CN111826136A - 一种钻井液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种钻井液及其制备方法，该钻井液按照质量份包括以下组分：降滤失剂3‑5份，包被抑制剂0.1‑0.5份，有机胺抑制剂0.8‑1.2份，阳离子改性植物胶1‑3份，重晶石10‑60份，膨润土2‑3份，碳酸钠0.2‑0.3份，氢氧化钠0.1‑0.2份，水100份。该钻井液能够从抑制防塌性能和封堵防塌性能两方面对地层的稳定性进行协助，从而有效的减少了地层塌陷开裂的可能性，对安全开采奠定了坚实的基础。

Description

一种钻井液及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种钻井液及其制备方法，属于石油开采技术领域。
背景技术
钻井过程中经常钻遇大段泥岩和盐膏层，由于泥岩易水化膨胀、分散，造浆能力强，且盐膏层易缩径，因此在这类地层钻井过程中容易导致井下复杂。此外，在大位移定向井深井段的钻井作业中，由于硬脆性泥岩井眼稳定性差、环空悬砂携砂和井眼清洁能力差，从而会导致施工难度增大等问题。基于上述钻井施工中存在的问题，因此，着力研究适合于该类地层的钻井液体系以确保钻井顺利进行，是十分必要的。
目前国内外通常使用的钻井液体系包括油基钻井液体系以及水基钻井液体系，但是由于油基钻井液体系存在环保性能差、成本高的缺陷，因此水基钻井液体系逐渐发展成为国内钻井液体系的主流方向。
水基钻井液体系分为阴离子钻井液以及阳离子钻井液，其中，阴离子钻井液中含有大量的将粘土分散在水中形成的负电荷。其主要作用机理就是增加粘土颗粒的负电荷，强化负电水化效应，增加粘土颗粒表面水化膜厚度，以达到稳定胶体的目的。但是，这种能够导致粘土分散的阴离子钻井液也比必然导致井壁和地层中粘土矿物的水化、膨胀和分散，造成井壁失稳，导致井壁垮塌。
阳离子钻井液是一种含有大量高分子量阳离子聚合物和小分子量阳离子有机化合物的水基钻井液。高分子量阳离子聚合物的包被絮凝作用和小分子量阳离子有机化合物的抑制作用相结合，使得阳离子钻井液较上述阴离子钻井液具有更强的抑制性，在一定程度上维持了地层的稳定，提高了机械钻速。
但是现有的阳离子钻井液中还含有一定量的阴离子型物质，使得钻井液中出现了阴、阳离子不相容的问题，从而难以与地层的电动电位相匹配，因此现有的阳离子钻井液也难以有效的应对地层的防塌性能。
发明内容
本发明提供一种钻井液及其制备方法，该钻井液能够从抑制防塌性能和封堵防塌性能两方面对地层的稳定性进行协助，从而有效的减少了地层塌陷开裂的可能性，对安全开采奠定了坚实的基础。
本发明提供一种钻井液，按照质量份包括以下组分：降滤失剂3-5份，包被抑制剂0.1-0.5份，有机胺抑制剂0.8-1.2份，阳离子改性植物胶1-3份，重晶石10-60份，膨润土2-3份，碳酸钠0.2-0.3份，氢氧化钠0.1-0.2份，水100份。
如上所述的钻井液，其中，所述钻井液的阳离子浓度为10000-13000mg/L。
如上所述的钻井液，其中，所述降滤失剂由褐煤、碳酸二甲酯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、苯酚、甲醛、氢氧化钠、纯碱、季铵盐类阳离子单体在高温条件下接枝聚合得到。
如上所述的钻井液，其中，所述包被抑制剂由碳酸二甲酯、丙烯酰胺、丙烯酸、季铵盐类阳离子单体经反相乳液聚合得到。
如上所述的钻井液，其中，所述有机胺抑制剂由脂肪胺类、环氧丙烷、环氧丁烷，季铵盐类阳离子单体聚合得到。
如上所述的钻井液，其中，所述阳离子改性植物胶由植物纤维，季铵盐类阳离子单体反应得到。
如上所述的钻井液，其中，所述钻井液的密度为1.10-1.50g/cm3。
