CN111471441A - 一种钻井液用活度调节剂 - Google Patents

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李公让
于雷
乔军
刘宝锋
王莉萍
郑成胜
李海斌
吴雄军
徐运波
刘振东
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Abstract

本发明涉及一种钻井液用活度调节剂，包含以下重量份的组分：小分子多元醇30‑60份，有机盐20‑50份，水10‑35份，流型调节剂2‑6份，消泡剂0.1‑1份。本发明所述的钻井液用活度调节剂，能够显著降低钻井液活度，有效提高泥页岩的膜效率，稳定井壁效果好，同时避免了现有技术中大量加入无机盐对环境造成的不良影响，并且对钻井液流变性和滤失性能影响小，无需额外添加处理剂进行钻井液流型调节，是一种功能型环保钻井液处理剂。在泥页岩地层采用水基钻井液钻进时，加入活度调节剂可以降低钻井液的水活度，提高泥页岩地层的膜效率，从而减缓泥页岩的渗透水化，有利于井壁稳定。

Description

一种钻井液用活度调节剂
技术领域
本发明涉及钻井液技术领域，具体地说，是涉及一种用于降低钻井液活度的钻井液处理剂，可用于低活度水基钻井液体系的配制。
背景技术
近年，随着石油勘探开发向深部和复杂地层发展，深井、超深井和复杂井越来越多，所钻遇的地层越来越复杂，特别是一些页岩油气大位移水平井，由于水平井段长、井眼轨迹复杂等，钻进中地层易发生井漏、垮塌、缩径、严重造浆等问题，导致井下复杂情况增加，资料表明70-90％的井眼问题均与泥页岩的不稳定性有关。泥页岩遇水极易水化膨胀分散，造成井壁的坍塌。因此应该尽量减少钻井液滤液向地层的侵入量，抑制黏土矿物的水化膨胀，从而保证井壁的稳定。
钻井过程中，由钻井液向页岩驱动水的动力是钻井液与页岩间的水化学势之差，影响它的主要因素是钻井液压力与孔隙压力之差及钻井液水活度与页岩水活度之比。只有存在较高效率的半透膜时，钻井液与页岩的水活度差才能在较长时间内控制水的迁移。国内外研究证明，泥页岩特别是古老的泥页岩，具有半透膜作用。只是它不是“理想”的半透膜，而是“非理想”的半透膜，也就是说部分溶质是可以扩散渗透的。理想半透膜的渗透压计算公式如下：
Figure BDA0001954039280000011
式中，△π为渗透压；R为气体常数；T为绝对温度；
Figure BDA0001954039280000012
为水的摩尔体积；as为泥页岩的水活度；am为钻井液的水活度。由公式可知，降低钻井液的活度可以降低渗透压，当钻井液的水活度小于泥页岩的水活度时，甚至可以产生反向的渗透压力。降低渗透压可以减缓渗透水化速度，有利于抑制黏土矿物的渗透水化，利于泥页岩地层的井壁稳定。目前，水基钻井液中降低钻井液水活度的手段通常是加入无机盐、有机盐、甲基葡萄糖苷等物质来实现。中国专利号201510493726.8公开了《一种智能封堵水基钻井液》包含水活度调节剂，其中所述水活度调节剂选自氯化钠、氯化钾、甲酸钾、甲酸钠和氯化钙中的一种或多种。但盐类物质的加入通常会对钻井液性能影响较大，不利于流变性和滤失性能的调控，并且过多盐的使用会对生态环境造成影响。文献《甲基葡萄糖苷的防塌机理研究》(天然气工业，2007年2月)介绍了甲基葡萄糖苷单独使用或与无机盐复配使用均可将钻井液水活度降到0.85以下，但甲基葡萄糖苷降低活度效果有限，加量达58％时才能将活度降至0.84，并且与无机盐复配使用时，钻井液流变性能调控困难，不能满足安全快速高效钻井的要求。
发明内容
本发明的目的是克服上述技术的不足，提供一种降低活度能力显著、环境相容性好、对钻井液流变性能影响小的水基钻井液用活度调节剂。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种钻井液用活度调节剂包含以下重量份的组分：小分子多元醇30-60份，有机盐20-50份，水10-35份，流型调节剂2-6份，消泡剂0.1-1份。
所述的小分子多元醇包括乙二醇、丙三醇、1,2-丙二醇、正丁醇中的一种或几种；
所述有机盐包括甲酸钾、甲酸钠、乙酸钾、乙酸钠、乙酸钙、乳酸钾中的一种或几种；
所述流型调节剂包括磺化苯乙烯-马来酸共聚物、聚丙烯酸钠中的一种或两种；
所述消泡剂包括甘油聚醚、磷酸三丁酯、硅醚油、甲基硅油中的一种或几种。
本发明主要是在石油勘探开发过程中作为水基钻井液添加剂使用。现有技术中钻井液的活度控制主要使用无机盐，与现有技术相比，本发明具有如下优点：所述的钻井液用活度调节剂降低活度效果显著，能够有效提高泥页岩的膜效率，稳定井壁效果好，同时避免了现有技术中大量加入无机盐对环境造成的不良影响，并且对钻井液流变性和滤失性能影响小，是一种功能型环保钻井液处理剂。在泥页岩地层采用水基钻井液钻进时，加入活度调节剂可以降低钻井液的水活度，提高泥页岩地层的膜效率，从而减缓泥页岩的渗透水化，有利于井壁稳定。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步说明，但是本发明不仅限于这些例子。
实施例1
将本发明所述的活度调节剂按重量份：乙二醇37份，甲酸钠25份，水35份，磺化苯乙烯-马来酸共聚物2.5份，甲基硅油0.5份混合，搅拌均匀配制而成。钻井液配方包括如下质量百分比的组分：4％钠膨润土+0.1％烧碱+0.3％聚丙烯酸钾+0.4％低粘羧甲基纤维素钠盐+1％铵盐。
钻井液常规性能评价使用的仪器：ZNN-P6六速旋转黏度计和ZNS-6型中压滤失仪。钻井液活度测试仪器用：高性能可调激光水分活度仪。膜效率的测定采用SHM-3型高温高压井壁稳定性模拟实验装置。SHM-3仪主要由5部分组成，包括高温高压釜体、液压控制系统、流体循环系统、温度传递与控制系统和数据采集及处理系统。数据采集与处理系统可同时自动连续记录压力、差压信号，并具有数据记录、实时显示、存盘、回放与处理等功能。将试验岩心放入岩心夹持器中，经上游试液入口泵入测试液体与岩心上端面接触，其中上游试液为10％(质量百分比)氯化钠溶液，下游试液为20％(质量百分比)氯化钠溶液。维持岩心顶端压力1MPa，底端初始压力1MPa，通过监测底压变化来获得测试试液产生的渗透压，根据膜效率公式，计算与测试液体作用后的泥页岩的膜效率。
实验结果
Figure BDA0001954039280000041
实施例2
将本发明所述的活度调节剂按重量份：丙三醇50份，甲酸钾30份，水15份，磺化苯乙烯-马来酸共聚物4份，甲基硅油0.5份、甘油聚醚0.5份混合，搅拌均匀配制而成。
实验结果
Figure BDA0001954039280000042
实施例3
将本发明所述的活度调节剂按重量份：乙二醇60份，乙酸钾24份，水10份，聚丙烯酸钠5.5份，甲基硅油0.5份混合，搅拌均匀配制而成。
实验结果
Figure BDA0001954039280000051
实施例4
将本发明所述的活度调节剂按重量份：正丁醇35份，乳酸钾40份，水20份，磺化苯乙烯-马来酸共聚物4份，磷酸三丁酯1份混合，搅拌均匀配制而成。
实验结果
Figure BDA0001954039280000052
实施例5
将本发明所述的活度调节剂按重量份：1,2丙二醇30份，乙酸钾50份，水25份，磺化苯乙烯-马来酸共聚物4.5份，硅醚油0.5份混合，搅拌均匀配制而成。
实验结果
Figure BDA0001954039280000053

