加入60g重晶石，高搅10分钟，测流变性能和中压失水量，260℃高温滚动16小时，降至室温，高搅5分钟，测流变性能、中压失水量和180℃下的高温高压失水量。

老化前钻井液性能：塑性粘度35mPa·s、动切力9Pa、中压失水7.6mL。

经260℃高温滚动16小时后，钻井液性能：塑性粘度25mPa·s、动切力14Pa、中压失水3.4mL、高温高压失水11mL。

该钻井液配方在江苏油田实验成功，井底温度211℃，钻井液流变性、润滑性好，携岩能力强，180℃下高温高压滤失量低于10mL。该井创造了中国石化“超高温多目标定向井最深6010m”石油工程新纪录。

实施例2

在400g水中加入0.7g碳酸钠，溶解完全后加入14g钠膨润土，高搅2分钟后密闭室温放置24h。高搅下依次加入6g降滤失剂PFL-H、4g降滤失剂PFL-M、4g降滤失剂PFL-L，高搅20分钟，高搅下依次再加入12g磺化酚醛树脂SMP-Ⅱ型、12g磺化褐煤、3g固相化学清洁剂ZSC-201、12g磺化沥清HQ-10、6g润滑剂SMJH-1、1.5g山梨醇酐单油酸酯、6g氢氧化钠，加完后高搅20分钟，再加入260g重晶石，高搅10分钟，测流变性能和中压失水量，260℃高温滚动16小时，降至室温，高搅5分钟，测流变性能、中压失水量和180℃下的高温高压失水量。

老化前钻井液性能：塑性粘度37mPa·s、动切力8Pa、中压失水7.6mL。

经260℃高温滚动16小时后，钻井液性能：塑性粘度22mPa·s、动切力11Pa、中压失水6.4mL、高温高压失水15mL。

实施例3

在400g水中加入0.6g碳酸钠，溶解完全后加入12g钠膨润土，高搅20分钟后密闭室温放置24小时。高搅下依次加入6g降滤失剂PFL-H、3g降滤失剂PFL-M、6g降滤失剂PFL-L，高搅20分钟，高搅下依次再加入16g磺化酚醛树脂SMP-Ⅱ型、16g磺化褐煤、5g固相化学清洁剂ZSC-201、10g磺化沥清HQ-10、4g润滑剂SMJH-1、1.5g山梨醇酐单油酸酯、8g氢氧化钠、30g氯化钾，加完后高搅20分钟，再加入260g重晶石，高搅10分钟，测流变性能和中压失水量，240℃高温滚动16小时，降至室温，高搅5分钟，测流变性能、中压失水量和180℃下的高温高压失水量。

老化前钻井液性能：塑性粘度53mPa·s、动切力19Pa、中压失水2.8mL。

经240℃高温滚动16小时后，钻井液性能：塑性粘度22mPa·s、动切力15Pa、中压失水2.6mL、高温高压失水12mL。

实施例4

在400g水中加入8g钠膨润土，高搅20min后密闭室温放置24h。高搅下依次加入3g降滤失剂PFL-H、3g降滤失剂PFL-M、9g降滤失剂PFL-L，高搅20分钟，高搅下依次再加入8g磺化酚醛树脂SMP-Ⅱ型、20g磺化褐煤、5g固相化学清洁剂ZSC-201、10g磺化沥清HQ-10、10g润滑剂SMJH-1、1.5g山梨醇酐单油酸酯、8g氢氧化钠、120g氯化钠，加完后高搅20分钟，再加入725g重晶石，高搅10分钟，测流变性能和中压失水量，240℃高温滚动16小时，降至室温，高搅5分钟，测流变性能、中压失水量和180℃下的高温高压失水量。

老化前钻井液性能：塑性粘度73mPa·s、动切力20Pa、中压失水4.4mL。

经240℃高温滚动16小时后，钻井液性能：塑性粘度65mPa·s、动切力13Pa、中压失水4.8mL、高温高压失水17mL。

在本领域中，一般的钻井液经过260℃和240℃的高温滚动后钻井液增稠，塑性粘度和切力和大幅度增加，流变性变差，有的钻井液经过260℃和240℃的高温滚动后，特别是在高盐度下失去胶体稳定性，变稀甚至分层，这些钻井液180℃下测得的高温高压失水量均较大，一般可达50ml以上，甚至全部滤失，严重影响钻井施工。而从上述本发明实施例的测试结果看，淡水钻井液和饱和盐水钻井液在分别经过260℃和240℃的高温滚动后，本发明的超高温抗盐钻井液仍具有良好的流变性能，不增稠，且180℃下测得的高温高压失水量小。表明其抗高温能力强，可用于井底温度高于240℃和高盐(饱和盐)环境下的钻井施工。

Claims

1.一种超高温抗盐钻井液，包含有以重量份计的如下组分：

所述固相化学清洁剂为ZSC-201；

所述高温防塌封堵剂选自中、高软化点沥青、磺化沥青、阳离子沥青粉中的至少一种；

所述润滑剂选自酯类和高沸点矿物油类中的至少一种；

所述表面活性剂选自失水山梨醇酐单油酸酯、失水山梨醇酐单硬脂酸酯、失水山梨醇酐单棕榈酸酯中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的一种超高温抗盐钻井液，其特征在于包含有以重量份计的如下组分：

3.根据权利要求1所述的一种超高温抗盐钻井液，其特征在于：

所述粘土，选自钠膨润土和钙膨润土、凹凸棒土、海泡石中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种超高温抗盐钻井液，其特征在于：

所述磺化酚醛树脂选自磺甲基酚醛树脂、阳离子磺化酚醛树脂、两性离子磺化酚醛树脂中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的一种超高温抗盐钻井液，其特征在于：

所述酯类选自油酸甲酯、硬脂酸甲酯和棕榈酸甲酯及其改性产物中的至少一种；所述高沸点矿物油类选自7号工业级白油、15号工业级白油中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的一种超高温抗盐钻井液，其特征在于：

所述加重剂选自重晶石、铁矿粉、碳酸钙中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的一种超高温抗盐钻井液，其特征在于：

所述盐选自氯化钾、氯化钠中的至少一种。

8.根据权利要求1～7之任一所述的一种超高温抗盐钻井液，其特征在于：

所述超高温抗盐钻井液的制备方法包括以下步骤：

(1)粘土基浆配制：将所述粘土加入水中制成粘土基浆，养护；

(2)钻井液制备：在养护后的粘土基浆中，加入所述降滤失剂PFL-H、PFL-M和PFL-L，溶解后，再在搅拌下加入包含磺化酚醛树脂、磺化褐煤、固相化学清洁剂、高温防塌封堵剂、润滑剂、表面活性剂、pH调节剂在内的组分，加完后高搅，即得超高温抗盐钻井液。

9.根据权利要求1～8之任一所述的一种超高温抗盐钻井液的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(2)钻井液制备：在养护后的粘土基浆中，在搅拌下加入所述降滤失剂PFL-H、PFL-M和PFL-L，溶解后，再在搅拌下加入包含磺化酚醛树脂、磺化褐煤、固相化学清洁剂、高温防塌封堵剂、润滑剂、表面活性剂、pH调节剂在内的组分，加完后高搅，即得超高温抗盐钻井液。

10.根据权利要求9所述的一种超高温抗盐钻井液的制备方法，其特征在于：

所述步骤(2)中加完除加重剂外所有组分后高搅10-30分钟，之后加入加重剂，再高搅5～20分钟；所述高搅指8000～11000转/分钟。