CN111269701A - 一种高密度超低粘切油基钻井液及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高密度超低粘切油基钻井液,其组成成分及重量份数如下:所述油基钻井液由油包水基液、主乳化剂、辅乳化剂、降滤失剂、碱度调节剂、有机土、润湿剂、加重剂组成;以每100mL油包水基液计,其余组分的加入量为:有机土0~2份、主乳化剂0.3‑3份、辅乳化剂0.5‑3份,润湿剂0.5‑2份、碱度调节剂1‑4份、降滤失剂4‑8份、加重剂根据密度调整使用量;其中,所述油包水基液由体积比为70:30‑95:5的基油和盐水组成。本油基钻井液具有超低的粘切和极好的沉降稳定性,有利于降低页岩气长水平段钻井的作业风险;该钻井液能够有效解决粘切与沉降稳定性的矛盾关系,且制备工艺简单,操作方便。
Description
技术领域
本发明属于新材料技术领域,涉及石油钻井工程钻井液,尤其是一种高密度超低粘切油基钻井液及其制备方法和应用。
背景技术
四川地区页岩气油基钻井液常规密度1.8~2.2g/cm3左右,地层温度120℃。常规高密度油基钻井液普遍呈现出高粘低切现象,为防止加重材料沉降及良好的携带岩屑性能,通常均保持较高的粘度。由于目的产层页岩的自身特性,及钻井液密度窗口的限制,高粘切的钻井液会经常导致井漏、卡钻等事故发生,且由于摩阻泵压等限制,导致机械钻速低等现象,水平段长度普遍限制在1500m左右,更长水平段的钻探将会带来非常高的作业风险。
通过检索,CN 105733530 A公开了一种低粘高切的高密度油基钻井液配方,该配方钻井液的粘切依然较高,且未评价钻井液的沉降稳定性,较低的粘切易导致钻井液沉降稳定性无法满足要求,由此极易导致加重材料在水平段的沉降。
通过对比,上述专利公开文献与本发明专利申请存在本质的不同。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术中的不足之处,提供一种高密度超低粘切油基钻井液及其制备方法和应用,该油基钻井液具有超低的粘切和极好的沉降稳定性,有利于降低页岩气长水平段钻井的作业风险。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种高密度超低粘切油基钻井液,其组成成分及重量份数如下:
所述油基钻井液由油包水基液、主乳化剂、辅乳化剂、降滤失剂、碱度调节剂、有机土、润湿剂、加重剂组成;
以每100mL油包水基液计,其余组分的加入量为:有机土0~2份、主乳化剂0.3-3份、辅乳化剂0.5-3份,润湿剂0.5-2份、碱度调节剂1-4份、降滤失剂4-8份、加重剂根据密度调整使用量;
其中,所述油包水基液由体积比为70:30-95:5的基油和盐水组成。
而且,所述基油为矿物油;
或者,所述盐水为质量浓度20~30%的氯化钙水溶液。
而且,所述矿物油为柴油或白油。
而且,所述碱度调节剂为氧化钙或氢氧化钙。
而且,所述加重剂由质量比为80:20-0:100的重晶石和悬浮加重剂微锰Micromax组成;
或者,所述有机土为有机膨润土或有机蒙脱石。
而且,所述主乳化剂为二菇类含氧表面活性剂;所述辅乳化剂为烷基多元酞胺类表面活性剂;所述润湿剂为烷基酞胺基胺类表面活性剂;
或者,所述降滤失剂为油溶性聚合物与磺化沥青、改性沥青、天然沥青、腐殖酸酞胺、褐煤树脂、乳化沥青中的一种或几种复配混合物。
而且,所述主乳化剂为PF-MOMUL;所述辅乳化剂为PF-MOCOAT;所述润湿剂为PF-MOWET-260;
或者,所述油溶性聚合物为Pexotrol系列处理剂。
而且,所述高密度超低粘切油基钻井液的高温高压滤失量(120℃)≤10mL,密度2.0g/cm3时,塑性粘度PV≤20mPa·s,动切力YP≤5Pa,动态沉降密度差△ρ≤0.05g/cm3。
