CN113073952B - 一种淀粉基钻井液的现场处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种淀粉基钻井液的现场处理工艺，包括混合调整、性能维护、油层保护、完井准备等步骤，利用此处理工艺可简化钻井液处理，不发生钻井液性能大幅波动，易于性能维护，提高钻井液抗温封堵防塌效果，有利于深井油气发现，同时有利于环境保护，降低劳动强度，实现节能环保要求。

Description

一种淀粉基钻井液的现场处理工艺

技术领域

本发明属于石油钻井工程技术领域，具体涉及一种可用于环境敏感地区深井钻井作业的淀粉基钻井液的现场处理工艺。

背景技术

近年来，石油天然气勘探行业逐步向深层次难动用隐蔽性油藏发展，同时受地面条件需要，施工中要求钻井液具有良好的抗高温环保、封堵防塌性能。

目前国内对深井钻井仍采用以“三磺”材料为核心处理剂的钻井液体系，该体系具有良好的抗温封堵防塌性能，能有效的防止深井井下复杂的发生。但由于上述钻井液体系受现场处理工艺局限，该体系中“三磺”材料形态呈粉末状，在转化过程中对人员及环境会造成粉尘伤害，同时钻废物处理难以达到环保标准，污水成分更加复杂，各项污染指标严重超标。

CN201610440864.4公开了一种抑制防塌钻井液的现场处理工艺，利用此处理方法可方便地进行碳酸钾聚醚醇钻井液的现场处理，而不发生钻井液性能大幅度波动，聚合物易溶胀，转化时处理含量5％-10％，每日维护含量1％-2％，劳动强度大，该发明未解决抗高温和材料消耗多的问题。

CN201610445864.3公开了环保型聚醚醇胺钻井液的现场处理工艺，转化时需要控制原井浆中的膨润土含量在25-35g/l之间，增加转化难度，其次抗温在150℃左右。该发明未能解决体系易于转化以及抗180℃老化问题。

淀粉作为重要的天然产物，具有来源广、无毒、易改性和易生物降解等优点，是环保类钻井液处理剂的热点研究方向之一。但目前的淀粉类降滤失剂抗温能力有限，普遍在100～130℃，难以适应高温深层钻井的要求。CN201611055180.9公开了一种环保水基钻井液及其制备方法。该钻井液包括水100份、膨润土1-5份、碳酸钠0.05-0.4份、降滤失剂A0.5-3份、降滤失剂B0.2-3份、提粘切剂0.1-1份、抑制剂0.5-4份、润滑剂1-5份、微纳米颗粒封堵剂2-6份、加重材料0-200份。但该钻井液抗温能力也仅有150℃。

在生态油田发展新形势下，环保压力更大，油藏埋深更深，对钻井液提出了更高要求。因此，开展一种具有经济、环保、抗高温、抗老化、封堵性能效果突出的钻井液现场施工处理工艺，在深井安全钻探和深层油藏油气发现具有良好的应用前景。

发明内容

针对油田深井安全钻探和深层油藏开发难题，提供一种既能满足环保开发，又能满足现场钻井液抗高温、抗老化且防塌效果突出的处理工艺。

本发明的技术方案如下：

一种淀粉基钻井液的现场处理工艺，包括如下步骤：

S1.施工准备:钻至2800m后，对钻井液性能进行调整，密度满足地层压力和井筒安全需要，膨润土含量控制在30-65g/l，粘切降低至PV为12-20mPa.s，YP为4-8Pa。

S2.混合调整：2800m≤井段＜3500m阶段，直接转化为淀粉基钻井液体系，在转化过程中一次性加入0.5-1wt％抗高温环保淀粉；3500m≤井段＜4500m阶段，直接补充0.1-0.2wt％抗高温环保淀粉；井段≥4500m阶段，直接补充0.2-0.3wt％抗高温环保淀粉；同时根据钻井液抗温流型情况，加入0.2-0.5wt％甲基硅油调节流型。

S3.性能维护:转化时一次性加入100-200kg抗高温环保淀粉；转化成功后，每钻进100±1m，加入25-50kg抗高温环保淀粉；钻井液抗温流型调整过程，每钻进200±1m，加入50-100kg甲基硅油调节流型。

