CN106381135A - 一种耐高温低滤失护壁水基钻井液 - Google Patents

一种耐高温低滤失护壁水基钻井液 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐高温低滤失护壁水基钻井液,属于石油钻井技术领域,按重量份计,清水100份,膨润土3~6份,稀释剂0.5~1份,阳离子抑制剂0.6~1.2份,抗盐钙降滤失剂3~4份,抗高温降滤失剂2~3份,防塌护壁剂2~3份,低荧光防卡润滑剂2~4份,碱性pH值调节剂0.1~0.3份,加重剂20~30份。本发明的钻井液在高温高压条件下性能稳定、有良好的流变性和润滑性,滤失量少,造壁性和抑制性也良好,有利于维护孔壁稳定和携带岩屑,该耐高温钻井液适用于深井钻探和破碎地层的取心钻探,对高温地热井钻探也有适用性。

Description

一种耐高温低滤失护壁水基钻井液
技术领域
本发明属于石油钻井技术领域,具体涉及一种耐高温低滤失护壁水基钻井液。
背景技术
随着井深的增加,井底温度升高,高温易导致钻井液中的粘土分散、钝化及钻井液处理剂失效,使钻井液性能恶化。深井经常会钻穿泥页岩及煤岩等地层,加上裸眼井段长,在钻井液的浸泡下容易造成井塌、卡钻问题。生产层的钻进时间长侵入油气层的钻井液量大,不利于保护油气层。在深井钻进中会遇到盐膏层或其它易产生污染地层,地层中的粘土、盐膏、高压油气、地层水都可能破坏钻井液性能。
井底压力高要求钻井液密度高,需要添加较多加重剂,这会导致固相含量增加和钻井液的粘度、切力升高,加重剂沉降问题突出。通常采用降粘剂减稠,但降粘剂一般只能降低钻井液的结构粘度,随后还需采用结构稳定剂提高切力以悬浮加重剂,会导致流变性变差,于是经常陷入“加重-增稠-降粘-加重剂沉降-密度下降-再次加重”的恶性循环。高压会造成孔隙压力与破裂压力值非常接近,使钻井液安全密度窗口很小容易造成井喷或井漏。高的钻井液密度不仅会增加造成压差卡钻的机会,且会造成循环压力升高,产生压力激动,钻具磨损、钻头使用寿命减少等问题。高温下钻井液对钻具的腐蚀程度会更严重。
油气井的加深,地层温度、压力都随着升高,钻井液就面临着高温、高压的难点。普通的钻井液已不能很好地满足深层油气勘探开发过程中钻井作业对钻井液的密度、温度、流变性、润滑性、抑制性、失水造壁性等的要求。而井壁失稳、卡钻断钻、钻井液渗漏、储层蠕变等状况也屡见不鲜,给钻探工作带来了很大的影响,使之效率降低且费用增高。
针对上述问题,需要研发满足以下条件的钻井液体系:
(1)固相含量低,特别是粘土含量要低;
(2)在满足携岩能力的前提下,保持尽量低的粘度,以提高钻井液对井底的清洗能力;
(3)密度可调性大,对加重剂和膨润土的要求高,应在用量较低的情况下达到预期的效果;
(4)流变性能好,能以较小的沿程水力损失传送最大水马力;
(5)抗可溶性盐(如盐、石膏、氯化钙型盐水)及酸性气体(如二氧化碳、硫化氢等)污染的能力强;
(6)储存稳定性好,严格的井控要求每口井在钻进期间,必须储备一定数量的流动性好的钻井液,不会在急用时因加重剂沉淀放不出或因钻井液静结构过强而流不动;
(7)维护处理简单、费用低。
发明内容
