CN114456779A - 一种抗高温去磺化低摩阻钻井液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种抗高温去磺化低摩阻钻井液及其制备方法。所述钻井液包括水、膨润土、氢氧化钠、无水碳酸钠、包被剂、降滤失剂、流型调节剂、抑制防塌剂、液体封堵剂、纳米封堵防塌剂、超细碳酸钙、润滑剂和重晶石。本发明钻井液耐温150℃以上，具有优异的高温稳定性、井壁稳定性和润滑性能，能够完全替代塔里木盆地超深定向水平井目前所使用的聚磺混油钻井液体系，满足塔里木盆地超深定向水平井钻探的工程需要，并且从源头上缓解环境污染压力，推进塔里木盆地超深油气资源绿色、高效勘探开发。

Description

一种抗高温去磺化低摩阻钻井液及其制备方法
技术领域
本发明涉及石油、天然气钻井领域，具体地说，是涉及一种抗高温去磺化低摩阻钻井液及其制备方法。
背景技术
随着全球能源需求的不断增加及常规油气资源的枯竭，油气资源勘探开发领域逐渐由中浅层向深层、超深层拓展，深层将是石油工业未来最重要的发展领域之一，比如塔里木盆地深井井深达7000m以上，温度大都在140℃以上。塔里木盆地每年有大量侧钻水平井钻进，以使用抗温性、润滑性好的聚磺混油钻井液体系为主，水平段混油达到60-100kg/m3。
然而，目前聚磺混油钻井液除少部分回收，就近重复利用，绝大部分直接留在泥浆池，自然风干、固化后，用于筑路或者直接填埋。原油和磺化处理剂中含有稠环芳烃、重晶石等有毒物质，无法满足日益严苛的环保要求，同时含油的废钻井液和钻屑处理工艺复杂，给环境保护工作带来极大的挑战。
随着新环保法规的实施，环保理念的进步和环保事业的发展对钻井液技术提出了更新的要求，如何利用环保型钻井液处理剂以减轻对生态环境的污染，开发满足钻井工程技术和环境保护需要的钻井液体系是石油钻探面临的主要形势。如何从源头抓起，研选高效环保钻井液处理剂及构建环保钻井液体系便成为当务之急。
近年来，国内外石油公司和科研单位围绕降低钻井液毒性、减少钻井液污染、改善钻井液处理剂抗高温性能等目标，在去磺化环保型高性能水基钻井液方面开展了一系列研究。比如M-I SWACO公司ULTRADRILL安全环保型高性能水基钻井液体系、HydraGlyde高性能水基钻井液体系等。
中国发明专利《非磺化抗高温降滤失水基钻井液》CN201710389023.X涉及了一种非磺化抗高温降滤失水基钻井液体系，该体系具有较好的抗高温降滤失性能，但专利未对体系的抗高温润滑性能进行设计及研究，难以满足超深定向水平井钻探需求，同时体系中含有阳离子乳化沥青，沥青类处理剂色度、COD值高，富含稠环芳香烃，环保性能差。
通过研选能够替代磺化材料的抗高温处理剂及可替代原油的环保润滑剂，研发一种不含传统磺化材料及原油，耐温150℃以上的抗高温去磺化低摩阻钻井液体系，满足塔里木盆地超深定向水平井钻探的工程需要，并且从源头上缓解环境污染压力，推进塔里木盆地超深油气资源绿色、高效勘探开发。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种抗高温去磺化低摩阻钻井液体系，它采用天然改性抗高温处理剂及环保润滑剂代替传统的磺化处理剂及原油，具有优异的高温稳定性、井壁稳定性及润滑性，同时环保性能好，满足超深侧钻水平井钻探需求。
为此，本发明所要解决的另一技术问题在于，提供一种抗高温去磺化低摩阻钻井液体系的制备方法。
