CN105754563B - 一种适用于大位移井的有机盐钻井液 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于大位移井的有机盐钻井液，包括1‑4％的膨润土、0.3‑0.5％的碳酸钠、0.5‑1％的氢氧化钠、0.3‑1％的黄原胶、2‑8％的降滤失剂、2‑5％的纳米封堵剂、1‑4％的封堵剂、0.5‑4％的润滑剂、40‑60％有机盐、25‑250％惰性加重剂，所述纳米封堵剂为甲基丙烯酸甲酯基笼状低聚倍半硅氧烷、N‑异丙基丙烯酰胺和丙烯酰胺共聚而成；所述封堵剂为N‑异丙基丙烯酰胺、丙烯酰胺和N,N‑亚甲基双丙烯酰胺聚合而成；所述润滑剂为蓖麻油聚氧乙烯醚、聚乙二醇、聚乙烯基吡咯烷酮复配而成，该有机盐钻井液具有封堵性能强，润滑性能强，流变性好，携岩屑能力强，尤其适用于大位移井的开发。

Description

一种适用于大位移井的有机盐钻井液

技术领域

本发明涉及石油天然气领域，具体地涉及一种适用于大位移井的有机盐钻井液。

背景技术

随着世界石油资源需求日益加剧和已探明石油地质储量的不断开采，大位移井、水平井、多支测钻井尤其是小眼井深井的钻井需求越来越高。但是，大位移井、水平井的施工难度和对钻井液体系的要求要远远超过垂井和定向井，适用于大位移井、水平井的钻井液首先需要具有良好的流变性，在大位移井中，由于非常低的压降不能为清除储层损害提供足够的动力，井底极易形成岩屑床，只凭钻井液的冲刷很难将岩屑床去掉，极易发生卡钻等复杂事故。其次，钻井液需要具有强抑制性，有效抑制地层中粘土的分散，提高井壁的稳定性。第三，钻井液要具有好的润滑性：降低摩擦阻力，确保钻井液的润滑性能，防止拖压现象，提高机械钻速。

有机盐钻井液以其性能稳定、抗污染能力强、低毒的优点已经有广泛的应用，取得了非常好的效果。但是传统的有机盐钻井液也有很多不足，如在高温高密度下的封堵性能差，润滑性差，流变性差等缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于大位移井的有机盐钻井液，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有有机盐钻井液的封堵性能差，润滑性差，流变性差的问题。

本发明通过如下技术方案实现：

一种适用于大位移井的有机盐钻井液，包括1-4％的膨润土、0.3-0.5％的碳酸钠、0.5-1％的氢氧化钠、0.3-1％的黄原胶、2-8％的降滤失剂、2-5％的纳米封堵剂、1-4％的封堵剂、0.5-4％的润滑剂、40-60％有机盐、25-250％惰性加重剂。

本发明的各组分含量均为质量含量，以水的质量计。

所述降滤失剂为N-异丙基丙烯酰胺和丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的一种或几种共聚而成，所述的降滤失剂具有一定的温敏性，常温下水溶性好，水溶液粘度较低，易于现场配置胶液，进入井口后，地下高温使得疏水链段从溶液中析出，产生分子内和分子间缔合，可保持钻井液的悬浮和抗盐能力，并且制备工艺简单，易于工业化生产。

进一步地，所述降滤失剂中N-异丙基丙烯酰胺的重量份为15-35；丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的一种或几种的重量份为5-25。

所述降滤失剂的制备方法，包括如下步骤：

将所述的丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的一种或几种溶于去离子水中，搅拌溶解后，加入适量的NaOH，调节水溶液pH值至9-11，然后加入N-异丙基丙烯酰胺，完全溶解后，在氮气保护下，缓慢加入引发剂，60-80℃加热反应4-6小时，得到胶液，而后烘干，粉碎，得到所述的降滤失剂。

上述制备过程中，加入的去离子水、引发剂的质量份如下：

去离子水：100，

引发剂：0.05-1。

所述的引发剂包括过硫酸铵、过硫酸钾、过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁基脒二盐酸盐，或其任意两种以上的混合物。

