CN105623628B

CN105623628B - 一种超高密度油基钻井液

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Publication number: CN105623628B
Application number: CN201410612034.6A
Authority: CN
Inventors: 宋芳; 徐兴华
Original assignee: Korla Tongyi Industry Trade Co ltd; Chengdu West China Oil Wei Technology Co ltd
Current assignee: Korla Tongyi Industry Trade Co ltd; Chengdu West China Oil Wei Technology Co ltd
Priority date: 2014-11-03
Filing date: 2014-11-03
Publication date: 2021-04-02
Anticipated expiration: 2034-11-03
Also published as: CN105623628A

Abstract

本发明公布了一种超高密度油基钻井液及其配制方法。现有油基钻井液存在乳化稳定性和流变性差的问题，易造成井壁掉块坍塌，而出现阻卡和钻井周期长等复杂情况。本发明的一种超高密度油基钻井液，其密度为0.93g/cm³‑2.80g/cm³，它由基础油、乳化剂、润湿剂、增粘剂、降滤失剂、提切剂、碱度调节剂、氯化钙水溶液、封堵剂、加重剂等组成；并优化其配方及制备方法。所配制超高密度油基钻井液，具有良好的乳化稳定性和流变性，以及对泥页岩的强抑制性。具有各种处理剂加量小，配制成本低，破乳电压高，流变性好，滤失量小，抗水、土、盐、水基钻井液及水泥浆污染性能强等特点，可应用于超高压油气井、页岩气井及强水敏性地层的大位移井和水平井等特殊钻井作业。

Description

一种超高密度油基钻井液

技术领域

本发明涉及石油天然气及页岩气钻井工程油基钻井液技术领域，尤其涉及一种超高密度油基钻井液及其配制方法。

背景技术

当前，中国陆上和海上石油天然气钻采正在向深层(地下4500m以深)、超深层(地下6000m以深)和页岩气等含油气领域延伸，如四川、新疆、南海等油区。钻井过程中面临高压(高于70MPa)和高水敏性、易坍塌泥页岩的技术难题。

在上述地层钻水平井开发石油天然气时，需要使用油基钻井液。油基钻井液与水基钻井液相比具有抗高温、抗盐、抗钙侵、有利于井壁稳定、润滑性好和对油气层损害程度小等多种优点，已发展成为钻高难度的深井、页岩气井、大斜度定向井、水平井和各种复杂地层井的重要手段。

在应对超高压地层及强水敏性地层时，需使用超高密度油基钻井液。但长期以来，超高密度(≥2.4g/cm3)的油基钻井液由于固相含量极高，其流变性与悬浮能力很难协调，要么粘度太高，流动阻力太大，钻井排量达不到净化井眼要求；要么粘度不足，加重剂在井内高温、低流速或静态时沉降严重。因此，现有技术的超高密度油基钻井液存在乳化稳定性和流变性差的问题，易造成井壁掉块坍塌，而出现阻卡和钻井周期长等复杂情况，导致故障。所以，超高密度油基钻井液极难配制且稳定性差，难以适应超深油气井和高压页岩气井长时间钻井、完井要求。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种超高密度油基钻井液及其配制方法。其具有各种处理剂加量小，配制成本低，破乳电压高，流变性好，滤失量小，环保性较好，抗水、土、盐、水基钻井液及水泥浆污染性能强等特点，可应用于超高压油气井、页岩气井及强水敏性地层的大位移井和水平井等特殊钻井作业。

本发明通过大量试验研究，形成了超高密度油基钻井液配方体系(HWOBS/TYOBS)。一种超高密度油基钻井液，其密度为0.93g/cm3—2.80g/cm3；它由以下重量百分比的原材料配制而成：