Claims (6)

1.一种钻井液用活度调节剂，其特征在于包含以下重量份的组分：小分子多元醇30-60份，有机盐20-50份，水10-35份，流型调节剂2-6份，消泡剂0.1-1份。
2.根据权利要求1所述的钻井液用活度调节剂，其特征在于：所述的小分子多元醇包括乙二醇、丙三醇、1,2-丙二醇或正丁醇中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的钻井液用活度调节剂，其特征在于：所述有机盐包括甲酸钾、甲酸钠、乙酸钾、乙酸钠、乙酸钙或乳酸钾中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的钻井液用活度调节剂，其特征在于：所述流型调节剂包括磺化苯乙烯-马来酸共聚物或聚丙烯酸钠中的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的钻井液用活度调节剂，其特征在于：所述消泡剂包括甘油聚醚、磷酸三丁酯、硅醚油或甲基硅油中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的钻井液用活度调节剂，其特征在于：所述的小分子多元醇包括乙二醇、丙三醇、1,2-丙二醇或正丁醇中的一种或几种；
所述有机盐包括甲酸钾、甲酸钠、乙酸钾、乙酸钠、乙酸钙或乳酸钾中的一种或几种；
所述流型调节剂包括磺化苯乙烯-马来酸共聚物或聚丙烯酸钠中的一种或两种；
所述消泡剂包括甘油聚醚、磷酸三丁酯、硅醚油或甲基硅油中的至少一种。
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