CN109868124A - 一种用于置换式气侵地层的钻井液及其制备方法 - Google Patents
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- Sealing Material Composition (AREA)
Abstract
本发明涉及石油钻井液领域的一种用于置换式气侵地层的钻井液及其制备方法。所述钻井液包含重量份数计的以下组分：水1000；钻井液膨润土10～50；纯碱2～5；聚合物包被剂2～4；聚丙烯酸钾包被剂2～4；高软化点改性树脂5～15，刚性支撑剂10～40，磺化酚醛树脂降滤失剂20～40，磺酸盐共聚物降滤失剂5～20，褐煤树脂降滤失剂20～50，抗盐抗温降失水剂10～30，超细碳酸钙20～60，蛭石20～50，抗高温纤维1～5，随钻堵漏剂10～30；用重晶石加重至1.85～2.0g/cm3。该钻井液体系抗温达200℃，封堵小于0.5μm裂缝时提高地层承压能力7MPa，高温高压砂床滤失量降低15％。本发明能起到控制气侵和预防减少井漏的作用，具有良好的封堵性，抑制性和防塌固壁性优异，能够在裂缝通道内形成承压能力强的稳定暂堵层，有效控制气侵和减少漏失。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻井液领域，更进一步说，涉及一种用于置换式气侵地层的钻井液及其制备方法。
背景技术
置换侵入主要发生在天然裂缝性地层，这类地层安全密度窗口一般较窄，甚至为零，属于喷漏同存型窄安全密度窗口。在钻进这类地层时，钻井液密度稍高则会重新开启天然闭合裂缝，导致较大漏失发生；密度稍低则会导致气侵溢流发生。难以通过调整钻井液性能控制这类气侵的发生。采用常规钻井存在诸多难题，无法处理循环压耗忽大忽小的问题，由于非生产时间过多造成钻井成本相对较高以及其他井下复杂情况频发的问题，常常因井漏溢流而被迫提前完钻。目前已有的封堵技术和材料，要么产生“封门”，要么进入通道比较浅，无法稳定驻留，未形成牢固缝堵层，或者形成暂堵层的，但没有反向承压能力，在井下出现压力波动的情况下，极易松动甚至返吐，使得气侵井漏反复发生。
置换型气侵发生过程中钻井液的漏失量一般都不大或没有明显漏失，且单位时间内气侵量也很小，以至于精细控压钻井设备不容易在气侵发生的第一时间监测到气侵，这容易让钻井工程技术人员忽略气液置换型气侵。当监测到井底发生气侵时，实际上井底己经集聚了一定量的气体，此时唯有关井以防止井喷的发生，从而导致钻井工程中的非生产时间增加。气液置换型气侵带给深井超深井、水平井钻井工程的影响更明显，在深井超深井中，井底少量的气体运移到井口，由于压力和温度的降低，其体积会剧烈的膨胀，有时甚至达到数千倍。在水平井钻井工程中，井筒与产层接触面积大，气侵量较直井大得多，同时，从气体侵入到发生井喷的时间比相同井深直井的时间长，这主要是因为气体在水平井段滑脱速度比在直井段要低得多，在水平井段运移的时间自然就比较长。因此，在相同的时间内，水平井比直井容易集聚更多的气体，当这些气体进入垂直井段时，便会迅速上升，如果关井不及时，很容易诱发严重井喷事故。
