CN106010483A - 一种水基钻井液体系及其制备方法和用途 - Google Patents

Abstract

一种水基钻井液体系，其包括下列组分：水基液体、碳酸钠、聚胺抑制剂、改性淀粉、黄原胶、低分子量包被抑制剂、密度减轻剂、防泥包润滑剂、承压封堵剂、氯化钠、乙二醇；其中，相对于100重量份的水基液体，其他组分的含量如下：碳酸钠0.2‑0.3重量份、所述聚胺抑制剂3‑4重量份、改性淀粉1‑2重量份、黄原胶0.2‑0.3重量份、所述低分子量包被抑制剂0.3‑0.7重量份、所述密度减轻剂1‑3重量份、所述防泥包润滑剂2‑3重量份、所述承压封堵剂1‑2重量份、氯化钠10‑20重量份以及乙二醇10‑20重量份。还提供了水基钻井液体系的制备方法和应用。该水基钻井液体系能够有效适用于深水窄密度窗口作业。

Description

一种水基钻井液体系及其制备方法和用途

技术领域

本申请涉及但不限于一种水基钻井液体系及其制备方法和用途，特别涉及但不限于一种适用于深水窄密度窗口作业的水基钻井液体系及其制备方法和用途。

背景技术

深水井受上部海水的影响，往往地层压实不够，孔隙压力和破裂压力之间的差值较小，钻井液安全密度窗口小。水基钻井液在深水井的作业过程中，为了防止水合物的形成，主要是在体系中加入一定量的热力学抑制剂(如NaCl、KCl、乙二醇等)。这些抑制剂的加入虽然达到了抑制水合物形成的目的，但造成整个体系的密度升高，无法满足窄密度窗口的深水井作业。同时，深水沉积过程中部分上覆岩层由海水代替，造成地层欠压实，孔隙压力大，胶结性差，海底泥页岩易膨胀、分散。海底浅部地层通常存在数百米厚的硅质软泥，剪切强度较低，承载力差，易发生井壁失稳，无法成功钻达设计井深。

因此，需要一种适用于深水窄密度窗口作业的水基钻井液体系及其制备方法。

发明内容

本申请提供了一种水基钻井液体系。该水基钻井液体系的各组分之间配伍性好，能够有效适用于深水窄密度窗口作业，大大提高了整个钻井作业的安全。

本申请提供了一种水基钻井液体系，所述水基钻井液体系包括下列组分：水基液体、碳酸钠、聚胺抑制剂、改性淀粉、黄原胶、低分子量包被抑制剂、密度减轻剂、防泥包润滑剂、承压封堵剂、氯化钠、乙二醇；

其中，相对于100重量份的水基液体，碳酸钠的含量为0.2-0.3重量份、所述聚胺抑制剂的含量为3-4重量份、改性淀粉的含量为1-2重量份、黄原胶的含量为0.2-0.3重量份、所述低分子量包被抑制剂的含量为0.3-0.7重量份、所述密度减轻剂的含量为1-3重量份、所述防泥包润滑剂的含量为2-3重量份、所述承压封堵剂的含量为1-2重量份、氯化钠的含量为10-20重量份、乙二醇的含量为10-20重量份。

在本申请中，术语“水基液体”指的是淡水基、海水基和盐水基液体。

本申请中所述的Na₂CO₃，可选地为无水Na₂CO₃，它用于除去水中的钙镁离子。

本申请所述的聚胺抑制剂可以为本领域常用的市售聚胺抑制剂，其是一种液体处理剂，一方面在钻井液中主要通过吸附在粘土片表面，防止钻井液中的自由水进入泥页岩晶层，阻止泥页岩水化、分散造浆；另一方面可以调节体系的pH值。在一个实施方式中，该聚胺抑制剂为获自中海油服化学公司的PF-UHIB产品。

本申请所述的改性淀粉为本领域常用的改性淀粉，其是本领域常用的降滤失剂，使得体系具有良好的流变性及降滤失能力。

本申请所述的黄原胶，在体系中起到增加钻井液的切力，特别是低剪切速率粘度的作用。

本申请所述的低分子量包被抑制剂可以为本领域常用的市售低分子量包被抑制剂，可选地为重均分子量为60万的阳离子聚丙烯酰胺，它们起到包被钻屑并抑制钻屑水化分散的作用。在一个实施方式中，该低分子量包被抑制剂为获自中海油服化学公司的PF-UCAP产品。