本发明还提供一种任一所述的钻井液的制备方法，包括以下步骤：
1)向水中加入膨润土、碳酸钠，搅拌均匀后，静止水化，得到膨润土基浆；
2)搅拌下，向所述膨润土基浆依次加入氢氧化钠、包被抑制剂、降滤失剂、有机胺抑制剂、阳离子改性植物胶，得到钻井液前体；
3)向所述钻井液前体中加入重晶石，搅拌，得到所述钻井液。
如上所述的钻井液的制方法，其中，所述静止水化的时间为8-12h。
如上所述的钻井液的制方法，其中，步骤1)-3)中，搅拌的转速为60-80r/min。
本发明的实施，至少具有以下优势：
1、本发明的钻井液阳离子浓度高达10000mg/L以上，能够靠静电作用把粘土结合在一起，从而有利于地层的稳定；
2、本发明的钻井液电动电位为-21mV±5mV，接近地层粘土矿物电动点位(-10mV～-27mV)，能够使地层中的粘土物质处于弱分散状态，因而能够大幅度抑制粘土矿物的水化膨胀和分散，有利于稳定井壁；
3、本发明的钻井液在150℃高温下稳定不分解，从而能够有效解决高分子聚合物高温降解而引起的钻井液维护处理难度大的问题；
4、本发明的钻井液在高盐高钙以及固相污染含量高的环境中具有稳定的流动性能，因此，高盐高钙以及固相污染含量高的环境不会对钻井液的封堵性能造成影响；
5、本发明的钻井液能够根据需要由淡水泥浆转换为盐水泥浆，转换过程中不会引起粘度增加过快，因此转换过程容易操作，且泥浆性能变化容易控制，减少了废弃淡水泥浆的排放，减少了固排污染，节约泥浆耗费，降低钻井成本；
6、本发明钻井液的阳离子度的维持和提高简易方便，因此在现场施工作业过程中可根据钻井液体系中阳离子的浓度，随时补充阳离子处理剂，从而确保钻井液性能的稳定。
附图说明
图1为本发明钻井液的制备方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种钻井液，按照质量份包括以下组分：降滤失剂3-5份，包被抑制剂0.1-0.5份，有机胺抑制剂0.8-1.2份，阳离子改性植物胶1-3份，重晶石10-60份，膨润土2-3份，碳酸钠0.2-0.3份，氢氧化钠0.1-0.2份，水100份。
本发明提供的钻井液，组成简单，生产成本低，对原料要求不高，由于其特殊的组分使本发明的钻井液具有密度低、剪切性能良好，黏度低的特点，并且具有显著的抑制防塌性能和封堵防塌性能，从而能够达到稳定地层、提高钻井速度的目的。
其中，抑制防塌性能是指本发明的钻井液中的功能原料能够进入地层的粘土颗粒的缝隙中，对粘土颗粒起到支撑的作用，从而避免地层开裂，提高地层的稳定性；
封堵防塌性能是指本发明的钻井液中的功能原料能够对地层中已经开裂的裂缝表面进行涂覆，从而避免由于压力过大造成裂缝继续开裂引起的地层垮塌，提高地层的稳定性。
钻井液滤失量过大，易引起地层的膨胀和垮塌，造成井壁不稳定。钻井液和滤液侵入地层，引起粘土膨胀，堵塞地层油气流通道也会损害产层，因此，适当降低滤失量是钻进液的重要性能之一。本发明的钻井液中，降滤失剂能够吸附在粘土表面形成吸附层，从而阻止粘土颗粒絮凝变大，增加了细颗粒的比例，有利于致密泥饼的形成，从而降低了滤失量以使井壁稳定。在本发明中，降滤失剂可以选用2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸与碳酸二甲酯的共聚产物。
本发明中的包被抑制剂是一种大分子量的且带正电荷的聚合物，其吸附力强、分子链长，能在井壁形成水合物吸附层，即包被，不仅会阻止钻井液的水进入地层，也会阻止和减弱自由水分子与钻屑和井壁周围的黏土矿物相接触，进而达到了稳定井壁和保护储层的效果。同时，当形成包被后，还能够减缓钻屑颗粒由于机械碰撞而发生的破碎，促使黏土颗粒不再分散成更细小的颗粒，以利于地面机械清除，从而实现钻井液的低密度、低固相以提高钻速。