所述纳米封堵剂为甲基丙烯酸甲酯基笼状低聚倍半硅氧烷、N-异丙基丙烯酰胺和丙烯酰胺共聚而成。甲基丙烯酸甲酯基笼状低聚倍半硅氧烷的主体结构为低聚倍半硅氧烷，其为六面体纳米结构，可进入地层的微孔和微裂缝起到封堵效果。N-异丙基丙烯酰胺由于分子内同时有亲水性的酰胺基和疏水性的异丙基，使其均聚物具有温度敏感性，在临界溶解温度(40-65℃)以下，溶于水，便于配制钻井液；临界温度以上，大分子链中的极性基团水化程度减少，疏水链段从溶液中析出，产生分子内和分子间缔合，呈凝胶状，可贴附在井壁，同样起到封堵防塌的作用。同时，N-异丙基并酰胺和丙烯酰胺分子链中含有大量的酰胺基，酰胺基可与粘土颗粒以及地层相互作用，使整个封堵剂吸附于粘土颗粒及地层表面，防止脱落。甲基丙烯酸甲酯基笼状低聚倍半硅氧烷、N-异丙基丙烯酰胺和丙烯酰胺三者协同作用，赋予了处理剂封堵防塌的性能。此外，由于低聚倍半硅氧烷的笼状结构刚性极强，体积较大，由其制成的大分子在高温和高盐的环境下不易发生分解和分子链蜷缩，因此产品具有良好的抗温和抗盐效果，提高钻井液的封堵能力，增强井壁稳定性。

进一步地，所述纳米封堵剂由按照重量份数计1-8份的甲基丙烯酸甲酯基笼状低聚倍半硅氧烷、5-15份的N-异丙基丙烯酰胺，14-22份的丙烯酰胺丙烯酰胺在引发剂的作用下共聚，而后干燥处理后得到的共聚物。

所述纳米封堵剂的制备方法，包括如下步骤：

将所述的甲基丙烯酸甲酯基笼状低聚倍半硅氧烷、N-异丙基丙烯酰胺和丙烯酰胺加入去离子水中，搅拌均匀；将其加热至50-60℃，在氮气保护下，缓慢加入引发剂，反应4-6小时，得到胶液，而后烘干粉碎，得到所述的有机盐钻井液用纳米封堵剂。

上述制备方法中，加入的去离子水和引发剂的质量份如下：

去离子水：55-80，

引发剂：0.05-2。

所述的引发剂选自下述任意一种或两种以上的混合物：过硫酸铵、过硫酸钾、偶氮二异丁基脒二盐酸盐。

所述封堵剂为N-异丙基丙烯酰胺、丙烯酰胺和N,N-亚甲基双丙烯酰胺聚合而成。N-异丙基丙烯酰胺由于分子内同时有亲水性的酰胺基和疏水性的异丙基，使其均聚物具有温度敏感性，在临界溶解温度(40-65℃)以下，溶于水；临界温度以上，大分子链中的极性基团水化程度减少，疏水链段从溶液中析出，产生分子内和分子间缔合。在N-异丙基丙烯酰胺的基础上，加入亲水的丙烯酰胺单体可调节临界溶解温度；加入N,N-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，形成凝胶。配浆时，环境温度低于临界溶解温度，产品溶于水，对钻井液粘切影响小，便于配制钻井液；进入井下后，井深越深，温度越高，当温度高于临界溶解温度时，产品中N-异丙基丙烯酰胺链段发生疏水缔合，同时由于N,N-亚甲基双丙烯酰胺的交联作用，聚合物体积收缩，呈凝胶状，该凝胶具有弹性，可变形，可进入不同孔隙的地层起到封堵作用。由于分子链上带有大量的酰胺基，可吸附在钻井液的粘土颗粒表面，与粘土形成复合体，封堵效果增强。

进一步地，所述封堵剂由按照重量份数计10-25份的N-异丙基丙烯酰胺、9-17份的丙烯酰胺和5-15份的N,N-亚甲基双丙烯酰胺聚合而成。

该封堵剂的制备方法，包括如下步骤：

将所述的N-异丙基丙烯酰胺、丙烯酰胺和N,N-亚甲基双丙烯酰胺加入去离子水中，搅拌均匀；将其加热至50-60℃，在氮气保护下，缓慢加入引发剂，反应4-6小时，得到胶液，而后烘干粉碎，得到所述的有机盐钻井液用封堵剂。

上述制备方法中，所述去离子水和引发剂的加入量按质量份计为：

去离子水：64-70，

引发剂：0.05-0.5。

所述的引发剂选自下述任意一种或两种以上的混合物：过硫酸铵、过硫酸钾、偶氮二异丁基脒二盐酸盐。

所述封堵剂具有温敏性，对钻井液粘切影响小；可变形，具有良好的封堵效果。

所述润滑剂为蓖麻油聚氧乙烯醚、聚乙二醇、聚乙烯基吡咯烷酮复配而成。聚乙烯吡咯烷酮含分子内酰胺键，可以有效吸附在黏土矿物表面，形成一层疏水膜，与发生浊点效应的蓖麻油聚氧乙烯醚、聚乙二醇相互作用，形成“金属-油膜-疏水膜-井壁”多层润滑机制，进一步降低钻井过程中摩阻，所述润滑剂在有机盐钻井液体系中具有温敏效应，当有机盐钻井液静置时，温度低，润滑剂可以溶于钻井液中，起到乳化分散作用，提高油溶性处理剂的分散能力，改善钻井液流变性及悬浮能力；在钻井过程中，温度升高，蓖麻油聚氧乙烯醚、聚乙二醇从有机钻井液体系中析出，增加体系润滑性；