气液置换式气侵的发生过程并不是钻井液漏失与气体进入井筒两个过程同时发生的，而是钻井液漏失发生在先，进入裂缝空间，挤压裂缝内气体，使得裂缝内气体压力升高，在裂缝顶端形成局部负压差后，裂缝内气体才开始侵入井筒。针对裂缝气液置换气侵发生的机理，要防止裂缝性地层发生气液置换气侵，核心问题就是钻遇裂缝后，快速在裂缝内形成致密封堵层，在第一时间内阻止井筒内钻井液进入裂缝空间挤压裂缝内气体，避免裂缝内压力升高。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述由于容易发生气侵的地层裂缝发育，易引发井漏并由此产生置换式气侵的问题，本发明提出一种用于置换式气侵地层的钻井液。具体地说涉及一种用于置换式气侵地层的钻井液及其制备方法。本发明所述的钻井液具有良好的封堵性，抑制性和优异的防塌固壁性，可有效地在气体进出通道上形成牢固暂堵层，具有一定方向承压能力，从根本上解决置换式气侵的进行，防止进一步向负压侵入转变，降低井控风险。
本发明目的之一是提供一种用于置换式气侵地层的钻井液,可包含重量份数计的以下组分：
水1000；
钻井液膨润土10～50，优选10～30；
纯碱2～5，优选2～3；
聚合物包被剂2～4，优选2～3；
聚丙烯酸钾包被剂2～4，优选2～3；
高软化点改性树脂5～15，优选5～10；
刚性支撑剂10～40，优选20～30；
磺化酚醛树脂降滤失剂20～40，优选20～30；
磺酸盐共聚物降滤失剂5～20，优选5～10；
褐煤树脂降滤失剂20～50，优选20～30；
抗盐抗温降失水剂10～30，优选10～20；
超细碳酸钙20～60，优选20～40；
蛭石20～50，优选20～40；
抗高温纤维1～5，优选2～3；
随钻堵漏剂10～30，优选10～20。
最优选地，所述用于置换式气侵地层的钻井液,包含重量份数计的以下组分：水1000；
钻井液膨润土10～30；
纯碱2～3；
聚合物包被剂2～3；
聚丙烯酸钾包被剂2～3；
高软化点改性树脂5～10；
刚性支撑剂20～30；
磺化酚醛树脂降滤失剂20～30；
磺酸盐共聚物降滤失剂5～10；
褐煤树脂降滤失剂20～30；
抗盐抗温降失水剂10～20；
超细碳酸钙20～40；
蛭石20～40；
抗高温纤维2～3；
随钻堵漏剂10～20。
其中，
根据实际情况需要，可用密度调节剂如重晶石加重至1.85～2.0g/cm3。
所述聚合物包被剂为聚丙烯酰胺类。
所述高软化点改性树脂选自ABS环氧树脂类树脂、聚丙烯类树脂PP类或沥青类。
所述刚性支撑剂为聚苯基硫醚类；具体可如工程聚丙塑料颗粒GQJ-1，GQJ-2，GQJ-3。
所述磺酸盐共聚物降滤失剂为聚丙烯酰胺类。
所述褐煤树脂降滤失剂选自腐植酸类。
所述抗盐抗温降失水剂选自磺化褐煤类或纤维素类，优选PAC聚阴离子纤维素类。
所述随钻堵漏剂选自环氧丙烷橡胶类封堵剂。
蛭石起到封堵剂的作用；所述抗高温纤维选自温石棉纤维或聚酯纤维，也起到封堵剂的作用。
本发明的钻井液具有良好的抗高温(150度)特性，在深层气井中具有良好的封堵性，抑制性和防塌固壁性，可有效地在微裂隙气层中的气体进出通道上形成牢固暂堵层，具有一定方向承压能力，减少起窜速度，从根本上解决置换式气侵的进行。
本发明目的之二是提供所述的用于置换式气侵地层的钻井液的制备方法，可包括以下步骤：
将所述组分按所述用量混合均匀，即得。
具体地，本发明的钻井液可采用先配置基浆后加入封堵材料的方法制备，先将膨润土和纯碱加入水中水化24小时，然后依次加入聚合物处理剂和降滤失类和封堵类材料，从而形成本发明的钻井液体系。