有机胺抑制剂能够不仅能够作用于粘土表面，而且能够穿透粘土夹层，通过阳离子交换方式解吸附粘土上带水化膜的阳离子，中和粘土颗粒上部分负电荷，降低粘土的亲水性能。并且利用静电、氢键多点链接束缚相邻粘土片层，降低粘土层间距，从而抑制粘土的膨胀。
阳离子改性植物胶是一种胶状物，在钻井液中主要通过高温(＞60℃)软化其中细颗粒，具有很好的封堵地层微裂缝、微孔隙作用，从而加固井壁。
本发明的重晶石为硫酸钡，主要用于调节钻井液的密度，可以根据不同待开采地层的特点，通过调节本发明的重晶石在钻井液中的用量以控制钻井液的实际密度，从而能够更加有针对性的处理各种待开采地层。
此外，本发明的钻井液的原料中，膨润土和碳酸钠的组合，能够使膨润土的层状结构更加显著，使其具有较大的比表面积，从而进一步改善其吸附性能。该吸附性能能够使得上述几种功能原料自行排列成立体网状结构的凝胶，而不发生沉降和水析离。
本发明的钻井液除了由上述原料组成外，还分别对各个原料的比例进行了限定，不仅有利于进一步降低钻井液的黏度以及重量，更是加强了钻井液的抑制性能和封堵性能，从而有利于维持井壁稳定，提高钻井速度。
此外，在本发明钻井液的实际应用过程之前，无需对井内的淡水泥浆进行大量排放，可以向井下直接注入本发明钻井液使井下的淡水泥浆转化为盐水泥浆。原因在于本发明特定组成的钻井液在于淡水泥浆混合的过程中，不会使井下液体粘度增加过快，因此转换过程容易操作，且泥浆性能变化容易控制。因此本发明的钻井液还能够减少废气淡水泥浆的排放，降低固排污染，节约钻井成本。
进一步，本发明组成的钻井液具有较高的阳离子浓度。具体地，可以通过对上述原料的比例进行调节，使钻井液的阳离子浓度为10000-13000mg/L。
该阳离子浓度能够高效中和粘土表面的负电荷，降低粘土颗粒的电位，从而抑制粘土的水化效应，降低了粘土矿物的分散和膨胀作用，提供极强的抑制井壁垮塌的能力。
进一步，所述降滤失剂由褐煤、碳酸二甲酯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、苯酚、甲醛、氢氧化钠、纯碱、季铵盐类阳离子单体在高温条件下接枝聚合得到。
进一步地，所述包被抑制剂由碳酸二甲酯、丙烯酰胺、丙烯酸、季铵盐类阳离子单体经反相乳液聚合得到。
其中，上述反向乳液聚合方法与现有反向乳液聚合方法相同。
进一步地，所述有机胺抑制剂由脂肪胺类、环氧丙烷、环氧丁烷，季铵盐类阳离子单体聚合得到。
其中，脂肪胺类优选碳原子个数为8-10的直链脂肪胺。
进一步地，所述阳离子改性植物胶由植物纤维，季铵盐类阳离子单体反应得到。
进一步地，本发明的钻井液的密度为1.10-1.50g/cm3。该密度能够适应各种待开发的地层。
本发明还提供一种上述任一所述的钻井液的制备方法。
图1为本发明钻井液的制备方法流程图，请参考图1，钻井液的制备方法包括：
S101：向水中加入膨润土、碳酸钠，搅拌均匀后，静止水化，得到膨润土基浆；
S102：搅拌下，向膨润土基浆依次加入氢氧化钠、包被抑制剂、降滤失剂、有机胺抑制剂、阳离子改性植物胶，得到钻井液前体；
S103：向钻井液前体中加入重晶石，搅拌，得到钻井液。
上述制备方法中的所有原料的比例与前述钻井液的原料比例相同。
在S101中，需要完成对膨润土的静止水化处理，即，将膨润土、碳酸钠与水混合并搅拌，使膨润土吸水膨胀，从而得到膨润土基浆。
其中，碳酸钠用于促使膨润土水化分散。
为了能够使水分进入膨润土分子的矿物层间距中从而更好的为其他原料提供附着基体，可以适当控制静止水化的时间，具体可控制静止水化的时间为8-12h。
然后，在S102中，按照钻井液的组分要求，搅拌下，向膨润土基浆中加入氢氧化钠、包被抑制剂、降滤失剂、有机胺抑制剂、阳离子改性植物胶，得到钻井液前体。
