CN114181681B - 适用于富锂钾资源的复合盐水钻井液 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及适用于富锂钾资源的复合盐水钻井液，属于钻井液领域。本发明解决的技术问题是提供一种不含钾盐的适用于富锂钾资源的复合盐水钻井液。该复合盐水钻井液包括复合盐水，所述复合盐水中由以下重量份的组分组成：水100份；氯化钠20～35份；氯化镁10～20份。本发明复合盐水钻井液，主要是针对深部富钾锂资源卤水矿地质钻探施工的复合盐水钻井液，具有较低的滤失量及良好的流变性能；具有较好的粘度和流变性能；具有良好的抑制盐矿层溶蚀，具有良好的稳定性；其配方简单，易于维护及配制。

Description

适用于富锂钾资源的复合盐水钻井液
技术领域
本发明涉及适用于富锂钾资源的复合盐水钻井液，属于钻井液领域。
背景技术
钾盐产品广泛应用于农业、化工、军事、医药等各个领域。我国钾盐资源主要分为新型杂卤石钾盐矿和富钾卤水两种类型，是钾盐勘查的主要方向，且卤水中通常富集锂、溴、硼等资源，因此寻找钾、锂资源的意义重大。
在钾盐矿层、杂卤石等地层钻探主要的难点有：含盐矿地层水敏性强，遇水膨胀缩径严重；主要盐矿层遇水溶蚀严重，易导致井径扩大，不规则；盐矿层多电解质易污染钻井液；温度差导致地表结晶严重、井底欠饱和。钻井液方面面临的主要技术难点有：地层含有卤水(矿化度高)往往会导致钻井液表观粘度、塑性粘度、动切力、静切力等发生不可逆上升或下降，API失水量增大，钻井液流动性、岩屑沉降及重晶石悬浮稳定性差。地表配制的复合饱和盐水钻井液在井底高温条件下会转变为欠饱和状态，导致杂卤石、钾盐、钠盐等主要目的层岩心溶蚀，降低取心效率和岩心直径。在井底高温、长时间循环或静止环境中，部分有机处理剂在复合饱和盐水钻井液中高浓度的电解质作用下，会产生发酵、降解，易于产生气泡，导致密度下降，井壁发生坍塌、掉块，从而引起缩径、卡钻、漏失及井喷等井下复杂技术难题。且高浓度电解质(K+、Ca2+、Mg2+、Li+等)对钻具的腐蚀作用加强，会使钻具及套管发生点蚀和应力腐蚀，造成严重井内复杂事故。
目前饱和盐水钻井液得到了广泛研究，申请号为CN202110635188.7的中国专利公开了一种适用于固体钾盐矿层的高性能钻井液及其制备方法，该钻井液由包含以下重量百分比的原料制成：重晶石1-2％、海泡石2-3％、稻壳粉1-2％、大分子亲水胶体2-5％、水溶性醇2-3％和四盐溶液余量，其中，所述四盐溶液由以下重量百分比的原料制成：氯化钠4-6％、氯化钾8-10％、氯化镁24-26％、氯化钙20-25％和水余量。
申请号为CN201410280973.5的中国专利公开了一种深井盐卤矿钻探饱和盐水钻井液及制备方法，饱和盐水钻井液的重量份配比是：水100份；膨润土2-4份；海泡石1-2份；锂皂石0.5-1份；FT-1磺化沥青粉1-4份；无机盐重结晶抑制剂0.2-1份；GTQ抗盐共聚物0.4-2份；KHm腐殖酸钾0.3-0.5份；水基消泡剂0.1-0.5份；碳酸钠0.2-1份；氢氧化钠0.1-0.3份；氯化镁2-10份；氯化钾7-15份；氯化钠20-35份。
可见，目前的钻井液，均使用了钾盐，在进行含钾锂资源的钻探施工过程中，会影响钾、锂离子的监测，而如果直接省略钾盐，将会使得杂卤石表面溶蚀较严重，无法有效抑制主要目的层岩矿芯的溶蚀。
发明内容
针对以上缺陷，本发明解决的技术问题是提供一种不含钾盐的适用于富锂钾资源的复合盐水钻井液。
本发明适用于富锂钾资源的复合盐水钻井液，包括复合盐水，所述复合盐水中由以下重量份的组分组成：水100份；氯化钠20～35份；氯化镁10～20份。