如上所述的高密度超低粘切油基钻井液的制备方法,步骤如下:
A.量取基油,倒入高速搅拌杯中,分别加入主乳化剂、辅乳化剂、润湿剂,搅拌4-6min;
B.向步骤A得到的溶液中加入盐水,搅拌15-20min,分别加入碱度调节剂、有机土、降滤失剂,继续搅拌10-20min,最后加入加重剂,搅拌30-45min,即得高密度超低粘切油基钻井液。
如上所述的高密度超低粘切油基钻井液在钻井方面中的应用。
本发明取得的优点和积极效果为:
1、本发明油基钻井液具有超低的粘切和极好的沉降稳定性,其高温高压滤失量≤10mL,密度2.0g/cm3时,塑性粘度PV≤20mPa·s,动切力YP≤5Pa,动态沉降密度差△ρ≤0.05g/cm3,有利于降低页岩气长水平段钻井的作业风险;该钻井液能够有效解决粘切与沉降稳定性的矛盾关系,塑性粘度15mPa·s动切力4Pa时即可使密度为2.0g/cm3的钻井液保持良好的稳定性,且制备工艺简单,操作方便。本发明可有效降低窄密度窗口钻井因钻井液性能导致的的井漏、卡钻等事故的发生概率,更有利于快速钻进以及长水平段井的钻探。
2、本发明采用油溶性聚合物与悬浮加重剂微锰Micromax配合使用,油溶性聚合物在基液中分散为柔性微胶粒,与颗粒度均一超细的悬浮加重剂刚性颗粒相互配合,在实现了超微体系滤失量可控的同时,大幅度提高了钻井液悬浮性能。
3、本发明高密度超低粘切油基钻井液有良好的乳化稳定性。
4、本发明油基钻井液处理剂加量小,配制简单成本低,配制简单,性能稳定。
5、本发明油基钻井液滤失量小,且加重材料可酸化、易返排,对储层损害小。
具体实施方式
下面详细叙述本发明的实施例,需要说明的是,本实施例是叙述性的,不是限定性的,不能以此限定本发明的保护范围。
本发明中所使用的原料,如无特殊说明,均为常规的市售产品;本发明中所使用的方法,如无特殊说明,均为本领域的常规方法。
本发明中使用的相关试剂可以如下:
主乳化剂全称抗高温油基钻井液主乳化剂,代号PF-MOMUL,具体为二菇类含氧表面活性剂,中海油服油田化学公司生产产品。
辅乳化剂全称抗高温油基钻井液辅乳化剂,代号PF-MOCOAT,具体为烷基多元酞胺类表面活性剂,中海油服油田化学公司生产产品。
润湿剂全称抗高温油基钻井液润湿剂,代号PF-MOWET-260,具体为烷基酞胺基胺类表面活性剂,中海油服油田化学公司生产产品。
加重剂优选为质量比为80:20-0:100的重晶石和悬浮加重剂微锰Micromax组成,重晶石为颗粒度2000~5000目的产品,悬浮加重剂微锰Micromax为古莱特科技股份有限公司代理产品。
本发明提到的高密度超高温油基钻井液体系流变性的检测方法可以如下:
高密度超高温油基钻井液体系流变性滤失量的检测方法按照国标GB/T 16783.2-2012《石油天然气工业钻井液现场测试:第2部分油基钻井液》中规定进行实施。测试温度为65℃。
实施例1
一种密度为1.8g/cm3的高密度超低粘切油基钻井液,作为本发明的一较佳实施方式,其配方组成和方法如下:
所述钻井液由油包水基液、主乳化剂、辅乳化剂、降滤失剂、碱度调节剂、有机土、润湿剂和加重剂粉组成;所述油包水基液由体积比为80:20的0号柴油和浓度为25%的氯化钙水溶液组成;以每100mL油包水基液计,其余组分的加入量为:有机膨润土0.5g,PF-MOMUL1g,PF-MOCOAT 1g,PF-MOWET-2600.8g,氧化钙3g、改性沥青5g、Pexotrol 5520.5g、重晶石72g、悬浮加重剂微锰Micromax 72g。
上述耐高温油基钻井液的制备方法,包括以下步骤:
A.用量筒量取240mL 0号柴油,倒入高速搅拌杯中,分别加入3g PF-MOMUL、3g PF-MOCOAT、2.4g PF-MOWET-260,搅拌4min;