本发明目的之一为提供一种抗高温去磺化低摩阻钻井液，包括水、膨润土、氢氧化钠、无水碳酸钠、包被剂、降滤失剂、流型调节剂、抑制防塌剂、液体封堵剂、纳米封堵防塌剂、超细碳酸钙、润滑剂和重晶石。
优选地，本发明所述的抗高温去磺化低摩阻钻井液包括以下组分，以重量份计：
Figure BDA0002735409330000021
Figure BDA0002735409330000031
采用重晶石加重所述钻井液密度为1.2～1.8g/cm3。
更优选地，本发明所述抗高温去磺化低摩阻钻井液包括以下组分，以重量份计：
Figure BDA0002735409330000032
采用重晶石加重所述钻井液密度为1.2～1.6g/cm3。
本发明所述抗高温去磺化低摩阻钻井液中，所述包被剂为丙烯酰胺类聚合物，例如所述包被剂可为由丙烯酰胺、丙烯酸单体溶液聚合而成的有机高分子聚合物，采用反相乳液聚合工艺制备，分子量可达到1000～1500万，所述聚合物具有足够长的链长度以形成相当强的包被、抑制作用。
所述包被剂优选为市售产品如两性离子包被剂SMCAP、聚丙烯酰胺钾盐KPAM、两性离子包被剂FA367中的至少一种。
本发明所述抗高温去磺化低摩阻钻井液中，所述降滤失剂为天然改性抗温抗盐降滤失剂，例如可由天然植物淀粉经胶化、接枝水溶化、氧化改性及复配制成。所得产品抗温能力强、抗饱和盐水，不含毒性基团，易生物降解，不会造成环境污染。
所述降滤失剂优选为市售产品如天然改性抗温抗盐降滤失剂SMART、抗高温淀粉降滤失剂SQDP-1、天然改性淀粉降滤失剂DNP-H中的至少一种。
本发明所述抗高温去磺化低摩阻钻井液中，所述流型调节剂天然高分子改性流型调节剂，例如可由天然木质素改性制成。所得流型调节剂水溶性好，具有高效增黏性，兼有降滤失作用。
所述流型调节剂优选为市售产品如天然高分子改性流型调节剂SMNL-1、天然高分子改性流型调节剂SMNF-2、抗高温改性流型调节剂ZDNP-2中的至少一种。
本发明所述抗高温去磺化低摩阻钻井液中，所述的抑制防塌剂为聚胺抑制防塌剂。
所述抑制防塌剂优选为市售产品如聚胺抑制剂SMJA-1、聚胺抑制剂SDJA、氯化钾KCl中的至少一种。
本发明所述抗高温去磺化低摩阻钻井液中，所述的液体封堵剂可为乳化石蜡、多元聚合醇复配制成的液体封堵剂。
所述液体封堵剂优选为市售产品如抗高温环保液体封堵剂SMFD-1、钻井液用液体封堵剂SQFL-1中的至少一种。
本发明所述抗高温去磺化低摩阻钻井液中，所述纳米封堵防塌剂为温度响应型微纳米封堵剂，例如可采用硅烷偶联剂对纳米SiO2进行超声表面改性，进而使其与温敏性单体、亲水性单体共聚，制得的一种粒度分布为50～200nm的温度响应型微纳米封堵剂。
所述纳米封堵防塌剂优选为市售产品如温度响应型纳米封堵剂SMNF-2、温敏型纳米封堵剂SDseal、温敏型纳米封堵剂SQNMFD-1中的至少一种。
本发明所述抗高温去磺化低摩阻钻井液中，所述超细碳酸钙优选为100～200目超细碳酸钙、1000～1500目超细碳酸钙和2000～3000目超细碳酸钙的混合物。
根据本发明一个优选的实施方式，所述超细碳酸钙由目数100～200目超细碳酸钙、1000～1500目超细碳酸钙、2000～3000目超细碳酸钙以1:1:1比例复配制成。
本发明所述抗高温去磺化低摩阻钻井液中，所述润滑剂优选为市售产品如环保润滑剂SMLUB-E1、SMLUB-E2中的至少一种。这类润滑剂为一种多吸附基团、双亲结构的大分子酯，通过引入极压元素提高抗温性、水解稳定性、低温流变性等性，为一种抗高温环保高效润滑剂。
