CN106381136A - 抗240℃高温的高密度复合有机盐钻井液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗240℃高温的高密度复合有机盐钻井液及其制备方法。该钻井液成分包括纯碱、流型调节剂BZ‑HXC、抗高温抗盐降滤失剂BZ‑KLS‑Ⅲ、抑制防塌剂BZ‑YFT、抑制润滑剂BZ‑YRH、复合有机盐BZ‑YJZ‑Ⅰ、复合有机盐BZ‑YJZ‑Ⅱ、惰性加重剂和水，制备方法是先将纯碱溶于水，然后依次搅拌加入流型调节剂、抗盐降滤失剂、抑制防塌剂、抑制润滑剂、两种复合有机盐。该钻井液高温下流变性能及滤失性能均很好，可满足现场钻井的需求。克服了高密度钻井液粘度不易控制、滤失量大、固相含量高以及抗污染性能差的问题。制备方法适应各成分特性，能够有效调整各成分之间的相容性，使得产品均一稳定。
Description
技术领域
本发明涉及钻井勘探材料技术领域，特别是一种抗240℃高温的高密度复合有机盐钻井液及其制备方法。
背景技术
随着石油资源的匮乏和为满足人们生产生活的需要，对深井和超深井的油气开发已经成为必然。但由于开采技术的限制，使得深部地层的油气资源未能较好的服务于人类。具体表现为：深井和超深井井下温度和压力高，地层结构比较复杂，钻井过程中经常会遇到高温高压油气层和盐水层。在这种情况下，存在着钻井液性能不稳定、粘度高、滤失量大以及固相含量高等技术难题，在钻井作业过程中经常发生坍塌和卡钻等井下复杂事故，给钻井工作带来了极大的不便。
目前，可查阅到的资料中，钻井液配方体系最高可抗温220℃，因此研究可抗更高温度高密度的钻井液体系已成为一个急需解决的重要课题。
有机盐钻井液比之普通钻井液，因具有固相含量低、流变性好、抑制性强、滤失造壁好、抗温能力强、保护油气层效果好、对金属无腐蚀、对环境无污染等诸多优点而越来越受到重视，然而，其在某些方面仍然存在一些不足，适用范围有限。
例如，专利文献(公开号CN104650830A)公开了一种抗高温高密度有机盐钻井液，由水、钠基膨润土、抗高温磺化类降滤失剂、磺化沥青、润滑剂、有机盐、pH调节剂、加重剂、交联抑制剂、乳化剂和无机盐组成，成分复杂且抗高温极限只能达到180℃。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种耐高温(240℃)、稳定性好、粘度易控制、滤失量小、抗污染能力强的钻井液。
本发明的第二个目的是提供具有上述性能的钻井液的制备方法，操作简便，所得产品性能稳定。
本发明提供了一种适用于240℃高温的高密度复合有机盐钻井液，含有：
本发明上述配方的钻井液为无粘土相钻井液，是一项钻井液新技术，按照本领域常规计算方法，上述配方中各固体成分的浓度表示每1立方米水对应添加的固体成分量，例如1立方米水，对应添加纯碱3kg、流型调节剂BZ-HXC 10～20kg、抗高温抗盐降滤失剂BZ-KLS-Ⅲ45～60kg、抑制防塌剂BZ-YFT 10～30kg、抑制润滑剂BZ-YRH 10～30kg、复合有机盐BZ-YJZ-Ⅰ500～650kg、复合有机盐BZ-YJZ-Ⅱ600～800kg、惰性加重剂1800～4300kg。
上述成分中，流型调节剂BZ-HXC、抗高温抗盐降滤失剂BZ-KLS-Ⅲ、抑制防塌剂BZ-YFT、抑制润滑剂BZ-YRH、复合有机盐BZ-YJZ-Ⅰ和复合有机盐BZ-YJZ-Ⅱ均为中国石油集团渤海钻探工程有限公司泥浆技术服务分公司产品。可直接通过商业渠道购买。
纯碱通过离子交换和沉淀作用使钙离子沉淀成碳酸钙，防止遇到钙侵时而降低其溶解性，保持钻井液稳定性和抗污染能力。
流型调节剂BZ-HXC，在高温下性能稳定，切力低，钻头水眼粘度低，易于开泵，易发挥流体喷射钻井的作用，在环空内与静止时，切力较高，悬浮携带钻屑的能力强。