进一步地，所述润滑剂为按重量份数计5-10份蓖麻油聚氧乙烯醚、40-70份聚乙二醇、20-40份聚乙烯基吡咯烷酮复配而成。

该润滑剂的制备方法实施如下：

1)将聚乙二醇、聚乙烯基吡咯烷酮加入双螺旋锥形混合机中，室温下搅拌1-2h；

2)加入蓖麻油聚氧乙烯醚，室温下搅拌1-2h，即得所述润滑剂。

所述封堵剂为磺化沥青、氧化沥青、天然沥青、乳化沥青中的至少一种；

所述有机盐为碱金属低碳有机酸盐中的一种或几种的混合物；

进一步地，所述有机盐为甲酸钠、甲酸钾和甲酸铯的至少一种。

所述惰性加重剂为重晶石或钛铁矿粉。

本发明的有益效果为：该有机盐钻井液具有很好的热稳定性，滤失量很低，采用了纳米封堵剂和封堵剂可以有效的封堵孔喉从纳米级一直到接近毫米级，具有强封堵性能，和传统的有机盐钻井液相比具有更好的抑制泥页岩水化的作用，防止其膨胀、坍塌，对井壁稳定有良好的效果。本发明钻井液具有强的润滑性能，减少钻杆摩阻，防止钻进过程中的卡钻问题；具有好的流变性，携岩屑能力强，适合大位移井的施工。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述。

实施例1

本发明提供的一种强封堵抗高温有机盐钻井液，包括1％的膨润土、0.3％的碳酸钠、0.5％的氢氧化钠、0.3％的黄原胶、2％的降滤失剂、2％的纳米封堵剂、1％的磺化沥青、0.5％的润滑剂、40％甲酸钠以及100％重晶石粉。

其中降滤失剂的制备方法如下：

在装有机械搅拌器的四口瓶中加入5份丙烯酰胺以及5份N-乙烯基吡咯烷酮和100份的去离子水，搅拌溶解后，加入适量的NaOH，调节水溶液pH值至9，然后加入15份的N-异丙基丙烯酰胺，完全溶解后，在氮气保护下，缓慢加入0.05份的过硫酸铵和0.05份的过硫酸钾，60℃加热反应6小时，得到胶液，而后烘干，粉碎，得到所述的降滤失剂。

所述纳米封堵剂制备方法如下：

在装有机械搅拌器的四口瓶中加入1份甲基丙烯酸甲酯基笼状低聚倍半硅氧烷，5份N-异丙基丙烯酰胺和14份丙烯酰胺，80份去离子水，60℃搅拌均匀；在氮气保护下，缓慢加入0.05份偶氮二异丁基脒二盐酸盐，60℃加热反应4小时，得到胶液，而后烘干粉碎，得到纳米封堵剂。

所述封堵剂的制备方法如下：

在装有机械搅拌器的四口瓶中加入10份N-异丙基丙烯酰胺，17份丙烯酰胺，3份N,N-亚甲基双丙烯酰胺，70份去离子水，60℃搅拌均匀；在氮气保护下，缓慢加入0.05份偶氮二异丁基脒二盐酸盐，60℃加热反应4小时，得到胶液，而后烘干粉碎，得到所述封堵剂。

所述润滑剂的制备方法如下：

1)将50份聚乙二醇PEG6000、30份聚乙烯基吡咯烷酮K-30加入双螺旋锥形混合机中，室温下搅拌2h；

2)加入5份蓖麻油聚氧乙烯醚EL-40，室温下搅拌2h，即得润滑剂。

实施例2

本发明提供的一种强封堵抗高温有机盐钻井液，包括4％的膨润土、0.5％的碳酸钠、1％的氢氧化钠、1％的黄原胶、8％的降滤失剂、5％的纳米封堵剂、2％的磺化沥青、1％氧化沥青、1％的天然沥青、40％的甲酸钠、20％的甲酸钾以及200％重晶石粉。