(1)基础油：42.00％—95.00％；

(2)乳化剂：0.90％—2.60％；

(3)润湿剂：0.20％—0.70％；

(4)增粘剂：0.20％—3.00％；

(5)降滤失剂：1.00％—3.00％；

(6)提切剂：0.00％—0.20％；

(7)碱度调节剂：0.90％—3.00％；

(8)氯化钙水溶液：5.00％—28.00％；

(9)封堵剂：0.00％—2.00％；

(10)加重剂：余量；

所述的乳化剂为改性松浆油或长链烷基脂肪酸聚酰胺类非离子表面活性剂；

所述的润湿剂为长链烷基季铵盐类阳离子表面活性剂；

所述的增粘剂为有机蒙脱石或有机膨润土；

所述的降滤失剂为油溶性树脂、磺化沥青、改性磺化沥青、氧化沥青、改性氧化沥青或腐殖酸酰胺；

所述的提切剂为多元酰胺共聚物或脂肪酸聚酰胺；

所述的碱度调节剂为氧化钙或氧化镁；

所述的封堵剂为碳酸钙、二氧化硅或顺丁橡胶；

所述的加重剂为四氧化三锰、钛铁矿粉、高密度重晶石粉或碳酸钙。

进一步的，所述乳化剂可单独使用，也可以复配使用；所述增粘剂可单独使用，也可复配使用；所述降滤失剂可单独使用，也可以复配使用；所述碱度调节剂可单独使用，也可以复配使用；所述封堵剂可单独使用，也可以复配使用；所述加重剂可单独使用，也可以复配使用。

进一步的，所述基础油为0#柴油、-10#柴油、-20#柴油、-35#柴油、3#白油、5#白油，或气制油。

进一步的，上述基础油可单独使用，也可以选择其中两种基础油组合使用。甚至多种基础油组合使用。

进一步的，所述氯化钙水溶液的质量浓度为20.00％-35.00％。

进一步的，所述的一种超高密度油基钻井液的配制方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、在搅拌条件下，将乳化剂和润湿剂加入到基础油中，继续搅拌，使体系混合搅拌均匀；

b、维持搅拌的条件下，将碱度调节剂及氯化钙水溶液加入上述体系中，使体系混合搅拌均匀；

c、维持搅拌的条件下，再加入提切剂、增粘剂、降滤失剂和封堵剂，使体系混合搅拌均匀；

d、维持搅拌的条件下，最后加入加重剂，使整个体系混合搅拌均匀。最终制得本发明所述的超高密度油基钻井液。

进一步的，配制过程中，高速搅拌的搅拌速度优选为：10000-12000r/min；配制过程中各组分的加入顺序不固定，可根据实际情况调整交换。

在现场实际配制时，在充分搅拌条件下按先后顺序将乳化剂、润湿剂加入到基础油中，充分搅拌使体系混合均匀；然后加入增粘剂、提切剂、降滤失剂等材料，充分搅拌均匀；再缓慢加入封堵剂，充分搅拌均匀；在有泥浆枪、搅拌器、混合漏斗等强烈剪切设备的条件下，将刚配好的氯化钙水溶液缓慢加入油相中，搅拌均匀，使其充分乳化；最后加入加重剂，充分搅拌均匀，配制成超高密度油基钻井液。

本发明所述的超高密度油基钻井液其性能如下：密度为0.93—2.80g/cm3，高温高压滤失量≤5ml，PV(表示塑性粘度)为8-135mPa.s，YP(表示动切力)为6-18Pa，

(表示在6rpm转速下粘度计的读值)为3—18，

(表示在3rpm转速下粘度计的读值)为3—17。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明提供的这种超高密度油基钻井液体系最高密度可达2.80g/cm3，适用密度范围0.93g/cm3-2.80g/cm3；实现了实验室配制和现场配制。所配制超高密度油基钻井液有良好的乳化稳定性、流变性以及强抑制性。该油基钻井液具有各种处理剂加量小，配制成本低，破乳电压高，流变性好，滤失量小，环保型较好等特点。超高密度油基钻井液扩大了油基钻井液的密度使用范围，能满足超高压油气井、页岩气井、强水敏性地层钻井作业要求，为大位移水平井等特殊钻井作业提供技术支持；同时，可保证钻井施工安全，显著降低钻井成本，获得良好的经济效益和社会效益。