抗高温抗盐降滤失剂BZ-KLS-Ⅲ，乙烯磺酸盐、丙烯磺酸盐共聚物，其 共聚物分子主链含有的还原性基团密度较高，因此可以除去溶液中的溶解氧，使共聚物分子的主链不易发生高温降解反应，从而其抗温性较强。侧链引入了磺酸基团，磺酸基团增强了分子的极性，可使大分子间产生氢键，从而增强了聚合物的耐温性能。并且磺酸基属于强阴离子基团，对二价阳离子有很好的耐受力，不会与二价离子反应产生沉淀，增强了其抗盐性。
另外，此共聚物分子侧链上的基团为两个吸附基团，一个水化基团。吸附基团使降滤失剂分子有很好的降滤失效果；水化基团则使降滤失剂分子的水溶性变好，尤其使降滤失剂分子能很好地溶解于高浓度的有机盐溶液中。
抑制防塌剂BZ-YFT，可以溶解与乳化进入体系中的钻屑，起封堵防塌，保护油气层的作用。
抑制润滑剂BZ-YRH，主要吸附于钻屑及粘土颗粒表面，抑制其水化分散与膨胀，稳定井壁，润滑、降低摩擦及扭矩，具有护胶稳定性，抗污染能力。
复合有机盐BZ-YJZ-Ⅰ和复合有机盐BZ-YJZ-Ⅱ溶液中含有大量的有机酸根阴离子，该阴离子含有较多的还原性基团，可除掉钻井液中大部分的溶解氧，使在常规水基钻井液中可降解的处理剂不发生降解反应，有效的保护了各种处理剂，使其可在高温下稳定地发挥作用。
相较于复合有机盐BZ-YJZ-Ⅰ，复合有机盐BZ-YJZ-Ⅱ含有的有机酸根式量大，钾离子、铵离子含量高，密度高且抑制性强，所以需要二者配合使用。
加重剂用于提高钻井液密度，以适应高压地层，稳定井壁，惰性加重剂不与钻井液中的其他成分发生相互作用，不会改变钻井液稳定性，是较为理想的加重剂。
本发明的钻井液配方，最大的特点在于适用温度可达240℃。高温环境通常伴随复杂的地况，因此钻井液的稳定性就特别重要。配方中通过纯碱、抑制润滑剂BZ-YRH以及两种复合有机盐的相互配合，改善抑制性及密度，共同作用提高了钻井液体系抗污染能力和稳定性；通过流型调节剂BZ-HXC、抗高温抗盐降滤失剂BZ-KLS-Ⅲ和抑制防塌剂BZ-YFT的适当配比，调整钻井液体系流变性和悬浮能力，提高携带钻屑能力，降低滤失量，减少钻井液 进入井壁的渗滤，稳定井壁和改善防塌能力。
优选地，上述抗240℃高温的高密度复合有机盐钻井液，所述惰性加重剂为重晶石、铁矿粉和铅矿粉中的任意一种或者多种。
重晶石为含钡硫酸盐矿物，化学成分为65.7％BaO、34.3％SO3，密度大、硬度适中、化学性质稳定，是较为广泛使用的钻井液加重剂。铁矿粉具有一定的酸溶性，更适合需进行酸化的产层。铅矿粉密度高达7.4～7.7g/cm3，作为加重剂使用时可以配制超高密度钻井液，适合异常高压等复杂地层。
优选地，上述抗240℃高温的高密度复合有机盐钻井液，组成成分为：
这一配比的钻井液，密度可达2.8g/cm3，特别适合深度9000米以上超深井复杂地况。
本发明还提供了一种以上任意一种抗240℃高温的高密度复合有机盐钻井液的制备方法，包括以下步骤：
(1)测算配制钻井液所需的水量，在11000转/分钟的搅拌速度下，在水中加入纯碱，搅拌10分钟，再加入流型调节剂BZ-HXC，搅拌1小时；
(2)在前一步得到的液体中，在11000转/分钟的搅拌速度下，加入抗高温抗盐降滤失剂BZ-KLS-Ⅲ，搅拌1小时；
(3)在前一步得到的液体中，在11000转/分钟搅拌速度下，加入抑制防塌剂BZ-YFT；再加入抑制润滑剂BZ-YRH，搅拌1小时；
(4)在前一步得到的液体中，在11000转/分钟搅拌速度下，加入复合有机盐BZ-YJZ-Ⅰ和复合有机盐BZ-YJZ-Ⅱ，搅拌1小时；
(5)在前一步得到的液体中，再加入惰性加重剂，搅拌均匀。
以上方法仅是最优的制备方法，并不对其他制备方法进行限制，在本发明上述配方基础上制备的钻井液，均属于本发明的保护范围。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明的抗240℃高温的高密度复合有机盐钻井液，体系密度为2.0～2.8g/cm3，其流变性能及滤失性能均很好，可满足现场钻井的需求。克服了高密度钻井液粘度不易控制、滤失量大、固相含量高以及抗污染性能差的问题。制备方法适应各成分特性，能够有效调整各成分之间的相容性，使得产品均一稳定。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
