CN111440601A

CN111440601A - 具有稳定流变特性的高密度除硫钻井液及其制备方法

Info

Publication number: CN111440601A
Application number: CN202010264113.8A
Authority: CN
Inventors: 明显森; 陈俊斌; 陶怀志; 舒小波; 周杨; 胡洪宾
Original assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Chuanqing Drilling Engineering Co Ltd
Current assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Chuanqing Drilling Engineering Co Ltd
Priority date: 2020-04-07
Filing date: 2020-04-07
Publication date: 2020-07-24
Anticipated expiration: 2040-04-07
Also published as: CN111440601B

Abstract

本发明提供了一种具有稳定流变特性的高密度除硫钻井液及其制备方法，所述制备方法包括步骤：将100体积份的水、1～3质量份的膨润土和0.4～0.8质量份的碱度调节剂混合均匀，制得预水化的膨润土浆；将预水化的膨润土浆、0.6～1质量份的增粘剂、6～14质量份的抗高温降滤失剂、3～6质量份的防塌封堵剂、1～3质量份的高温稳定剂、3～8质量份的防塌润滑剂、0.4～1质量份的表面活性剂、7～10质量份的泥页岩抑制剂和2～5质量份的除硫剂混合均匀，得到钻井液中间体；向钻井液中间体中加入重晶石粉以调节至预定的密度，得到具有稳定流变特性的高密度除硫钻井液。本发明具有钻井液流变性能稳定，抑制能力强，能够在水敏性、含硫地层中使用，配制、维护处理工艺简单，可操作性强等优点。

Description

具有稳定流变特性的高密度除硫钻井液及其制备方法

技术领域

本发明属于石油钻井工程钻井液技术领域，具体来讲，涉及一种具有稳定流变特性的高密度除硫钻井液及其制备方法。

背景技术

在钻井过程中，钻遇含硫化氢地层时，硫化氢会不同程度地侵入到井筒钻井液中，极大地危害到人身安全，使钻具和井控装置产生氢脆腐蚀，造成钻具断裂、井口设备损坏，给井控工作带来极大的安全隐患；同时，硫化氢的侵入使钻井液性能急剧恶化，情况严重时使钻井液失去流动性，钻井泵压异常，导致井下事故的发生。为了安全、高效钻井，含硫地层需要在钻井液中加入除硫剂以及时清除侵入钻井液中的硫化氢。

目前钻井现场使用较为普遍的除硫剂为锌基除硫剂(例如：GHT-95)、铁基除硫剂(例如：Fe₃O₄)，清除钻井液中的硫化物效果好，除硫效率在95％以上，但现场应用表明该类除硫剂对钻井液流变性能会造成不同程度的负面影响，钻井液中处理剂对胶体离子护胶能力不足或处理剂之间配伍性能差，导致钻井液性能恶化，特别是在高密度钻井液中，除硫剂的加入对钻井液的粘度、切力、失水影响较大。GHT-95的主要成分为碱式碳酸锌，Zn²⁺、CO₃ ^2-容易污染钻井液，造成钻井液发生絮凝；海绵铁在作用过程中pH值大于9 时Fe³⁺与OH^-生成氢氧化铁絮状沉淀，引起钻井液粘度和切力的升高。在高温高压含硫地层中钻井，高密度水基钻井液必须要具有优良的抗高温、抗污染的能力，否者钻井液性能变差会导致一系列的钻井复杂情况，比如：泵压上涨、携岩能力下降、钻井液脱气性变差、下钻遇阻等。

对比分析现有技术，常规除硫剂(例如：GHT-95、碱式碳酸锌、海绵铁) 对高密度钻井液性能影响较大，高价金属离子、碳酸根离子对钻井液的污染，造成流变性能难以控制；随着钻井进尺的增加，高密度除硫钻井液易受地层岩屑污染(粘土、石膏)，若处理剂使用不当或钻井液维护工艺措施制定不合理，钻井液护胶能力差，流变性能突变，严重时会通过大量稀释、置换的方式处理受污染的钻井液，导致钻井液使用成本增加，要维持良好的钻井液流变性和高效的除硫效果的难度较大，不能够满足高密度除硫钻井液的需要。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的之一在于提供一种具有稳定流变特性的高密度除硫钻井液制备方法。