在本发明的一个实施方式中，所述复合盐水钻井液还包括抗盐造浆材料，所述抗盐造浆材料包含抗盐土、海泡石、海泡石绒中的至少一种。
在一个优选的实施方式中，抗盐造浆材料为抗盐土和海泡石。
在一个具体的实施方式中，抗盐土与海泡石的重量比为2～3:2～3。在一个优选的实施例中，抗盐土与海泡石的重量比为3:2。
在本发明的一个实施方式中，所述复合盐水钻井液还包括抗盐降滤失剂、抗盐防塌剂、抗盐流型调节剂、抗盐封堵剂和盐重结晶抑制剂中的至少一种。
在本发明的一个实施方式中，所述抗盐降滤失剂包含褐煤树脂、磺化酚醛树脂、磺化褐煤、褐煤栲胶特种树脂、降滤失剂KJAN、腐植酸丙磺酸酰胺多元共聚物中的至少一种；
所述抗盐防塌剂包含磺化沥青、改性沥青、有机硅腐殖酸中的至少一种；
所述抗盐流型调节剂包含聚合物DSP-2、KPAM、GTQ、GDP、CMC-HV中的至少一种；
所述抗盐封堵剂包含封堵剂GFD-1、碳酸钙粉QS-2、纳米二氧化硅NS-1、超细碳酸钙粉末中的至少一种；
所述盐重结晶抑制剂包含JYYJ、NTA、钻井液用盐重结晶抑制剂II号中的至少一种。
在本发明的一个实施方式中，所述复合盐水钻井液包括以下重量份的组分：复合盐水100份；抗盐造浆材料3～5份；抗盐降滤失剂4～5份；抗盐防塌剂2～3份；抗盐流型调节剂1～5份；抗盐封堵剂3～5份；盐重结晶抑制剂0.1～0.5份。
在本发明优选的实施方式中，所述复合盐水钻井液包括以下重量份的组分：复合盐水100份；抗盐造浆材料4份；抗盐降滤失剂5份；抗盐防塌剂3份；抗盐流型调节剂2份；抗盐封堵剂3份；盐重结晶抑制剂0.3份。
在本发明的一个实施方式中，所述复合盐水钻井液还包含加重组分。
在一些具体实施方式中，所述加重组分为重晶石。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供一种针对光卤石、杂卤石等富钾锂资源的复合盐水钻井液，具有较低的滤失量及良好的流变性能；具有较好的粘度和流变性能；具有良好的抑制盐矿层溶蚀，具有良好的稳定性；其配方简单，易于维护及配制。
附图说明
图1为使用普通钻井液体系钻探后的岩心图片。
图2为使用本发明实施例1方案一的钻井液体系钻探后的岩心图片。
图3为使用本发明实施例1方案二的钻井液体系钻探后的岩心图片。
图4为使用本发明实施例2方案A的钻井液体系钻探后的岩心图片。
图5为使用本发明实施例2方案B的钻井液体系钻探后的岩心图片。
图6为使用本发明实施例2方案C的钻井液体系钻探后的岩心图片。
图7为使用本发明实施例2方案D的钻井液体系钻探后的岩心图片。
图8为使用本发明实施例2方案E的钻井液体系钻探后的岩心图片。
图9为使用本发明实施例3方案Ⅰ的钻井液体系钻探后的岩心图片。
图10为使用本发明实施例3方案Ⅲ的钻井液体系钻探后的岩心图片。
图11为使用本发明实施例3方案Ⅳ的钻井液体系钻探后的岩心图片。
图12为使用本发明实施例3方案Ⅴ的钻井液体系钻探后的岩心图片。
具体实施方式
本发明适用于富锂钾资源的复合盐水钻井液，包括复合盐水，所述复合盐水中由以下重量份的组分组成：水100份；氯化钠20～35份；氯化镁10～20份。
本发明复合盐水钻井液，主要是针对深部富钾锂资源卤水矿地质钻探施工的复合盐水钻井液，具有较低的滤失量及良好的流变性能；具有较好的粘度和流变性能；具有良好的抑制盐矿层溶蚀，具有良好的稳定性；其配方简单，易于维护及配制。
在本发明的一个实施方式中，所述复合盐水钻井液还包括抗盐造浆材料，所述抗盐造浆材料包含抗盐土、海泡石、海泡石绒中的至少一种。抗盐造浆材料主要给双盐饱和钻井液体系提供基浆，主要用于保持一定的悬浮稳定性、致密泥饼和抗盐污染方面。