为了克服背景技术所述的不足,本发明提供一种耐高温低滤失护壁水基钻井液,该发明生产出的钻井液密度达较高,抗高温能力较强。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种耐高温低滤失护壁水基钻井液,按照重量份计,包含以下组分:清水100份,膨润土3~6份,稀释剂0.5~1份,阳离子抑制剂0.6~1.2份,抗盐钙降滤失剂3~4份,抗高温降滤失剂2~3份,防塌护壁剂2~3份,低荧光防卡润滑剂2~4份,碱性pH值调节剂0.1~0.3份,加重剂20~30份。膨润土的作用是使钻井液有一定的分散度,提高钻井液的粘度并能有效携带岩屑,净化井眼;稀释剂的作用是降低钻井液的粘度、切力,使得钻井液具有合适的流变性能;阳离子抑制剂的作用是稳定页岩井壁、抑制钻屑分散和防止钻头双扶正器泥包,提高钻井液的抑制能力;抗盐钙降滤失剂和抗高温滤失剂复配使用,作用是提高钻井液抗盐钙污染的能力,降低高温下滤失量;低荧光防卡润滑剂作用是提高钻井液的润滑性,高效的降低钻具在井下的摩擦系数和转盘的扭矩力,预防钻井液粘附卡钻和泥包的形成;防塌护壁剂的作用是封堵泥页岩的层理裂隙,增强井壁稳定性,改善泥饼质量;钻井液用加重剂的作用是提高钻井液的密度;碱性pH值调节剂是调节钻井液的pH值为10~11,使钻井液的组成在一定pH值下更能发挥其降滤失性能、稀释性能以及润滑性能。
优选的,所述的稀释剂为两性离子聚合物,两性离子聚合物的分子链中的有机阳离子基团通过静电作用吸附在粘土表面,一方面起到中和粘土表面负电荷,减弱粘土的水化趋势,起到增强抑制作用的效果;另一方面是它特殊分子结构使聚合物链间更容易发生缔合,从而能在具有较低分子量的时候,仍能对粘土颗粒实现包被,取得较好的稀释降粘效果的同时不会减弱体系的抑制性。
优选的,所述的阳离子抑制剂包括大分子阳离子抑制剂和小分子阳离子抑制剂,所述的大分子阳离子抑制剂为酰胺类阳离子聚合物,所述的小分子阳离子抑制剂为阳离子有机季铵盐。这两种抑制剂同时使用,其分子链上带有正电基团,与带多余负电荷的粘土颗粒吸附速度较快、吸附强度高,降低了Zeta电位。这些线性大分子覆盖在页岩的表面,通过多点吸附产生了固结作用,从而使页岩膨胀得到抑制。
优选的,所述的抗盐钙降滤失剂为季胺类聚合物,季胺阳离子基团与粘土颗粒之间的静电相互作用、与粘土片层间金属阳离子之间的离子交换作用,使得它同时具有吸附和水化能力,吸附能力强而持久。
优选的,所述的抗高温降滤失剂为羧基磺酸基共聚物。羧基和磺酸基具有超强的水化能力,使得降滤失剂与膨润土吸附体系周围的水化膜变厚,这层水化膜实质上起到了空间稳定作用,这些作用使黏土颗粒均匀地分散在钻井液中,形成致密的滤饼,减小了高温老化前后钻井液体系的滤失量。
优选的,所述的防塌护壁剂磺化沥青,当其软化点与地层温度匹配时,在钻井液液柱压力与地层孔隙压力之间的压差作用下,沥青发生塑性流动,挤入页岩孔隙、裂缝和层面,封堵地层层理与裂隙,提高对裂缝的粘结力,在井壁处形成良好的内、外泥饼,外泥饼与地层之间有一层致密的保护膜,使外泥饼难以冲刷掉,阻止水进入地层,起到稳定井壁的作用。磺化沥青中含有磺酸基,水化作用很强,它能吸附在泥页岩晶层断面,抑制泥页岩水化分散,同时不溶于水的部分又能起到填充孔喉的作用。
优选的,所述的低荧光防卡润滑剂为植物油类润滑剂,这种钻井液润滑剂通过在粘土颗粒表面形成吸附膜,使钻柱与岩石井壁接触(或水膜接触)产生的固-固摩擦转变为活性剂非极性端之间或油膜之间的摩擦,或者通过表面活性剂的非极性端再吸附一层油膜,从而使钻柱与井壁之间的摩擦阻力大大降低。润滑剂分子中的酯键不仅具有固有的润滑性,而且能够促使植物油吸附到金属表面而起到润滑作用。
优选的,所述的碱性pH值调节剂为浓度为20%的氢氧化钠。
优选的,所述的加重剂为钻井液用石灰石粉或重晶石粉。
优选的,所述钻井液配置方法为:
(1)配制膨润土浆,充分搅拌均匀,静置24小时;