为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种具有稳定流变特性的高密度除硫钻井液制备方法。所述制备方法包括以下步骤：将100体积份的水、 1～3质量份的膨润土和0.4～0.8质量份的碱度调节剂混合均匀，制得预水化的膨润土浆；将预水化的膨润土浆、0.6～1质量份的增粘剂、6～14质量份的抗高温降滤失剂、3～6质量份的防塌封堵剂、1～3质量份的高温稳定剂、3～8质量份的防塌润滑剂、0.4～1质量份的表面活性剂、7～10质量份的泥页岩抑制剂和2～5质量份的除硫剂混合均匀，得到钻井液中间体；向钻井液中间体中加入重晶石粉以调节至预定的密度，得到具有稳定流变特性的高密度除硫钻井液；其中，1体积份：1质量份＝1mL/g，基于水的密度为1.00g/mL，100 体积份可换算为100质量份。

在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述碱度调节剂可包括氢氧化钠和生石灰中的至少一种。

在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述增粘剂可包括低粘聚阴离子纤维素和羧羟基烷烯共聚物中至少一种。

在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述抗高温降滤失剂可包括磺甲基酚醛树脂、腐殖酸丙磺酸酰胺共聚物和偶联酚醛树脂中至少一种。

在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述防塌封堵剂可包括磺化沥青、复合树脂沥青和纳米乳液中至少一种。

在本发明一方面的一个示例性实施例中，防塌润滑剂可包括沥青矿物油，所述表面活性剂可包括失水山梨醇脂肪酸酯和烷基酚聚氧乙烯醚中至少一种。

在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述泥页岩抑制剂可包括氯化钾，所述除硫剂包括锌基除硫剂和海绵铁中至少一种。

在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述高温稳定剂可包括四元烷烯类共聚物，其制备步骤包括：

将X₁mol甲基丙烯磺酸钠溶于Y₁mL去离子水中，并在45～55℃下加热溶解得到甲基丙烯磺酸钠溶液；

在甲基丙烯磺酸钠溶液中分别加入X₂mol烯丙基三甲基氯化铵、X₃mol 亚甲基丁二酸和X₄molN-乙烯基吡咯烷酮，再加入Y₂mL去离子水，得到混合溶液，其中，混合溶液中单体的质量分数为10.0～25.0％；

隔绝氧气条件下向混合溶液中加入引发剂得到氧化还原引发体系，其中，引发剂与混合溶液中单体的质量比为0.2～0.5％：1；

将氧化还原引发体系的PH值调节至8～10，搅拌混合均匀后在无氧、 60～80℃下反应3～5h，得到凝胶状高温稳定剂四元烷烯类共聚物；

其中，所述引发剂包括亚硫酸氢钠和过硫酸钾；

X₁：X₂：X₃：X₄＝0.015～0.04：0.03～0.08：0.03～0.09：0.04～0.06，Y₁：Y₂＝1： 2，X₁：Y₁＝0.015～0.04：50。

本发明的另一目的在于提供一种具有稳定流变特性的高密度除硫钻井液。

本发明的另一方面提供了一种具有稳定流变特性的高密度除硫钻井液。所述钻井液可包括由如上所述的制备方法制得的钻井液。

在本发明另一方面的一个示例性实施例中，所述钻井液的表观粘度可为 40.5～49.5mPa s、塑性粘度可为34～41mPas、动切力可为6.0～9.0Pa、中压失水可为2.0～2.6mL、密度可为2.00～2.40g/cm³。