本发明针对现有钻井液体系在裂缝发育地层钻井中存在的问题，提供了一种置换式气侵地层的钻井液，用于封堵0.5μm以下的气层裂缝。本发明主要目的是有效解决气藏的置换式气侵问题，有效在气体进出通道上形成牢固暂堵层，具有一定方向承压能力，从根本上解决置换式气侵的进行，防止进一步向负压侵入转变，降低井控风险。本发明体系中的随钻封堵剂，是一种经粒径筛选优化的有机质、纤维及可膨胀树脂复合物，由脂肪酸衍生物表面活性剂经特殊工艺加工处理而成的纤维颗粒，属于环氧丙烷橡胶类封堵剂，市售可得，市场产品名称为三元乙丙合成橡胶或乙丙橡胶，通常用于制作液压油系统的密封件或者胶管材料，汽车门窗密封型材或电线绝缘材料。聚酯纤维类纤维较聚丙烯和聚酯类纤维具有更好的抗温性，同时具有良好的封堵性能，能大幅度改善井壁强度，有效提高地层承压能力和安全密度窗口，具有优良的防漏能力；同时优选了可以抗200℃的特殊刚性材料聚苯基硫醚类工程塑料和纤维，以及高软化点改性树脂高软化点沥青类，可有效减少钻井液中的固相、液相对储层的伤害，并且与钻井液配伍性好，对钻井液流变性影响较小。本发明钻井液具有良好的封堵性、抑制性，防塌固壁性优异，可以对0.5mm～0.5μm的裂缝进行有效封堵，防止钻井液在微过平衡条件下进入裂缝，挤压气体使裂缝内压力升高，同时封堵层又能够阻止气体进入井筒，防止气侵的发生。
本发明的效果
本发明能起到控制气侵和预防减少井漏的作用，具有良好的封堵性、抑制性，优异的防塌固壁性，能够在裂缝通道内形成承压能力强的稳定暂堵层，有效控制气侵和减少漏失。该钻井液体系抗温达200℃，封堵小于0.5μm裂缝时提高地层承压能力7MPa，高温高压砂床滤失量降低15％，该体系在新疆顺南地区鹰山组地层发生严重气侵的井应用中，具有较强的失水造壁性，确保在高温高压下形成致密、韧性强、抗压强度高的泥饼，加固井壁，阻止压力传递，进一步保护裂缝通道内已形成的暂堵层，增强稳定性，实现井壁稳定和提高地层承压能力的效果。
目前，在新疆顺南地区油气勘探开发过程中，严重的气侵复杂事故经常影响安全钻进的要求，并大幅度降低了钻井效率，气侵后需要2～3天的循环排气时间才能恢复正常钻进，所以对具有封堵微裂隙的随钻封堵的钻井液技术要求也越来越高，本发明可满足新疆顺南地区钻井液气侵难题，缩短钻井周期，提高钻井效率，加快油气勘探开发进度，具有广阔的应用前景。具体如，本发明提供的钻井液应用于顺南7井四开奥陶系鹰山组钻进，原有钻井液钻进过程中随着井深增加及钻井液密度增加，气侵越来越严重。转化为本发明的钻井液体系后随钻堵漏材料大小与裂缝匹配，配方形成的封堵层渗透率低，有效缓解了气侵。本发明提供的钻井液应用于顺南5井四开钻进中，由于地层非均质性强，缝洞分布复杂，屏蔽暂堵级配难度大，同时高密度钻井液固相含量高，地层温度高达180℃。本发明钻井液体系的应用具有长期稳定性，采用随钻堵漏技术封堵气层，气窜速度5.5m/h下降至0.35m/h，后期钻井过程中未发生气侵现象，同时有效防止钻井液漏失，提高了钻井效率。
具体实施方式
下面结合实施例，进一步说明本发明。但本发明不受这些实施例的限制。
其中各组分原料均为市售。
实施例1
本发明的钻井液体系采用先配置基浆后加入封堵材料的方法制备，先将膨润土和纯碱加入水中水化24小时，然后依次加入包含聚合物包被剂、降滤失剂及其他组分，混合均匀，从而得到本发明的用于置换式气侵地层的钻井液。各组份配方如下：