随后，向钻井液前体中加入重晶石调节体系密度，直至体系密度符合要求后停止加入重晶石，搅拌均匀，即得到本发明的钻井液。
在上述制备过程中，S101-S103中的搅拌转速为60-80r/min。其中，S101-S103的搅拌转速可各不相同。
值得注意的是，在上述制备方法的基础上，本发明的钻井液在实验室中的制备方法和在钻井施工现场的制备方法基本相同，唯一不同的是，在钻井施工现场的制备方法中，可利用加重漏斗向水中加入膨润土、碳酸钠，从而得到膨润土基浆。
本发明的特殊组成的钻井液，具有抗高温150℃、抑制防塌性能强、封堵防塌性能强、低黏切、低密度的特点。该钻井液可应用到各种地层钻井中，达到维持地层稳定、提高钻井速度的目的，解决因储层中粘土矿物水化膨胀的问题，避免了钻井和固井工作中可能出现的隐患，有效的提升了钻井速度，降低了钻井成本、保证了钻井安全。
以下，通过具体实施例对本发明钻井液及其制备方法进行详细介绍。
实施例1
本实施例的钻井液按照质量份数包括如下组分：
降滤失剂：4.8份，
包被抑制剂：0.5份，
有机胺抑制剂：1份
阳离子改性植物胶：2份
重晶石：15份
膨润土：3份
碳酸钠：0.2份
氢氧化钠：0.1份
水100份。
其中，降滤失剂由褐煤、碳酸二甲酯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、苯酚、甲醛、氢氧化钠、纯碱、季铵盐类阳离子单体在62-68℃接枝聚合得到。
包被抑制剂由碳酸二甲酯、丙烯酰胺、丙烯酸、季铵盐类阳离子单体经反相乳液聚合得到。
有机胺抑制剂由脂肪胺类(碳原子个数为8-10的直链脂肪胺的混合物)、环氧丙烷、环氧丁烷，季铵盐类阳离子单体聚合得到。
阳离子改性植物胶由植物纤维，季铵盐类阳离子单体反应得到。
经检测，上述组成的钻井液中阳离子浓度为11800mg/L。
本实施例的钻井液的制备方法包括以下步骤：
1)向水中加入膨润土、碳酸钠，60-80r/min下搅拌均匀后，静止水化24h，得到膨润土基浆；
2)控制搅拌转速为60-70r/min下，向膨润土基浆依次加入氢氧化钠、包被抑制剂、降滤失剂、页岩抑制剂有机胺、封堵防塌剂阳离子改性植物胶，得到钻井液前体，密度为1.14g/cm3；
3)向钻井液前体中加入重晶石至产物体系的密度为1.20g/cm3后，在转速60-70r/min搅拌，得到本实施例的钻井液。
对本实施例的钻井液分别进行以下测试：
1、将上述实施例的钻井液进行老化处理，其中，老化处理包括在150℃的恒温箱中热滚16h和48h，按照GB/T 16783.1标准，测定该实施例的钻井液在老化前与老化后的流变性(包括表观粘度AV、塑性黏度PV、动切力YP、静切力Gel、API滤失量FLAPI，测试温度为50℃)、高温高压滤失量FLHTHP(测定条件为150℃、3.5MPa)。
上述测量结果见下表1。
表1
实验条件 AV/mPa·s PV/mPa·s YP/Pa Gel/Pa FL<sub>API</sub>/mL FL<sub>HTHP</sub>/mL
老化前 35.5 24 11.5 3/7 3.8 10.2
老化16h 34.5 25 9.5 2.5/6 4.0 10.2
老化48h 34 24 10 3/5.5 3.9 10.8
由表1可知：配制的钻井液性能稳定，老化16小时和48小时后性能和老化前基本一致，稳定性十分出色。
2、将本实施例的钻井液分别在100℃、120℃、140℃、150℃下热滚16h后取出，按照GB/T 16783.1标准，测定该实施例的钻井液在热滚前后以及各个温度下热滚后的流变性(包括表观粘度AV、塑性黏度PV、动切力YP、静切力Gel、API滤失量FLAPI)。
