CN112778989B

CN112778989B - 一种超高温海水钻井液

Info

Publication number: CN112778989B
Application number: CN202110090159.7A
Authority: CN
Inventors: 熊正强; 邹志飞; 陶士先; 付帆; 李晓东; 李艳宁
Original assignee: Beijing Institute of Exploration Engineering
Current assignee: Beijing Institute of Exploration Engineering
Priority date: 2021-01-22
Filing date: 2021-01-22
Publication date: 2022-04-12
Anticipated expiration: 2041-01-22
Also published as: CN112778989A

Abstract

本发明提供了一种超高温海水钻井液，由如下重量份数的组分组成：海水100份，氢氧化钾0.5～1份，钠基膨润土3～5份，改性硅酸镁铝2～3份，高温降滤失剂3～7份，高温防塌剂2～4份和高温稳定剂3～5份。本发明的海水钻井液抗温可达250℃，在高温条件下具有良好的稳定性、流变性与降滤失性能；本发明超高温海水钻井液配制简单，适合深海油气勘探与大洋科学钻探现场使用。

Description

一种超高温海水钻井液

技术领域

本发明涉及深海油气勘探及大洋科学钻探中的钻井液技术领域，特别涉及一种超高温海水钻井液。

背景技术

随着深海油气勘探开发及大洋科学钻探工程实施，钻遇地层温度越来越高，这对海水钻井液抗温性能提出了更高的要求。采用海水配制钻井液时，要求处理剂必须具备良好的抗盐性能，否则由于胶体稳定性差钻井液会出现分层。海水钻井液中的各种组分在高温下会发生增稠、降解、交联与胶凝等变化，导致钻井液流变性恶化、滤失量变大、携带能力变差等问题，严重时甚至会导致钻井作业无法正常进行。大洋深部硬岩地层可能较为破碎，要求高温海水钻井液具备良好的防塌护壁性能。因此，研发配方简单、热稳定性好、成本低，且满足深海钻探工程技术要求的高温海水钻井液是当前钻井液技术领域的重要发展方向。

现有的高温海水钻井液技术中，多以膨润土、凹凸棒土等为造浆材料，辅以聚合物降滤失剂、磺化类材料等处理剂来调节钻井液性能，如：

中国专利CN 111423858 A公开了一种高温高密度海水基钻井液，其各组分配比为膨润土1～3％，凹凸棒石1～3％，抗高温聚合物降失水剂3～6％，聚合物降粘剂0.15～0.3％，高温保护剂1～2％，抗温润滑剂3～5％，乳化剂0.2～0.5％，碱度控制剂0.15～0.3％，钻井液用加重剂15～40％，纳米封堵剂2～4％，海水36～73％。该钻井液的具有良好的抗钙、镁、劣质土污染的能力，但是其抗温能力为200℃。

中国专利CN 1108193818 A公开了一种抗220℃高温的深水高密度钻井液。按份量：海水100份，0.1～0.2份纯碱，0.2～0.3份烧碱，1.2～1.5份膨润土，0.2～0.3份流型调节剂，2.0～3.0份增粘提切剂，5.0～8.0份抗高温降滤失剂，2.0～4.0份抗高温防塌剂，15.0～20.0水合物抑制剂，420份～650份加重剂。该钻井液抗温能力可达到220℃，性能稳定性好。

中国专利CN 105131915 A公开了一种抗高温高密度无固相甲酸盐钻井液。按组分的质量分数制备：0.8～1.1％增粘剂、1～2％降滤失剂、1～2％第一暂堵剂、1.4～2.2％第二暂堵剂、0.4～0.9％缓冲剂、0.1～0.4％抗氧化剂、45～87％加重剂、余量为海水。该钻井液具有良好的抑制性、润滑性和悬浮稳定性，但是其抗温能力只达到200℃。