在一个优选的实施方式中，抗盐造浆材料为抗盐土和海泡石。
抗盐土可以采用市售的，比如，采用灵寿县恒聚矿产品加工厂生产的抗盐土、河北宣化抗盐土、北京探矿工程研究所LBM、山东华潍膨润土有限公司生产的抗盐土、张家口恒泰膨润土有限责任公司生产的抗盐土、安吉县益国膨润土厂生产的抗盐土。
海泡石也可以采用市售的，比如，可选河北宏利海泡石绒有限公司、河南内乡县兴磊海泡石有限公司、湖南湘潭永邦海泡石科技有限公司、湖南省浏阳市永和海泡石矿公司供应的海泡石等。本发明实施例中采用河北宣化抗盐土和河北宏利海泡石绒有限公司生产的海泡石作为复合造浆材料。
在一个具体的实施方式中，抗盐土与海泡石的重量比为2～3:2～3。在一个优选的实施例中，抗盐土与海泡石的重量比为3:2。在本发明的一个具体实施方式中，1方水中加入30kg抗盐土和20kg海泡石。抗盐土具有较强的胶体性能和悬浮性能，具有一定的抗盐性，且不受电解质影响，海泡石是一种天然稀有的具有链状结构的含水富镁硅酸盐(针对杂卤石和光卤石)，本身作为造浆材料，没有胶体性能，悬浮性较差，但抗盐性较好，本发明选用特定配比的抗盐土和海泡石，可以更好地增加造浆材料的抗盐性能，另一方面也可以更好的增加悬浮性能。
在本发明的一个实施方式中，所述复合盐水钻井液还包括抗盐降滤失剂、抗盐防塌剂、抗盐流型调节剂、抗盐封堵剂和盐重结晶抑制剂中的至少一种。
在本发明的一个实施方式中，所述抗盐降滤失剂包含褐煤树脂SPNH、磺化酚醛树脂SMP-II、磺化褐煤SMC、褐煤栲胶特种树脂SHR、降滤失剂KJAN、腐植酸丙磺酸酰胺多元共聚物RSTF中的至少一种。
市售的抗盐降滤失剂均适用于本发明，比如，重庆市天泽钻井材料有限责任公司生产的腐植酸丙磺酸酰胺多元共聚物RSTF，郑州东方助剂有限公司生产的褐煤树脂SPNH、四川成都川锋化学工程有限责任公司生产的磺化酚醛树脂SMP-II、无铬磺化褐煤M-SMC、褐煤栲胶特种树脂SHR、山东省阳谷江北化工有限公司生产的磺化褐煤SMC、北京奥凯立科技发展有限公司生产的高温抗盐降滤失剂OCL-JB、石家庄华莱鼎盛科技有限公司生产的降滤失剂KJAN；本发明优选使用重庆市天泽钻井材料有限责任公司生产的RSTF与四川成都川锋化学工程有限责任公司生产的磺化酚醛树脂SMP-II。其中RSTF是一种腐植酸丙磺酸酰胺多元共聚物，该处理剂是由两种以上的聚合物单体与腐殖酸接枝共聚制成，具有优良的抗温、抗盐和降滤失性能，可用于深井、超深井及高矿化度盐水钻井液的施工中
在本发明的一个实施方式中，所述抗盐防塌剂包含磺化沥青、改性沥青、有机硅腐殖酸中的至少一种；具体的，所述抗盐防塌剂包含磺化沥青FT-I、磺化沥青FT-II、高酸溶磺化沥青FF-I、沥青粉FF-II、沥青FT-342、改性沥青GLA、有机硅腐殖酸GKHm中的至少一种。
市售的抗盐防塌剂均适用于本发明，比如，山东德顺源石油科技有限公司生产的钻井液用高酸溶磺化沥青FF-I、钻井液用防塌封堵剂沥青粉FF-II、北京探矿工程研究所生产的改性沥青GLA、四川成都川锋化学工程有限责任公司生产的有机硅腐殖酸GKHm、郑州东方助剂有限公司生产的FT-342。在一个优选的实施例中，采用磺化沥青FF-II，更具体的，可使用山东德顺源石油科技有限公司生产的钻井液用高酸溶磺化沥青FF-II。FF-II是由天然沥青和复合表面活性剂(非离子表面活性剂和阳离子表面活性剂)经过特殊工艺生产的优质粉状沥青类处理剂，抗盐抗钙性好，可用于淡水、盐水、海水和饱和盐水各种钻井液，是一种高温抗盐水溶性沥青类材料，具有抑制泥页岩水化、封堵裂隙地层、防塌润滑性能好，可形成致密的泥饼，提高井壁稳定。