水1000重量份；
钻井液膨润土20重量份，钠基膨润土；
纯碱2重量份；
聚合物包被剂2重量份，聚丙烯酰胺；
聚丙烯酸钾包被剂2重量份，聚丙烯酸钾；
高软化点改性树脂8重量份，ABS树脂，成都川峰化工助剂；
刚性支撑剂20重量份，工程聚丙塑料颗粒GQJ-1，中石化工程院化学助剂厂；
磺化酚醛树脂30重量份，SMP磺化酚醛树脂，成都川峰化工助剂公司；
磺酸盐共聚物降滤失剂5重量份，PFL降滤失剂，中石化工程院化学助剂厂；
褐煤树脂30重量份，SPNH，成都川峰化工助剂公司；
抗盐抗温降失水剂10重量份，SMC磺化褐煤；
超细碳酸钙20重量份，QS－2；
蛭石20重量份；
抗高温纤维2重量份，聚酯纤维；
随钻堵漏剂10重量份，三元乙丙合成橡胶，中石化工程院化学助剂厂；
实施例2
制得本发明的用于置换式气侵地层的钻井液实施例2，各组份配方如下：
高软化点改性树脂6重量份，聚丙烯PP；
刚性支撑剂25重量份，工程聚丙塑料颗粒；
超细碳酸钙20重量份，QS－2；
蛭石25重量份；
抗高温纤维3重量份，聚酯纤维；
随钻堵漏剂15重量份，三元乙丙合成橡胶；
其他组分的种类和用量及制备方法与实施例1相同。
实施例3
制得本发明的用于置换式气侵地层的钻井液实施例3，各组份配方如下：
高软化点改性树脂10重量份，高软化点沥青；
刚性支撑剂28重量份，工程聚丙塑料颗粒；
超细碳酸钙30重量份，QS－2；
蛭石30重量份；
抗高温纤维3重量份，聚酯纤维；
随钻堵漏剂20重量份，三元乙丙合成橡胶；
抗盐抗温降失水剂10重量份，聚阴离子纤维素；
其他组分的种类和用量及制备方法与实施例1相同。
抗温性能以及高温情况下流变性测试
对实施例1制备的钻井液进行抗温性能以及高温情况下流变性测试，测试方法为：GB/T 16783.1-2014石油天然气工业钻井液现场测试第1部分:水基钻井液，测试结果见下表1。
表1
(其中，AV：表观粘度，mPa·s；PV：钻井液塑性粘度，mPa.s；YP：钻井液动切力，Pa；Φ6/Φ3：6转和3转读数。)
从表中可见，本发明钻井液在150、180、200℃高温老化后表观粘度，塑形粘度和动切力没有明显变化，体系仍然具有良好的流动性和触变性，对于高温条件下岩屑携带和封堵微裂隙具有良好的效果。
实施例4
高温高压砂床封堵实验
对实施例1制备的钻井液进行高温高压砂床封堵实验。其中测试方法参照：SY/T5840-2007钻井液用桥接堵漏材料室内试验方法。其中砂床采用(40-60目:60-80目＝80:20)的砂平铺而成。测试结果见下表2。
表2
实施例5
高温裂缝封堵实验
对实施例1制备的钻井液进行高温裂缝封堵实验。测试方法参照Q/SH0277-2009桥接堵漏液高温高压封堵能力评价推荐方法。测试结果见下表3。
表3
对比例1
取顺南501井的现场井浆；井浆的基本组成为水、钻井液膨润土、纯碱、聚合物包被剂、聚丙烯酸钾包被剂、磺化酚醛树脂、磺酸盐共聚物降滤失剂、褐煤树脂、抗盐抗温降失水剂，超细碳酸钙。井浆配方组成：
水1000重量份；
钻井液膨润土40重量份，钠基膨润土；
纯碱5重量份；
聚合物包被剂2重量份，聚丙烯酰胺；
聚丙烯酸钾包被剂2重量份，聚丙烯酸钾；
磺化酚醛树脂40重量份，SMP磺化酚醛树脂；
磺酸盐共聚物降滤失剂5重量份，PFL降滤失剂；
褐煤树脂40重量份，SPNH；
抗盐抗温降失水剂10重量份，PAC聚阴离子纤维素类；