与现有技术相比，本发明的有益效果可包括以下内容中的至少一项：

(1)本发明钻井液使用密度可达2.40g/cm³，能够在水敏性地层(泥岩、页岩和盐膏地层)、含硫地层中使用；

(2)本发明的钻井液的抗污染能力强，与常规除硫剂配伍性好，在地层岩屑污染、酸性气体污染下均能表现出优异的流变性，且除硫效率高；

(3)本发明钻井液配制、维护处理工艺简单，现场可操作性强。

具体实施方式

在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的具有稳定流变特性的高密度除硫钻井液及其制备方法。

在本发明的一个示例性实施例中，具有稳定流变特性的高密度除硫钻井液制备方法包括以下步骤：将100体积份的水、1～3质量份的膨润土和0.4～0.8 质量份的碱度调节剂混合均匀，制得预水化的膨润土浆。具体来讲，取100 质量份的配浆水加入混合器中，边搅拌边加入1～3质量份的膨润土和0.4～0.8 质量份的碱度调节剂，搅拌30～50min混合均匀后在室内密闭水化24～36h得到预水化的膨润土浆。其中，1体积份：1质量份＝1mL/g，基于水的密度为 1.00g/mL，100体积份可换算为100质量份。

将预水化的膨润土浆、0.6～1质量份的增粘剂、6～14质量份的抗高温降滤失剂、3～6质量份的防塌封堵剂、1～3质量份的高温稳定剂、3～8质量份的防塌润滑剂、0.4～1质量份的表面活性剂、7～10质量份的泥页岩抑制剂和2～5 质量份的除硫剂混合均匀，得到钻井液中间体。具体来讲，边搅拌边向膨润土浆中依次加入0.6～1质量份的增粘剂，搅拌混合10～30min；加入6～14质量份的抗高温降滤失剂，搅拌混合10～30min；加入3～6质量份的防塌封堵剂，搅拌混合10～30min；加入1～3质量份的高温稳定剂，搅拌混合10～30min；加入3～8质量份的防塌润滑剂，搅拌混合10～30min；加入0.4～1质量份的表面活性剂，搅拌混合10～30min；加入7～10质量份的泥页岩抑制剂，搅拌混合10～30min；加入2～5质量份的除硫剂，搅拌混合10～30min得到钻井液中间产物。其中，所述搅拌混合的转速可以为10000～12000r/min。这里，膨润土浆、增粘剂、抗高温降滤失剂、防塌封堵剂、高温稳定剂、防塌润滑剂、表面活性剂、泥页岩抑制剂和除硫剂的添加顺序不固定。通常而言，可按先将护胶剂类材料(增粘剂、抗高温降滤失剂、高温稳定剂等)与膨润土浆搅拌混合后，再加入粉剂材料，再加入液体材料的顺序进行。然而，本发明不限于此，其它添加顺序也可。

向钻井液中间体中加入重晶石粉以调节至预定的密度，得到具有稳定流变特性的高密度除硫钻井液。具体来讲，在上述钻井液中间产物中边搅拌边加入一定量的重晶石粉加重钻井液至需要的密度，例如，2.37g/cm³。

在本实施例中，所述碱度调节剂可包括氢氧化钠和生石灰中至少一种。例如碱度调节剂可以为氢氧化钠NaOH和生石灰CaO中任意一种或两种混合组成。

在本实施例中，所述增粘剂可包括低粘聚阴离子纤维素和羧羟基烷烯共聚物中至少一种。例如，增粘剂可以为低粘聚阴离子纤维素PAC-LV、羧羟基烷烯共聚物Redu1、羧羟基烷烯共聚物Redu2中任意一种或一种以上混合物。

在本实施例中，所述抗高温降滤失剂可包括磺甲基酚醛树脂、腐殖酸丙磺酸酰胺共聚物和偶联酚醛树脂中至少一种。例如，抗高温降滤失剂可以为磺甲基酚醛树脂SMP-2、磺甲基酚醛树脂SMP-3、腐殖酸丙磺酸酰胺共聚物 RSTF、偶联酚醛树脂ZR-13中的任意一种或一种以上的混合物。

在本实施例中，所述防塌封堵剂可包括磺化沥青、复合树脂沥青和纳米乳液中至少一种。例如，防塌封堵剂可以为磺化沥青FT-1A、复合树脂沥青 YH150、纳米乳液NR-1中的任意一种或一种以上的混合物。