钻井液配方：3kg/m3纯碱、20kg/m3流型调节剂BZ-HXC、45kg/m3抗高温抗盐降滤失剂BZ-KLS-Ⅲ、20kg/m3抑制防塌剂BZ-YFT、10kg/m3抑制润滑剂BZ-YRH、500kg/m3复合有机盐BZ-YJZ-Ⅰ型、600kg/m3复合有机盐BZ-YJZ-Ⅱ型和1800kg/m3惰性加重剂重晶石。
按照上述钻井液配方的组分，采取如下步骤制备：
(1)测算配制钻井液所需的水量，在11000转/分钟的搅拌速度下，在水中按3kg/m3的终浓度加入纯碱，搅拌10分钟，再按20kg/m3的终浓度加入流型调节剂BZ-HXC，搅拌1小时；
(2)在前一步得到的液体中，在11000转/分钟的搅拌速度下，按45kg/m3的终浓度加入抗高温抗盐降滤失剂BZ-KLS-Ⅲ，搅拌1小时；
(3)在前一步得到的液体中，在11000转/分钟搅拌速度下，按20kg/m3的终浓度加入抑制防塌剂BZ-YFT；按10kg/m3的终浓度加入抑制润滑剂BZ-YRH，搅拌1小时；
(4)在前一步得到的液体中，在11000转/分钟搅拌速度下，按500kg/m3的终浓度加入复合有机盐BZ-YJZ-Ⅰ和按700kg/m3的终浓度加入复合有机盐 BZ-YJZ-Ⅱ，搅拌1小时；
(5)在前一步得到的液体中，再按钻井液密度要求，经测算加入惰性加重剂重晶石使得其终浓度为1800kg/m3，即可得到抗温240℃、密度为2.0g/cm3的高密度复合有机盐钻井液。
实施例2
钻井液配方组分：3kg/m3纯碱、20kg/m3流型调节剂BZ-HXC、50kg/m3抗高温抗盐降滤失剂BZ-KLS-Ⅲ、20kg/m3抑制防塌剂BZ-YFT、20kg/m3抑制润滑剂BZ-YRH、600kg/m3复合有机盐BZ-YJZ-Ⅰ、700kg/m3复合有机盐BZ-YJZ-Ⅱ、2900kg/m3惰性加重剂重晶石和500kg/m3惰性加重剂铁矿粉。
按照上述钻井液配方的组分，采取如下步骤制备：
(1)测算配制钻井液所需的水量，在11000转/分钟的搅拌速度下，在水中按3kg/m3的浓度加入纯碱，搅拌10分钟，再按20kg/m3的浓度加入流型调节剂HXC，搅拌1小时；
(2)在前一步得到的液体中，在11000转/分钟的搅拌速度下，按50kg/m3的浓度加入抗高温抗盐降滤失剂BZ-KLS-Ⅲ，搅拌1小时；
(3)在前一步得到的液体中，在11000转/分钟搅拌速度下，按20kg/m3的浓度加入抑制防塌剂BZ-YFT；按20kg/m3的浓度加入抑制润滑剂BZ-YRH，搅拌1小时；
(4)在前一步得到的液体中，在11000转/分钟搅拌速度下，按600kg/m3的浓度加入复合有机盐BZ-YJZ-Ⅰ和按700kg/m3的浓度加入复合有机盐BZ-YJZ-Ⅱ，搅拌1小时；
(5)在前一步得到的液体中，再按钻井液密度要求，经测算加入2900kg/m3的惰性加重剂重晶石和500kg/m3的惰性加重剂铁矿粉，即可得到抗温240℃、密度为2.4g/cm3的高密度复合有机盐钻井液。
实施例3
钻井液配方组分：3kg/m3纯碱、10kg/m3流型调节剂BZ-HXC、50kg/m3抗高温抗盐降滤失剂BZ-KLS-Ⅲ、30kg/m3抑制防塌剂BZ-YFT、20kg/m3抑制润滑剂BZ-YRH、650kg/m3复合有机盐BZ-YJZ-Ⅰ、700kg/m3复合有机盐BZ-YJZ-Ⅱ、1300kg/m3惰性加重剂重晶石和3000kg/m3惰性加重剂铁矿粉。
按照上述钻井液配方的组分，采取如下步骤制备：
(1)测算配制钻井液所需的水量，在11000转/分钟的搅拌速度下，在水中按3kg/m3的浓度加入纯碱，搅拌10分钟，再按10kg/m3的浓度加入流型调节剂BZ-HXC，搅拌1小时；
(2)在前一步得到的液体中，在11000转/分钟的搅拌速度下，按50kg/m3的浓度加入抗高温抗盐降滤失剂BZ-KLS-Ⅲ，搅拌1小时；
(3)在前一步得到的液体中，在11000转/分钟搅拌速度下，按30kg/m3的浓度加入抑制防塌剂BZ-YFT；按20kg/m3的浓度加入抑制润滑剂BZ-YRH，搅拌1小时；
