CN109868122A

CN109868122A - 一种高密度水基钻井液及制备方法

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Publication number: CN109868122A
Application number: CN201711258371.XA
Authority: CN
Inventors: 董晓强; 金军斌; 高伟; 张国; 徐江; 唐文泉; 李雄
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering
Priority date: 2017-12-04
Filing date: 2017-12-04
Publication date: 2019-06-11

Abstract

本发明涉及钻井液技术领域，提供了一种安全钻穿辉绿岩地层的高密度水基钻井液体系，包含以重量份计的以下组分：水100重量份；配浆土0.5～6.0重量份；纯碱0.025～0.3重量份；降滤失剂0.2～8.0重量份；磺化材料1.0～10.0重量份；润滑剂0.1～2.0重量份；防塌剂1.0～6.0重量份；封堵剂1.0～6.0重量份；pH调节剂0.1～0.8重量份；无机盐1.0～10.0重量份；加重剂100～160重量份。该高密度钻井液体系不仅能保证安全钻穿辉绿岩地层，而且能够将钻穿辉绿岩地层初期因地应力释放造成的辉绿岩掉块及时携带出地面，有效避免卡钻等复杂的发生，在保证安全钻进的基础上提高钻进效率。

Description

一种高密度水基钻井液及制备方法

技术领域

本发明涉及油田钻井液技术领域，具体涉及一种适用于辉绿岩地层钻进的高密度水基钻井液体系及其制备方法。

背景技术

随着石油勘探领域的不断扩大，深井、超深井是今后钻探的重点，所钻遇的地层条件也日益复杂。其中辉绿岩是深部复杂井段经常钻遇的地层，具有埋藏深、密度高、硬度大以及地层温度高的特点。钻井液的基本功能是携带钻屑从井底返出、稳定井壁、平衡地层压力、传递水动力、冷却和润滑钻头的作用。与油基钻井液相比，水基钻井液由于具有良好的性价比，是目前应用最广泛的钻井液体系。但水基钻井液在高温条件下的粘度、切力等流变参数容易出现明显下降。在钻遇辉绿岩地层时，水基钻井液体系流变参数不满足携岩要求，辉绿岩地层井壁出现的掉块无法及时返出地面，容易出现扭矩大、卡钻等复杂情况，给钻井安全作业造成很大的安全风险。

为降低辉绿岩地层钻进时的卡钻风险，通常的做法是采用高密度钻井液钻进辉绿岩地层，即通过提高水基钻井液密度平衡刚钻穿的辉绿岩地应力，减少辉绿岩的掉块数量。近年来高密度钻井液配方更多强调的是耐温性能以及高温高压下的流变性，例如王富华(石油学报,2010,31(2):306-310)开展了高密度水基钻井液高温高压流变性研究，建立并预测了水基钻井液粘度与温度、压力关系模型。专利CN103361038公开了一种高温高密度淡水钻井液，强调了耐高温、抗污染能力，其流变性能是否满足高密度钻屑的携岩效果未知。但上述文献中研发的出发点并不是针对辉绿岩地层的特点，因此在辉绿岩地层钻进强调的粘度、切力、动塑比等流变性能方面还需要做进一步改进。

发明内容

针对上述辉绿岩地层钻进存在的问题，为了保证辉绿岩井段钻进时能够将高密度钻屑及辉绿岩掉块及时携带至地面，降低因掉块造成的卡钻风险，本发明提出一种适用于辉绿岩地层安全钻进、具有平衡该地层应力作用的高密度水基钻井液及制备方法。

为安全钻穿辉绿岩地层，保持辉绿岩地层的井壁稳定，本发明提供了一种高密度水基钻井液，具体地说涉及一种在辉绿岩层段钻进的水基钻井液，所述高密度水基钻井液具有良好的携岩效果，满足了辉绿岩井段安全钻进的要求。

