CN113930222B - 一种抗高温高密度聚磺水基钻井液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗高温高密度聚磺水基钻井液及其制备方法，所述钻井液中各组分的重量百分比为：黏土：0.9％～2.0％；包被剂：0.5％～0.7％；降滤失剂：7％～10.2％；降粘剂：1.7％～2.2％；防塌剂：3.0％～6.0％；暂堵剂：2.0％～4.0％；纯碱：0.1％～0.2％；酸碱调节剂：0.1～0.3％；加重剂：50～62％，其余为水。解决了由于深层钻井钻遇压力高，地温梯度高(柴北缘区块地温梯度高达3.3‑4.0℃)等严峻地层条件引起钻井液失效的问题，该方法形成的高密度聚磺水基钻井液流变性能良好，经最高230℃热滚老化后，悬浮稳定性好、无沉降现象产生，滤失造壁性能良好，形成的滤饼薄而致密。

Description

一种抗高温高密度聚磺水基钻井液及其制备方法
技术领域
本发明涉及石油钻探钻井液技术领域，具体为一种抗高温高密度聚磺水基钻井液及其制备方法。
背景技术
近几十年来，我国对境内陆地和海上深部地层油气资源勘探接连取得重大成果，无论是新疆地区的塔里木盆地、准噶尔盆地还是内蒙古的鄂尔多斯盆地或是四川的川西北地区在油气资源勘探过程中都在深部地层找到了占有当地石油资源73％和天然气资源量52％优质储层。钻井实践表明，随着钻井深度的增加，影响钻井液性能稳定的不利因素增多，如：地层温度升高、地层压力增大、地质构造变复杂，高温会放大部分不利因素对钻井液性能的影响，钻井技术难度直线上升。而常规的钻井液体系在高温深井中不能应对井下矿化度增大、固相颗粒含量增大、高温滤失量增大、流变性难以控制等技术难题。宏观体现是钻井液流变性和滤失量控制困难，钻井液发生增稠、甚至固化的现象，最终使钻井作业无法在正常情况下进行。目前钻井工程界对高温井的界定是井底温度超过180℃，这也是高温钻井液的门限。常用的钻井液处理剂和体系在高温高压的条件下，性能往往不能达到设计需求，为此研发抗200℃以上超高温钻井液体系是一个研究方向及趋势，也决定着深层钻探的成败。
与常规钻井液相比，工作环境和性能要求决定了高温高密度钻井液具有工作温度高和固相含量高的特点(仅考虑固相材料加重)。高温高密度钻井液虽然相比于高温钻井液提高了加重材料的含量，但所面临的技术问题却复杂很多，主要技术难点为：(1)流变性差：高温高密度钻井液中加重材料含量较高，大大增加了钻井液中固相-固相、固相-液相之间的摩擦，钻井液的基础黏度大；液相黏切低时容易发生加重材料沉降，降低钻井液密度，现场可出现“沉降→密度降低→加重→增粘→稀释→沉降”的恶性循环。另外，高温会影响钻井液的稳定性，造成钻井液黏度升高或降低，加剧高温高密度钻井液流变性的调控难度。(2)滤失造壁性差：高温高密度钻井液滤饼一般厚而疏松，渗透率大，滤失造壁性能差。(3)稳定性差：包括沉降稳定性和热稳定性。高温高密度钻井液容易发生加重材料沉降现象，若使用提高液相切力的方法减少沉降，则会使原本粘切就很高的钻井液流变性变的更差，甚至出现流动困难等现象；若使用降粘剂减小钻井液的粘切则加剧加重材料的沉降。
因此，高温高密度钻井液的流变性和沉降稳定性之间存在难以平衡的矛盾，另外，高温老化会使钻井液中的粘土和处理剂等成分发生可逆和不可逆的变化，从而影响高温时和老化前后钻井液的流变性等性能。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种抗高温(200～230℃)，高密度(1.88～2.2g/cm3)聚磺水基钻井液及其制备方法，解决由于深层钻井钻遇压力高，地温梯度高(柴北缘区块地温梯度高达3.3-4.0℃)等严峻地层条件引起钻井液失效的问题，该方法形成的高密度聚磺水基钻井液流变性能良好，经最高230℃热滚老化后，悬浮稳定性好、无沉降现象产生，滤失造壁性能良好，形成的滤饼薄而致密。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
本发明首先提供一种抗高温高密度聚磺水基钻井液，所述钻井液中各组分的重量百分比为：黏土：0.9％～2.0％；包被剂：0.5％～0.7％；降滤失剂：7％～10.2％；降粘剂：1.7％～2.2％；防塌剂：3.0％～6.0％；暂堵剂：2.0％～4.0％；纯碱：0.1％～0.2％；酸碱调节剂：0.1～0.3％；加重剂：50～62％，其余为水。