在本实施例中，所述防塌润滑剂可包括沥青矿物油，所述表面活性剂可包括失水山梨醇脂肪酸酯和烷基酚聚氧乙烯醚中至少一种。例如，防塌润滑剂可以为市售的沥青矿物油FRH-A和PPL中一种或两种的混合物，表面活性剂可以为市售的失水山梨醇脂肪酸酯SP-80和烷基酚聚氧乙烯醚OP-10中任意一种或两种的混合物。

在本实施例中，所述泥页岩抑制剂可包括氯化钾，所述除硫剂包括锌基除硫剂和海绵铁中至少一种。例如，泥页岩抑制剂可包括无机盐氯化钾KCL、除硫剂为锌基除硫剂GHT-95、海绵铁的任意一种或一种以上的混合物。

在本实施例中，所述高温稳定剂可包括四元烷烯类共聚物，其制备步骤为：

将X₁mol甲基丙烯磺酸钠溶于Y₁mL去离子水中，并在45～55℃下加热溶解得到甲基丙烯磺酸钠溶液；在甲基丙烯磺酸钠溶液中分别加入X₂mol烯丙基三甲基氯化铵、X₃mol亚甲基丁二酸和X₄molN-乙烯基吡咯烷酮，再加入Y₂mL去离子水，得到混合溶液，其中，混合溶液中单体的质量分数为 10.0～25.0％；隔绝氧气条件下向混合溶液中加入引发剂得到氧化还原引发体系，其中，引发剂与混合溶液中单体的质量比为0.2～0.5％：1；将氧化还原引发体系的PH值调节至8～10，搅拌混合均匀后在无氧、60～80℃下反应3～5h，得到凝胶状高温稳定剂四元烷烯类共聚物；其中，所述引发剂包括亚硫酸氢钠和过硫酸钾；X₁：X₂：X₃：X₄＝0.015～0.04：0.03～0.08：0.03～0.09：0.04～0.06， Y₁：Y₂＝1：2，X₁：Y₁＝0.015～0.04：50。具体来讲，将X₁mol(例如，0.015～0.04mol) 甲基丙烯磺酸钠溶于Y₁mL(例如，50mL)去离子水中，并加入三颈烧瓶中。将三颈烧瓶放入水浴锅中加热，在45～55℃下溶解得到甲基丙烯磺酸钠溶液。然后，向三颈烧瓶中分别加入X₂mol(例如，0.03～0.08mol)烯丙基三甲基氯化铵、X₃mol(例如，0.03～0.09mol)亚甲基丁二酸和X₄mol(0.04～0.06mol)N-乙烯基吡咯烷酮，再加入Y₂mL(例如，100mL)去离子水，得到单体(即反应物)质量分数为10.0～25.0％的混合溶液。随后，向三颈烧瓶中通入氮气以排除氧气，向混合溶液中加入引发剂之后得到氧化还原体系，引发剂的添加量为混合液中单体总质量的0.2～0.5％。接下来，向三颈烧瓶中氧化还原体系中加入10～20.0％wt的氢氧化钠溶液调节体系的PH值至8～10，搅拌混合均匀，通入氮气去除反应体系中的氧气。最后，将水浴锅温度调节至60～80℃ 下反应3～5h，得到凝胶状产物，即为四元烷烯类共聚物FPTY。其中，所述引发剂可包括亚硫酸氢钠和过硫酸钾(例如，引发剂可为亚硫酸氢钠和过硫酸钾按质量比为1:1混合)，X₁：X₂：X₃：X₄＝0.015～0.04：0.03～0.08：0.03～0.09： 0.04～0.06，Y₁：Y₂＝1：2，X₁：Y₁＝0.015～0.04：50。