在本发明的一个实施方式中，所述抗盐流型调节剂包含聚合物DSP-2、KPAM、GTQ、CMC-HV中的至少一种。
市售的抗盐流型调节剂均适用于本发明，比如，山东德顺源石油科技有限公司生产的晶硅聚合物DSP-2、山东德顺源石油科技有限公司生产的KPAM，石家庄华信泥浆助剂有限公司生产的CMC-HV、北京探矿工程研究所生产的抗盐共聚物GDP中的一种。在一个优选的实施方式中，采用聚合物DSP-2。具体可使用山东德顺源石油科技有限公司生产的晶硅聚合物DSP-2。DSP-2是由丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰氧丁基磺酸(AOBS)、环氧氯丙烷和新型环状结构阳离子单体在引发剂的作用下多步聚合而成。该产品在还能够有效降低滤失量，改善泥饼质量，并具有一定抑制粘土分散的能力。本产品抗盐至饱和、抗钙镁能力强，可用于淡水、盐水、饱和盐水和海水钻井完井液。
在本发明的一个实施方式中，所述抗盐封堵剂包含封堵剂GFD-1、碳酸钙粉QS-2、纳米二氧化硅NS-1、超细碳酸钙粉末中的至少一种。
市售的抗盐封堵剂均适用于本发明，比如，北京探矿工程研究所生产的GFD-1、四川成都川锋化学工程有限责任公司生产的油气井用碳酸钙粉QS-2、山东德顺源石油科技有限公司生产的纳米二氧化硅NS-1、河北宁宇化工有限公司生产的超细碳酸钙粉末中的一种。在一个优选的实施方式中，抗盐封堵剂为NS-1。NS-1是一种由烷基磺酸盐、烷基酯、交联剂等聚合成的多元聚合物，通过特种工艺加工而成的纳米级封堵材料。该产品的分子链上带有多种吸附基团，能牢固地吸附在泥页岩表面，其粒径中值D50在0.9μm以下，与泥页岩层理及微裂缝的尺寸匹配度高，可起到有效的封堵作，阻止水及钻井液对地层的渗透水化，进而起到稳定井壁的作用。
在本发明的一个实施方式中，所述盐重结晶抑制剂包含类氮氚三乙酰胺的有机类盐抑制剂JYYJ、NTA、钻井液用盐重结晶抑制剂II号中的至少一种。
市售的盐重结晶抑制剂均适用于本发明，比如，荆州嘉华科技有限公司生产的JYYJ、荆州市学成实业有限公司生产的钻井液用盐重结晶抑制剂II号、宣化石油助剂厂生产的NTA中的一种。在本发明优选的实施方式中，所述盐重结晶抑制剂为JYYJ，JYYJ是一种类氮氚三乙酰胺的有机类盐抑制剂，一方面它能参与晶体的形成使晶体畸变，阻止盐在其表面继续生长，并降低盐晶体对固体表面的粘附力；另一方面是增大盐的溶解度，使之不易于析出结晶，从而避免盐结晶引起井下复杂事故。
在本发明的一个实施方式中，所述复合盐水钻井液包括以下重量份的组分：复合盐水100份；抗盐造浆材料3～5份；抗盐降滤失剂4～5份；抗盐防塌剂2～3份；抗盐流型调节剂1～5份；抗盐封堵剂3～5份；盐重结晶抑制剂0.1～0.5份。
在本发明优选的实施方式中，所述复合盐水钻井液包括以下重量份的组分：复合盐水100份；抗盐造浆材料4份；抗盐降滤失剂5份；抗盐防塌剂3份；抗盐流型调节剂2份；抗盐封堵剂3份；盐重结晶抑制剂0.3份。
在本发明的一个实施方式中，所述复合盐水钻井液还包含加重组分。
在一些具体实施方式中，所述加重组分为重晶石。重晶石的主要成分是硫酸钡。
在本发明的一些实施方式中，所述复合盐水钻井液还包含碳酸钠。采用碳酸钠可以除去配浆水中的钙、镁离子，达到净化水质的目的。
本发明适用于富锂钾资源的复合盐水钻井液，可以采用本领域常规方法制备。
在一个具体实施例中，采用如下方法制备：按重量份称取复合盐水、抗盐造浆材料、抗盐降滤失剂、抗盐防塌剂、抗盐流型调节剂、抗盐封堵剂和盐重结晶抑制剂等，在13000r/min的速度搅拌20min即可。