本申请目的之一是提供一种高密度水基钻井液。

所述的辉绿岩钻进用高密度水基钻井液是由包括以下组分的原料制备的，各组分以重量份计为：

水 100重量份；

配浆土 0.5～6.0重量份，优选2.0～5.0重量份，更优选2.5～4.0重量份；

纯碱 0.025～0.3重量份，优选0.1～0.25重量份，更优选0.125～0.2重量份；

降滤失剂 0.2～8.0重量份，优选0.2～7.0重量份，更优选0.2～4.0重量份；

磺化材料 1.0～10.0重量份，优选2.0～9.0重量份，更优选3.0～8.0重量份；

润滑剂 0.1～2.0重量份，优选0.2～1.5重量份，更优选0.5～1.2重量份；

防塌剂 1.0～6.0重量份，优选1.5～5.0重量份，更优选2.0～4.0重量份；

封堵剂 1.0～6.0重量份，优选1.0～5.0重量份，更优选1.0～3.0重量份；

pH调节剂 0.1～0.8重量份，优选0.2～0.6重量份，更优选0.2～0.5重量份；

无机盐 1.0～10.0重量份，优选1.5～8.0重量份，更优选2.0～6.0重量份；

加重剂 100～160重量份，优选100～155重量份，更优选100～150重量份。

所述高密度钻井液中，包含水、配浆土、降滤失剂、磺化材料、润滑剂、防塌剂、封堵剂、pH调节剂、加重剂等主要组分。其中，所述降滤失剂具有降滤失、调整流型和胶体体系稳定的作用；所述磺化材料具有降滤失、防塌效果；所述润滑剂具有降低摩阻作用，所述防塌剂和封堵剂用于保持井壁稳定作用；所述pH调节剂调整高密度钻井液pH值、有助于配浆土、磺化材料效果的发挥；所述加重剂用于增加钻井液密度，具有保持地层应力平衡、防止地层坍塌的作用。

其中，所述高密度水基钻井液pH值在8～11，体系密度范围1.65～1.85g/cm³。

所述的配浆土可选自钠基膨润土、钙基膨润土以及钙基钠化膨润土中的至少一种。

所述的降滤失剂可选自天然生物类降滤失剂、合成高分子类聚合物中的至少一种；其中天然生物类降滤失剂优选为聚阴离子纤维素、羧甲基和/或羟乙基纤维素钠/钾盐。合成高分子类聚合物优选丙烯酸/乙烯基丙磺酸盐/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠/烯类酰氧基氯化钠的多元共聚物中的至少一种，其中所述合成聚合物的丙烯酸、乙烯基丙磺酸盐、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠、烯基酰氧基氯化钠的单体摩尔比为(2～15):(2～6):(2～4):(0.2～2.0)，优选为(4～11):(2.5～5.5):(2～4):(0.6～1.3)。

所述的磺化材料可选自磺化褐煤(SMC)、磺化酚醛树脂(SMP-I、SMP-II)、褐煤树脂(SPNH)、磺化单宁、磺化栲胶中的至少一种。

所述的润滑剂可选自钻井液用液体润滑剂、钻井液用固体润滑剂中的至少一种，其中液体润滑剂优选矿物油(包括原油、柴油、废机油)、植物油(包括菜籽油、棉籽油、蓖麻油、大豆油)为基质的合成润滑剂，固体润滑剂优选为石墨粉、实心玻璃微珠中的至少一种。

所述的防塌剂可选自含沥青质、乳液类防塌剂中的至少一种，其中沥青质防塌剂优选为乳化沥青FF-III、阳离子沥青粉YK-H等；乳液类防塌剂优选C20～C32固体石蜡微米和/或纳米乳液、C8～C16液体石蜡微米和/或纳米乳液中的至少一种。

所述封堵剂选自碳酸钙类矿物、橡胶、纤维中的至少一种。其中所述碳酸钙类封堵剂选自超细碳酸钙、石灰石、白云石等中的至少一种；所述橡胶类封堵剂选自天然橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶、异戊橡胶中的至少一种；所述纤维选自石棉纤维，玻璃纤维、聚酯纤维中的至少一种。

其中所述碳酸钙类矿物、橡胶的粒径范围在10～300μm，优选粒径范围20～100μm，所述纤维长度20～300μm、直径10～50μm，优选长度20～100μm、直径10～30μm。

所述的pH调节剂可选自氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化钾中的至少一种，优选氢氧化钠。

所述的无机盐可选自氯化钠、氯化钾、氯化钙中的至少一种。

所述的加重剂可选自碳酸钙、重晶石、赤铁矿、钛铁矿、微锰矿中的至少一种，其中优选重晶石。

本申请目的之二是提供一种所述高密度水基钻井液的制备方法。

包括以下步骤：

首先配制水基钻井液用土浆，具体为向水中加入纯碱，纯碱溶解后加入配浆土，搅拌24小时至土浆完全水化。向已水化好的土浆中分别加入磺化材料、降滤失剂、润滑剂、防塌剂、封堵剂、pH调节剂、无机盐，最后加入加重剂加重。待搅拌均匀后即得所述高密度水基钻井液。

具体地，可以包括以下步骤：在已水化好的低速搅拌土浆中配制胶液，即首先加入磺化材料、润滑剂、防塌剂、pH调节剂、降滤失剂、无机盐，上述材料的加入无先后次序区别。待搅拌均匀后将加重剂加入上述胶液中得高密度水基钻井液。

本发明中配制的适用于辉绿岩井段的高密度水基钻井液，具有良好的沉降稳定性及携带辉绿岩效果，沉降系数在0.50～0.53之间，动切力在5.0～25.0Pa，初/终切为1.0～30.0Pa/5.0～60.0Pa，动塑比在0.35～0.80。该高密度水基钻井液体系的粘度、切力及动塑比能满足辉绿岩井段安全钻进的要求。