为了更好地理解本发明的上述示例性实施例，下面结合具体示例对其进行进一步说明。

示例一

取400mL(或400g)配浆水加入混合容器中，边搅拌边加入10.0g膨润土和1.20g氢氧化钠，搅拌混合30min后室内密闭水化24h得到膨润土浆。边搅拌边向水化好的膨润土浆中，加入2.40g聚阴离子纤维素PAC-LV，搅拌混合10min；加入24.0g磺甲基酚醛树脂SMP-2，搅拌混合10min；加入16.0g 腐殖酸丙磺酸酰胺共聚物RSTF，搅拌混合10min；加入8.0g防塌封堵剂磺化沥青FT-1A，搅拌混合10min；加入4.0纳米乳液NR-1，搅拌混合10min；加入6.0g高温稳定剂四元烷烯类共聚物FPTY-101，搅拌混合10min；加入 12.0g防塌润滑剂FRH-A和1.6g表面活性剂SP-80，搅拌混合15min；加入 2.0g生石灰CaO，搅拌混合10min；加入28.0g抑制剂KCL，搅拌混合5min；加入6.0g锌基类除硫剂GHT-95，搅拌混合5min；加入4.0g除硫剂海绵铁，搅拌混合5min；加入1050.0g重晶石，搅拌混合30min，制得具有稳定流变特性的高密度除硫钻井液一。这里，上述搅拌混合的转速为10000r/min。

其中，上述使用的高温稳定剂四元烷烯类共聚物FPTY-101，其合成方法为：将0.016mol甲基丙烯磺酸钠溶于50mL去离子水中，并置入三颈烧瓶中；将三颈烧瓶放入水浴锅中在温度50℃下加热溶解得到甲基丙烯磺酸钠溶液。然后，向三颈烧瓶分别加入0.03mol烯丙基三甲基氯化铵、0.038mol亚甲基丁二酸和0.041molN-乙烯基吡咯烷酮，再加入100mL去离子水，制成单体 (反应物)总质量浓度为12.0％的混合溶液(即所加的上述4种反应物的总质量浓度为12％)。随后，通入氮气排除三颈烧瓶中氧气，向混合溶液中加入引发剂(亚硫酸氢钠和过硫酸钾按质量比为1:1添加)得到氧化还原体系，引发剂的加量为混合液中单体总质量的0.2％；用20.0％wt的氢氧化钠溶液调节体系的PH值至为8.5，搅拌混合均匀；最后将水浴锅温度调节至80℃下反应4.5h，得到凝胶状产物，即为四元烷烯类共聚物FPTY-101。

本示例配制的具有稳定流变特性的高密度除硫钻井液一的性能如表1中所示，其中AV表示表观粘度；PV表示塑性粘度；YP表示动切力；Gel表示静切力；FL表示中压失水；PH表示钻井液的酸碱度值；HTHP表示高温高压失水。这里，钻井液性能测定方法按照石油天然气工业钻井液现场测试第一部分水基钻井液GB/T 16783.1-2006石油行业标准进行执行。

表1具有稳定流变特性的高密度除硫钻井液一的性能实验数据。

其中：流变性测试温度为55℃，热滚条件120℃×16h，HTHP条件：120℃、 3.5MPa，测试项目8.0％土粉污染和3.0％CaSO₄污染是在原钻井液的基础上引入污染物再120℃×16h热滚后所测试的数据。

示例二

取400mL(或400g)配浆水加入混合容器中，边搅拌边加入8.0g膨润土和1.60g氢氧化钠，搅拌混合30min后室内密闭水化24h得到膨润土浆。边搅拌边向水化好的膨润土浆中，加入3.20g羧羟基烷烯共聚物Redu1，搅拌混合10min；加入24.0g磺甲基酚醛树脂SMP-2，搅拌混合10min；加入16.0g 腐殖酸丙磺酸酰胺共聚物RSTF，搅拌混合10min；加入16.0g偶联酚醛树脂 ZR-13，搅拌混合10min；加入12.0g防塌封堵剂磺化沥青FT-1A，搅拌混合10min；4.0g纳米乳液NR-1，搅拌混合10min；加入4.0g复合树脂沥青YH150，搅拌混合10min；加入6.0g高温稳定剂四元烷烯类共聚物FPTY-102，搅拌混合10min；加入20.0g润滑剂PPL和2.0g表面活性剂OP-10，搅拌混合15min；加入32.0g抑制剂KCL，搅拌混合5min；加入8.0g锌基类除硫剂GHT-95，搅拌混合5min；加入4.0g除硫剂海绵铁，搅拌混合5min；加入1315.0g重晶石，搅拌混合30min，制得具有稳定流变特性的高密度除硫钻井液二。这里，上述搅拌混合的转速为11000r/min。