优选的，所述黏土选自钠基膨润土、钙基膨润土、钙基钠化膨润土中的一种或多种。
优选的，所述包被剂为两性离子聚合物包被剂。
优选的，所述包被剂的原料选自丙烯酰胺、丙烯酸、烯丙基磺酸钠、二甲基二烯丙基氯化铵、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸中的一种或多种。
更为优选的，所述包被剂为市售FA-367和/或PAC-141。
优选的，所述降滤失剂为磺化类降滤失剂和/或聚合物类降滤失剂。
更为优选的，所述磺化类降滤失剂选自磺化酚醛树脂、褐煤树脂、磺化褐煤、磺化单宁中的一种或多种。
更为优选的，所述聚合物类降滤失剂的原料选自丙烯酸、丙烯酰胺、乙烯基磺酸钠、丙烯基磺酸钠、N,N二甲基丙磺酸，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯腈中的一种或多种。
更为优选的，所述聚合物类降滤失剂选自市售Driscal-D、Dristemp、JT-888、TSP-1、Redul-200中的一种或多种。
优选的，所述降粘剂为磺化类降粘剂和/或聚合物类降粘剂。
更为优选的，所述磺化类降粘剂的原料选自铁铬木质素磺酸盐、磺甲基丹宁、磺化栲胶中的一种或多种。
更为优选的，所述磺化类降粘剂选自市售Drill-thin、SMT、Polythin中的一种或多种。
更为优选的，所述聚合物类降粘剂的原料选自丙烯酰胺、丙烯酸钠、烯丙基磺酸钠、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵中的一种或多种。
更为优选的，所述聚合物类降粘剂选自市售XY-27和/或JT-900。
优选的，所述防塌剂为沥青类防塌剂。
更为优选的，所述沥青类防塌剂为磺化沥青和/或氧化沥青。
优选的，所述暂堵剂为碳酸钙类矿物。
更为优选的，所述碳酸钙类矿物为超细碳酸钙，粒径为6～6.5μm。
优选的，所述加重剂选自碳酸钙、重晶石、赤铁矿中的一种或多种。
更为优选的，所述加重剂为重晶石A和/或重晶石B，所述重晶石A的粒径为50～70微米，所述重晶石B的粒径为1～1.2微米。
优选的，所述抗高温高密度聚磺水基钻井液的pH为8～9，密度为1.88～2.2g/cm3，抗高温能力为200℃～230℃。
本发明还提供一种上述抗高温高密度聚磺水基钻井液的制备方法，包括以下步骤：
将所述水、黏土、纯碱混合后搅拌，然后静止水化，得到预水化后的原料；
将所述预水化后的原料进行搅拌，并依次加入所述钻井液的组分，所述组分的加入顺序为：酸碱调节剂、暂堵剂、降滤失剂、降粘剂、包被剂、防塌剂；继续搅拌，再加入加重剂搅拌，即得钻井液。
本发明的有益效果是：
1、本发明的抗高温高密度聚磺水基钻井液解决了由于深层钻井钻遇压力高，地温梯度高(柴北缘区块地温梯度高达3.3-4.0℃)等严峻地层条件引起钻井液失效的问题，该方法形成的高密度聚磺水基钻井液流变性能良好，经最高230℃热滚老化后，悬浮稳定性好、无沉降现象产生；滤失造壁性能良好，形成的滤饼薄而致密。
2、本发明包被剂分子链上阳离子基团与带负电的黏土颗粒相互吸引，大大增强吸附强度，阴离子基团形成致密溶剂化层，抑制土粒水化，包被膜增厚，减弱絮凝，增强体系的稳定，并与其他组分兼容，在钻井液体系中起着抑制黏土高温水化、劣质土水化造浆、降低体系滤失量、降低体系流变参数、提高体系抗温能力等作用。
3、本发明磺化类降滤失剂的分子链刚性强，抗高温能力好，基团的水化能力强，满足抗高温聚合物的分子结构要求；聚合物类降滤失剂的强水化基团使土粒水化膜增厚，为黏土颗粒面带来更厚更致密的吸附水化膜，使黏土颗粒的胶体性质更加稳定，吸附在膨润土晶体颗粒上形成桥联，网架结构，缩小毛细孔径，增加土粒聚结稳定性，提高液相粘度，降低滤失量，高分子胶体的堵孔作用，同样降低滤失量。
4、本发明降粘剂通过拆散钻井液空间网架结构，有效降低结构粘度，进而达到降低钻井液粘度的目的。聚合物降粘剂分子量极低，优先吸附在黏土颗粒表面，降低高分子处理剂与黏土颗粒吸附的强度，拆散网架结构，与包被剂等发生分子间交联作用，阻碍高分子聚合物与粘土颗粒间网架结构的形成，阳离子与负电粘土颗粒表面发生电性吸附，吸附强度高，抗温能力高。