本发明的一种高密度水基钻井液具有良好的流变性、润滑性、粘切性能以及携岩能力，不仅能够安全钻穿辉绿岩地层，而且能够将钻穿辉绿岩地层初期因地应力释放造成的辉绿岩掉块及时携带出地面，有效避免卡钻等复杂的发生，在保证安全钻进的基础上提高钻进效率。

该高密度水基钻井液能够安全钻穿辉绿岩地层，可显著提高钻屑的携带能力，平衡辉绿岩井段地层应力，不仅减少辉绿岩掉块及钻进时出现卡钻等复杂的风险，而且能够有效维持井壁稳定，保证安全钻进，具有广阔的应用前景。

具体实施方式

下面结合实施例对高密度钻井液作进一步描述，但本发明的实施方式不受此实施例的限制。

实施例1：

本实施例涉及一种适用于辉绿岩地层安全钻进的高密度钻井液，各组分按重量份计，包括100份水，2.5份钙基膨润土，0.125份Na₂CO₃，1.5份LV-PAC，1.0份SMC，1.0份SMP-2，1.0份SPNH，0.5份石墨，2.5份乳化沥青FF-III，1.5份超细碳酸钙，0.2份NaOH，2.0份NaCl，103份重晶石。超细碳酸钙粒径20～50μm。各组分均为市售产品。

该实施例具体配制方法为：首先将0.125份Na₂CO₃溶于100份水中，加2.5份钙基膨润土，待水化后依次将1.5份LV-PAC、1.0份SMC、1.0份SMP-2、1.0份SPNH、0.5份石墨、2.5份乳化沥青FF-III、1.5份超细碳酸钙、0.2份NaOH和2.0份NaCl加至土浆中搅拌均匀，再将103份重晶石加入钻井液中，搅拌均匀制得高密度钻井液。

所述高密度水基钻井液pH值在8.5，体系密度1.65g/cm³，流变性能如表1所示，满足辉绿岩地层安全钻进及携岩要求。

表1实施例1高密度钻井液性能

沉降系数	动切力(Pa)	初/终切(Pa/Pa)	动塑比
				0.505	5.5	1.5/10.0	0.40

实施例2：

本实施例涉及一种适用于辉绿岩地层安全钻进的高密度钻井液，各组分按重量份计，包括100份水，2.5份钙基钠化膨润土，0.125份Na₂CO₃，2.0份LV-CMC，1.5份SMC，1.0份SMP-2，2.0份SPNH，0.5份石墨，2.0份乳化沥青FF-III，1.5份丁基橡胶，0.2份NaOH，2.0份NaCl，115份重晶石。丁基橡胶粒径40～80μm。各组分均为市售产品。

该实施例具体配制方法为：首先将0.125份Na₂CO₃溶于100份水中，加2.5份钙基钠化膨润土，待水化后依次将2.0份LV-CMC、1.5份SMC、1.0份SMP-2、2.0份SPNH、0.5份石墨、2.0份乳化沥青FF-III、1.5份丁基橡胶，0.2份NaOH和2.0份NaCl加至土浆中搅拌均匀，再将115份重晶石加入钻井液中，搅拌均匀制得高密度钻井液。

所述高密度水基钻井液pH值在8.5，体系密度1.70g/cm³，流变性能如表2所示，满足辉绿岩地层安全钻进及携岩要求。

表2实施例2高密度钻井液性能

沉降系数	动切力(Pa)	初/终切(Pa/Pa)	动塑比
				0.510	9.0	5.5/18.0	0.50

实施例3：

本实施例涉及一种适用于辉绿岩地层安全钻进的高密度钻井液，各组分按重量份计，包括100份水，3.0份钠膨润土，0.125份Na₂CO₃，0.6份HV-PAC，1.5份SMC，1.5份SMP-2，1.5份SPNH，1.2份石墨，2.5份乳化沥青FF-III，1.5份石棉纤维，0.2份NaOH，3.0份KCl，135份重晶石。石棉纤维粒长度20～60μm、直径15～30μm。各组分均为市售产品。

该实施例具体配制方法为：首先将0.125份Na₂CO₃溶于100份水中，加3.0份钠膨润土，待水化后依次将0.6份HV-PAC、1.5份SMC、1.5份SMP-2、1.5份SPNH、1.2份石墨、2.5份乳化沥青FF-III、1.5份石棉纤维、0.2份NaOH和3.0份KCl加至土浆中搅拌均匀，再将135份重晶石加入钻井液中，搅拌均匀制得高密度钻井液。

