CN109868123A

CN109868123A - 一种低密度水基钻井液及其制备方法

Info

Publication number: CN109868123A
Application number: CN201711280427.1A
Authority: CN
Inventors: 金军斌; 董晓强; 徐江; 张国; 高伟; 李雄; 唐文泉
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

本发明提供一种安全钻穿长裸眼辉绿岩地层的低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0.5～5.0重量份、纯碱0.003～0.25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、随钻封堵剂1.0～6.0重量份、pH调节剂0.01～0.4重量份和加重剂40～80重量份，还可包括无机盐0.1～10.0重量份。该钻井液具有良好的流变性以及携岩能力，通过提高体系的随钻封堵及防塌性能，不仅能够安全钻穿辉绿岩地层，而且能满足辉绿岩掉块及时返出地面，能有效避免卡钻，保证安全钻进，缩短建井周期。

Description

一种低密度水基钻井液及其制备方法

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长裸眼辉绿岩地层钻进的低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侵入体类型之一，具有埋藏深、密度高、硬度大以及地层温度高的特点。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。在长裸眼井段钻遇辉绿岩地层时，为平衡辉绿岩地层的坍塌压力通常采用水基钻井液密度范围在1.75～1.85g/cm³。钻井液密度高不仅容易压漏地层、体系的流变性不易调节，而且因为配制时需要加入大量的加重材料造成钻井成本上升和固相含量升高。此外，体系中高固相含量也不利于提高钻井速度，给安全、经济和快速钻进带来很大压力。

为安全钻穿辉绿岩地层、将钻屑及时携带出地面并降低辉绿岩地层钻进时的卡钻风险，通常的做法是采用密度高于1.75g/cm³的高密度水基钻井液钻进，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，降低卡钻风险。目前已见多篇高密度钻井液室内研制的相关文献和专利。例如王富华(石油学报，2010，31(2):306-310)开展了好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。上述文献中研发的水基钻井液均为高密度体系。对长裸眼井段而言，高密度钻进容易压漏上部地层，存在较大的漏失和卡钻风险。

发明内容

为克服钻进长裸眼地层时存在的上述问题，保证辉绿岩钻屑及掉块及时携至地面，降低长裸眼地层漏失风险以及因掉块造成的卡钻风险，确保井下安全，本发明提供了一种应用效果好、密度范围在1.35～1.64g/cm³的低密度水基钻井液。该体系具有良好的流变性、润滑性、随钻封堵以及防塌性能，满足辉绿岩掉块及时返出地面，保证辉绿岩地层的安全钻进。

本申请目的之一是提供一种安全钻穿长裸眼辉绿岩井段的低密度水基钻井液。

所述的辉绿岩钻进用低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：

所述低密度水基钻井液pH值在8～11，体系密度范围1.35～1.64g/cm³。

所述低密度钻井液中，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、护壁和稳定胶体体系的作用；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，所述防塌剂和随钻封堵剂用于保持井壁稳定；所述pH调节剂调整低密度钻井液pH值，有助于配浆土、磺化材料效果的发挥；所述加重剂用于调整钻井液密度，保持地层应力平衡、防止地层坍塌的作用。

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(PAC)、羧甲基和/或羟乙基纤维素钠/钾盐(CMC/HEC)。合成高分子类聚合物选自丙烯酸/乙烯基丙磺酸盐/N,N-二甲基丙烯酰胺/N-乙烯基吡咯烷酮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、N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAM)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)的单体摩尔比为(3～14):(2～7):(2～5):(0.3～3.0)，优选为(4～11):(3.0～5.5):(2.5～4):(0.6～1.8)。

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、SMP-III)、褐煤树脂(SPNH)、磺化栲胶(SMK)、磺化单宁(SMT)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沥青质防塌剂、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、磺化沥青FT-1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，微米乳液粒径10～500μm，纳米乳液粒径10～500nm。