S4.油层保护：进入储层前50m，保持抗高温环保淀粉占为钻井液的质量百分比为0.5％，并配加0.5-2wt％淀粉微球。

优选地，还包括以下步骤：

S5.完井准备:电测和下套管前根据井筒润滑防卡及井壁稳定需要，添加抗高温环保淀粉0-0.3wt％和生物润滑剂0.2-0.5wt％。

优选地，S2的井段≥4500m阶段，当钻遇泥页岩时，直接添加0.2-0.5wt％聚胺抑制剂以及0.5-2％wt聚合醇防塌剂。

优选地，S3中钻遇泥页岩时，每钻进100±1m，加入50-100kg环保性防塌剂和100-200kg聚合醇防塌剂。

优选地，所述抗高温环保淀粉是由具有刚性基团、阴离子水化基团和阳离子抑制基团的高性能聚合单体通过接枝改性淀粉制备得到的。

优选地，高性能聚合单体的分子量小于300，加入量2％-20％；淀粉含量在30％-80％，其余含量为小分子量聚合单体。高性能聚合单体为DMAPS(甲基丙烯酰氧乙基-N,N-二甲基丙磺酸盐)、DAPS(N，N-二甲基烯丙基胺丙磺酸盐)、VPPS(4-乙烯基吡啶丙磺酸盐)、MAPS(N-甲基二烯丙基丙磺酸盐)、MABS(N-甲基二烯丙基丁磺酸盐)中的一种或几种。小分子量聚合单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、N、N-二甲基丙烯酰胺、N、N-二乙基丙烯酰胺等。

优选地，将淀粉溶解于水中在60-90℃下反应60min，而后降温备用。将高性能聚合单体中的一种或几种充分溶解于水中，加入至淀粉溶液，加入引发剂，引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠等，添加量为反应液体总量的0.1-1wt％在50-80℃下聚合反应4-5h，即得抗高温改性淀粉。

优选地，生物润滑剂是以植物油或生活废弃油为主要成分经过处理得到的水基润滑剂。

本发明提供的淀粉基钻井液的现场处理工艺与现有处理工艺相比较，具有以下优势：(1)体系易转化，直接加入配方处理剂循环钻进即可，现场不需要停钻；(2)流变性易维护，钻井液性能稳定；(3)抗温达180℃，抗高温、抗老化能力强；(4)封堵防塌能力强，形成的泥饼更加致密，表面光滑，有韧性，钻探过程中，耐钻井液流体冲刷，利于泥页岩井壁稳定；(5)降滤失能力强，与现有体系相比，实施井在相同高温条件下，HTHP滤失量降低17.3％-46.6％，减小钻井液滤液对油气层的伤害，有利于油气发现；(6)现场配制简单，无需特殊装置；(7)劳动强度低，尤其是改性淀粉为液体产品，避免了粉尘伤害，加入方便，快速溶解，节约了处理时间；(8)环境友好，色度浅黄色或浅灰色，为无毒，生物降解性好，比现有体系提高近6倍，更易降解。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

本发明提供的一种淀粉基钻井液的现场处理工艺，包括混合调整、性能维护、油层保护、完井准备，利用此处理工艺可简化钻井液处理，不发生钻井液性能大幅波动，易于性能维护，提高钻井液抗温封堵防塌效果，有利于深层次油气发现，同时有利于环境保护，降低劳动强度，实现节能环保要求。

具体包括混合调整、性能维护、油层保护、完井准备阶段。

现行的混合调整是:2800m≤井段＜3500m(垂深)，按惯例直接转化为聚磺抗高温钻井液体系，在转化过程中一次性加入1-1.5wt％磺化酚醛树脂、1-1.5wt％磺化褐煤；3500m≤井段＜4500m(垂深)，按惯例直接补充1wt％磺化酚醛树脂、1wt％磺化褐煤；井段≥4500m(垂深)，按惯例直接补充1.5wt％磺化酚醛树脂、1.5wt％磺化褐煤；同时根据钻井液抗温流型情况，加入0.5-1wt％磺化丹宁调节流型；钻遇泥页岩时，按惯例直接添加1-1.5wt％沥青类防塌剂，粉尘效应以及荧光级别高。现行方案处理剂加量大，而且会造成环境污染和不利于油气发现。