本申请所述的密度减轻剂可以为常用的密度减轻剂，只要能够有效地降低液体的密度即可。

在一个实施方式中，所述密度减轻剂可以直接市购获得，例如获自中海油服化学公司的PF-P46。通过增加密度减轻剂能够控制由于氯化钠用量增多导致体系的密度增大的问题。通过使用上述密度减轻剂，能够获得更好的流变性并且破碎率较低的效果。

此外，该密度减轻剂在水基钻井液体系中的添加量控制在1-2％，在降低体系的密度的同时，能极大地优化体系的流变性。

本申请所述的防泥包润滑剂为本领域常用的防泥包润滑剂，可选地为聚合醇类防泥包润滑剂和油性防泥包润滑剂，它们起到改善钻井液的润滑性的作用。在一个实施方式中，该防泥包润滑剂为获自中海油服化学公司的PF-HLUB。

本申请所述的承压封堵剂可以为本领域常用的承压封堵剂。在一个实施方式中，该承压封堵剂为获自中海油服化学公司的PF-STRH。该承压封堵剂具有理想的颗粒级配，过筛容易，且对水基钻井液体系的流变性影响较小。

此外，该承压封堵剂添加量控制在1-3％，能有效提高体系的承压能力。且与密度减轻剂搭配起来使用能够有效的降低API滤失量。

NaCl是一种很好的热力学抑制剂。本申请中NaCl的添加量可以控制在10-20％之间。通过增加上述范围的氯化钠，通过改变水溶液或水合物相的化学势，使水合物的相平衡曲线向较低的温度或较高的压力方向移动，从而达到抑制水合物生成的目的。

乙二醇为本领域常用的水合物抑制剂，添加量根据水深可以自行选择，其具有良好的水合物抑制能力。本申请通过将NaCl和乙二醇配合使用，使得乙二醇与NaCl复配后，在达到理想的水合物抑制能力的同时，能够有效降低NaCl的添加量，能够有效降低控制水基钻井液的密度。

本申请还提供了一种制备如上所述的水基钻井液体系的方法，该方法包括将所述各组分搅拌混合即得。

在一个实施方式中，所述方法包括将碳酸钠和所述聚胺抑制剂与所述水基液体混合后维持体系的pH在8-10，再加入改性淀粉、黄原胶、所述低分子量包被抑制剂、所述密度减轻剂、所述防泥包润滑剂、所述承压封堵剂、氯化钠、乙二醇。

在一个实施方式中，碳酸钠去除水基液体中的钙镁离子，聚胺抑制剂维持体系的pH在8-10后，将所述改性淀粉和黄原胶加入pH在8-10的混合物中，其中，改性淀粉和黄原胶的添加顺序没有特别要求，可以以任意顺序进行添加；然后添加低分子量包被抑制剂、密度减轻剂、防泥包润滑剂和承压封堵剂，其中，低分子量包被抑制剂、密度减轻剂、防泥包润滑剂和承压封堵剂的添加顺序也没有特别要求，可以以任意顺序进行添加；然后添加氯化钠和乙二醇，以使各组分能快速、均匀地混合。

本申请还提供了一种如上所述的水基钻井液体系或如上所述的方法制备的所述水基钻井液体系用于深水窄密度窗口作业的用途。

本申请适用于海床泥线附近温度大于2℃的深水作业。

本申请提供的水基钻井液体系的在使用过程中应该注意以下三点：

(1)现场配制过程中，应先在水基液体中加入碳酸钠除去钙镁离子，并添加所述聚胺抑制剂维持体系的pH在8-10，再加入改性淀粉、黄原胶、所述低分子量包被抑制剂、所述密度减轻剂、所述防泥包润滑剂、所述承压封堵剂、氯化钠、乙二醇。

(2)水基钻井液体系中聚胺抑制剂的添加量必须保证在2％以上，低分子量包被抑制剂的添加量必须占总钻井液的添加量的0.3-0.7％。实际钻进过程中，根据现场实际起钻情况，可适当增加或减少防泥包润滑剂的添加量。

(3)加入密度减轻剂后必须充分搅拌，使其充分分散到钻井液体系中以达到理想的密度，但在钻井液体系中的添加量应不超过2％，并且添加量必须严格控制在总钻井液的添加量的2％以内，否则钻井液体系的流变性会变差。