中国专利CN 108641683 B公开了一种抗高温高矿化度高密度水基钻井液及其应用，该发明的钻井液由水、膨润土、抗高温降滤失剂、磺甲基酚醛树脂SMP-Ⅱ、磺化褐煤树脂SPNH、磺化沥青、磺化褐煤、氯化钾和石墨组成。该钻井液在饱和氯化钠溶液、1wt％氯化钙条件下，220℃热滚老化之后，仍然具有较低的API滤失量和高温高压滤失量。

因此，亟需研发一种超230℃高温海水钻井液。

发明内容

针对高温高压下海水钻井液稳定性差、流变性和滤失性控制难等问题，本发明提供了一种超高温海水钻井液。

一种超高温海水钻井液，其特征在于，包括如下重量份数的组分：

所述高温降滤失剂为质量比为1:1～2:1的有机改性硅酸镁锂聚合物和磺酸盐共聚物DSP-1的混合物；

所述高温防塌剂为质量比为2:5:3的玄武岩纤维、埃洛石纳米管和高软化点聚酰胺树脂粉末的混合物；

所述高温保护剂为质量比为15:1～20:1的硫代硫酸钠和α-烯烃磺酸盐的混合物。

优选地，所述有机改性硅酸镁锂聚合物为N-乙烯基己内酰胺、马来酸酐与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠单体聚合改性硅酸镁锂的聚合物，粘均分子量为200000-300000。

本发明所述的超高温海水钻井液，抗温能力达250℃，而且具有良好的高温稳定性、流变性和降滤失等性能，其中压滤失量≤8mL，高温高压滤失量≤40mL。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

(1)全部采用无毒环保材料配制超高温海水钻井液，不会污染破坏海洋环境。

(2)以改性硅酸镁铝作为悬浮剂，提高钠基膨润土在海水钻井液中的悬浮稳定性，再利用不同高温降滤失剂等处理剂协同增效、α-烯烃磺酸盐提高处理剂高温下的亲水能力及硫代硫酸钠除氧提高聚合物的耐温性能作用，进一步提升海水钻井液耐温能力，实现本发明的超高温海水钻井液抗温达250℃。而且，本发明的超高温海水钻井液具有良好的高温稳定性、高温流变性和降滤失效果。

(3)本发明钻井液配方简单，易于配制和维护。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例中所用的材料均可从商业途径获得。

本发明中，所述氢氧化钾为常用的工业级氢氧化钾，如河南华硕化工产品有限公司、济南金昊化工有限公司和山东飞硕科技有限公司生产的氢氧化钾。氢氧化钾可以与海水中钙离子、镁离子反应，降低高价阳离子对钠基膨润土、聚合物处理剂的影响。氢氧化钾还可以调节钻井液pH值。

本发明中，所述钠基膨润土是经过钠化改性后的钻井级膨润土，如河北宣化燕北矿业有限公司、内蒙古宁城天宇膨润土科技有限公司生产的钻井级膨润土。

本发明中，所述改性硅酸镁铝为广州利美达进出口商贸有限公司在售的改性硅酸镁铝产品。改性硅酸镁铝作为悬浮剂，提高钠基膨润土颗粒在海水钻井液中的悬浮稳定性。

本发明中，所述有机改性硅酸镁锂聚合物是以硅酸镁锂、N-乙烯基己内酰胺(NVC)、马来酸酐(MA)与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠(AMPS)为原料，采用溶液聚合法，以0.1％偶氮二异丁腈为引发剂，合成一种有机改性硅酸镁锂的聚合物，粘均分子量为200，000-300,000。有机改性硅酸镁锂聚合物具有优良的抗高温抗盐降滤失性能，北京探矿工程研究所有售，代号GHFA。

本发明中，所述高温降滤失剂磺酸盐共聚物DSP-1购买于山东德顺源石油科技有限公司。

本发明中，所述高温防塌剂北京探矿工程研究所有售，代号GPC-220。

本发明中，所述α-烯烃磺酸盐作用是提高处理剂高温下的亲水能力，所述α-烯烃磺酸盐为α-烯烃由无水硫酸磺化制得，如南通润丰石油化工有限公司、安徽安庆南风日化有限公司生产的α-烯烃磺酸盐。