上述测试结果见表2。
表2
Figure BDA0002033246280000081
Figure BDA0002033246280000091
由表2可知：
1)、本实施例的钻井液在高温热滚后钻井液流变性变化不大，切力稍有下降，滤失量有所增大，但性能都没有突变，因此，本发明的高钻井液抗温性能满足深井钻井要求；
2)、从API滤失量可看出，本发明的钻井液体系具备良好的封堵防塌性能。
3、将本实施例的钻井液分为三组，向第一组钻井液中加入质量为钻井液质量25％的氯化钠，向第二组钻井液中加入质量为钻井液质量6％的硫酸钙，向第三组钻井液中加入质量为钻井液质量5％的岩屑粉，并且以未添加的钻井液作为对照，按照GB/T 16783.1标准，测定三组钻井液的流变性(包括表观粘度AV、塑性黏度PV、动切力YP、API滤失量FLAPI)、高温高压滤失量FLHTHP(测定条件为150℃、3.5MPa)。
上述测试结果见表3。
表3
AV/mPa·s PV/mPa·s YP/Pa FL<sub>API</sub>/mL FL<sub>HTHP</sub>/mL
对照 35.5 24 11.5 3.8 10.2
第一组 26 19 7 5.0 13.8
第二组 42 29 13 4.6 10.8
第三组 46.5 32 14.5 3.6 9.6
由表3可知：本发明的钻井液对钻遇大段盐膏层和软泥岩时，钻井液中盐膏量增加和固相含量增加有一定免疫能力，该钻井液流动性能有一定波动，但是不影响钻井，根据滤失量和高温高压滤失量可以看出，本发明在膏盐、高钙以及高固环境中依然具有良好的封堵防塌性能。
4、抑制防塌性能的评价
取用目前最成熟的钻井液(聚磺钻井液)与高阳离子度钻井液进行抑制性能对比，聚磺钻井液配方：清水+4％膨润土粉+0.4％K-PAM+0.3％CMC+0.2％XY-27+0.5％NaHPAN+2％FT-1+2％SPNH+2％SMP-2+0.5％DF-1+重晶石，钻井液密度配制为1.20g/cm3，配方中用到的所有化学处理剂均为市场流通的常规处理剂。
分别用聚磺钻井液滤液和高阳离子度强抑制强封堵钻井液进行收集滤液(API滤失量)5mL以上，用NP-1A型页岩膨胀仪(青岛海通达)测试滤液对岩心的膨胀率，膨胀率越低，抑制粘土水化分散和膨胀效果越好。注：岩心粉10g(膨润土粉)，用YLJ600型压力机在5MPa压力下压10分钟制作人造岩心。
测试结果见表4。
表4
液体 岩芯筒膨胀前高度(mm) 岩芯膨胀高度(mm) 膨胀率(％)
蒸馏水 12.51 4.52 36.13％
聚磺钻井液滤液 12.45 2.87 23.05％
阳离子钻井液滤液 12.57 1.57 12.49％
表4可知，本实施例的钻井液膨胀率仅为12.49％，远低于聚磺钻井液和清水，抑制性表现出色。
5、将本实施例的钻井液在新疆自治区吐哈油田马218H井和马7601H(水平井)应用，应用井段实现零复杂。
具体试验结果见表5。
Figure BDA0002033246280000101
由表5可知：高阳离子度强抑制强封堵钻井液在不同地质条件和不同地层压力(孔隙压力、坍塌压力)限制条件下能够满足现场钻井需求，并能确保深井段井壁稳定和安全钻进。
本实施例的钻井液在钻井之初加入，随着井深的增加需要按照本发明的配方配制新钻井液进行补充对，在配制过程中为了适应不同地层段的要求，可能会对初始钻井液的配方进行稍微调整(但仍在本发明给出的钻井液配方范围内)使新配置的钻井液性能(例如密度、阳离子浓度等)能够适应不同地层段的要求。
实施例2
本实施例的钻井液按照质量份数包括如下组分：
降滤失剂：3.5份，
包被抑制剂：0.4份，
有机胺抑制剂：0.8份
阳离子改性植物胶：1.5份
重晶石：30份
膨润土：3份