超细碳酸钙20重量份，QS－2。
使用Fann50SL高温高压流变仪测定该井浆在150℃～200℃、70MPa～136MPa下的流变参数，结果如下表。
表4
使用Fann50SL高温高压流变仪测定实施例1、2、3的井浆在200℃、136MPa下的流变参数，结果见下表5。可见实施例1、2、3的井浆在抗高温老化和流变参数上更加符合置换式气侵地层的钻进需要。
表5
可见本发明的实施例1、2、3在200℃高温条件下依然保持良好的流动性、较低的高温高压失水和较高的动塑比，封堵性方面有利于置换式气侵的封堵和钻进需要。
Claims (10)
1.一种用于置换式气侵地层的钻井液,包含重量份数计的以下组分：
水1000；
钻井液膨润土10～50，优选10～30；
纯碱2～5，优选2～3；
聚合物包被剂2～4，优选2～3；
聚丙烯酸钾包被剂2～4，优选2～3；
高软化点改性树脂5～15，优选5～10；
刚性支撑剂10～40，优选20～30；
磺化酚醛树脂降滤失剂20～40，优选20～30；
磺酸盐共聚物降滤失剂5～20，优选5～10；
褐煤树脂降滤失剂20～50，优选20～30；
抗盐抗温降失水剂10～30，优选10～20；
超细碳酸钙20～60，优选20～40；
蛭石20～50，优选20～40；
抗高温纤维1～5，优选2～3；
随钻堵漏剂10～30，优选10～20。
2.根据权利要求1所述的一种用于置换式气侵地层的钻井液，其特征在于包含重量份数计的以下组分：
水1000；
钻井液膨润土10～30；
纯碱2～3；
聚合物包被剂2～3；
聚丙烯酸钾包被剂2～3；
高软化点改性树脂5～10；
刚性支撑剂20～30；
磺化酚醛树脂降滤失剂20～30；
磺酸盐共聚物降滤失剂5～10；
褐煤树脂降滤失剂20～30；
抗盐抗温降失水剂10～20；
超细碳酸钙20～40；
蛭石20～40；
抗高温纤维2～3；
随钻堵漏剂10～20。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于置换式气侵地层的钻井液，其特征在于：
所述聚合物包被剂为聚丙烯酰胺类。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于置换式气侵地层的钻井液，其特征在于：
所述高软化点改性树脂选自ABS环氧树脂类树脂、聚丙烯类树脂或沥青类。
5.根据权利要求1或2所述的一种用于置换式气侵地层的钻井液，其特征在于：
所述刚性支撑剂为聚苯基硫醚类。
6.根据权利要求1或2所述的一种用于置换式气侵地层的钻井液，其特征在于：
所述磺酸盐共聚物降滤失剂为聚丙烯酰胺类。
7.根据权利要求1或2所述的一种用于置换式气侵地层的钻井液，其特征在于：
所述褐煤树脂降滤失剂选自腐植酸类；
所述抗盐抗温降失水剂选自磺化褐煤类或纤维素类。
8.根据权利要求1或2所述的一种用于置换式气侵地层的钻井液，其特征在于：
所述随钻堵漏剂选自环氧丙烷橡胶类封堵剂。
9.根据权利要求1或2所述的一种用于置换式气侵地层的钻井液，其特征在于：
所述抗高温纤维选自温石棉纤维或聚酯纤维。
10.根据权利要求1～9之任一项所述的用于置换式气侵地层的钻井液的制备方法，包括以下步骤：
将所述组分按所述用量混合均匀，即得。
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