本发明的混合调整方案是:2800m≤井段＜3500m(垂深)，直接转化为淀粉基钻井液体系，在转化过程中一次性加入0.6wt％抗高温环保淀粉；3500m≤井段＜4500m(垂深)，直接补充0.15wt％抗高温环保淀粉；井段≥4500m(垂深)，直接补充0.25wt％抗高温环保淀粉；同时根据钻井液抗温流型情况，加入0.35wt％甲基硅油调节流型；钻遇泥页岩时，直接添加0.3wt％聚胺抑制剂以及0.7wt％聚合醇防塌剂。本发明的混合调整效果:钻井液配方简化，处理剂加量减少，流变性易控制、封堵防塌效果好，同时降低劳动强度，节能环保。

所述抗高温环保淀粉是由具有刚性基团、阴离子水化基团和阳离子抑制基团的高性能聚合单体通过接枝改性淀粉制备得到的。高性能聚合单体的分子量小于300，加入量15％；淀粉含量在75％，其余含量为小分子量聚合单体。高性能聚合单体为DMAPS(甲基丙烯酰氧乙基-N,N-二甲基丙磺酸盐)，小分子量聚合单体为丙烯酰胺。

将淀粉溶解于水中在80℃下反应60min，而后降温备用。将高性能聚合单体充分溶解于水中，加入至淀粉溶液，加入引发剂，引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠等，在75℃下聚合反应5h，即得抗高温改性淀粉。

现行的性能维护是:转化时一次性加入200-300kg磺化酚醛树脂、200-300kg磺化褐煤；转化成功后，每钻进100±1m，50-100kg磺化酚醛树脂、50-100kg磺化褐煤；钻井液抗温流型调整过程，每钻进200±1m，加入100-200kg磺化丹宁调节流型；钻遇泥页岩时，每钻进100±1m，400-600kg沥青类防塌剂；其不足之处是:处理剂加量大，流变性能不易控制；荧光级别高，影响测录井施工；增加现场人力物力成本。

本发明所述性能维护方案是:转化时一次性加入150kg抗高温环保淀粉；转化成功后，每钻进100±1m，30kg抗高温环保淀粉；钻井液抗温流型调整过程，每钻进200±1m，加入60kg甲基硅油调节流型；钻遇泥页岩时，每钻进100±1m，65kg环保型防塌剂和150kg聚合醇防塌剂；本发明性能维护效果:流变性能稳定，抗温封堵性能强；钻井液配方简化，相关处理剂用量减少，费用减少，维护简便。

现行的油层保护是：进入储层加入沥青类防塌剂和超细碳酸钙。不足之处是：大多沥青类防塌剂荧光超标，不利于油气发现。

本发明所述油层保护方案是：进入储层前50m，保持抗高温淀粉材料占为钻井液总量的0.5％，并配加1％淀粉微球。本发明有利于油气发现。

现行的完井准备是:电测和下套管前按惯例每次都混入植物油和沥青类防塌剂。不足之处是:植物油和沥青类防塌剂加量偏高，分别需要0.5-1wt％和0.5-0.8wt％。

本发明所述完井准备方案是:电测和下套管前根据井筒润滑防卡及井壁稳定需要，决定是否添加抗高温环保淀粉和生物润滑剂。一般配加抗高温环保淀粉0.2wt％和生物润滑剂0.3wt％。采用本发明完井准备方案，与现有体系相比可减少抗高温降滤失剂和润滑剂使用量，减少量为0.3-0.5wt％。

实施例1

SHX84井是SN区块一口重点区域探井，钻探三套层系油气层，存在戴南组、阜三段两套辉绿岩地层漏失风险，阜宁组长井段泥页岩易垮塌、井壁失稳，2958米长裸眼段易粘卡、长裸眼段井眼净化容易形成岩屑床，以及致密油井段8次定层连续取心不卡，不沉砂，不发生堵心的技术难题。为此该井钻至2680米在水基聚合物钻井液基础上转化为抗高温淀粉基钻井液，转化时根据工艺要求配加了0.5％抗高温环保淀粉，0.3％聚胺抑制剂以及1％聚合醇防塌剂，同时按照上述具体实施方式补充配方材料进行性能维护，储层井段配加1.5％淀粉微球保护油气层。转化后一直钻达完钻3552米，实施最高密度1.33g/cm³，API中压滤失量在4.0-4.4ml，140℃HTHP滤失量8-12.4ml，体现深井降滤失能力的同等温度条件下HTHP滤失量比常规体系降低了17.3％-46.6％，强封堵和降滤失性能，助力阜三段良好油气发现，达到储层保护效果。从现场取心岩心的岩矿分析看，该井泥页岩裂缝发育易水化剥落垮塌，采用的淀粉基钻井液实钻过程顺利，泥页岩井段井壁稳定，井径规则，无大肚子、糖葫芦井眼，平均井径扩大率为9.3％，远小于泥页岩井段要求的13％。全井塑性粘度PV控制在18-26mPa.s,初切2-3.5Pa，终切6.5-19.5Pa，动塑比YP/PV控制在0.48-0.57，流型指数n值0.56-0.65。在井底最高温度达130℃条件下，良好的钻井液性能保障阜三段砂岩及阜二段页岩油系统连续8次取心，全井21趟起下钻无阻卡，130米辉绿岩无漏失，复杂时效为零。