B.向步骤A得到的溶液中加入60mL浓度为25%的氯化钙水溶液,搅拌15min,继续分别加入9g氧化钙、1.5g有机膨润土、15g天然沥青、1.5g Pexotrol 552,继续搅拌10min,最后加入216g 3000目重晶石和216g悬浮加重剂微锰Micromax,搅拌30min即得高密度超低粘切油基钻井液。
实施例2
一种密度为2.0g/cm3的高密度超低粘切油基钻井液,作为本发明的一较佳实施方式,其配方组成和方法如下:
所述钻井液由油包水基液、主乳化剂、辅乳化剂、降滤失剂、碱度调节剂、有机土、润湿剂和加重剂粉组成;所述油包水基液由体积比为85:15的0号柴油和浓度为25%的氯化钙水溶液组成;以每100mL油包水基液计,其余组分的加入量为:有机膨润土0.3g,PF-MOMUL1g,PF-MOCOAT 1g,PF-MOWET-2601g,氧化钙2g、氧化沥青5g、Pexotrol 5520.3g、重晶石117g、悬浮加重剂微锰Micromax 78g。
上述耐高温油基钻井液的制备方法,包括以下步骤:
A.用量筒量取255mL 0号柴油,倒入高速搅拌杯中,分别加入3g PF-MOMUL、3g PF-MOCOAT、3g PF-MOWET-260,搅拌5min;
B.向步骤A得到的溶液中加入45mL浓度为25%的氯化钙水溶液,搅拌18min,继续分别加入6g氧化钙、0.9g有机膨润土、15g氧化沥青、0.9g Pexotrol 552,继续搅拌15min,最后加入351g 3000目重晶石和234g悬浮加重剂微锰Micromax,搅拌35min即得高密度超低粘切油基钻井液。
实施例3
一种密度为2.2g/cm3的高密度超低粘切油基钻井液,作为本发明的一较佳实施方式,其配方组成和方法如下:
所述钻井液由油包水基液、主乳化剂、辅乳化剂、降滤失剂、碱度调节剂、有机土、润湿剂和加重剂粉组成;所述油包水基液由体积比为90:10的0号柴油和浓度为25%的氯化钙水溶液组成;以每100mL油包水基液计,其余组分的加入量为:有机膨润土0g,PF-MOMUL1g,PF-MOCOAT 1g,PF-MOWET-2601.5g,氧化钙3g、改性沥青6g、Pexotrol 5520.5g、5000目重晶石150g、悬浮加重剂微锰Micromax 100g。
上述耐高温油基钻井液的制备方法,包括以下步骤:
A.用量筒量取270mL 0号柴油,倒入高速搅拌杯中,分别加入3g PF-MOMUL、3g PF-MOCOAT、4.5g PF-MOWET-260,搅拌6min;
B.向步骤A得到的溶液中加入30mL浓度为25%的氯化钙水溶液,搅拌20min,继续分别加入9g氧化钙、18g改性沥青、1.5g Pexotrol 552,继续搅拌20min,最后加入450g5000目重晶石和300g悬浮加重剂微锰Micromax,搅拌40min即得高密度超低粘切油基钻井液。
对比例1
一种高密度超低粘切油基钻井液,其成分组成与实施例2基本相同,不同之处在于未使用油溶性聚合物Pexotrol 552。
对比例2
一种高密度超低粘切油基钻井液,其成分组成与实施例2基本相同,不同之处在于使用100%3000目重晶石加重,即不复配使用悬浮加重剂微锰Micromax加重。
对比例3
本对比例为长宁区块页岩气井现场取回钻井液。
本发明中的相关检测如下:
高密度超低粘切油基钻井液性能测试:
测试方法为:将实施例1、实施例2、实施例3、对比例1、2中配制的钻井液及对比例3所取钻井液装在老化罐中在120℃高温下热滚16h,按照油基钻井液测试程序(GB/T16783.2-2012)测其流变性能及动态沉降稳定性能,测试结果如表1所示。
表1高密度超低粘切油基钻井液的流变性能评价结果(120℃热滚16h)