碳酸钠：0.2份
氢氧化钠：0.1份
水100份。
本实施例中所用降滤失剂、包被抑制剂、有机胺抑制剂、阳离子改性植物胶、重晶石、膨润土、碳酸钠、氢氧化钠等药剂以及钻井液制备步骤与实施例1相同，但药剂比例不同。
经检测，上述组成的钻井液中阳离子浓度为10752mg/L。
上述组成的钻井液前体的密度为1.23g/cm3，向钻井液前体中加入重晶石至产物体系的密度为1.25g/cm3后，在转速60-70r/min搅拌，得到本实施例的钻井液。
对本实施例的钻井液分别进行以下测试：
1、将上述实施例2的钻井液进行老化处理后进行性能测试，测试方法和测试项目与实施例1中的相同。
上述测量结果见下表6。
表6
实验条件 AV/mPa·s PV/mPa·s YP/Pa Gel/Pa FL<sub>API</sub>/mL FL<sub>HTHP</sub>/mL
老化前 29.5 21 8.5 3/6 4.2 11.6
老化16h 32 22 10 2.5/5 4.2 11.8
老化48h 28 19 9 2/5 4.6 12.2
由表6可知：实施例2中钻井液性能在老化16小时和48小时后依然稳定。
2、将本实施例2的钻井液分别在100℃、120℃、140℃、150℃下热滚16h后取出，按照GB/T 16783.1标准，测定该实施例的钻井液在热滚前后以及各个温度下热滚后的流变性(包括表观粘度AV、塑性黏度PV、动切力YP、静切力Gel、API滤失量FLAPI)。
上述测试结果见表7。
表7
实验条件 AV/mPa.s PV/mPa.s YP/Pa Gel/Pa FL<sub>API</sub>/mL
常温 29.5 21 8.5 3/6 4.2
100℃、16h 30 22 8 3/6 4.2
120℃、16h 28 20 8 3/5 4.4
140℃、16h 30 21 9 2.5/5 4.4
150℃、16h 32 22 10 2.5/5 4.2
由表7可知：
1)、本实施例的钻井液在高温热滚后钻井液流变性变化不大，切力稍有下降，滤失量有所增大，性能未发生突变，因此，本发明的高钻井液抗温性能满足深井钻井要求；
2)、从API滤失量可看出，本发明的钻井液体系具备良好的封堵防塌性能。
3、将本实施例2的钻井液分为三组，向第一组钻井液中加入质量为钻井液质量25％的氯化钠，向第二组钻井液中加入质量为钻井液质量6％的硫酸钙，向第三组钻井液中加入质量为钻井液质量5％的岩屑粉，并且以未添加的钻井液作为对照，按照GB/T 16783.1标准，测定三组钻井液的流变性(包括表观粘度AV、塑性黏度PV、动切力YP、API滤失量FLAPI)、高温高压滤失量FLHTHP(测定条件为150℃、3.5MPa)。
上述测试结果见表8。
表8
AV/mPa·s PV/mPa·s YP/Pa FL<sub>API</sub>/mL FL<sub>HTHP</sub>/mL
对照 29.5 21 8.5 4.2 11.6
第一组 23 17 6 5.2 13.8
第二组 38 26 12 4.2 10.2
第三组 42.5 27.5 15 4.1 10.8
由表8可知：本发明的钻井液对钻遇大段盐膏层和软泥岩时，钻井液中盐膏量增加和固相含量增加有一定免疫能力，该钻井液流动性能有一定波动，但不影响钻井，并且根据滤失量和高温高压滤失量可以看出，本发明在膏盐、高钙以及高固环境中依然具有良好的封堵防塌性能。
4、抑制防塌性能评价
取用与实施例1相同配方制备的聚磺钻井液，将密度调整为1.25g/cm3后与本实施例2中的钻井液进行对比。
测试结果见表9。
表9
液体 岩芯筒膨胀前高度(mm) 岩芯膨胀高度(mm) 膨胀率(％)
蒸馏水 12.57 5.01 39.80％