(4)在前一步得到的液体中，在11000转/分钟搅拌速度下，按650kg/m3的浓度加入复合有机盐BZ-YJZ-Ⅰ和按700kg/m3的浓度加入复合有机盐BZ-YJZ-Ⅱ，搅拌1小时；
(5)在前一步得到的液体中，再按钻井液密度要求，经测算加入1300kg/m3惰性加重剂重晶石和3000kg/m3惰性加重剂铁矿粉，即可得到抗温240℃、密度为2.6g/cm3的高密度复合有机盐钻井液。
实施例4
钻井液配方组分：3kg/m3纯碱、10kg/m3流型调节剂BZ-HXC、60kg/m3抗高温抗盐降滤失剂BZ-KLS-Ⅲ、30kg/m3抑制防塌剂BZ-YFT、20kg/m3抑制润滑剂BZ-YRH、400kg/m3复合有机盐BZ-YJZ-Ⅰ、600kg/m3复合有机盐BZ-YJZ-Ⅱ、3800kg/m3惰性加重剂方铅矿粉。
按照上述钻井液配方的组分，采取如下步骤制备：
(1)测算配制钻井液所需的水量，在11000转/分钟的搅拌速度下，在水中按3kg/m3的浓度加入纯碱，搅拌10分钟，再按10kg/m3的浓度加入流型调节剂BZ-HXC，搅拌1小时；
(2)在前一步得到的液体中，在11000转/分钟的搅拌速度下，按60kg/m3的浓度加入抗高温抗盐降滤失剂BZ-KLS-Ⅲ，搅拌1小时；
(3)在前一步得到的液体中，在11000转/分钟搅拌速度下，按30kg/m3的浓度加入抑制防塌剂BZ-YFT；按20kg/m3的浓度加入抑制润滑剂BZ-YRH，搅拌1小时；
(4)在前一步得到的液体中，在11000转/分钟搅拌速度下，按400kg/m3的浓度加入复合有机盐BZ-YJZ-Ⅰ和按600kg/m3的浓度加入复合有机盐BZ-YJZ-Ⅱ，搅拌1小时；
(5)在前一步得到的液体中，再按钻井液密度要求，经测算加入3800kg/m3惰性加重剂方铅矿粉，即可得到抗温240℃、密度为2.8g/cm3高密度复合有机盐钻井液。
上述四个实施例，经试验，可得到抗温240℃、高密度(2.0～2.8g/cm3)复合有机盐钻井液体系性能表。
表1.抗温240℃、高密度(2.0～2.8g/cm3)复合有机盐钻井液体系性能表
备注:上述体系的流变性能为80℃测试结果
上述表格中数据说明，本发明的抗温240℃、高密度的复合有机盐钻井液，可制得密度为2.0～2.8g/cm3的钻井液体系，其流变性能及滤失性能均很好，可满足现场钻井的需求。克服了高密度钻井液粘度不易控制、滤失量大、固相含量高以及抗污染性能差的问题。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (4)
1.抗240℃高温的高密度复合有机盐钻井液，其特征在于，含有：
2.根据权利要求1所述的抗240℃高温的高密度复合有机盐钻井液，其特征在于，所述惰性加重剂为重晶石、铁矿粉和方铅矿粉中的任意一种或者多种。
3.根据权利要求1所述的抗240℃高温的高密度复合有机盐钻井液，其特征在于，组成成分为：
4.权利要求1～3任一所述的抗240℃高温的高密度复合有机盐钻井液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)测算配制钻井液所需的水量，在11000转/分钟的搅拌速度下，在水中加入纯碱，搅拌10分钟，再加入流型调节剂BZ-HXC，搅拌1小时；
(2)在前一步得到的液体中，在11000转/分钟的搅拌速度下，加入抗高温抗盐降滤失剂BZ-KLS-Ⅲ，搅拌1小时；
(3)在前一步得到的液体中，在11000转/分钟搅拌速度下，加入抑制防塌剂BZ-YFT；再加入抑制润滑剂BZ-YRH，搅拌1小时；
(4)在前一步得到的液体中，在11000转/分钟搅拌速度下，加入复合有机盐BZ-YJZ-Ⅰ和复合有机盐BZ-YJZ-Ⅱ，搅拌1小时；
(5)在前一步得到的液体中，再加入惰性加重剂，搅拌均匀。
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