5、本发明抗高温高密度聚磺水基钻井液采取以磺为主的“三磺+聚合物”组合，“三磺+聚合物”指磺化类降滤失剂、磺化类降粘剂、磺化沥青加两性离子聚合物，三磺组合热稳定性好，在高温高压下可保持良好的流变性和较低的滤失量。
6、本发明的抗高温高密度聚磺水基钻井液的pH为8～9，密度为1.88～2.2g/cm3，抗高温能力为200～230℃。本发明高密度水基钻井液经高温老化后，沉降性能稳定，流变性能、滤失性能良好，HTHP滤失量较低，且抗高温性能强。
附图说明
图1为实施例2钻井液老化后图片
图2为实施例2钻井液老化后高温高压滤饼图片
图3为实施例3钻井液老化后图片
图4为实施例3钻井液老化后高温高压滤饼图片
图5为实施例4钻井液老化后图片
图6为实施例4钻井液老化后高温高压滤饼图片
图7为实施例5钻井液老化后图片
图8为实施例5钻井液老化后高温高压滤饼图片
图9为实施例6钻井液老化后图片
图10为实施例6钻井液老化后高温高压滤饼图片
图11为实施例7钻井液老化后图片
图12为实施例7钻井液老化后高温高压滤饼图片
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
钻井液工艺水平的高低直接关乎到钻井施工的质量、进度和成本。尤其是在深井、超深井的钻井过程中，井下高温高压的严苛环境会给施工过程带来诸多复杂棘手问题，为了能够确保高温钻井的顺利进行，钻井液要具有良好的抗温性，确保钻井液即便是在井下温度超过200℃的环境中依然能够维持各项流变参数指标不发生剧烈变化，在密度足以平衡地层压力的同时，控制好固相含量，避免黏度过高，还要防止发生加重剂沉降。
为实现所述目的，本发明首先提供一种抗高温高密度聚磺水基钻井液，所述钻井液中各组分的重量百分比为：黏土：0.9％～2.0％；包被剂：0.5％～0.7％；降滤失剂：7％～10.2％；降粘剂：1.7％～2.2％；防塌剂：6.0％；暂堵剂：4.0％；纯碱：0.2％；酸碱调节剂：0.3％；加重剂：50～62％，其余为水。
本发明所述黏土选自钠基膨润土、钙基膨润土、钙基钠化膨润土中的至少一种；本发明所述的这几种膨润土造浆率高，在本发明中膨润土主要提供稳定井壁的造壁性和携带悬浮钻屑、加重剂的流变性能，可以实现以最少的固相达到钻井液所要求的性能，使得其他处理剂在黏土颗粒上吸附、架桥、桥联形成空间网状结构，提高土粒的电动电位，并提高水化膜厚度，增强黏土胶粒的聚结稳定性，从而调节钻井液性能。
本发明所述包被剂为两性离子聚合物包被剂，所述包被剂的原料选自丙烯酰胺、丙烯酸、烯丙基磺酸钠、二甲基二烯丙基氯化铵、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的多元共聚物中的一种或多种。两性离子聚合物包被剂分子链上阳离子基团与带负电的黏土颗粒相互吸引，大大增强吸附强度，阴离子基团形成致密溶剂化层，抑制土粒水化，包被膜增厚，减弱絮凝，增强体系的稳定，并与其他处理剂兼容。两性离子聚合物在钻井液体系中起着抑制黏土高温水化、劣质土水化造浆、降低体系滤失量、降低体系流变参数、提高体系抗温能力等特点。
本发明所述降滤失剂选自磺化类降滤失剂、聚合物类降滤失剂中的至少一种，进一步的，所述磺化类降滤失剂选自磺化酚醛树脂、褐煤树脂、磺化褐煤、磺化单宁中的一种或多种；所述聚合物类降滤失剂原料选自丙烯酸、丙烯酰胺、乙烯基磺酸钠、丙烯基磺酸钠、N,N二甲基丙磺酸，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯腈的多元共聚物中的一种或多种。磺化类降滤失剂的分子链刚性强，抗高温能力好，基团的水化能力强，满足抗高温聚合物的分子结构要求；聚合物类降滤失剂的强水化基团使土粒水化膜增厚，为黏土颗粒面带来更厚更致密的吸附水化膜，使黏土颗粒的胶体性质更加稳定，吸附在膨润土晶体颗粒上形成桥联，网架结构，缩小毛细孔径，增加土粒聚结稳定性，提高液相粘度，降低滤失量，高分子胶体的堵孔作用，同样降低滤失量。