其中，上述使用的高温稳定剂四元烷烯类共聚物FPTY-102，其合成方法为：将0.03mol甲基丙烯磺酸钠溶于50mL去离子水中，并置入三颈烧瓶中；将三颈烧瓶放入水浴锅中在温度50℃下加热溶解得到甲基丙烯磺酸钠溶液。然后，向三颈烧瓶分别加入0.058mol烯丙基三甲基氯化铵、0.069mol亚甲基丁二酸和0.054mol N-乙烯基吡咯烷酮，再加入100mL去离子水，制成单体(即反应物)总质量浓度为20.0％的混合溶液。随后，通入氮气排除三颈烧瓶中氧气，向混合溶液中加入引发剂(亚硫酸氢钠和过硫酸钾按质量比为1:1添加)得到氧化还原体系，引发剂的加量为混合液中单体总质量的0.3％；用20.0％wt的氢氧化钠溶液调节体系的PH值至为9.0，搅拌混合均匀；最后将水浴锅温度调节至75℃下反应3.5h，得到凝胶状产物，即为四元烷烯类共聚物FPTY-102。

本示例配制的具有稳定流变特性的高密度除硫钻井液二的性能如表2所示。

表2具有稳定流变特性的高密度除硫钻井液二的性能实验数据。

其中：流变性测试温度为55℃，热滚条件150℃×16h，HTHP条件：150℃、 3.5MPa，测试项目8.0％土粉污染和3.0％CaSO₄污染是在原钻井液的基础上引入污染物再150℃×16h热滚后所测试的数据。

示例三

取400mL(或400g)配浆水加入混合容器中，边搅拌边加入12.0g膨润土和2.0g氢氧化钠，搅拌混合30min后室内密闭水化24h得到膨润土浆。边搅拌边向水化好的膨润土浆中，加入1.60g聚阴离子纤维素PAC-LV，搅拌混合10min；加入2.40g羧羟基烷烯共聚物Redu2，搅拌混合10min；加入28.0g 磺甲基酚醛树脂SMP-3，搅拌混合10min；加入20.0g腐殖酸丙磺酸酰胺共聚物RSTF，搅拌混合10min；加入16.0g偶联酚醛树脂ZR-13，搅拌混合10min；加入12.0g防塌封堵剂磺化沥青FT-1A，搅拌混合10min；加入4.0g纳米乳液 NR-1，搅拌混合10min；加入6.0g复合树脂沥青YH150，搅拌混合10min；加入10.0g高温稳定剂四元烷烯类共聚物FPTY-103，搅拌混合10min；加入 20.0g润滑剂PPL和2.0g表面活性剂SP-80，搅拌混合15min；加入28.0g抑制剂KCL，搅拌混合5min；加入12.0g锌基类除硫剂GHT-95，搅拌混合5min；加入6.0g除硫剂海绵铁，搅拌混合5min；加入930.0g重晶石，搅拌混合30min，制得具有稳定流变特性的高密度除硫钻井液三。这里，上述搅拌混合的转速为10000r/min。