聚磺钻井液滤液 12.33 2.85 23.11％
阳离子钻井液滤液 12.42 1.49 11.99％
表9可知，本实施例的钻井液膨胀率仅为11.99％，远低于聚磺钻井液和清水，抑制性表现出色。
5、现场实施情况
将本实施例的钻井液在新疆自治区吐哈油田条33井三开井段(直井)进行了矿场试验，应用井段实现零复杂。
测试结果见表10。
表10
Figure BDA0002033246280000131
由表10可知：高阳离子度强抑制强封堵钻井液在不同地质条件和不同地层压力(孔隙压力、坍塌压力)限制条件下能够满足现场钻井需求，并能确保深井段井壁稳定和安全钻进。
本实施例的钻井液在钻井之初加入，随着井深的增加需要按照本发明的配方配制新钻井液进行补充对，在配制过程中为了适应不同地层段的要求，可能会对初始钻井液的配方进行稍微调整(但仍在本发明给出的钻井液配方范围内)使新配置的钻井液性能(例如密度、阳离子浓度等)能够适应不同地层段的要求。
实施例3
本实施例的钻井液按照质量份数包括如下组分：
降滤失剂：5份，
包被抑制剂：0.5份，
有机胺抑制剂：1份
阳离子改性植物胶：3份
重晶石：30份
膨润土：3份
碳酸钠：0.25份
氢氧化钠：0.15份
水100份。
本实施例3中所用降滤失剂、包被抑制剂、有机胺抑制剂、阳离子改性植物胶、重晶石、膨润土、碳酸钠、氢氧化钠等药剂以及钻井液制备步骤与实施例1、2相同，但药剂比例不同。
经检测，上述组成的钻井液中阳离子浓度为12100mg/L。
上述组成的钻井液前体的密度为1.23g/cm3，向钻井液前体中加入重晶石至产物体系的密度为1.27g/cm3后，在转速60-70r/min搅拌，得到本实施例3的钻井液。
对本实施例的钻井液分别进行以下测试：
1、将上述实施例2的钻井液进行老化处理后进行性能测试，测试方法和测试项目与实施例1、2中的相同。
上述测量结果见下表11。
表11
Figure BDA0002033246280000141
Figure BDA0002033246280000151
由表11可知：实施例3中钻井液性能在老化16小时和48小时后依然稳定。
2、将本实施例3的钻井液分别在100℃、120℃、140℃、150℃下热滚16h后取出，按照GB/T 16783.1标准，测定该实施例的钻井液在热滚前后以及各个温度下热滚后的流变性(包括表观粘度AV、塑性黏度PV、动切力YP、静切力Gel、API滤失量FLAPI)。
上述测试结果见表12。
表12
实验条件 AV/mPa.s PV/mPa.s YP/Pa Gel/Pa FL<sub>API</sub>/mL
常温 38.5 27.5 11 4/8 2.8
100℃、16h 39 28 11 4/8 2.8
120℃、16h 38 28 10 4/8 3.0
140℃、16h 40 29 11 4/8 3.0
150℃、16h 40.5 30 10.5 4/9 3.2
由表12可知：
1)、本实施例的钻井液在高温热滚后钻井液流变性变化不大，滤失量略有增大，性能十分稳定，因此，本发明的高钻井液抗温性能满足深井钻井要求；
2)、从API滤失量可看出，本发明的钻井液体系具备良好的封堵防塌性能。
3、将本实施例3的钻井液分为三组，向第一组钻井液中加入质量为钻井液质量25％的氯化钠，向第二组钻井液中加入质量为钻井液质量6％的硫酸钙，向第三组钻井液中加入质量为钻井液质量5％的岩屑粉，并且以未添加的钻井液作为对照，按照GB/T 16783.1标准，测定三组钻井液的流变性(包括表观粘度AV、塑性黏度PV、动切力YP、API滤失量FLAPI)、高温高压滤失量FLHTHP(测定条件为150℃、3.5MPa)。
上述测试结果见表13。
表13