所述的随钻封堵剂可选自含碳酸钙、石棉纤维中的至少一种，其中碳酸钙粒径范围在10～300μm，优选20～100μm粒径范围，石棉纤维长度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。

所述低密度水基钻井液还可以包括无机盐0.1～10.0重量份，优选0.5～9.0重量份，更优选1.0～8.0重量份。

所述无机盐可选自氯化钠、氯化钾、硫酸钠、硫酸钾、氯化钙中的至少一种。

所述无机盐用于降低钻井液体系的活度，减少滤液向地层扩散，保持井壁稳定。

本申请目的之二是提供一种低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除加重剂以外的其余组分，最后加入加重剂加重，待搅拌均匀后即得所述低密度水基钻井液。

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，加入除加重剂以外的其余组分，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低密度水基钻井液。

本发明中配制的适用于辉绿岩井段的低密度水基钻井液，具有良好的沉降稳定性及携带辉绿岩效果，沉降系数在0.50～0.525之间，极压润滑系数在0.08～0.2，动切力在5.0～18.0Pa，初/终切为1.0～10.0Pa/4.0～20.0Pa，动塑比在0.30～0.75。该低密度水基钻井液体系的粘度、切力、动塑比及润滑性能满足辉绿岩井段安全钻进的要求。

本发明提供的低密度水基钻井液具有良好的流变性以及携岩能力，通过提高体系的随钻封堵及防塌性能，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，显著提高钻屑的携带能力，有效避免卡钻等复杂的发生，保证安全钻进，缩短建井周期，因此具有广阔的应用前景。

具体实施方式

下面结合实施例对低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长裸眼辉绿岩井段安全钻进的低密度钻井液，各组分按重量份计，包括100份水，3.5份钠膨润土，0.125份Na₂CO₃，2.5份LV-PAC，2.0份SMC，3.0份SPNH，0.8份玻璃微珠，2.5份乳化沥青FF-III，2.5份超细碳酸钙，0.1份NaOH，3.0份NaCl，38份重晶石。超细碳酸钙粒径20～60μm。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3.5份钠膨润土，待水化后依次将2.5份LV-PAC、2.0份SMC、3.0份SPNH、0.8份玻璃微珠、2.5份乳化沥青FF-III、2.5份超细碳酸钙、0.1份NaOH和3.0份NaCl加至土浆中搅拌均匀，再将38份重晶石加入上述基液中，搅拌均匀制得低密度钻井液。

所述低密度水基钻井液pH值在9.0，体系密度范围1.35g/cm³，流变性能如表1所示，满足长裸眼辉绿岩地层安全钻进及携岩要求。

表1低密度钻井液性能

沉降系数	动切力(Pa)	初/终切(Pa/Pa)	动塑比
				0.501	7.5	1.5/8.5	0.43

实施例2：

本实施例涉及一种适用于长裸眼辉绿岩地层安全钻进的低密度钻井液，各组分按重量份计，包括100份水，3.0份钙基钠化膨润土，0.175份Na₂CO₃，2.0份LV-CMC，1.5份SMC，2.0份SPNH，0.5份石墨，2.0份石蜡纳米乳液，1.5份超细碳酸钙，0.08份NaOH，7.5份KCl，46份重晶石。超细碳酸钙粒径40～60μm。各组分均为市售产品。

该实施例具体配制方法为：首先将0.175份Na₂CO₃溶于100份水中，加3.0份钙基钠化膨润土，待水化后依次将2.0份LV-CMC、1.5份SMC、2.0份SPNH、0.5份石墨、2.0份石蜡纳米乳液、1.5份超细碳酸钙、0.08份NaOH和7.5份KCl加至土浆中搅拌均匀，再将46份重晶石加入上述基液中，搅拌均匀制得低密度钻井液。

