CN113403043A - 一种深层高比重可酸化合成油基钻井液 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油化工钻井领域，涉及一种深层高比重可酸化合成油基钻井液。所述钻井液包括合成基础油，氯化钙，膨润土，乳化剂，氧化钙，降滤失剂和加重剂；所述加重剂经过有机改性预处理。选用陕西产碳酸钡矿进行有机预处理作为加重剂，不但能够满足比重2.2以下的钻井液加重需求，而且酸溶度高，在侵入油层后能够进行后续的酸化解堵作业，进一步的解放油层，提高油井产能。该钻井液在西部深层钻井的高温高压情况下具有良好的流变性能，满足深井和超深井对钻井液密度的需求，并且在完井后能够对侵入油层的固相进行酸洗解堵的要求。

Description

一种深层高比重可酸化合成油基钻井液

技术领域

本发明涉及石油化工钻井领域，涉及一种深层高比重可酸化合成油基钻井液。

背景技术

随着常规油气资源的不断减少，石油勘探开发逐渐向更深的地层发展，因此，油井井深也越来越深。在深井、超深井的钻探中，由深井、超深井井下温度和压力高，钻井过程中存在高密度钻井液流变性及滤失造壁性难以控制，地层结构复杂易钻遇高压油气层、膏泥岩和盐水层，易出现掉块、缩径等复杂情况，以致引起井塌、卡钻等事故。

近年来开发的合成油基钻井液能较好解决水基钻井液存在的弊端，但还是存在高温破乳、流变性差、重晶石沉淀、固相侵污油层、污染环境以及难于降解等问题。尤其我国西部油田的深层，其钻井液比重基本在1.8以上，甚至超过1.9到2.2。为了获得高比重，钻井液通常要加入重晶石等加重材料，由于和油基钻井液的兼容配伍性较差，加重后的钻井液中的各种组分会发生增稠、沉降、失效等现象，从而使钻井液性能发生剧变，严重时将导致钻井作业无法正常进行，而且重晶石是一种无法溶解的材料，一旦侵入油层且会永久性的严重污染油层。

随着西部深层复杂油气层的不断勘探开发，发展深层高比重可酸化合成油基钻井液是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种深层高比重可酸化合成油基钻井液，该钻井液在西部深层钻井的高温高压情况下具有良好的流变性能，满足深井和超深井对钻井液密度的需求，并且在完井后能够对侵入油层的固相进行酸洗解堵的要求。

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种深层高比重可酸化合成油基钻井液，所述钻井液包括合成基础油，氯化钙，膨润土，乳化剂，氧化钙，降滤失剂和加重剂；所述加重剂经过有机改性预处理。

优选地，所述钻井液由以下成分及其含量组成：合成基础油75％-95％v/v,膨润土1-2g/ml，乳化剂5-9g/ml，氧化钙2-4g/ml，降滤失剂2-5g/ml，CaCl₂水溶液10％-20％v/v，加重剂；加重剂的加入量W满足以下公式：

W＝V浆×ρ3×(ρ2-ρ1)/(ρ3-ρ2)

式中，ρ3为(加重剂密度)，ρ2(钻井液欲加重的密度)，ρ1(原有钻井液密度)。

优选地，乳化剂为非离子型表面活性剂司盘80(C₂₄H₄₄O₆)和聚山梨酯-80(C₂₄H₄₄O₆)。

优选地，降滤失剂为油溶性树脂、改性沥青和有机褐煤的任意一种或混合物。

优选地，加重剂有机改性预处理方法为：将加重剂添加到含有机溶剂的预处理液中，强力搅拌至上轻下重的悬浊液状态，取下层重浊液。

优选地，加重剂按30％-50％重量比加入到预处理液中。

优选地，所述预处理液由有机溶剂、乳化剂和氯化钙水溶液混合而成，其中，有机溶剂占预处理液的体积比为70％-85％。

优选地，有机溶剂为合成基础油(壳牌天然气制油)。

优选地，氯化钙水溶液占预处理液的体积比为15％-30％。

优选地，预处理液中乳化剂浓度为3-4g/ml。

优选地，加重剂为可酸化加重剂，优选地，加重剂为碳酸钡矿粉。所述碳酸钡矿粉优选陕西产碳酸钡矿粉，密度为4.13g/cm³，酸溶度83.11％。经过有机预处理后，作为合成油基钻井液的加重剂能够将钻井液比重最高提至2.2。

优选地，膨润土为有机膨润土；所述有机膨润土的制备方法为：采用常规有机土湿法制备方法由水、碳酸钠、丙烯酰胺和溴代十六烷基三甲基铵混合液对新疆夏子街184团场出产的膨润土进行处理，形成疏水性有机膨润土；其指标符合钻井液有机土《Q/GWDC0073-2017》的技术要求。