其中，上述使用的高温稳定剂四元烷烯类共聚物FPTY-103，其合成方法为：将0.035mol甲基丙烯磺酸钠溶于50mL去离子水中，并置入三颈烧瓶中；将三颈烧瓶放入水浴锅中在温度50℃下加热溶解得到甲基丙烯磺酸钠溶液。然后，向三颈烧瓶分别加入0.08mol烯丙基三甲基氯化铵、0.09mol亚甲基丁二酸和0.06mol N-乙烯基吡咯烷酮，再加入100mL去离子水，制成单体(即反应物)总质量浓度为25.0％的混合溶液。随后，通入氮气排除三颈烧瓶中氧气，向混合溶液中加入引发剂(亚硫酸氢钠和过硫酸钾按质量比为1:1添加)得到氧化还原体系，引发剂的加量为混合液中单体总质量的0.4％；用 20.0％wt的氢氧化钠溶液调节体系的PH值至为9.0，搅拌混合均匀；最后将水浴锅温度调节至70℃下反应3.5h，得到凝胶状产物，即为四元烷烯类共聚物FPTY-103。

本示例配制的具有稳定流变特性的高密度除硫钻井液三的性能如表3所示。

表3具有稳定流变特性的高密度除硫钻井液三的性能实验数据

其中：流变性测试温度为55℃，热滚条件185℃×16h，HTHP条件：185℃、 3.5MPa，测试项目8.0％土粉污染和3.0％CaSO₄污染是在原钻井液的基础上引入污染物后，在185℃×16h热滚后所测试的数据。

对示例一、示例二、示例三制备的高密度除硫钻井液进行除硫效果评价。把可溶性的硫化钠定量加入到钻井液中配制成含硫钻井液，然后用盐酸酸化让硫化氢游离出来，通过检测除硫试验反应瓶中未被吸收反应的硫化氢的含量(采用泵吸式硫化氢检测仪)和滤液中形成可溶性硫化物的含量(采用碘量法)来计算除硫效率，结果在表4中给出。除硫效率计算公式如下：

其中：k—除硫效率，％；C₁—加入除硫剂前钻井液中的硫含量，mg/L； C₂—除硫试验反应瓶中未被吸收反应的硫化氢的含量，mg/L；C₃—与除硫剂反应后钻井液滤液中残留的硫含量，mg/L。

表4示例一、二、三制备的高密度除硫钻井液的除硫效率

由表1～3可知，示例一、二、三制备的高密度除硫钻井液的分别在120 ℃、150℃、185℃热滚16h，以及引入8.0％土粉污染和3.0％CaSO₄污染物后在120℃、150℃、185℃热滚16h，其AV表观粘度、PV塑性粘度、YP动切力、Gel静切力、FL中压失水、PH酸碱度值、HTHP高温高压失水等参数没有发生明显变化，说明示例一、二、三制备的高密度除硫钻井液具有较为稳定的流变特性。由表4可知示例一、二、三制备的高密度除硫钻井液的除硫效率可达97％以上。

本发明的另一方面提供了一种具有稳定流变特性的高密度除硫钻井液。所述具有稳定流变特性的高密度除硫钻井液可包括如上文各个示例性中所述的备方法制得的钻井液。具体来讲，具有稳定流变特性的高密度除硫钻井液可包括由100体积份的水、1～3质量份的膨润土、0.4～0.8质量份的碱度调节剂、0.6～1质量份的增粘剂、6～14质量份的抗高温降滤失剂、3～6质量份的防塌封堵剂、1～3质量份的高温稳定剂、3～8质量份的防塌润滑剂、0.4～1质量份的表面活性剂、7～10质量份的泥页岩抑制剂、2～5质量份的除硫剂和余量的重晶石粉按上文各个示例性实施例所述制备方法制得。这里，具有稳定流变特性的高密度除硫钻井液的表观粘度可为40.5～49.5mPa s、塑性粘度可为 34～41mPa s、动切力可为6.0～9.0Pa、中压失水可为2.0～2.6mL、密度可为 2.00～2.40g/cm³。

综上所述，本发明的有益效果可包括以下内容中的至少一项：

(1)本发明的钻井液的流变性易于控制，API失水量小于5mL，高温高压失水量小于10mL，井壁稳定作用强；

(2)本发明抗高温能力达185℃，满足高温深井含硫地层钻井的需要；

(3)本发明的钻井液抗污染能力强，与常规除硫剂配伍性好，在地层岩屑污染、酸性气体污染下其表观粘度、塑性粘度、动切力、静切力、中压失水、酸碱度值、高温高压失水等没有发生明显变化，具有较为稳定的流变特性。