本发明所述降粘剂选自磺化类降粘剂、聚合物类降粘剂中的至少一种，进一步的，所述磺化类降粘剂的原料选自铁铬木质素磺酸盐、磺甲基丹宁、磺化栲胶中的一种或多种；所述聚合物类降粘剂的原料选自丙烯酰胺、丙烯酸钠、烯丙基磺酸钠、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的多元共聚物中的一种或多种。降粘剂通过拆散钻井液空间网架结构，有效降低结构粘度，进而达到降低钻井液粘度的目的。聚合物降粘剂分子量极低，优先吸附在黏土颗粒表面，降低高分子处理剂与黏土颗粒吸附的强度，拆散网架结构；与包被剂等发生分子间交联作用，阻碍高分子聚合物与粘土颗粒间网架结构的形成；阳离子与负电粘土颗粒表面发生电性吸附，吸附强度高，抗温能力高。
本发明所述防塌剂为沥青类防塌剂，进一步的，所述沥青类防塌剂选自磺化沥青、氧化沥青中的至少一种；所述暂堵剂为碳酸钙类矿物，进一步的，所述碳酸钙类矿物为超细碳酸钙，粒径为6～6.5μm。氧化沥青的防塌作用主要是物理封堵。在一定温度和压力下沥青软化变形，封堵微裂隙，并在井壁上形成一层致密的保护膜。在软化点以内，随温度升高，氧化沥青的封堵能力增加，稳定井壁的效果增强。超过软化点后，氧化沥青成为熔融态，封堵防塌作用变差。磺化沥青磺酸基可吸附在泥页岩晶层断面上，阻止粘土颗粒的水化分散，非水溶部分挤入孔喉、微裂缝和层理裂隙，形成内泥饼，提高破碎地层的粘结力；并覆盖在页岩表面形成保护膜，阻碍滤液渗入地层，起到封堵防塌作用。
本发明抗高温高密度聚磺水基钻井液采取以磺为主的“三磺+聚合物”组合，“三磺+聚合物”指磺化类降滤失剂、磺化类降粘剂、磺化沥青加两性离子聚合物。三磺组合热稳定性好，在高温高压下可保持良好的流变性和较低的滤失量。
为了平衡地层压力和稳定井壁，钻井液密度变化范围很大，需加重剂提高钻井液的密度、增加液柱压力。本发明所述加重剂选自碳酸钙、重晶石、赤铁矿中的至少一种，进一步的，所述加重剂为重晶石A和/或重晶石B，所述重晶石A的粒径可以为50～70微米，所述重晶石B的粒径可以为1～1.2微米，更进一步的，所述重晶石为重晶石A和重晶石B，所述重晶石A与所述重晶石B的重量比可以为3:1，也可以为7:3；另外，在本发明中，所述重晶石A和所述重晶石B的主要成分为BaSO4，也就是说，所述重晶石A可以为粒径50～70微米的BaSO4，所述重晶石B可以为粒径1～1.2微米的BaSO4。本发明采用重晶石A，重晶石B两种粒度不同的重晶石进行粒度级配，通过老化前后沉降稳定性对比，可解决高密度钻井液老化后沉降稳定性差的问题。
本发明所述酸碱调节剂没有具体限定，可以为本领域的常规选择，例如，如果将钻井液的pH调高，则可以选用氢氧化钠、碳酸氢钠和氢氧化钙中的一种或多种进行调节，如果该钻井液的pH值调低，则可以选用稀释的盐酸或者酸式盐进行调节。
本发明的抗高温高密度聚磺水基钻井液的pH为8～9，密度为1.88～2.2g/cm3，抗高温能力为200～230℃。本发明高密度水基钻井液经高温老化后，沉降性能稳定，流变性能、滤失性能良好，HTHP滤失量较低，且抗高温性能强。
本发明还提供一种所述钻井液的制备方法，包括以下步骤：
将所述水、黏土、纯碱混合后搅拌，然后静止水化，得到预水化后的原料；搅拌过程具体为：先使用低速(600r/min)搅拌机搅拌10min；再使用高速(12000r/min)搅拌机搅拌10min；静止水化时间为16-24h。
将所述预水化后的原料进行搅拌，并依次加入所述钻井液的组分，所述组分的加入顺序为：酸碱调节剂、暂堵剂、降滤失剂、降粘剂、包被剂、防塌剂；在低速(600r/min)搅拌机下搅拌10min，再加入加重剂继续搅拌(低速搅拌机搅拌10min，高速搅拌5min，再低速搅拌5min)，即得钻井液。
上述为本发明的详细阐述，下面为本发明实施例，本发明的原料均为市售。
实施例中包被剂选自市售FA-367、PAC-141，其中，FA-367是丙烯酰胺、烯丙基磺酸钠、二甲基二烯丙基氯化铵合成的，市售来源为四川光亚聚合物化工有限公司；PAC-141是丙烯酰胺、丙烯酸、烯丙基磺酸钠、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸合成，市售来源为山东巨鑫达化工科技有限公司。