Figure BDA0002033246280000152
Figure BDA0002033246280000161
由表13可知：本发明的钻井液对钻遇大段盐膏层和软泥岩时，钻井液中盐膏量增加和固相含量增加有一定免疫能力，该钻井液流动性能有一定波动，但不影响钻井，并且根据滤失量和高温高压滤失量可以看出，本发明在膏盐、高钙以及高固环境中依然具有良好的封堵防塌性能。
4、抑制防塌性能评价。
取用与实施例1、2相同配方制备的聚磺钻井液，将密度调整为1.27g/cm3后与本实施例2中的钻井液进行对比。
测试结果见表14。
表14
Figure BDA0002033246280000162
由表14可知，本实施例的钻井液膨胀率仅为12.31％，远低于聚磺钻井液和清水，抑制性表现出色。
5、现场实施情况
将本实施例的钻井液在新疆自治区吐哈油田玉西1-101H井进行了矿场试验，应用井段实现零复杂。
具体试验结果见表15。
表15
Figure BDA0002033246280000163
由表15可知：高阳离子度强抑制强封堵钻井液在该井应用两次，在中途井深3846m回填后从3500m继续钻进至4320m，充分证明了该钻井液在面对深井和复杂地质条件下能够确保钻井过程的顺利。
本实施例的钻井液在钻井之初加入，随着井深的增加需要按照本发明的配方配制新钻井液进行补充对，在配制过程中为了适应不同地层段的要求，可能会对初始钻井液的配方进行稍微调整(但仍在本发明给出的钻井液配方范围内)使新配置的钻井液性能(例如密度、阳离子浓度等)能够适应不同地层段的要求。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种钻井液，其特征在于，按照质量份包括以下组分：降滤失剂3-5份，包被抑制剂0.1-0.5份，有机胺抑制剂0.8-1.2份，阳离子改性植物胶1-3份，重晶石10-60份，膨润土2-3份，碳酸钠0.2-0.3份，氢氧化钠0.1-0.2份，水100份。
2.根据权利要求1所述的钻井液，其特征在于，所述钻井液的阳离子浓度为10000-13000mg/L。
3.根据权利要求1所述的钻井液，其特征在于，所述降滤失剂由褐煤、碳酸二甲酯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、苯酚、甲醛、氢氧化钠、纯碱、季铵盐类阳离子单体在62-68℃下接枝聚合得到。
4.根据权利要求1所述的钻井液，其特征在于，所述包被抑制剂由碳酸二甲酯、丙烯酰胺、丙烯酸、季铵盐类阳离子单体经反相乳液聚合得到。
5.根据权利要求1所述的钻井液，其特征在于，所述有机胺抑制剂由脂肪胺类、环氧丙烷、环氧丁烷，季铵盐类阳离子单体聚合得到。
6.根据权利要求1所述的钻井液，其特征在于，所述阳离子改性植物胶由植物纤维，季铵盐类阳离子单体反应得到。
7.根据权利要求1所述的钻井液，其特征在于，所述钻井液的密度为1.10-1.50g/cm3。
8.权利要求1-7任一所述的钻井液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)向水中加入膨润土、碳酸钠，搅拌均匀后，静止水化，得到膨润土基浆；
2)搅拌下，向所述膨润土基浆依次加入氢氧化钠、包被抑制剂、降滤失剂、有机胺抑制剂、阳离子改性植物胶，得到钻井液前体；
3)向所述钻井液前体中加入重晶石，搅拌，得到所述钻井液。
9.根据权利要求8所述的钻井液的制方法，其特征在于，所述静止水化的时间为8-12h。
10.根据权利要求8所述的钻井液的制备方法，其特征在于，步骤1)-3)中，搅拌的转速为60-80r/min。
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