本发明适用于富锂钾资源的复合盐水钻井液，主要目的层是杂卤石，主要检测钾、锂等离子，选用氯化钠+氯化镁复合盐体系，能有效的抑制主要目的层岩矿芯的溶蚀。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
按照以下表1所示的重量份称取原料，混合，在13000r/min的速度搅拌20min，即可得到复合盐水钻井液。测定其密度、表观粘度、API滤失量、切力以及Cl-含量，其结果见表1。现场钻探后的岩心图片见图2和图3。图1为使用普通钻井液体系(即NaCl饱和盐水钻井液体系)钻探后的岩心图片。
表1
Figure BDA0003429451300000061
Figure BDA0003429451300000071
表1中，复合盐水由以下重量份组分组成：氯化钠35份，氯化镁10份，水100份。抗盐造浆材料为重量比为3:2的抗盐土和海泡石。
可见，使用普通钻井液体系岩心表面溶蚀较严重，而使用方案一中的复合饱和盐水体系后岩心表面较光滑，使用方案二中的复合饱和盐水体系后表面有部分溶蚀。
实施例2
采用实施例1中方案一的组分，仅改变复合盐水的组成，制备得到复合盐水钻井液。其中，复合盐水的组成为见表2。
表2
Figure BDA0003429451300000081
可见，采用本发明特定的复合盐水，氯化钠和氯化镁之间协同增效，所得复合盐水钻井液具有较低的滤失量及良好的流变性能；具有较好的粘度和流变性能；具有良好的抑制盐矿层溶蚀，具有良好的稳定性。
实施例3
采用实施例1中方案一的组分，仅改变抗盐造浆材料的组成，制备得到复合盐水钻井液。其中，抗盐造浆材料的组成为见表3。
表3
Figure BDA0003429451300000082
可见，采用本发明重量比的抗盐土和海泡石组成的抗盐造浆材料，抗盐土和海泡石之间协同增效，所得复合盐水钻井液具有较低的滤失量及良好的流变性能；具有较好的粘度和流变性能；具有良好的抑制盐矿层溶蚀，具有良好的稳定性。

Claims (5)

1.适用于富锂钾资源的复合盐水钻井液，其特征在于：包括以下重量份的组分：复合盐水100份；抗盐造浆材料3～5份；抗盐降滤失剂4～5份；抗盐防塌剂2～3份；抗盐流型调节剂1～5份；抗盐封堵剂3～5份；盐重结晶抑制剂0.1～0.5份；
所述复合盐水中由以下重量份的组分组成：水100份；氯化钠 20～35份；氯化镁10～20份；
所述抗盐造浆材料为河北宣化抗盐土和河北宏利海泡石绒有限公司生产的海泡石；且抗盐土和海泡石的重量比为2～3:2～3；
所述抗盐降滤失剂包含褐煤树脂、磺化褐煤和腐植酸丙磺酸酰胺多元共聚物；
所述抗盐防塌剂包含磺化沥青和有机硅腐殖酸；
所述抗盐流型调节剂包含聚合物DSP-2；
所述抗盐封堵剂包含超细碳酸钙粉末；
所述盐重结晶抑制剂包含JYYJ。
2.根据权利要求1所述的适用于富锂钾资源的复合盐水钻井液，其特征在于：抗盐土和海泡石的重量比为3:2。
3.根据权利要求1所述的适用于富锂钾资源的复合盐水钻井液，其特征在于：包括以下重量份的组分：复合盐水100份；抗盐造浆材料4份；抗盐降滤失剂5份；抗盐防塌剂3份；抗盐流型调节剂2份；抗盐封堵剂3份；盐重结晶抑制剂0.3份。
4.根据权利要求1所述的适用于富锂钾资源的复合盐水钻井液，其特征在于：还包含加重组分。
5.根据权利要求4所述的适用于富锂钾资源的复合盐水钻井液，其特征在于：所述加重组分为重晶石。
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