聚合物类降滤失剂选自市售聚合物类降滤失剂Driscal-D、Dristemp、JT-888、TSP-1、Redul-200；其中，Driscal-D、Dristemp为国外抗高温降滤失剂，来源：美国雪佛龙菲利普斯化工有限公司；JT-888是由丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯磺酸钠、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵共聚而成，来源为：四川光亚聚合物有限公司；TSP-1为国内降滤失剂，来源：山东巨鑫达化工科技有限公司；Redul-200是腈硅聚合物类降滤失剂，来源：山东德顺源石油科技有限公司。
磺化类降粘剂选自市售Drill-thin、SMT、Polythin，聚合物类降粘剂选自市售XY-27、JT-900。Drill-thin为褐煤衍生物，来源：华北油田邮寄；SMT为天然植物提取的单宁酸通过水解的酸性产物在NaOH溶液中生成丹宁酸钠，再通过丹宁与甲醛和亚硫酸钠进行磺甲基反应制备，来源：山东巨鑫达化工科技有限公司；Polythin为国外处理剂，来源：德国巴斯夫化工有限公司。XY-27由丙烯酰胺、烯丙基磺酸钠、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵共聚而成，来源：四川光亚聚合物有限公司；JT-900由丙烯酸钠、烯丙基磺酸钠共聚而成，来源：四川光亚聚合物有限公司。
实施例1钻井液的制备
钻井液的组分以重量百分比计为：2％钠基膨润土+0.2％Na2CO3+0.3％NaOH+1.5％Polythin+0.2％XY-27+0.7％FA-367+1％Dristemp+2％磺化酚醛树脂+4％褐煤树脂+3％磺化沥青+3％氧化沥青+4％超细碳酸钙+50％加重剂(重晶石A和重晶石B)，其余为水；所述重晶石A和重晶石B的用量的重量比的比值为7：3；所述重晶石A的粒径为50～70微米的BaSO4，所述重晶石B的粒径为1～1.2微米的BaSO4。
所述钻井液的制备方法为：
(1)将水、膨润土与纯碱依次加入浆杯中，在浆杯中先使用低速搅拌机搅拌10min；再使用高速搅拌机搅拌10min，随后静止水化16-24h，水化16h之后得到预水化后的原料；
(2)将预水化后的原料取出放置在低速搅机搅拌，依次加入酸碱调节剂、暂堵剂、降滤失剂、降粘剂、包被剂、防塌剂，在低速(600r/min)搅拌机下搅拌10min，再加入重晶石A和重晶石B搅拌(低速搅拌机搅拌10min，高速搅拌5min，再低速搅拌5min)，即得钻井液。
本实施例钻井液的密度为1.88g/cm3，热滚老化温度为200℃。
实施例2钻井液的制备
钻井液的组分以重量百分比计为：1.5％钠基膨润土+0.2％Na2CO3+0.3％NaOH+1.5％Drill-thin+0.5％JT-900+0.5％FA-367+1.2％Drisacl-D+2％磺化酚醛树脂+4％磺化褐煤+3％磺化沥青+3％氧化沥青+4％超细碳酸钙+56％加重剂(重晶石A和重晶石B)，其余为水；所述重晶石A和重晶石B的用量的重量比的比值为7：3；所述重晶石A的粒径为50～70微米的BaSO4，所述重晶石B的粒径为1～1.2微米的BaSO4。
制备方法同实施例1。
本实施例钻井液的密度为2.0g/cm3，热滚老化温度为220℃。
实施例3钻井液的制备
钻井液的组分以重量百分比计为：2％钠基膨润土+0.2％Na2CO3+0.3％NaOH+1.5％Polythin+0.2％XY-27+0.7％PAC-141+1％Driscal-D+2％磺化酚醛树脂+4％磺化褐煤+3％磺化沥青+3％氧化沥青+4％超细碳酸钙+56％加重剂(重晶石A和重晶石B)，其余为水；所述重晶石A和重晶石B的用量的重量比的比值为7：3；所述重晶石A的粒径为50～70微米的BaSO4，所述重晶石B的粒径为1～1.2微米的BaSO4。
制备方法同实施例1。
本实施例钻井液的密度为2.0g/cm3，热滚老化温度为220℃。
实施例4钻井液的制备
钻井液的组分以重量百分比计为：1.6％钠基膨润土+0.2％Na2CO3+0.3％NaOH+1.5％Dill-thin+0.2％XY-27+0.6％FA-367+1％Driscal-D+3％磺化酚醛树脂+5％褐煤树脂+3％磺化沥青+3％氧化沥青+4％超细碳酸钙+62％加重剂(重晶石A和重晶石B)，其余为水；所述重晶石A和重晶石B的用量的重量比的比值为7：3；所述重晶石A的粒径为50～70微米的BaSO4，所述重晶石B的粒径为1～1.2微米的BaSO4。