附图说明

图1是实施例1中所述的超高密度油基钻井液的高温高压稠度曲线；

图1中：横轴表示时间轴，曲线

为温度曲线，0-200标度的纵轴表示温度轴，曲线

为稠度曲线，0-100标度的纵轴表示稠度轴。

表1是实施例1-5所述各不同密度的超高密度油基钻井液在老化后的性能表；

表1中：密度的单位为g/cm3；

表示6/3rpm转速下粘度计的读值；AV表示表观粘度，单位为mPa·s；PV表示塑性粘度，单位为mPa·s；YP表示动切力，单位为Pa；YP/PV表示动塑比，单位为Pa/mPa·s；Gel表示初切和终切，单位均为Pa；ES表示破乳电压，单位为V；API表示滤失量，单位均为ml；HTHP表示高温高压滤失量，单位均为ml。

表2是效果例2中所述密度的超高密度油基钻井液的抗土侵性能和抗水侵性能表。

表3是效果例3中所述密度的超高密度油基钻井液的抗水基钻井液污染性能表。

表4是效果例4中所述密度的超高密度油基钻井液的抗水泥污染性能表。

表5是效果例5中所述密度的超高密度油基钻井液的抗石膏污染性能表。

表6是效果例6中所述密度的超高密度油基钻井液及其他介质的岩屑滚动回收试验数据表。

表7是效果例7中所述的不同介质对岩心的抑制性数据表。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐述。

实施例1：一种密度为2.80g/cm3，油水比为95:5的超高密度油基钻井液。它由以下重量百分比的原材料制备而成，基础油：285.0ml；乳化剂：6.0g；润湿剂：4.8g；增粘剂：6.0g；降滤失剂：12.0g；提切剂：0.8g；碱度调节剂：6.0g；质量浓度为20％的氯化钙水溶液：15.0ml；加重剂：1382.0g。

其配制方法包括以下步骤：

a、将基础油加入高搅杯中，再加入乳化剂、润湿剂，以12000r/min高速搅拌10min，使体系混合搅拌均匀；

b、维持搅拌的条件下，将碱度调节剂及氯化钙盐水加入到高搅杯中，以12000r/min高速搅拌10min，使加入组分混合搅拌均匀；

c、维持搅拌的条件下，加入提切剂、增粘剂、降滤失剂，以12000r/min高速搅拌20min，使加入组分混合搅拌均匀；

d、维持搅拌的条件下，最后加入加重剂，以12000r/min高速搅拌40min，配制成密度为2.80g/cm3的超高密度油基钻井液。

如图1所示，用7716型HTHP稠度仪，在设定温度130℃，压力67MPa，时间8h的条件下，测试上述密度2.80g/cm3的油基钻井液得到的高温高压稠度曲线。

稠度仪从室温、常压的条件下开始线性升温、升压(压力值可在稠度仪上直接读取)，71min温度升至130℃，压力升至67MPa，稳定8小时。钻井液初始稠度为23BC，温度高于40℃后，稠度随温度升高而降低；温度升至130℃，压力升至67MPa时，稠度降至16BC；在温度为130℃，压力为67MPa的条件下稳定8小时，稠度稳定在16BC不变，表明高温高压下超高密度油基钻井液流动性稳定。

实施例2：一种密度为2.50g/cm3，油水比为9:1的超高密度油基钻井液。它由以下重量百分比的原材料制备而成，基础油：270ml；乳化剂：6.0g；润湿剂：4.8g；增粘剂：7.2g；降滤失剂：12.0g；提切剂：0.5g；碱度调节剂：6.0g；质量浓度为20％的氯化钙水溶液：30.0ml；加重剂：1125.0g。

其配制方法同实施例1所述的配制方法。

实施例3：一种密度为2.00g/cm3，油水比为9:1的超高密度油基钻井液。它由以下重量百分比的原材料制备而成，基础油：270ml；乳化剂：7.2g；润湿剂：4.2g；增粘剂：5.1g；降滤失剂：12.0g；碱度调节剂：9.0g；质量浓度为30％的氯化钙水溶液：30.0ml；封堵剂：6.0g；加重剂：600.0g。