实施例2

H31-2是YZ区块一口开发定向井，为三靶点多目标井，存在戴南组硬脆性泥岩易井壁失稳，3261米长裸眼段易粘卡及井眼净化难题，为此该井钻至2850米在水基聚合物钻井液基础上转化为抗高温淀粉基钻井液，转化时根据工艺要求配加了0.5％抗高温环保淀粉，0.4％聚胺抑制剂以及1％聚合醇防塌剂，同时按照上述具体实施方式补充配方材料进行性能维护，储层井段配加1％淀粉微球保护油气层。转化后一直钻达完钻3710米，实施最高密度1.33g/cm³，API中压滤失量在3.2-4.6ml，140℃HTHP滤失量11.6-12.4ml，体现深井降滤失能力的同等温度条件下HTHP滤失量比常规体系降低了31.1％-35.6％，强封堵和降滤失性能，助力阜三段良好油气发现，达到储层保护效果。根据该区岩矿资料分析粘土总量达52％，伊蒙混层比达65％，泥岩极易水化分散、剥落坍塌，但在使用淀粉基钻井液后，实钻钻过程中，从地层中返出地面的泥岩抑制包被成型，无垮塌，井壁稳定。全井塑性粘度PV控制在12-27mPa.s,初切1.5-3.5Pa，终切9.5-22Pa，动塑比YP/PV控制在0.42-0.58，流型指数n值0.50-0.63。在井底最高温度达135℃条件下，淀粉基钻井液无高温增稠和高温降解现象，优良的流变特性和携岩能力，保障了全井起下钻作业过程中钻具管柱无阻卡复杂，施工周期比预计缩短21.4％，井下复杂时效为零。

实施例3

Y55是Y区块南部深凹带隐蔽油气藏部署的一口重点预探井，二开裸眼段长达2938米，该井三垛组玄武岩存在漏失风险，深井段戴二段下部、戴一段深灰色硬脆性泥岩裂缝发育，极易垮塌掉块。Y55钻至2900米根据工艺要求配加了0.8％抗高温环保淀粉，0.5％聚胺抑制剂以及1.5％聚合醇防塌剂，同时按照上述具体实施方式补充配方材料进行性能维护，储层井段配加2％淀粉微球保护油气层。转化后一直钻达完钻3736米，实施密度1.42g/cm³，API中压滤失量在3.4-4.4ml，150℃HTHP滤失量12.2-13.6ml，体现深井降滤失能力的同等温度条件下HTHP滤失量比常规体系降低了24.4％-32.2％，转化后降滤失能力增强，形成泥饼致密、细腻，韧性好，助力深部戴南组地层井壁稳定，有利于储层保护。该井戴南组3242-3250m首次取心，油气显示良好，岩芯含油砂岩物性较好，含油饱满。该井段测试表皮系数负值为-1.5，储层处于完善状态。全井塑性粘度PV控制在14-26mPa.s,初切1.5-4Pa，终切10-18.5Pa，动塑比YP/PV控制在0.51-0.66，流型指数n值0.52-0.58。在井底最高温度达145℃条件下，淀粉基钻井液保持优良的流变特性和携岩能力，保障了全井无沉砂卡钻事故，施工周期比预计缩短12.98％。