制备方法同实施例1。
本实施例钻井液的密度为2.2g/cm3，热滚老化温度为230℃。
实施例5钻井液的制备
钻井液的组分以重量百分比计为：1.3％钠基膨润土+0.2％Na2CO3+0.3％NaOH+1.5％Poly-thin+0.5％XY-27+0.6％FA-367+1.2％Dristemp+3％磺化酚醛树脂+5％褐煤树脂+3％磺化沥青+3％氧化沥青+4％超细碳酸钙+56％加重剂(重晶石A和重晶石B)，其余为水；所述重晶石A和重晶石B的用量的重量比的比值为7：3；所述重晶石A的粒径为50～70微米的BaSO4，所述重晶石B的粒径为1～1.2微米的BaSO4。
制备方法同实施例1。
本实施例钻井液的密度为2.0g/cm3，热滚老化温度为230℃。
实施例6钻井液的制备
钻井液的组分以重量百分比计为：1.6％钠基膨润土+0.2％Na2CO3+0.3％NaOH+1.5％Polythin+0.5％XY-27+0.7％PAC-141+1％Driscal-D+3％磺化酚醛树脂+3％褐煤树脂+3％磺化沥青+3％氧化沥青+4％超细碳酸钙+56％加重剂(重晶石A和重晶石B)，其余为水；所述重晶石A和重晶石B的用量的重量比的比值为7：3；所述重晶石A的粒径为50～70微米的BaSO4，所述重晶石B的粒径为1～1.2微米的BaSO4。
制备方法同实施例1。
本实施例钻井液的密度为2.0g/cm3，热滚老化温度为230℃。
实施例7钻井液的制备
钻井液的组分以重量百分比计为：1.1％钠基膨润土+0.2％Na2CO3+0.3％NaOH+1.5％Drill-thin+0.5％JT-900+0.7％FA-367+1.2％TSP-1+3％磺化酚醛树脂+5％褐煤树脂+3％磺化沥青+3％氧化沥青+4％超细碳酸钙+56％加重剂(重晶石A和重晶石B)，其余为水；所述重晶石A和重晶石B的用量的重量比的比值为7：3；所述重晶石A的粒径为50～70微米的BaSO4，所述重晶石B的粒径为1～1.2微米的BaSO4。
制备方法同实施例1。
本实施例钻井液的密度为2.0g/cm3，热滚老化温度为230℃。
实施例8钻井液的制备
钻井液的组分以重量百分比计为：1.3％钠基膨润土+0.2％Na2CO3+0.3％NaOH+1.5％Poly-thin+0.7％XY-27+0.7％PAC-141+1.1％JT-888+3％磺化酚醛树脂+5％褐煤树脂+3％磺化沥青+3％氧化沥青+4％超细碳酸钙+56％加重剂(重晶石A和重晶石B)，其余为水；所述重晶石A和重晶石B的用量的重量比的比值为7：3；所述重晶石A的粒径为50～70微米的BaSO4，所述重晶石B的粒径为1～1.2微米的BaSO4。
制备方法同实施例1。
本实施例钻井液的密度为2.0g/cm3，热滚老化温度为230℃。
实施例9钻井液的制备
钻井液的组分以重量百分比计为：0.9％钠基膨润土+0.2％Na2CO3+0.3％NaOH+1.5％Drill-thin+0.5％XY-27+0.6％FA-367+1.2％Driscal-D+3％磺化酚醛树脂+6％褐煤树脂+3％磺化沥青+3％氧化沥青+4％超细碳酸钙+56％加重剂(重晶石A和重晶石B)，其余为水；所述重晶石A和重晶石B的用量的重量比的比值为7：3；所述重晶石A的粒径为50～70微米的BaSO4，所述重晶石B的粒径为1～1.2微米的BaSO4。
制备方法同实施例1。
本实施例钻井液的密度为2.0g/cm3，热滚老化温度为230℃。
实施例10钻井液的制备
钻井液的组分以重量百分比计为：1.0％钠基膨润土+0.2％Na2CO3+0.3％NaOH+1.5％Poly-thin+0.5％XY-27+0.7％FA-367+1.0％Redul-200+3％磺化酚醛树脂+6％褐煤树脂+3％磺化沥青+3％氧化沥青+4％超细碳酸钙+62％加重剂(重晶石A和重晶石B)，其余为水；所述重晶石A和重晶石B的用量的重量比的比值为7：3；所述重晶石A的粒径为50～70微米的BaSO4，所述重晶石B的粒径为1～1.2微米的BaSO4。
制备方法同实施例1。
本实施例钻井液的密度为2.2g/cm3，热滚老化温度为230℃。
