CN108251086A - 一种适用于长宁威远地区的水基钻井液 - Google Patents

一种适用于长宁威远地区的水基钻井液 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于长宁威远地区的水基钻井液，其重量配比如下：钠膨润土8.1‑9.9份、氢氧化钾0.81‑0.99份、碳酸钾0.81‑0.99份、磺化聚丙烯酰胺共聚物5.4‑6.6份、钻井液用磺甲基酚醛树脂10.8‑13.2份、聚阴离子纤维素2.7‑3.3份、钻井液用润滑剂2.7‑3.3份、甲酸钾5.4‑6.6份、氯化钾16.2‑19.8份、钻井液用聚胺抑制剂8.1‑9.9份、钻井液用纳米封堵剂16.2‑19.8份、PEG‑3000 10.8‑13.2份、超低渗透井眼强化封堵剂5.4‑6.6份、重晶石612‑748份、水262‑320份。主要用于长宁威远地区页岩气开采钻井使用。

Description

一种适用于长宁威远地区的水基钻井液
技术领域
本发明属于石油和天然气钻井领域，具体涉及一种适用于长宁威远地区的水基钻井液。
背景技术
页岩气是目前全球资源勘探开发的热点，页岩气的商业化开采已经成为我国新能源战略的重要组成部。我国在目标区长宁—威远地区进行了页岩气试点研究，取得了可观的成果。水平井钻井时要达到井壁稳定和安全高效钻井是页岩气地层开发中的重点和难点所在。目前，国外页岩气水平井主要采用油基钻井液钻进，如北美地区70％的页岩气水平井钻井，且国内的长宁—威远页岩气开发示范区均采用油基钻井液。主要是因为油基钻井液有着利于井壁稳定、抑制性强和润滑性优异的主要优势。但是油基钻井液存在着诸多问题，其中经济成本高、环境污染严重问题最为突出，同时存在着固井质量差、影响测井准确性和更易传递压力等问题，使其在国际油价持续低迷和环保要求日益严格的形势下使用范围越来越小。为顺应当今石油行业的发展趋势，相关水基钻井液的研究与推广就势在必行。
长宁与威远地区属硬脆性页岩，易发生掉块现象，伊蒙混层和绿泥石属间层矿物，易发生水化膨胀现象，当黏土矿物中这些组分大量存在时将导致严重的井壁失稳现象发生。长宁—威远地区黏土含量高，主要以伊利石、高岭石、蒙脱石为主。同时在威远地区龙马溪组上部地层和长宁地区龙马溪组之上的韩家店地层中软泥岩大量存在，将极易发生吸水膨胀缩颈或掉块现象，造成泥包阻卡。同时微裂缝发育，由水化分散造成页岩强度降低，易导致井壁坍塌。微观层面上看，长宁—威远地区志留系龙马溪组页岩岩芯表面相当致密，压实程度较高。岩芯岩样表面层理和微裂缝发育，自然状态下微裂缝开度可达到5μm，裂缝的长度基本上不超过30μm。同时由于地层沉积作用形成的孔洞明显，洞径大小在10μm左右。经实验，现有的水基钻井液无法满足该地区的使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题为：如何提供一种适用于长宁威远地区页岩气开采的水基钻井液。
本发明的技术方案为：一种适用于长宁威远地区的水基钻井液，其重量配比如下：钠膨润土8.1-9.9份、氢氧化钾0.81-0.99份、碳酸钾0.81-0.99份、磺化聚丙烯酰胺共聚物5.4-6.6份、钻井液用磺甲基酚醛树脂10.8-13.2份、聚阴离子纤维素2.7-3.3份、钻井液用润滑剂2.7-3.3份、甲酸钾5.4-6.6份、氯化钾16.2-19.8份、钻井液用聚胺抑制剂8.1-9.9份、钻井液用纳米封堵剂16.2-19.8份、PEG-3000 10.8-13.2份、超低渗透井眼强化封堵剂5.4-6.6份、重晶石612-748份、水262-320份。