在深水表层钻井期间，由于深水表层钻井需要有合适的密度，同时又要保证无水合物的生成，作业窗口较窄，调节体系的密度比较关键；且表层岩性疏松，对井壁的承压有特殊的要求。在这种情况下，单一组分再理想没有其他组分的配合也没多大作用，只有各组分相互配合才有可能满足这些要求。本申请提供的水基钻井液，通过添加密度减轻剂和承压封堵剂，并与其他组分之间相互有效的配合，各种组分配伍性好，才能形成能够适用于深水窄密度窗口作业的水基钻井液，大大提高整个钻井作业的安全。

本申请的水基钻井液体系具有如下优势：

(1)有效降低钻井液的密度。与未加密度减轻剂的体系相比，加入1％的密度减轻剂后，密度能降低0.01，加入2％的密度减轻剂后，密度降低0.02，给现场操作提供安全保证。

(2)承压封堵剂与其他组分配合后，在维持体系的流变性能不变的同时，有效提高体系的承压封堵能力。

(3)钻井液流变性优异。一般加入新的材料在原有的体系中，会影响其流变性能，而流变性能不好对实际钻井有一定影响：如携砂、井壁不稳定等。但本申请通过将密度减轻剂和承压封堵剂与其他组分有效的配合，获得的水基钻井液体系的动切力在10Pa左右；Φ6、Φ3在8-5、5-3以内；静切力适中。

附图说明

图1为对比例2的钻井液的封堵能力及泥饼承压能力评价结果图。

图2为实施例2的钻井液的封堵能力及泥饼承压能力评价结果图。

图3为实施例2的钻井液的水合物抑制能力的软件模拟评价结果图。

具体实施方式

下面通过实施例来描述本申请的实施方式，本领域的技术人员应当认识到，这些具体的实施例仅表明为了达到本申请的目的而选择的实施技术方案，并不是对技术方案的限制。根据本申请的教导，结合现有技术对本申请技术方案的改进是显然的，均属于本申请保护的范围。

以下实施例中所使用的原料和试剂，如无特别说明，均购自中海油服化学公司，相同的试剂来源相同。

实施例1

实验室配制海水基深水水基钻井液：用量筒量取400毫升海水置于浆杯中，在11,000r/min的转速下边搅拌边依次加入0.8g无水碳酸钠、12g聚胺抑制剂(获自中海油服化学公司的PF-UHIB)、8g改性淀粉、0.8g黄原胶、2g低分子量包被抑制剂(获自中海油服化学公司的PF-UCAP)、4g密度减轻剂(获自中海油服化学公司的PF-P46)、12g防泥包润滑剂(获自中海油服化学公司的PF-HLUB)、8g承压封堵剂(获自中海油服化学公司的PF-STRH)、40g NaCl、72g乙二醇，高速搅拌20min。

对比例1

采用实施例1的方法配制海水基深水水基钻井液，不同的是，不添加密度减轻剂。

实施例2

实验室配制海水基深水水基钻井液：用量筒量取400毫升海水置于浆杯中，在11,000r/min的转速下边搅拌边依次加入0.8g无水碳酸钠、12g聚胺抑制剂、8g改性淀粉、0.8g黄原胶、2g低分子量包被抑制剂、8g密度减轻剂、12g防泥包润滑剂、8g承压封堵剂、40g NaCl、72g乙二醇，高速搅拌20min。

实施例3

实验室配制海水基深水水基钻井液：用量筒量取400毫升海水置于浆杯中，在11,000r/min的转速下边搅拌边依次加入0.8g无水碳酸钠、12g聚胺抑制剂、8g改性淀粉、0.8g黄原胶、2g低分子量包被抑制剂、12g密度减轻剂、12g防泥包润滑剂、8g承压封堵剂、40g NaCl、72g乙二醇，高速搅拌20min。