实施例11钻井液的制备
钻井液的组分以重量百分比计为：1.5％钠基膨润土+0.2％Na2CO3+0.3％NaOH+1.5％Drill-thin+0.5％JT-900+0.5％FA-367+1.2％Drisacl-D+2％磺化酚醛树脂+4％磺化褐煤+3％磺化沥青+3％氧化沥青+4％超细碳酸钙+56％加重剂(重晶石A和重晶石B)，其余为水；所述重晶石A和重晶石B的用量的重量比的比值为3：1；所述重晶石A的粒径为50～70微米的BaSO4，所述重晶石B的粒径为1～1.2微米的BaSO4。
制备方法同实施例1。
本实施例钻井液的密度为2.1g/cm3，热滚老化温度为220℃。
实施例12钻井液的制备
钻井液的组分以重量百分比计为：0.9％钠基膨润土+0.1％Na2CO3+0.1％NaOH+1.5％Drill-thin+0.5％XY-27+0.6％FA-367+1.2％Driscal-D+3％磺化酚醛树脂+6％褐煤树脂+1％磺化沥青+2％氧化沥青+2％超细碳酸钙+56％加重剂(重晶石A和重晶石B)，其余为水；所述重晶石A和重晶石B的用量的重量比的比值为7：3；所述重晶石A的粒径为50～70微米的BaSO4，所述重晶石B的粒径为1～1.2微米的BaSO4。
制备方法同实施例1。
本实施例钻井液的密度为2.0g/cm3，热滚老化温度为200℃。
实施例13钻井液的制备
钻井液的组分以重量百分比计为：1.6％钠基膨润土+0.15％Na2CO3+0.2％NaOH+1.5％Polythin+0.5％XY-27+0.7％PAC-141+1％Driscal-D+3％磺化酚醛树脂+3％褐煤树脂+2％磺化沥青+3％氧化沥青+3％超细碳酸钙+56％加重剂(重晶石A和重晶石B)，其余为水；所述重晶石A和重晶石B的用量的重量比的比值为7：3；所述重晶石A的粒径为50～70微米的BaSO4，所述重晶石B的粒径为1～1.2微米的BaSO4。
制备方法同实施例1。
本实施例钻井液的密度为2.2g/cm3，热滚老化温度为220℃。
效果实施例钻井液的性能评价
(1)常规性能的检测
钻井液的流变性能测试与常温中压滤失测试按照国家标准GB/T 16783.1-2014检测方法，进行钻井液性能检测。检测参数：AV(表观黏度)、PV(塑性黏度)、YP(动切力)、GEL(静切力)、FLAPI(常温中压滤失量)FLHTHP(高温高压滤失量)。
(2)钻井液抗温性能测试
钻井液的抗温性能测试为高温高压滤失测试与高温热滚动老化实验。按照国家标准GB/T 16783.1-2014检测方法，进行钻井液性能检测。
其中高温热滚动老化实验流程为：热滚动200-230℃/16h老化后取出，钻井液经过高速12000r/min搅拌10min后在30℃下测定相关性能。
本实施例测试条件为：
(1)采用GB/T 16783.12006国标钻井液现场测试：
(2)钻井液流变性测试温度为30℃；
(3)高温200-230℃老化16h，高温高压滤失量测定温度180℃、压差3.5MPa。
测试实施例1-11所配钻井液的性能，结果如表1所示：
表1钻井液老化后性能
Figure BDA0003306004640000151
Figure BDA0003306004640000161
静切力的大小，反应了悬浮岩粉的能力，特别是加重泥浆，加重剂重晶石等的密度大，一旦泥浆泵停止工作，冲洗液循环中断时，泥浆中粗的岩屑颗粒很快下沉而造成孔内埋钻事故。因此静切力可以反映钻井液沉降稳定性的好坏。从表1可以看出，本发明钻井液老化后沉降性能稳定，流变性能、滤失性能良好，HTHP滤失量低至16mL，且具有抗高温性能。
图1-图12可以看出，经高温老化后，本发明的钻井液体系具有较好的流变性，且形成的滤饼致密且光滑。本发明减少了钠基膨润土加量，使钻井液中膨润土粒子的浓度降低，表面吸附的自由水减少，降低土粒之间的机械摩擦、减弱颗粒端-面及端端结合形成的卡片结构，并使钻井液内部空间不拥挤，从而降低钻井液体系的黏度；另外，降低膨润土含量，使钻井液内部容纳更多处理剂，从而更好发挥处理剂的作用，降低钻井液体系的滤失量。聚合物类处理剂在形成致密水化膜，提高土粒负电性的基础上，形成较强空间网架结构，提高土粒聚结稳定性，同时提高液相黏度，并改善滤饼质量及润滑性，从而达到降低滤失量的作用。