进一步地，钠膨润土9份、氢氧化钾0.9份、碳酸钾0.9份、磺化聚丙烯酰胺共聚物6份、钻井液用磺甲基酚醛树脂12份、聚阴离子纤维素3份、钻井液用润滑剂3份、甲酸钾6份、氯化钾18份、钻井液用聚胺抑制剂9份、钻井液用纳米封堵剂18份、PEG-3000 12份、超低渗透井眼强化封堵剂6份、重晶石680份、水291份。
进一步地，磺化聚丙烯酰胺共聚物采用克拉玛依市奥泽工贸有限责任公司型号为AP220的磺化聚丙烯酰胺共聚物。
进一步地，钻井液用磺甲基酚醛树脂采用任丘市长兴石油化工有限公司型号为SMP-2的钻井液用磺甲基酚醛树脂。
进一步地，聚阴离子纤维素采用重庆力宏精细化工有限公司型号为PAC-ULVT的聚阴离子纤维素。
进一步地，钻井液用润滑剂采用河南海洋化工有限公司型号为RH-2的钻井液用润滑剂。
进一步地，钻井液用聚胺抑制剂采用荆州嘉华科技有限公司型号为UHIB-3的钻井液用聚胺抑制剂。
进一步地，钻井液用纳米封堵剂采用荆州嘉华科技有限公司型号为JH-1的钻井液用纳米封堵剂。
进一步地，超低渗透井眼强化封堵剂采用维泰油气能源技术有限公司型号为ULIA的超低渗透井眼强化封堵剂。
经过发明人研究发现，对该目标层位的水基钻井液来说，解决井壁失稳问题的关键在于其强的抑制性、强的封堵性和低的滤失量。
通过加入具有超强抑制能力的胺基抑制剂UHIB-3配合无机抑制剂氯化钾和甲酸钾，使渗透进入页岩层理、孔缝的滤液能够抑制泥页岩的水化膨胀。同时在岩石表面覆盖一层保护膜，阻止水与岩石直接接触，从而来达到抑制表面水化与渗透水化的目的。
选用与地层裂缝与孔隙大小(裂缝5μm左右，孔吼10μm左右)相匹配的纳米封堵剂JH-1和具备浊点效应的聚合醇封堵剂PEG-3000来达到封堵目的。
依据流动型+键合型润滑原理，协同增效，引入环保型高效润滑剂RH-2，使体系润滑性接近于油基钻井液。
与现有水基钻井液相比，本发明的水基钻井液具有以下优点：
1.可针对性解决长宁威远地区水平井井壁失稳问题，符合当今环保要求，同时其效果接近油基钻井液，经济性好；
2.钻井液中的聚合醇封堵剂PEG-3000的封堵作用主要是体现在其“浊点效应”，即当目标地层温度超过聚合醇浊点时，聚合醇溶液中将析出胶体颗粒对地层形成有效的封堵，而在其他层位则不会析出。同时其中的纳米封堵剂JH-1由于其粒径达到纳米级别，在压差作用下其封堵剂中蜡状颗粒在微裂缝表面附着堆积形成封堵层，从而对微裂缝进行有效封堵。
3.聚胺抑制剂通过质子化胺基与黏土表面的静电作用、氢键作用吸附在黏土晶层空间，且以静电吸附为主，同时，UHIB-3分子中的羟基以其独特的“爪”状结构与黏土晶层表面的金属离子形成螯合键，紧密的包裹在黏土晶层表面，形成一层保护膜，阻止水与岩石接触，完全阻止水进入页岩层理与孔隙中。其次，UHIB-3以插层方式进入到黏土晶层空间，最大限度的降低黏土水化层间距，破坏黏土水化结构，达到层间水化抑制的效果。
具体实施方式
下面实施例中，磺化聚丙烯酰胺共聚物采用克拉玛依市奥泽工贸有限责任公司型号为AP220的磺化聚丙烯酰胺共聚物，钻井液用磺甲基酚醛树脂采用任丘市长兴石油化工有限公司型号为SMP-2的钻井液用磺甲基酚醛树脂，聚阴离子纤维素采用重庆力宏精细化工有限公司型号为PAC-ULVT的聚阴离子纤维素，钻井液用润滑剂采用河南海洋化工有限公司型号为RH-2的钻井液用润滑剂，钻井液用聚胺抑制剂采用荆州嘉华科技有限公司型号为UHIB-3的钻井液用聚胺抑制剂，钻井液用纳米封堵剂采用荆州嘉华科技有限公司型号为JH-1的钻井液用纳米封堵剂，超低渗透井眼强化封堵剂采用维泰油气能源技术有限公司型号为ULIA的超低渗透井眼强化封堵剂。
实施例1
(1)配制钠膨润土浆：取钠膨润土9g，水81g，充分搅拌后静置24小时进行养护。