其配制方法包括以下步骤：

b、在高速搅拌的同时，将碱度调节剂及氯化钙盐水加入到高搅杯中，以12000r/min高速搅拌10min，使加入组分混合搅拌均匀；

c、再在高速搅拌状态下，加入增粘剂、降滤失剂、封堵剂，以12000r/min高速搅拌30min，使加入组分混合搅拌均匀；

d、最后加入加重剂，以12000r/min高速搅拌30min，配制成密度为2.00g/cm3的超高密度油基钻井液。

实施例4：一种密度为1.50g/cm3，油水比为8:2的超高密度油基钻井液。它由以下重量百分比的原材料制备而成，基础油：240ml；乳化剂：7.8g；润湿剂：3.0g；增粘剂：8.1g；降滤失剂：12.0g；碱度调节剂：9.0g；质量浓度为30％的氯化钙水溶液：60.0ml；封堵剂：6.0g；加重剂：266.0g。

其配制方法同实施例3所述的配制方法。

实施例5：一种密度为0.93g/cm3，油水比为8:2的超高密度油基钻井液。它由以下重量百分比的原材料制备而成，基础油：240ml；乳化剂：7.8g；润湿剂：0.6g；增粘剂：12.0g；降滤失剂：12.0g；碱度调节剂：9.0g；质量浓度为35％的氯化钙水溶液：60.0ml；封堵剂：9.0g。

其配制方法包括以下步骤：

c、再在高速搅拌状态下，加入增粘剂、降滤失剂、封堵剂，以12000r/min高速搅拌60min，使体系混合搅拌均匀；配制成密度为0.93g/cm3的超高密度油基钻井液。

效果例1：将上述实施例1-5配制的五种不同密度的超高密度油基钻井液在150℃条件下热滚，老化16小时。其后，测试了不同密度下所配制的钻井液在老化后的基本性能，测试温度50℃，HTHP的实验温度为150℃。如表1所示，为不同密度的油基钻井液在老化后的基本性能测试结果，可见本发明的超高密度油基钻井液具有良好的流变性和较高的破乳电压。

效果例2：根据本发明公布的配制方法，配制密度为2.62g/cm3的超高密度油基钻井液。取重量相同的三份上述密度的油基钻井液；一份作为空白对照，记为：原浆1；一份加入重量百分比为10％的钠膨润土，编号：A；一份加入重量百分比为10％的淡水，编号：B。将原浆1和A、B在150℃老化16小时候后，分别测试其老化后性能。如表2所示，为其测试结果，反映了超高密度油基钻井液抗土侵性能和抗水侵性能。老化前后性能相近，说明其抗土侵性能和抗水侵性能强。

效果例3：根据本发明公布的配制方法，配制密度为2.50g/cm3的超高密度油基钻井液。取重量相同的两份上述密度的油基钻井液，一分作为空白对照，记为：原浆2；另一份加入重量百分比为10％的水基钻井液，记为C。将原浆2和C在150℃老化16小时后，测试其老化后性能。，如表3所示，为其测试结果，表3反映了超高密度油基钻井液的抗水基钻井液污染性能。老化前后性能相近，说明其抗水基钻井液污染性能强。

效果例4：根据本发明公布的配制方法，配制成密度为2.20g/cm3的超高密度油基钻井液。取重量相同的两份上述密度的油基钻井液，一份作为空白对照，记为：原浆3；另一份加入重量百分比为10％的水泥，记为D。将原浆3和D在150℃老化16小时后，测试其老化后性能。如表4所示，为其测试结果，反映了超高密度油基钻井液的抗水泥污染性能。老化前后性能相近，说明其抗水泥污染性能强。