(4)本发明的钻井液除硫效率可达97.0％以上，具有较好的除硫效果。

尽管上面已经结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。

Claims

1.一种具有稳定流变特性的高密度钻井液的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括步骤：

将100体积份的水、1～3质量份的膨润土和0.4～0.8质量份的碱度调节剂混合均匀，制得预水化的膨润土浆；

将预水化的膨润土浆、0.6～1质量份的增粘剂、6～14质量份的抗高温降滤失剂、3～6质量份的防塌封堵剂、1～3质量份的高温稳定剂、3～8质量份的防塌润滑剂、0.4～1质量份的表面活性剂、7～10质量份的泥页岩抑制剂和2～5质量份的除硫剂混合均匀，得到钻井液中间体；

向钻井液中间体中加入重晶石粉以调节至预定的密度，得到具有稳定流变特性的高密度除硫钻井液；

其中，1体积份：1质量份＝1mL/g，基于水的密度为1.00g/mL，100体积份换算为100质量份。

2.根据权利要求1所述的具有稳定流变特性的高密度除硫钻井液的制备方法，其特征在于，所述碱度调节剂包括氢氧化钠和生石灰中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的具有稳定流变特性的高密度除硫钻井液的制备方法，其特征在于，所述增粘剂包括低粘聚阴离子纤维素和羧羟基烷烯共聚物中至少一种。

4.根据权利要求1所述的具有稳定流变特性的高密度除硫钻井液制的制备方法，其特征在于，所述抗高温降滤失剂包括磺甲基酚醛树脂、腐殖酸丙磺酸酰胺共聚物和偶联酚醛树脂中至少一种。

5.根据权利要求1所述的具有稳定流变特性的高密度除硫钻井液的制备方法，其特征在于，所述防塌封堵剂包括磺化沥青、复合树脂沥青和纳米乳液中至少一种。

6.根据权利要求1所述的具有稳定流变特性的高密度除硫钻井液的制备方法，其特征在于，所述防塌润滑剂包括沥青矿物油，所述表面活性剂包括失水山梨醇脂肪酸酯和烷基酚聚氧乙烯醚中至少一种。

7.根据权利要求1所述的具有稳定流变特性的高密度除硫钻井液的制备方法，其特征在于，所述泥页岩抑制剂包括氯化钾，所述除硫剂包括锌基除硫剂和海绵铁中至少一种。

8.根据权利要求1所述的具有稳定流变特性的高密度除硫钻井液的制备方法，其特征在于，所述高温稳定剂包括四元烷烯类共聚物，其制备步骤包括：

在甲基丙烯磺酸钠溶液中分别加入X₂mol烯丙基三甲基氯化铵、X₃mol亚甲基丁二酸和X₄molN-乙烯基吡咯烷酮，再加入Y₂mL去离子水，得到混合溶液，其中，混合溶液中单体的质量分数为10.0～25.0％；

将氧化还原引发体系的PH值调节至8～10，搅拌混合均匀后在无氧、60～80℃下反应3～5h，得到凝胶状高温稳定剂四元烷烯类共聚物；

其中，所述引发剂包括亚硫酸氢钠和过硫酸钾；

X₁：X₂：X₃：X₄＝0.015～0.04：0.03～0.08：0.03～0.09：0.04～0.06，Y₁：Y₂＝1：

2，X₁：Y₁＝0.015～0.04：50。

9.一种具有稳定流变特性的高密度除硫钻井液，其特征在于，所述钻井液包括由权利要求1～8任意一项所述的制备方法制得的钻井液。

10.根据权利要求9所述的具有稳定流变特性的高密度除硫钻井液，其特征在于，所述钻井液的表观粘度为40.5～49.5mPa s、塑性粘度为34～41mPa s、动切力为6.0～9.0Pa、中压失水为2.0～2.6mL、密度为2.00～2.40g/cm³。