(2)取配置好的钠膨润土浆90g和清水210g于高搅杯中，并在12000r/min转速下进行搅拌，随后在高搅的过程中缓慢加入6g AP220处理剂，搅拌10分钟，使其充分分散，再缓慢加入0.9g碳酸钾、12g SMP-2、3g RH-2和3g PAC-ULVT后，搅拌20分钟，随后再加入6g甲酸钾、18g KCl、9g UHIB-3、18g纳米封堵剂JH-1、12g PEG3000和6g ULIA后，高速搅拌10分钟，最后加入680g重晶石，搅拌30分钟。搅拌后即配浆完成。
实施例2
(1)配制钠膨润土浆：取钠膨润土8.1g，水73g，充分搅拌后静置24小时进行养护。
(2)取配置好的钠膨润土浆81.1g和清水215g于高搅杯中，并在12000r/min转速下进行搅拌，随后在高搅的过程中缓慢加入6.4g AP220处理剂，搅拌10分钟，使其充分分散，再缓慢加入0.84g碳酸钾、13g SMP-2、2.8g RH-2和3.2g PAC-ULVT后，搅拌20分钟，随后再加入6.3g甲酸钾、18.9g KCl、9.4g UHIB-3、17.4g纳米封堵剂JH-1、13.1g PEG3000和5.9gULIA后，高速搅拌10分钟，最后加入619g重晶石，搅拌30分钟。搅拌后即配浆完成。
实施例3
(1)配制钠膨润土浆：取钠膨润土9.9g，水95g，充分搅拌后静置24小时进行养护。
(2)取配置好的钠膨润土浆104.9g和清水220g于高搅杯中，并在12000r/min转速下进行搅拌，随后在高搅的过程中缓慢加入5.7g AP220处理剂，搅拌10分钟，使其充分分散，再缓慢加入0.99g碳酸钾、10.8g SMP-2、3.1g RH-2和2.9g PAC-ULVT后，搅拌20分钟，随后再加入5.4g甲酸钾、16.2g KCl、8.1g UHIB-3、19.8g纳米封堵剂JH-1、10.8g PEG3000和6.6g ULIA后，高速搅拌10分钟，最后加入748g重晶石，搅拌30分钟。搅拌后即配浆完成。
将实施例1制备的水基钻井液进行以下性能测试
封堵性测试
用高温高压滤失仪将30g页岩岩屑(20～40目)和50g页岩岩屑粉末(60～100目)按顺序装入两端可开的釜体中，随后加入待测钻井液，在压差3.5Mpa，温度130℃，时间为30min的条件下测量待测钻井液的滤失量。
用高温高压滤失仪测量油基钻井液、聚合物钻井液和本发明的水基钻井液三者的滤失量，从而来评价三者的封堵性效果，结果如表1所示。
表1钻井液在HTHP页岩床中的滤失量
注：聚合物钻井液为长宁地区造斜段直井段现用水基钻井液，油基钻井液为长宁地区页岩水平段现用钻井液，本发明的水基钻井液130℃，3.5MPa压力条件下的滤矢量。
从表1可以看出，聚合物钻井液、本发明的水基钻井液和油基钻井液在30min后的累计滤失量分别为14.9mL、5.5mL和0mL.表明本发明的水基钻井液体系封堵能力优于聚合物钻井液，且接近油基钻井液，说明该钻井液体系封堵能力强。
粘度测量
使用直读式六速粘度计，结果见表2。
表2本发明的水基钻井液常规性能
注：热滚条件为130℃、16h；φ6/φ3为用六速旋转黏度仪测黏度时6转和3转的度数比，测量温度为室温；剪切速率分别为10.22/s和5.11/s。
抑制性能评价
将上文所用聚合物钻井液、油基钻井液和本发明的水基钻井液通过滚动回收率对比，从而来评价本发明的水基钻井液体系抑制性能优劣。
将6～10目泥页岩岩屑50g和350mL的钻井液置于老化罐中，密封好放入滚子加热炉在130℃的条件下热滚16小时。热滚结束后，取出老化罐冷却，用40目筛进行回收，用石油醚冲洗干净后在105℃条件下烘干4小时冷却，放置于空气中24小时后称重，记为m1，最后，将m1和350mL的钻井液置于老化罐中密封好。按照上述步骤进行热滚、筛洗、烘干、称重。即第二次回收岩屑质量为m2，然后利用下式计算岩屑滚动回收率。