所述降滤失剂的制备方法如下：

在装有机械搅拌器的四口瓶中加入10份丙烯酰胺以及15份N-乙烯基吡咯烷酮和100份的去离子水，搅拌溶解后，加入适量的NaOH，调节水溶液pH值至11，然后加入35份的N-异丙基丙烯酰胺，完全溶解后，在氮气保护下，缓慢加入0.5份的偶氮二异丁腈,0.5份的偶氮二异庚腈，80℃加热反应4小时，得到胶液，而后烘干，粉碎，得到所述的降滤失剂。

其中纳米封堵剂的制备方法如下：

在装有机械搅拌器的四口瓶中加入5份甲基丙烯酸甲酯基笼状低聚倍半硅氧烷，15份N-异丙基丙烯酰胺和15份丙烯酰胺，65份去离子水，60℃搅拌均匀；在氮气保护下，缓慢加入0.1份偶氮二异丁基脒二盐酸盐，60℃加热反应6小时，得到胶液，而后烘干粉碎，得到纳米封堵剂。

其中封堵剂的制备方法如下：

在装有机械搅拌器的四口瓶中加入15份N-异丙基丙烯酰胺，15份丙烯酰胺，3份N,N-亚甲基双丙烯酰胺，67份去离子水，60℃搅拌均匀；在氮气保护下，缓慢加入0.1份偶氮二异丁基脒二盐酸盐，60℃加热反应6小时，得到胶液，而后烘干粉碎，得到所述封堵剂。

其中润滑剂的制备方法如下：

1)将20份聚乙二醇PEG4000，20份聚乙二醇PEG6000、20份聚乙烯基吡咯烷酮K-60，20份聚乙烯基吡咯烷酮K15加入双螺旋锥形混合机中，室温下搅拌1h；

2)加入4份蓖麻油聚氧乙烯醚EL-60和3份蓖麻油聚氧乙烯醚EL-30，室温下搅拌2h，即得润滑剂。

实施例3

本发明提供的一种强封堵抗高温有机盐钻井液，包括水以及以水的体积计的3％的膨润土、0.3％的碳酸钠、0.8％的氢氧化钠、0.5％的黄原胶、5％的降滤失剂、4％的纳米封堵剂、1％的乳化沥青、1％氧化沥青、1％的天然沥青、40％的甲酸钠、20％的甲酸铯以及150％钛铁矿粉。

所述降滤失剂的制备方法如下：

在装有机械搅拌器的四口瓶中加入5份丙烯酰胺、5份N-乙烯基吡咯烷酮以及5份2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸和100份的去离子水，搅拌溶解后，加入适量的NaOH，调节水溶液pH值至10，然后加入30份的N-异丙基丙烯酰胺，完全溶解后，在氮气保护下，缓慢加入0.05份的过硫酸铵和0.5份的偶氮二异丁基脒二盐酸盐，70℃加热反应7小时，得到胶液，而后烘干，粉碎，得到所述的降滤失剂。

其中纳米封堵剂的制备方法如下：

在装有机械搅拌器的四口瓶中加入7份甲基丙烯酸甲酯基笼状低聚倍半硅氧烷，13份N-异丙基丙烯酰胺和20份丙烯酰胺，60份去离子水，50℃搅拌均匀；在氮气保护下，缓慢加入1份过硫酸钾，50℃加热反应4小时，得到胶液，而后烘干粉碎，得到纳米封堵剂。

其中封堵剂的制备方法如下:

在装有机械搅拌器的四口瓶中加入25份N-异丙基丙烯酰胺，9份丙烯酰胺，2份N,N-亚甲基双丙烯酰胺，64份去离子水，50℃搅拌均匀；在氮气保护下，缓慢加入0.3份过硫酸钾，50℃加热反应4小时，得到胶液，而后烘干粉碎，得到所述封堵剂。

其中润滑剂的制备方法如下：

1)将70份聚乙二醇PEG10000、20份聚乙烯基吡咯烷酮K-15按加入双螺旋锥形混合机中，室温下搅拌2h；

2)加入10份蓖麻油聚氧乙烯醚EL-30，室温下搅拌1h，即得润滑剂

表1为本发明有机盐钻井液性能评价结果，测试了高温下本发明钻井液的流变性能，降滤失性能和润滑系数降低率等指标。

表1有机盐钻井液性能

注：流变性能在50℃下测量，常规有机盐体系密度和本发明实施例2相同。

从表1可以看出，本发明钻井液具有优良的性能，和常规有机盐体系，本发明有机盐钻井液再低的表面粘度的情况下仍然具有高的动切力，说明流变性能，携岩能力强，本发明钻井液具有很好的降滤失性能和强的润滑性能。