优选地，乳化剂由主乳化剂和辅乳化剂按质量比3-4:2-5组成，所述主乳化剂为非离子型表面活性剂司盘80(C₂₄H₄₄O₆)，所述辅乳化剂为聚山梨酯-80(C₂₄H₄₄O₆)；优选地，所用CaCl₂水溶液中氯化钙浓度为20％w/w。

本发明的有益效果：

有机预处理的可酸化加重剂和钻井液的兼容配伍性好，加重后的钻井液中的各种组分不会发生增稠、沉降、失效等现象，钻井液性能稳定；选用陕西产碳酸钡矿进行有机预处理作为加重剂，不但能够满足比重2.2以下的钻井液加重需求，而且酸溶度高，在侵入油层后能够进行后续的酸化解堵作业，进一步的解放油层，提高油井产能。

有机化处理的184团膨润土作为合成油基钻井液的助剂能够在1～2％的浓度下达到需要的粘度和流变性能，为后续的加重剂留下了更多的固相范围。

本发明钻井液各组分相互作用，在西部深层钻井的高温高压情况下具有良好的流变性能，满足深井和超深井对钻井液密度的需求，并且在完井后能够对侵入油层的固相进行酸洗解堵的要求。

附图说明

图1为加重剂有机预处理所用预处理装置示意图；

1、预处理罐；2、高速搅拌机；3、底部闸门；4、泵；5、上层轻清液；6、下层重浊液。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。

下述实施例中所涉及的仪器、试剂、材料等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规仪器、试剂、材料等，可通过正规商业途径获得。下述实施例中所涉及的实验方法，检测方法等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规实验方法，检测方法等。

实施例1一种深层高比重可酸化合成油基钻井液

所述钻井液，包括合成基础油95％v/v，膨润土1g/ml，主乳化剂3g/ml，辅乳化剂2g/ml，氧化钙2g/ml，降滤失剂2g/ml，20％w/w浓度CaCl₂水溶液5％v/v，碳酸钡矿粉；碳酸钡矿粉的加入量W满足以下公式：

W＝V浆×ρ3×(ρ2-ρ1)/(ρ3-ρ2)

式中，ρ3为(加重剂密度)，ρ2(钻井液欲加重的密度)，ρ1(原有钻井液密度)。

加重剂有机改性预处理方法为：将陕西产碳酸钡矿粉按30％重量比添加到含有机溶剂的预处理液中，强力搅拌至上轻下重的悬浊液状态，取下层重浊液。

所述预处理液由合成基础油70％v/v、乳化剂3g/ml和氯化钙水溶液30％v/v混合而成。

陕西产碳酸钡矿粉密度为4.13g/cm³，酸溶度83.11％。

膨润土为有机膨润土；所述有机膨润土的制备方法为：采用常规有机土湿法制备方法由水、碳酸钠、丙烯酰胺和溴代十六烷基三甲基铵混合液对新疆夏子街184团场出产的膨润土进行处理，形成疏水性有机膨润土；其指标符合钻井液有机土《Q/GWDC0073-2017》的技术要求。

实施例2一种深层高比重可酸化合成油基钻井液

所述钻井液，包括合成基础油75％v/v，膨润土2g/ml，主乳化剂4g/ml，辅乳化剂5g/ml，氧化钙4g/ml，降滤失剂5g/ml，20％w/w浓度CaCl₂水溶液25％v/v，碳酸钡矿粉；碳酸钡矿粉的加入量W满足以下公式：

W＝V浆×ρ3×(ρ2-ρ1)/(ρ3-ρ2)

式中，ρ3为(加重剂密度)，ρ2(钻井液欲加重的密度)，ρ1(原有钻井液密度)。。

加重剂有机改性预处理方法为：将陕西产碳酸钡矿粉按50％重量比添加到含有机溶剂的预处理液中，强力搅拌至上轻下重的悬浊液状态，取下层重浊液。

所述预处理液由合成基础油85％v/v、乳化剂4g/ml和氯化钙水溶液15％v/v混合而成。

陕西产碳酸钡矿粉密度为4.13g/cm³，酸溶度83.11％。

膨润土为有机膨润土；所述有机膨润土的制备方法为：采用常规有机土湿法制备方法由水、碳酸钠、丙烯酰胺和溴代十六烷基三甲基铵混合液对新疆夏子街184团场出产的膨润土进行处理，形成疏水性有机膨润土；其指标符合钻井液有机土《Q/GWDC0073-2017》的技术要求。

实施例3一种深层高比重可酸化合成油基钻井液

所述钻井液，包括合成基础油80％v/v，膨润土1.5g/ml，主乳化剂3.4g/ml，辅乳化剂3g/ml，氧化钙2.5g/ml，降滤失剂3g/ml，20％w/w浓度CaCl₂水溶液20％v/v，碳酸钡矿粉；碳酸钡矿粉的加入量W满足以下公式：