式中：R1为一次回收率；R2位二次回收率。
结果见表3。
表3页岩滚动回收率实验结果
注：R为相对回收率，其中R＝R2/R1。
通过测两次四组钻井液的回收率，来分别计算各自的页岩相对回收率。从表3我们可以看出，本发明的水基钻井液体系相对回收率高达92.37％，比聚合物钻井液体系要高出12.92％，比油基钻井液低6.86％，故可见本发明的水基钻井液体系具备良好的抑制性能。
生物毒性评价
目前钻井液常用生物毒性检测方法为发光细菌法，通过发光度为50％时发光细菌的毒物的量来反映钻井液的生物毒性。当EC50值大于10000mg/L时属于无毒状态。三种钻井液的生物毒性检验结果如表4所示。
表4三种钻井液生物毒性检测结果
实验结果表明，本发明的水基钻井液体系无毒，对环境无害，达到环保要求。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种适用于长宁威远地区的水基钻井液，其特征在于，其重量配比如下：钠膨润土8.1-9.9份、氢氧化钾0.81-0.99份、碳酸钾0.81-0.99份、磺化聚丙烯酰胺共聚物5.4-6.6份、钻井液用磺甲基酚醛树脂10.8-13.2份、聚阴离子纤维素2.7-3.3份、钻井液用润滑剂2.7-3.3份、甲酸钾5.4-6.6份、氯化钾16.2-19.8份、钻井液用聚胺抑制剂8.1-9.9份、钻井液用纳米封堵剂16.2-19.8份、PEG-3000 10.8-13.2份、超低渗透井眼强化封堵剂5.4-6.6份、重晶石612-748份、水262-320份。
2.根据权利要求1所述的一种适用于长宁威远地区的水基钻井液，其特征在于，其重量配比如下：钠膨润土9份、氢氧化钾0.9份、碳酸钾0.9份、磺化聚丙烯酰胺共聚物6份、钻井液用磺甲基酚醛树脂12份、聚阴离子纤维素3份、钻井液用润滑剂3份、甲酸钾6份、氯化钾18份、钻井液用聚胺抑制剂9份、钻井液用纳米封堵剂18份、PEG-3000 12份、超低渗透井眼强化封堵剂6份、重晶石680份、水291份。
3.根据权利要求1所述的一种适用于长宁威远地区的水基钻井液，其特征在于，磺化聚丙烯酰胺共聚物采用克拉玛依市奥泽工贸有限责任公司型号为AP220的磺化聚丙烯酰胺共聚物。
4.根据权利要求1所述的一种适用于长宁威远地区的水基钻井液，其特征在于，钻井液用磺甲基酚醛树脂采用任丘市长兴石油化工有限公司型号为SMP-2的钻井液用磺甲基酚醛树脂。
5.根据权利要求1所述的一种适用于长宁威远地区的水基钻井液，其特征在于，聚阴离子纤维素采用重庆力宏精细化工有限公司型号为PAC-ULVT的聚阴离子纤维素。
6.根据权利要求1所述的一种适用于长宁威远地区的水基钻井液，其特征在于，钻井液用润滑剂采用河南海洋化工有限公司型号为RH-2的钻井液用润滑剂。
7.根据权利要求1所述的一种适用于长宁威远地区的水基钻井液，其特征在于，钻井液用聚胺抑制剂采用荆州嘉华科技有限公司型号为UHIB-3的钻井液用聚胺抑制剂。
8.根据权利要求1所述的一种适用于长宁威远地区的水基钻井液，其特征在于，钻井液用纳米封堵剂采用荆州嘉华科技有限公司型号为JH-1的钻井液用纳米封堵剂。
9.根据权利要求1所述的一种适用于长宁威远地区的水基钻井液，其特征在于，超低渗透井眼强化封堵剂采用维泰油气能源技术有限公司型号为ULIA的超低渗透井眼强化封堵剂。
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