实施例4

YC5是YC凹限ZJD构造带部署的一口重点预探井，二开裸眼段长达3236.8米，该井盐一段及三垛组软泥岩缩径、阜宁组灰黑色硬脆性泥岩异常高压井段极易垮塌井壁失稳、泰州组低压气层的漏失等技术难题。YC5钻至2840米根据工艺要求配加了1％抗高温环保淀粉，0.5％聚胺抑制剂以及2％聚合醇防塌剂，同时按照上述具体实施方式补充配方材料进行性能维护，储层井段配加2％淀粉微球保护油气层。转化后一直钻达完钻4086.8米，实施密度1.44g/cm³，API中压滤失量在3.6-4.6ml，160℃HTHP滤失量12.4-13.6ml，体现深井降滤失能力的同等温度条件下HTHP滤失量比常规体系降低了9.3％-17.3％。该井钻探在阜宁组、泰州组3个不同层段获得了良好的油层和天然气层，淀粉基钻井液储层保护效果明显。全井塑性粘度PV控制在22-29mPa.s,初切1.5-5Pa，终切7.5-11.5Pa，动塑比YP/PV控制在0.55-0.78，流型指数n值0.56-0.74。在井底最高温度达160.3℃条件下，淀粉基钻井液保持优良的流变特性和携岩能力，保障了全井顺利完钻，施工周期比预计缩短37.34％。

Claims (4)

1.一种淀粉基钻井液的现场处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：

S1.施工准备:钻至2800m后，对钻井液性能进行调整，密度满足地层压力和井筒安全需要，膨润土含量控制在30-65g/l，粘切降低至PV为12-20mPa.s，YP为4-8Pa；

S2.混合调整：2800m≤井段＜3500m阶段，直接转化为淀粉基钻井液体系，在转化过程中一次性加入0.5-1wt％抗高温环保淀粉；3500m≤井段＜4500m阶段，直接补充0.1-0.2wt％抗高温环保淀粉；井段≥4500m阶段，直接补充0.2-0.3wt％抗高温环保淀粉；同时根据钻井液抗温流型情况，加入0.2-0.5wt％甲基硅油调节流型；

S3.性能维护：转化时一次性加入100-200kg抗高温环保淀粉；转化成功后，每钻进100±1m，加入25-50kg抗高温环保淀粉；钻井液抗温流型调整过程，每钻进200±1m，加入50-100kg甲基硅油调节流型；

S4.油层保护：进入储层前50m，保持抗高温环保淀粉占为钻井液的质量百分比为0.5％，并配加0.5-2wt％淀粉微球；

所述抗高温环保淀粉是由具有刚性基团、阴离子水化基团和阳离子抑制基团的高性能聚合单体通过接枝改性淀粉制备得到的；

高性能聚合单体的分子量小于300，加入量为2％-20％；淀粉含量为30％-80％，其余含量为小分子量聚合单体；高性能聚合单体为DMAPS(甲基丙烯酰氧乙基-N,N-二甲基丙磺酸盐)、DAPS(N，N-二甲基烯丙基胺丙磺酸盐)、VPPS(4-乙烯基吡啶丙磺酸盐)、MAPS(N-甲基二烯丙基丙磺酸盐)、MABS(N-甲基二烯丙基丁磺酸盐)中的一种或几种；小分子量聚合单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、N、N-二甲基丙烯酰胺和/或N、N-二乙基丙烯酰；

将淀粉溶解于水中在60-90℃下反应60min，而后降温备用；将高性能聚合单体中的一种或几种充分溶解于水中，加入至淀粉溶液，加入引发剂，在50-80℃下聚合反应4-5h，即得抗高温改性淀粉；

引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵或过硫酸钠，添加量为反应物总量的0.1-1wt％。

2.根据权利要求1所述的一种淀粉基钻井液的现场处理工艺，其特征在于，还包括以下步骤：

S5.完井准备:电测和下套管前根据井筒润滑防卡及井壁稳定需要，添加抗高温环保淀粉0-0.3wt％和生物润滑剂0.2-0.5wt％。

3.根据权利要求1所述的一种淀粉基钻井液的现场处理工艺，其特征在于，S2的井段≥4500m阶段，当钻遇泥页岩时，直接添加0.2-0.5wt％聚胺抑制剂以及0.5-2％wt聚合醇防塌剂。

4.根据权利要求1所述的一种淀粉基钻井液的现场处理工艺，其特征在于，S3中钻遇泥页岩时，每钻进100±1m，加入50-100kg环保性防塌剂和100-200kg聚合醇防塌剂。