W＝V浆×ρ3×(ρ2-ρ1)/(ρ3-ρ2)

式中，ρ3为(加重剂密度)，ρ2(钻井液欲加重的密度)，ρ1(原有钻井液密度)。

加重剂有机改性预处理方法为：将陕西产碳酸钡矿粉按40％重量比添加到含有机溶剂的预处理液中，强力搅拌至上轻下重的悬浊液状态，取下层重浊液。

所述预处理液由合成基础油80％v/v、乳化剂3.5g/ml和氯化钙水溶液20％v/v混合而成。

陕西产碳酸钡矿粉密度为4.13g/cm³，酸溶度83.11％。

所述预处理方法具体可为：

采用如图1所示预处理罐，施工前安装在钻井液循环罐上，对需要加入到钻井液中的大量固相助剂提前12小时按40％的比例加入到有机预处理液中，经过高速搅拌机2强力搅拌形成固液混合状态，将固相颗粒的表面性质改为亲油，有机预处理后的固相加重剂呈现上轻下重的悬浊液状态，为此在预处理罐1底部设置闸门3并配有泵4，用泵4将上层轻清液5排出，打开底部闸门3，将下层的重浊液6加入到钻井液中。

膨润土为有机膨润土；所述有机膨润土的制备方法为：采用常规有机土湿法制备方法由水、碳酸钠、丙烯酰胺和溴代十六烷基三甲基铵混合液对新疆夏子街184团场出产的膨润土进行处理，形成疏水性有机膨润土；其指标符合钻井液有机土《Q/GWDC0073-2017》的技术要求。

对本发明所用有机膨润土、预处理后加重剂进行室内试验，结果如下表1所述。

表1，永3-平1井现场钻井液室内试验

按照施例3配方在永3-平1井配置的深层高比重可酸化合成油基钻井液使用正常，整个钻井过程未出现任何复杂情况，有效的降低了该井的钻探成本。

选择上述实施例3配方在永3-平1井配置深层高比重可酸化合成油基钻井液使用，按照钻井液常规方法(GB/T16783.2-2012)进行测试，得到的性能如下表2。

表2：永3-平1井现场钻井液性能测试

由表2的数据可以看出，本发明实施例的超深层高比重可酸化合成油基钻井液加重过程顺利，流变性能良好，较高的电稳定性。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种深层高比重可酸化合成油基钻井液，其特征在于，所述钻井液包括合成基础油，氯化钙，膨润土，乳化剂，氧化钙，降滤失剂和加重剂；所述加重剂经过有机改性预处理。

2.根据权利要求1所述钻井液，其特征在于，所述钻井液由以下成分及其含量组成：合成基础油75％-95％v/v,膨润土1-2g/ml，乳化剂5-9g/ml，氧化钙2-4g/ml，降滤失剂2-5g/ml，CaCl₂水溶液5％-25％v/v，加重剂；加重剂的加入量W满足以下公式：

W＝V浆×ρ3×(ρ2-ρ1)/(ρ3-ρ2)

式中，ρ3为加重剂密度，ρ2为钻井液欲加重的密度，ρ1为原有钻井液密度。

3.根据权利要求1所述钻井液，其特征在于，加重剂有机改性预处理方法为：将加重剂添加到含有机溶剂的预处理液中，强力搅拌至上轻下重的悬浊液状态，取下层重浊液。

4.根据权利要求3所述钻井液，其特征在于，加重剂按30％-50％重量比加入到预处理液中。

5.根据权利要求3所述钻井液，其特征在于，所述预处理液由有机溶剂、乳化剂和氯化钙水溶液混合而成，其中，有机溶剂占预处理液的体积比为70％-85％。

6.根据权利要求5所述钻井液，其特征在于，有机溶剂为合成基础油。

7.根据权利要求5所述钻井液，其特征在于，氯化钙水溶液占预处理液的体积比为15％-30％。

8.根据权利要求5所述钻井液，其特征在于，预处理液中乳化剂浓度为3-4g/ml。

9.根据权利要求1或2所述钻井液，其特征在于，加重剂为可酸化加重剂，优选地，加重剂为碳酸钡矿粉。

10.根据权利要求1或2所述钻井液，其特征在于，膨润土为有机膨润土；优选地，乳化剂由主乳化剂和辅乳化剂按质量比3-4:2-5组成，所述主乳化剂为非离子型表面活性剂司盘80(C₂₄H₄₄O₆)，所述辅乳化剂为聚山梨酯-80(C₂₄H₄₄O₆)；优选地，所用CaCl₂水溶液中氯化钙浓度为20％w/w。

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