所述高密度水基钻井液pH值在8.5，体系密度1.78g/cm³，流变性能如表3所示，满足辉绿岩地层安全钻进及携岩要求。

表3实施例3高密度钻井液性能

沉降系数	动切力(Pa)	初/终切(Pa/Pa)	动塑比
				0.513	14.5	6.5/25.0	0.64

实施例4：

本实施例涉及一种适用于辉绿岩地层安全钻进的高密度钻井液，各组分按重量份计，包括100份水，3.0份钠膨润土，0.125份Na₂CO₃，3.5份LV-PAC，2.0份SMC，1.0份SMP-2，3.5份SPNH，1.2份石墨，3.5份乳化沥青FF-III，2.5份玻璃纤维，0.25份NaOH，5.0份NaCl，115份赤铁矿粉。玻璃纤维粒长度20～50μm、直径10～20μm。各组分均为市售产品。

该实施例具体配制方法为：首先将0.125份Na₂CO₃溶于100份水中，加3.0份钠膨润土，待水化后依次将3.5份LV-PAC、2.0份SMC、1.0份SMP-2、3.5份SPNH、1.2份石墨、3.5份乳化沥青FF-III、2.5份玻璃纤维、0.25份NaOH和5.0份NaCl加至土浆中搅拌均匀，再将115份赤铁矿粉加入钻井液中，搅拌均匀制得高密度钻井液。

所述高密度水基钻井液pH值在9.0，体系密度1.83g/cm³，流变性能如表4所示，满足辉绿岩地层安全钻进及携岩要求。

表4实施例4高密度钻井液性能

沉降系数	动切力(Pa)	初/终切(Pa/Pa)	动塑比
				0.511	17.5	8.5/28.0	0.67

以上所述仅是本发明的较佳实例，并非是对本发明做的任何限制。凡是依据本发明的技术实质对实施例进行的任何简单修改均落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高密度水基钻井液，其特征在于是由包括以下组分的原料制备而得，各组分以重量份计：

2.根据权利要求1所述的高密度水基钻井液，其特征在于是由包括以下组分的原料制备而得，各组分以重量份计：

3.根据权利要求2所述的高密度水基钻井液，其特征在于是由包括以下组分的原料制备而得，各组分以重量份计：

4.根据权利要求1所述的高密度水基钻井液，其特征在于：

所述配浆土选自钠基膨润土、钙基膨润土以及钙基钠化膨润土中的至少一种；

所述降滤失剂选自天然生物类降滤失剂、合成高分子类聚合物中的至少一种；

所述磺化材料选自磺化褐煤、磺化酚醛树脂、褐煤树脂、磺化单宁、磺化栲胶中的至少一种；

所述润滑剂选自以矿物油、植物油为基质的合成润滑剂、石墨、玻璃微珠中的至少一种；

所述防塌剂选自沥青类防塌剂、乳液类防塌剂中的至少一种。

所述封堵剂选自碳酸钙类矿物、橡胶、纤维中的至少一种；

所述无机盐选自氯化钠、氯化钾、氯化钙中的至少一种；

所述加重剂选自碳酸钙、重晶石、赤铁矿、钛铁矿、微锰矿中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的高密度水基钻井液，其特征在于：

所述天然生物类降滤失剂选自聚阴离子纤维素、羧甲基和/或羟乙基纤维素钠/钾盐中的至少一种，合成高分子类聚合物选自丙烯酸/乙烯基丙磺酸盐/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠/烯类酰氧基氯化钠的多元共聚物中的至少一种。

6.根据权利要求4所述的高密度水基钻井液，其特征在于：

所述碳酸钙类矿物、橡胶的粒径为10～300μm；

所述纤维长度为20～300μm、直径为10～50μm。

7.根据权利要求6所述的高密度水基钻井液，其特征在于：

所述碳酸钙类矿物、橡胶的粒径为20～100μm；

所述纤维长度为20～100μm、直径10～30μm。

8.根据权利要求4所述的高密度水基钻井液，其特征在于：

所述碳酸钙类封堵剂选自超细碳酸钙、石灰石、白云石中的至少一种；

所述橡胶类封堵剂选自天然橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶、异戊橡胶中的至少一种；

所述纤维类封堵剂选自石棉纤维、玻璃纤维、聚酯纤维中的至少一种。

9.根据权利要求1～8之任一项所述的高密度水基钻井液，其特征在于：

所述高密度水基钻井液pH值为8～11，体系密度为1.65～1.85g/cm³。

10.一种根据权利要求1～9之任一项所述的高密度水基钻井液的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)配制水基钻井液用土浆：向水中加入纯碱，纯碱溶解后加入配浆土，搅拌至土浆完全水化；

(2)钻井液制备：向已水化好的土浆中分别加入包括磺化材料、降滤失剂、润滑剂、防塌剂、封堵剂、pH调节剂、无机盐在内的组分，最后加入加重剂加重，搅拌均匀即得所述高密度水基钻井液。