效果例5：根据本发明公布的配制方法，配制成密度为2.42g/cm3的超高密度油基钻井液。取重量相同的两份上述密度的油基钻井液，一份作为空白对照，记为：原浆4；另一份加入重量百分比为5％的石膏，记为E。将原浆4和E在150℃老化16小时后，测试其老化后性能。如表5所示，为其测试结果，反映了超高密度油基钻井液抗石膏污染性能。老化前后性能相近，说明其抗石膏污染性能强。

效果例6：根据本发明公布的配制方法，配制成密度为2.42g/cm3的超高密度油基钻井液。取350ml上述超高密度油基钻井液、某井聚磺仿油基钻井液、某井氯化钾聚磺水基钻井液和蒸馏水，记为：F、G、H、I，并分别与50.00g页岩屑(5～10目)混合。将F、G、H、I分别在100℃老化16小时后洗净，过40目筛，并于120℃烘干3小时后称重，计算得到一次页岩回收率。再取F、G、H、I的一次岩屑混合，并分别在100℃老化16小时后洗净，过40目筛，并于120℃烘干3小时后称重，计算得到二次页岩回收率。如表6所示，为其计算结果，反映了各种井下常见介质对岩心的抑制性。回收率越大，抑制性越好。超高密度油基钻井液的二次回收率为99.58％，说明其抑制性极好。

效果例7：通过NP-1D多联页岩膨胀仪，在室温下测定了岩心在本发明公布的超高密度油基钻井液及其他不同介质中的膨胀率。如表7所示，为其测试结果，反映了各种井下常见介质对岩心的抑制性。膨胀率越小，抑制性越好。超高密度油基钻井液的膨胀率为1.035％，说明其抑制性极好。

以上通过5个较佳的实施例和7个效果例对本发明作了详尽的阐述，应当明确的是，所列举的实施例不应当理解成为对本发明保护范围的限制。本发明的保护范围应当以权利要求书限定的内容为准，并且说明书可以用来解释权利要求书。

表1

表2

表3

表4

表5

编号	F	G	H	I
					一次回收率(％)	99.60	95.18	97.58	48.30
二次回收率(％)	98.58	36.08	57.38	35.50

表6

表7。

Claims

1.一种超高密度油基钻井液，其特征在于，所述超高密度油基钻井液的密度为：2.80g/cm³，油水比为95:5；由以下原材料制备而成，基础油：285.0ml；乳化剂：6.0g；润湿剂：4.8g；增粘剂：6.0g；降滤失剂：12.0g；提切剂：0.8g；碱度调节剂：6.0g；质量浓度为20％的氯化钙水溶液：15.0ml；加重剂：1382.0g；

所述乳化剂为改性松浆油或长链烷基脂肪酸聚酰胺类非离子表面活性剂；

所述润湿剂为长链烷基季铵盐类阳离子表面活性剂；

所述增粘剂为有机蒙脱石或有机膨润土；

所述降滤失剂为油溶性树脂、磺化沥青、改性磺化沥青、氧化沥青、改性氧化沥青或腐殖酸酰胺；

所述提切剂为多元酰胺共聚物或脂肪酸聚酰胺；

所述碱度调节剂为氧化钙或氧化镁；

所述加重剂为四氧化三锰、钛铁矿粉、高密度重晶石粉或碳酸钙；

其制备步骤包括：

b、维持搅拌的条件下，将碱度调节剂及氯化钙水溶液加入到高搅杯中，以12000r/min高速搅拌10min，使加入组分混合搅拌均匀；

2.根据权利要求1所述的超高密度油基钻井液，其特征在于，所述乳化剂可单独使用，也可复配使用；所述增粘剂可单独使用，也可复配使用；所述降滤失剂可单独使用，也可复配使用；所述提切剂可单独使用，也可复配使用；所述碱度调节剂可单独使用，也可以复配使用。

3.根据权利要求1或2所述的超高密度油基钻井液，其特征在于，所述基础油为0#柴油、-10#柴油、-20#柴油、-35#柴油、3#白油、5#白油或气制油。

4.根据权利要求3所述的超高密度油基钻井液，其特征在于，所述基础油可单独使用，也可以选择两种基础油组合使用。