(2)将膨润土浆在10000r/min高速搅拌,在搅拌的过程中依次缓慢加入两性离子聚合物、季胺类聚合物、酰胺类阳离子聚合物、阳离子有机季铵盐、羧基磺酸基共聚物、磺化沥青、植物油类润滑剂和加重剂;在上述添加药品的过程中,每加完一种药品后用浓度为20%的氢氧化钠水溶液调节pH至10~11,之后搅拌20分钟,再添加下一种药品,直到配浆完成。
本发明的优点是:发明的耐高温低滤失护壁钻井液密度为1.03g/cm3,抗高温能力达150℃以上,加重至1.5g/cm3后性能仍然满足要求。此钻井液在提高钻速,抑制地层造浆和提高井壁稳定性等方面的突出优点,又有好的热稳定性,高温下良好的流变性,失水量低等优点,完全满足深井、复杂井的钻探要求。
以上使用的药品具体说明:
膨润土:钻井液用膨润土,生产厂家:新疆中非夏子街膨润土有限责任公司,执行标准:GB/T 5005-2010(OCMA)。
两性离子聚合物:钻井液用稀释剂两性离子聚合物,生产厂家:山东得顺源石油科技有限公司,执行标准:SY/T5695-95
酰胺类阳离子聚合物:钻井液用包被抑制剂大分子酰胺类阳离子聚合物,生产厂家:保定市三拓化工产品有限公司,执行标准:Q/BST01-2012。
阳离子有机季铵盐:钻井液用页岩抑制剂阳离子有机季铵盐,生产厂家:保定市三拓化工产品有限公司,执行标准:Q/BST01-2012。
季胺类聚合物:钻井液用抗盐钙抑制性降滤失剂季胺类聚合物,生产厂家:保定市三拓化工产品有限公司,执行标准:Q/BST05-2015。
羧基磺酸基共聚物:钻井液用抗高温抗盐降滤失剂,生产厂家:保定市三拓化工产品有限公司,执行标准:Q/BST05-2015
磺化沥青:钻井液用封闭反解堵防塌剂磺化沥青,生产厂家:保定市三拓化工产品有限公司,执行标准:SY/T 5665-1995
植物油类润滑剂:钻井液用低荧光防卡润滑剂,生产厂家:天津市聚贤科贸有限公司,执行标准:Q/12DG4233-2014。
石灰石粉:钻井液用石灰石粉,生产厂家:玉门油田科达化学有限责任公司,执行标准:Q/SY 1086-2007。
重晶石粉:钻井液用重晶石粉,生产厂家:玉门油田科达化学有限责任公司,执行标准:GB/T 5005-2010。
附图说明:
图1为第一组钻井液在25℃、120℃、150℃的流变曲线;
图2 为第一组~第四组钻井液在25℃的流变曲线。
具体实施方式
具体实验步骤:
(1)配制膨润土浆,充分搅拌均匀,静置24小时;
(2)将膨润土浆在10000r/min高速搅拌,在搅拌的过程中依次缓慢加入两性离子聚合物、季胺类聚合物、酰胺类阳离子聚合物、阳离子有机季铵盐、羧基磺酸基共聚物、磺化沥青、植物油类润滑剂和加重剂;在上述添加药品的过程中,每加完一种药品后用浓度为20%的氢氧化钠水溶液调节pH至 10~11,之后搅拌20分钟,再添加下一种药品,直到配浆完成。
在上述的实验步骤中,申请人一共做了四组实验,第四组加入了氯化钠以测试钻井液的抗盐污染能力。每组实验的各个组分的添加量如表1所示。之后将四组实验得到的样品进行检测,检测方法依据《GB/T 29170-2012,石油天然气工业钻井液实验室测试》,检测结果如表2所示。
其中钻屑回收率的检测方法:将6~10目钻屑50g和350ml钻井液置于老化罐中,然后在60℃的滚子炉里热滚16小时,之后用清水清洗钻屑,过40目的筛子,100℃干燥后称量得钻屑质量m1;相同步骤,将m1和350ml钻井液置于老化罐中,然后在60℃的滚子炉里热滚16小时,之后用清水清洗钻屑,过40目的筛子,100℃干燥后称量钻屑m2。钻屑一次回收率为(m1/50)%,钻屑二次回收率为(m2/50)%。粘度测量使用直读式六速粘度计。从表2可以看出得到以下结论。