Claims (9)

1.一种适用于大位移井的有机盐钻井液，其特征在于，包括以下组分，以水的质量计，1-4％的膨润土、0.3-0.5％的碳酸钠、0.5-1％的氢氧化钠、0.3-1％的黄原胶、2-8％的降滤失剂、2-5％的纳米封堵剂、1-4％的封堵剂、0.5-4％的润滑剂、40-60％有机盐、25-250％惰性加重剂；

所述降滤失剂为N-异丙基丙烯酰胺和丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的一种或几种共聚而成；

所述纳米封堵剂为甲基丙烯酸甲酯基笼状低聚倍半硅氧烷、N-异丙基丙烯酰胺和丙烯酰胺共聚而成；

所述封堵剂为N-异丙基丙烯酰胺、丙烯酰胺和N,N‐亚甲基双丙烯酰胺聚合而成；

所述润滑剂为蓖麻油聚氧乙烯醚、聚乙二醇、聚乙烯基吡咯烷酮复配而成；

所述有机盐为甲酸钠、甲酸钾和甲酸铯的至少一种；

所述惰性加重剂采用重晶石或钛铁矿粉。

2.如权利要求1所述的有机盐钻井液，所述降滤失剂采用如下方法制得：

将所述的丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的一种或几种溶于去离子水中，搅拌溶解后，加入适量的NaOH，调节水溶液pH值至9‐11，然后加入N‐异丙基丙烯酰胺，完全溶解后，在氮气保护下，缓慢加入引发剂，60‐80℃加热反应4‐6小时，得到胶液，而后烘干，粉碎，得到所述的降滤失剂；

所述去离子水和引发剂的加入量按质量份计如下：

去离子水：100，

引发剂：0.05‐1。

3.如权利要求2所述的有机盐钻井液，所述的引发剂包括过硫酸铵、过硫酸钾、过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁基脒二盐酸盐，或其任意两种以上的混合物。

4.如权利要求2所述的有机盐钻井液，所述纳米封堵剂由按照重量份数计1-8份的甲基丙烯酸甲酯基笼状低聚倍半硅氧烷、5-15份的N-异丙基丙烯酰胺，14-22份的丙烯酰胺丙烯酰胺在引发剂的作用下共聚，而后干燥处理后得到的共聚物。

5.如权利要求4所述的有机盐钻井液，所述纳米封堵剂采用如下步骤制得：

将所述的甲基丙烯酸甲酯基笼状低聚倍半硅氧烷、N‐异丙基丙烯酰胺和丙烯酰胺加入去离子水中，搅拌均匀；然后将其加热至50‐60℃，在氮气保护下，缓慢加入引发剂，反应4‐6小时，得到胶液，而后烘干粉碎，得到所述的有机盐钻井液用纳米封堵剂。

所述去离子水和引发剂的加入量按质量份计如下：

去离子水：55‐80，

引发剂：0.05‐2，

所述的引发剂选自下述任意一种或两种以上的混合物：过硫酸铵、过硫酸钾、偶氮二异丁基脒二盐酸盐。

6.如权利要求2所述的有机盐钻井液，所述封堵剂由按照重量份数计10-25份的N-异丙基丙烯酰胺、9-17份的丙烯酰胺和5‐15份的N,N‐亚甲基双丙烯酰胺聚合而成。

7.如权利要求6所述的有机盐钻井液，所述封堵剂采用如下步骤制得：

将所述的N-异丙基丙烯酰胺、丙烯酰胺和N,N-亚甲基双丙烯酰胺加入去离子水中，搅拌均匀；将其加热至50‐60℃，在氮气保护下，缓慢加入引发剂，反应4‐6小时，得到胶液，而后烘干粉碎，得到所述的有机盐钻井液用封堵剂；

所述去离子水和引发剂的加入量按质量份计为：

去离子水：64‐70，

引发剂：0.05‐0.5，

所述的引发剂选自下述任意一种或两种以上的混合物：过硫酸铵、过硫酸钾、偶氮二异丁基脒二盐酸盐。

8.如权利要求2所述的有机盐钻井液，所述润滑剂为按重量份数计5-10份蓖麻油聚氧乙烯醚、40-70份聚乙二醇、20-40份聚乙烯基吡咯烷酮复配而成。

9.如权利要求8所述的有机盐钻井液，所述润滑剂采用如下步骤制得：

1)将聚乙二醇、聚乙烯基吡咯烷酮加入双螺旋锥形混合机中，室温下搅拌1-2h；

2)加入蓖麻油聚氧乙烯醚，室温下搅拌1-2h，即得所述润滑剂。