在本发明中，根据GB3102.3-1993《力学的量和单位》中的规定，所述的术语“表观粘度”、“塑性粘度”以及“动切力”的定义如下：
表观粘度：又称有效粘度或视粘度，是钻井液在某一速度梯度下，剪切应力与速度梯度的比值，用“AV”表示，单位为mPa·s(毫帕·秒)。
塑性粘度：钻井液在层流时，钻井液中固体颗粒之间、固体颗粒和液体分子之间、液体分子之间各种内摩擦力之和称为钻井液的塑性粘度，用“PV”表示，单位为mPa·s(毫帕·秒)或cP(厘泊)。
动切力：钻井液的动切应力反映的是钻井液在层流时，粘土颗粒之间及高聚物分子之间相互作用力的大小，即钻井液内部形成的网状结构能力的强弱，用“YP”或“T0。”表示，单位为Pa(帕)。
静切力：反映钻井液流体在静止状态时，内部凝胶网状结构的强度。静切力以希腊字母0表示，法定计量单位为帕(Pa)。静切力的大小决定于单位体积内流体中结构链的数目与单个结构链的强度。流体内部结构序列逐渐趋向稳定，结构发育趋向完善，静切力也增大。因此，衡量凝胶强度增长的快慢，规定静切力必须测两次，按API(美国石油学会)标准规定是测量静止10秒和10分的静切力，分别称为初切力和终切力。静切力的大小，反应了悬浮岩粉的能力。特别是加重泥浆，加重剂重晶石等的密度大，一旦泥浆泵停止工作，冲洗液循环中断时，泥浆中粗的岩屑颗粒很快下沉而造成孔内埋钻事故。因此静切力应保持一定的数值。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种抗高温高密度聚磺水基钻井液，其特征在于，所述钻井液中各组分的重量百分比为：黏土：0.9%~2.0%；包被剂：0.5%~0.7%；降滤失剂：7%~10.2%；降粘剂：1.7%~2.2%；防塌剂：3.0%~6.0%；暂堵剂：2.0%~4.0%；纯碱：0.1%~0.2%；酸碱调节剂：0.1~0.3%；加重剂：50~62%，其余为水；
其中，所述包被剂为两性离子聚合物包被剂，所述包被剂的原料选自丙烯酰胺、丙烯酸、烯丙基磺酸钠、二甲基二烯丙基氯化铵、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸中的一种或多种；
所述降滤失剂为磺化类降滤失剂和聚合物类降滤失剂，所述磺化类降滤失剂选自磺化酚醛树脂、褐煤树脂、磺化褐煤、磺化单宁中的一种或多种；
所述降粘剂为磺化类降粘剂和聚合物类降粘剂，所述磺化类降粘剂的原料选自铁铬木质素磺酸盐、磺甲基丹宁、磺化栲胶中的一种或多种；
所述防塌剂为沥青类防塌剂，所述沥青类防塌剂为磺化沥青和氧化沥青；
所述加重剂为重晶石A和重晶石B，所述重晶石A的粒径为50~70微米，所述重晶石B的粒径为1~1.2微米；所述重晶石A与所述重晶石B的重量比为3:1或7: 3。
2.根据权利要求1所述的抗高温高密度聚磺水基钻井液，其特征在于，所述聚合物类降滤失剂的原料选自丙烯酸、丙烯酰胺、乙烯基磺酸钠、丙烯基磺酸钠、N,N-二甲基丙磺酸，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯腈中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的抗高温高密度聚磺水基钻井液，其特征在于，所述聚合物类降粘剂的原料选自丙烯酰胺、丙烯酸钠、烯丙基磺酸钠、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的抗高温高密度聚磺水基钻井液，其特征在于，所述钻井液的pH为8~9，密度为1.88~2.2g/cm3，抗高温200℃~230℃。
5.一种权利要求1~4任意一项所述的抗高温高密度聚磺水基钻井液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将水、黏土、纯碱混合后搅拌，然后静止水化，得到预水化后的原料；
将所述预水化后的原料进行搅拌，并依次加入所述钻井液的组分，所述组分的加入顺序为：酸碱调节剂、暂堵剂、降滤失剂、降粘剂、包被剂、防塌剂，继续搅拌，再加入加重剂搅拌，即得钻井液。
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