由表1的性能测试结果可以看出:本发明实施例的高密度超低粘切油基钻井液120℃高温老化16h后,钻井液密度从实施例1的1.8g/cm3增加到实施例3的2.2g/cm3时,其粘度和切力随密度增加仅发生微量增加,粘度切力依然保持在非常低的状态,且沉降稳定性良好;对比例1中,由于未使用油溶性聚合物,导致钻井液滤失量增加明显,粘度虽无明显变化,但沉降稳定性变差;未使用悬浮加重剂微锰Micromax的对比例2和现场钻井液的对比例3的粘度均高于实施例,但动沉降密度差均>0.05g/cm3,说明即使在高粘切状态时,对比例依然无法满足良好的沉降稳定性。通过对比说明,本发明提供的超低粘切油基钻井液具有良好的性能,更有利于页岩气长水平段的钻井作业。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例,但是本领域的技术人员可以理解:在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内,各种替换、变化和修改都是可能的,因此,本发明的范围不局限于实施例所公开的内容。
Claims (10)
1.一种高密度超低粘切油基钻井液,其特征在于:其组成成分及重量份数如下:
所述油基钻井液由油包水基液、主乳化剂、辅乳化剂、降滤失剂、碱度调节剂、有机土、润湿剂、加重剂组成;
以每100mL油包水基液计,其余组分的加入量为:有机土0~2份、主乳化剂0.3-3份、辅乳化剂0.5-3份,润湿剂0.5-2份、碱度调节剂1-4份、降滤失剂4-8份、加重剂根据密度调整使用量;
其中,所述油包水基液由体积比为70:30-95:5的基油和盐水组成。
2.根据权利要求1所述的高密度超低粘切油基钻井液,其特征在于:所述基油为矿物油;
或者,所述盐水为质量浓度20~30%的氯化钙水溶液。
3.根据权利要求2所述的高密度超低粘切油基钻井液,其特征在于:所述矿物油为柴油或白油。
4.根据权利要求1所述的高密度超低粘切油基钻井液,其特征在于:所述碱度调节剂为氧化钙或氢氧化钙。
5.根据权利要求1所述的高密度超低粘切油基钻井液,其特征在于:所述加重剂由质量比为80:20-0:100的重晶石和悬浮加重剂微锰Micromax组成;
或者,所述有机土为有机膨润土或有机蒙脱石。
6.根据权利要求1所述的高密度超低粘切油基钻井液,其特征在于:所述主乳化剂为二菇类含氧表面活性剂;所述辅乳化剂为烷基多元酞胺类表面活性剂;所述润湿剂为烷基酞胺基胺类表面活性剂;
或者,所述降滤失剂为油溶性聚合物与磺化沥青、改性沥青、天然沥青、腐殖酸酞胺、褐煤树脂、乳化沥青中的一种或几种复配混合物。
7.根据权利要求6所述的高密度超低粘切油基钻井液,其特征在于:所述主乳化剂为PF-MOMUL;所述辅乳化剂为PF-MOCOAT;所述润湿剂为PF-MOWET-260;
或者,所述油溶性聚合物为Pexotrol系列处理剂。
8.根据权利要求1至7任一项所述的高密度超低粘切油基钻井液,其特征在于:所述高密度超低粘切油基钻井液的高温高压滤失量(120℃)≤10mL,密度2.0g/cm3时,塑性粘度PV≤20mPa·s,动切力YP≤5Pa,动态沉降密度差△ρ≤0.05g/cm3。
9.如权利要求1至8任一项所述的高密度超低粘切油基钻井液的制备方法,其特征在于:步骤如下:
A.量取基油,倒入高速搅拌杯中,分别加入主乳化剂、辅乳化剂、润湿剂,搅拌4-6min;
B.向步骤A得到的溶液中加入盐水,搅拌15-20min,分别加入碱度调节剂、有机土、降滤失剂,继续搅拌10-20min,最后加入加重剂,搅拌30-45min,即得高密度超低粘切油基钻井液。
10.如权利要求1至8任一项所述的高密度超低粘切油基钻井液在钻井方面中的应用。
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