对比例2

采用实施例2的方法配制海水基深水水基钻井液，不同的是，不添加承压封堵剂。

性能测试：

1、流变性评价

将实施例1-3和对比例1的海水基钻井液在80℃下热滚16h，然后测定热滚后钻井液的流变性，实验结果见表1。

表1热滚后钻井液性能

从表1可以看出，实施例1相对于对比例1仅增加了4g密度减轻剂(由于钻井作业是有密度窗口的，也就是密度区间，不同水深或井深要求的密度也不一样；盐加多了，密度涨了，密度区间压缩了，对钻井操作带来很大的不便，加入减轻剂能够适当的拓宽密度区间)，实施例1相对于对比例1的水基钻井液所表现出来的流变性相差不大，YP值较为稳定，但密度从1.08g/cm³降至1.07g/cm³。在实际现场应用中，水基钻井液的密度即使相差0.01g/cm³，对于实际操作都具有重要影响。

另外，从表1可以看出，通过添加密度减轻剂，水基钻井液在流变性变化不明显的情况下，其密度可以从1.08g/cm³降至1.05g/cm³，说明本申请的水基钻井液体系通过增加密度减轻剂，在对体系的流变性能影响不大的情况下，能够有效降低体系的密度。

2、承压能力实验评价

如果水基钻井液体系的静液柱压力小于地层压力，导致井壁不稳易塌；如果大于地层压力，则会易压漏地层，所以考察水基钻井液体系的泥饼的承压能力较为重要。

按照本领域常用的方法，在将砂子填充在填砂管中，模拟地层压力条件，将水基钻井液在端面形成泥饼，来评价实施例2和对比例2的水基钻井液的封堵能力及泥饼承压能力。实验条件：常温25℃，压力0-20MPa，实验砂子目数60-80目。实验结果如图1、图2所示。

图1为对比例2的水基钻井液体系的封堵能力及泥饼承压能力的评价结果图。图2为实施例2的水基钻井液的封堵能力及泥饼承压能力的评价结果图。

从图1可以看出，对比例2没有添加承压封堵剂的水基钻井液体系的最大承压不超过7MPa。而从图2可以看出，实施例2的加入承压封堵剂的水基钻井液体系，体系的稳压能够提高到18MPa，承压能力明显提高。

3、水合物抑制能力评价

将实施例2的钻井液用软件HYDRAFLASH模拟计算P-T相图，计算结果如图3所示。

图3中的曲线为临界曲线，曲线上方为水合物形成区，下方为无水合物区。水合物在温度越低压力越高的区域易形成。水深1500m，井底的压力约为15Mpa(通过公式P＝ρ*g*h计算获得)，井底的温度约为3度(通过井口机器人测量获得)，其对应的点在图中曲线的下方，说明该点处于无水合物区。

从图3可以看出，该体系抑制水合物的能力较强，能满足1500米水深的钻井作业要求，现场操作安全可靠。

所述仅为本申请的优选实施例，并非对本申请作出任何形式上和实质上的限制。本领域的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，当可利用以上所揭示的技术内容而作出的些许更改、修饰与演变的等同变化均为本申请的等效实施例；同时，凡依据本申请的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更改、修饰与演变等均在本申请的由权利要求界定的范围内。

Claims (4)

1.一种水基钻井液体系，所述水基钻井液体系包括下列组分：水基液体、碳酸钠、聚胺抑制剂、改性淀粉、黄原胶、低分子量包被抑制剂、密度减轻剂、防泥包润滑剂、承压封堵剂、氯化钠、乙二醇；

其中，相对于100重量份的水基液体，碳酸钠的含量为0.2-0.3重量份、所述聚胺抑制剂的含量为3-4重量份、改性淀粉的含量为1-2重量份、黄原胶的含量为0.2-0.3重量份、所述低分子量包被抑制剂的含量为0.3-0.7重量份、所述密度减轻剂的含量为1-3重量份、所述防泥包润滑剂的含量为2-3重量份、所述承压封堵剂的含量为1-2重量份、氯化钠的含量为10-20重量份、乙二醇的含量为10-20重量份。

2.一种制备如权利要求1所述的水基钻井液体系的方法，该方法包括将所述各组分搅拌混合即得。

3.根据权利要求2所述的方法，所述方法包括将碳酸钠和所述聚胺抑制剂与所述水基液体混合后维持体系的pH在8-10，再加入改性淀粉、黄原胶、所述低分子量包被抑制剂、所述密度减轻剂、所述防泥包润滑剂、所述承压封堵剂、氯化钠、乙二醇。

4.权利要求1或2所述的水基钻井液体系或权利要求3所述的方法制备的所述水基钻井液体系用于深水窄密度窗口作业的用途。