本发明中，所述硫代硫酸钠作用是作为还原剂，减少钻井液中的活性氧，提高聚合物的耐温性能。硫代硫酸钠是常见硫代硫酸盐，如济宁蓝星化工有限公司、淄博双欧化工有限公司生产的硫代硫酸钠。

实施例1

(1)超高温海水钻井液配方：

(2)配制方法：取400mL海水于搅拌杯中，将氢氧化钾加入海水中搅拌5min，再将钠基膨润土、改性硅酸镁铝加入海水中搅拌20min，配制海水基浆，密封并且在常温下静止养护16h；在8000转/分钟搅拌速度下向盛有基浆的高搅杯中依据配方依次加入有机改性硅酸镁锂聚合物、高温防塌剂、α-烯烃磺酸盐、硫代硫酸钠和磺酸盐共聚物DSP-1，继续高速搅拌20min制得超高温海水钻井液。

(3)对制得的钻井液性能进行测试：

(a)采用六速旋转粘度计及中压滤失仪测试室温下配制出的超高温海水钻井液的流变性能及中压滤失量。

(b)将钻井液装入老化罐中，在250℃老化16小时，冷却至室温，移入高搅杯中搅拌5分钟。分别采用六速旋转粘度计、中压滤失仪和高温高压滤失仪测试高温老化后钻井液的表观粘度(AV)、动塑比、中压滤失量和高温高压滤失量，结果表1所示。

表1实施例1中超高温海水钻井液性能测试结果

实施例2

(1)超高温海水钻井液配方：

(2)配制方法：取400mL海水于搅拌杯中，将氢氧化钾加入海水中搅拌5min，再将钠基膨润土、改性硅酸镁铝加入海水中搅拌20min，配制海水基浆，密封并且在常温下静止养护16h；在8000转/分钟搅拌速度下向盛有基浆的高搅杯中依据配方依次加入有机改性硅酸镁锂聚合物、高温防塌剂、α-烯烃磺酸盐、硫代硫酸钠和磺酸盐共聚物DSP-1，高速搅拌20min，最后加入重晶石加重至钻井液的密度为1.5g/cm³，继续搅拌20分钟制得超高温海水钻井液。

(3)对制得的钻井液性能进行测试：

(b)将钻井液装入老化罐中，在250℃老化16小时，冷却至室温，移入高搅杯中搅拌5分钟。分别采用六速旋转粘度计、中压滤失仪和高温高压滤失仪测试高温老化后钻井液的表观粘度(AV)、动塑比、中压滤失量和高温高压滤失量，结果表2所示。

表2实施例2超高温海水钻井液性能测试结果

表1和表2数据表明，实施例1和实施例2制得的海水钻井液经250℃高温老化16h后中压滤失量及高温高压滤失量低，而且流变性能稳定。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

Claims

1.一种超高温海水钻井液，其特征在于，包括如下重量份数的组分：

海水 100份；

氢氧化钾 0.5~1份；

钠基膨润土 3~5份；

改性硅酸镁铝 2~3份；

高温降滤失剂 3~7份；

高温防塌剂 2~4份；

高温保护剂 3~5份；

所述高温降滤失剂为质量比为1:1~2:1的有机改性硅酸镁锂聚合物和磺酸盐共聚物DSP-1的混合物；所述有机改性硅酸镁锂聚合物为N-乙烯基己内酰胺、马来酸酐与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠单体聚合改性硅酸镁锂的聚合物；

所述高温保护剂为质量比为15:1~20:1的硫代硫酸钠和α-烯烃磺酸盐的混合物。

2.如权利要求1所述的一种超高温海水钻井液，其特征在于，所述有机改性硅酸镁锂聚合物的粘均分子量为200000-300000。