所述低密度水基钻井液pH值在8.5，体系密度范围1.40g/cm³，流变性能如表2所示，满足长裸眼辉绿岩地层安全钻进及携岩要求。

表2低密度钻井液性能

沉降系数	动切力(Pa)	初/终切(Pa/Pa)	动塑比
				0.506	7.5	3.5/16.0	0.58

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低密度钻井液，各组分按重量份计，包括100份水，3.0份钠膨润土，0.125份Na₂CO₃，1.5份LV-CMC，1.5份SMC，1.5份SMP-II，1.5份SPNH，0.5份植物油基润滑剂SMJH-1，2.5份乳化沥青FF-III，2.5份石棉纤维，0.06份KOH，80份微锰矿粉。石棉纤维长度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1.5份LV-CMC、1.5份SMC、1.5份SMP-II、1.5份SPNH、0.5份植物油基润滑剂SMJH-1、2.5份乳化沥青FF-III、2.5份石棉纤维、0.06份KOH加至土浆中搅拌均匀，再将80份微锰矿粉加入上述基液中，搅拌均匀制得低密度钻井液。

所述低密度水基钻井液pH值在9.0，体系密度范围1.63g/cm³，流变性能如表3所示，满足长裸眼辉绿岩地层安全钻进及携岩要求。

表3低密度钻井液性能

沉降系数	动切力(Pa)	初/终切(Pa/Pa)	动塑比
				0.516	9.5	6.5/19.0	0.66

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低密度钻井液，各组分按重量份计，包括100份水，3.0份钠膨润土，0.125份Na₂CO₃，2.0份HEC，1.5份SMC，1.5份SMP-III，2.0份SPNH，0.8份石墨，3.0份固体石蜡乳液，1.5份石棉纤维，0.1份NaOH，4.0份KCl，65份赤铁矿。石蜡乳液碳链长度C20～C30、粒径10～200μm。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2.0份HEC、1.5份SMC、1.5份SMP-III、2.0份SPNH、0.8份石墨、3.0份C20～C32固体石蜡乳液、1.5份石棉纤维、0.1份NaOH和4.0份KCl加至土浆中搅拌均匀，再将65份赤铁矿加入上述基液中，搅拌均匀制得低密度钻井液。

所述低密度水基钻井液pH值在9.0，体系密度范围1.55g/cm³，流变性能如表4所示，满足长裸眼辉绿岩地层安全钻进及携岩要求。

表4低密度钻井液性能

沉降系数	动切力(Pa)	初/终切(Pa/Pa)	动塑比
				0.510	9.5	6.5/17.0	0.61

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

1.一种低密度水基钻井液，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所述的低密度水基钻井液，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所述的低密度水基钻井液，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所述的低密度水基钻井液，其特征在于：

所述低密度水基钻井液包括无机盐0.1～10.0重量份，所述无机盐选自氯化钠、氯化钾、硫酸钠、硫酸钾、氯化钙中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的低密度水基钻井液，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质防塌剂、乳液类防塌剂中的至少一种；

所述随钻封堵剂选自含碳酸钙、石棉纤维中的至少一种；

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。

6.根据权利要求5所述的低密度水基钻井液，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/N,N-二甲基丙烯酰胺/N-乙烯基吡咯烷酮的多元共聚物中的至少一种。

7.根据权利要求5所述的低密度水基钻井液，其特征在于：

碳酸钙粒径为10～300μm；

石棉纤维长度为20～300μm、直径为10～50μm。

8.根据权利要求7所述的低密度水基钻井液，其特征在于：

碳酸钙粒径为20～100μm；

石棉纤维长度为20～100μm、直径为10～30μm。

9.根据权利要求1～8之任一项所述的低密度水基钻井液，其特征在于：

所述低密度水基钻井液pH值为8～11，体系密度范围1.35～1.64g/cm³。

10.一种根据权利要求1～9之任一项所述的低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除加重剂以外的其余组分，最后加入加重剂加重，搅拌均匀即得所述低密度水基钻井液。