(1)抑制性能:在清水中,岩屑的滚动一次回收率为13.4%,二次回收率为8.2%。在配置的钻井液中滚动一次和二次回收率较清水均有很大提高。这说明该钻井液能够很好的抑制页岩水化分散,抑制性满足设计要求;
(2)流变性能:由表2的常温以及120℃和150℃老化后钻井液六速粘度测量结果绘制流变曲线如图1和图2,可看出无论是轻密度钻井液还是加重钻井液,其粘度均符合要求,并且粘度随着剪切速率的增大而减小,有很好的剪切稀释性;
(3)润滑性能:常温以及120℃和150℃老化后钻井液的润滑系数良好,满足要求;
(4)失水量:常温的中压失水,以及120℃、150℃老化后的中压失水和高温高压失水均为较少的量,满足要求;
(5)抗污染性能:本来第四组加重密度比第三组大,其粘度等参数应该大于第三组。而在第四组中加入5份氯化钠后,钻井液粘度较第三组小了,滤失量有所增大,但仍在可接受范围内。经120℃和150℃热滚老化后,情况亦是如此,这说明钻井液具有较强的抗污染性能,可以达到要求;
(6)热稳定性能:各组的钻井液在120℃和150℃老化后与老化前相比,其粘度有所降低、滤失量有所增加,但都变化不大。这说明该钻井液在120~150℃高温下热稳定良好。
表1 四组实验药剂的添加量
表2 检测结果
最后应说明的是:显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种耐高温低滤失护壁水基钻井液,其特征在于,按照重量份计,包含以下组分:清水100份,膨润土3~6份,稀释剂0.5~1份,阳离子抑制剂0.6~1.2份,抗盐钙降滤失剂3~4份,抗高温降滤失剂2~3份,防塌护壁剂2~3份,低荧光防卡润滑剂2~4份,碱性pH值调节剂0.1~0.3份,加重剂20~30份。
2.如权利要求1所述的一种耐高温低滤失护壁水基钻井液,其特征在于,所述的稀释剂为两性离子聚合物。
3.如权利要求2所述的一种耐高温低滤失护壁水基钻井液,其特征在于,所述的阳离子抑制剂包括大分子阳离子抑制剂和小分子阳离子抑制剂;所述的大分子阳离子抑制剂为酰胺类阳离子聚合物,所述的小分子阳离子抑制剂为阳离子有机季铵盐。
4.如权利要求3所述的一种耐高温低滤失护壁水基钻井液,其特征在于,所述的抗盐钙降滤失剂为季胺类聚合物。
5.如权利要求4所述的一种耐高温低滤失护壁水基钻井液,其特征在于,所述的抗高温降滤失剂为羧基磺酸基共聚物。
6.如权利要求5所述的一种耐高温低滤失护壁水基钻井液,其特征在于,所述的防塌护壁剂为磺化沥青。
7.如权利要求6所述的一种耐高温低滤失护壁水基钻井液,其特征在于,所述的低荧光防卡润滑剂为植物油类润滑剂。
8.如权利要求7所述的一种耐高温低滤失护壁水基钻井液,其特征在于,所述的碱性pH值调节剂为氢氧化钠。
9.如权利要求8所述的一种耐高温低滤失护壁水基钻井液,其特征在于,所述的加重剂为石灰石粉或重晶石粉。
10.如权利要求1~9任一项所述的一种耐高温低滤失护壁水基钻井液,其特征在于,钻井液配置方法为:
(1)配制膨润土浆,充分搅拌均匀,静置24小时;
(2)将膨润土浆在10000r/min高速搅拌,在搅拌的过程中依次缓慢加入两性离子聚合物、季胺类聚合物、酰胺类阳离子聚合物、阳离子有机季铵盐、羧基磺酸基共聚物、磺化沥青、植物油类润滑剂和加重剂;在上述添加药品的过程中,每加完一种药品后用氢氧化钠水溶液调节pH至10~11,之后搅拌20分钟,再添加下一种药品,直到配浆完成。
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