本发明所述的抗高温去磺化低摩阻钻井液体系密度在1.2～1.8g/cm3区间可调。
本发明目的之二为提供所述抗高温去磺化低摩阻钻井液的制备方法，包括以下步骤：
将包括以上所述组分的原料混合均匀，调节钻井液密度，即得到所述钻井液。
优选地，本发明所述抗高温去磺化低摩阻钻井液的制备方法如下：
首先将膨润土、氢氧化钠、无水碳酸钠与水混合低速搅拌4～8h，室温下养护24～48h；之后将包被剂、降滤失剂、流型调节剂、抑制防塌剂、纳米封堵防塌剂、液体封堵剂、超细碳酸钙、润滑剂，按照设计加量依次加入到养护好的膨润土基浆中，每加入一种材料充分搅拌0.5～1h后再加入下一种材料，之后采用钻井液用重晶石将体系加重至1.2～1.8g/cm3。
本发明所述抗高温去磺化低摩阻钻井液中，所采用的天然改性抗温抗盐降滤失剂、抗高温淀粉降滤失剂、天然高分子改性流型调节剂等可替代磺化酚醛树脂、磺化褐煤、褐煤树脂等传统磺化材料。本发明所述抗高温去磺化低摩阻钻井液中，所采用的抗高温环保液体封堵剂、温度响应型纳米封堵剂等，可替代磺化沥青、乳化沥青等传统沥青类封堵防塌剂。本发明所提供的环保润滑剂可替代环保性差的原油。
本发明所述钻井液体系完全不含传统磺化材料及原油，耐温150℃以上，该体系具有优异的高温稳定性、井壁稳定性和润滑性能，能够完全替代塔里木盆地超深定向水平井目前所使用的聚磺混油钻井液体系，满足塔里木盆地超深定向水平井钻探的工程需要，并且从源头上缓解环境污染压力，推进塔里木盆地超深油气资源绿色、高效勘探开发。
发明效果
(1)本发明提供的一种抗高温去磺化低摩阻钻井液体系完全不含传统的磺化材料和原油，环保性能好，可从源头上缓解环境污染压力，推进塔里木盆地超深油气资源绿色、高效勘探开发。
(2)本发明提供的一种抗高温去磺化低摩阻钻井液体系抗温150℃以上，具有优异的高温稳定性和井壁稳定性，同时该体系具有优异的润滑减摩性能，满足超深侧钻水平井钻进需求。
(3)本发明提供的一种抗高温去磺化低摩阻钻井液体系所使用处理剂原料易得，造价低，适合大规模工业生产，具备油田应用潜力。
附图说明
图1：实施例的抗高温去磺化低摩阻钻井液体系API滤失泥饼照片。
图2：实施例的抗高温去磺化低摩阻钻井液体系抑制泥岩水化分散性能。
图3：实施例的抗高温去磺化低摩阻钻井液体系抑制泥岩水化膨胀性能。
图4：实施例的抗高温去磺化低摩阻钻井液体系润滑性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域技术人员根据本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整仍属本发明的保护范围。
实施例与对比例中采用的原料，如果没有特别限定，那么均是现有技术公开的，例如可直接购买获得或者根据现有技术公开的制备方法制得。
其中，超细碳酸钙QS-2由目数100～200目碳酸钙：1000～1500目碳酸钙：2000～3000目碳酸钙以1:1:1复配制成。
实施例1：
实施例1抗高温去磺化低摩阻钻井液，以重量份计包括：
100份水+2份膨润土+0.2份氢氧化钠+0.3份无水碳酸钠+0.4份环保包被剂SMCAP+1.5份天然改性抗温抗盐降滤失剂SMART+0.4份天然高分子改性流型调节剂ZDNP-2+0.5份聚胺抑制防塌剂SMJA-1+2.5份温度响应型微纳米封堵防塌剂SMNF-2+1份液体封堵剂SMFD-1+2份超细碳酸钙QS-2+1.5份环保高效润滑剂SMLUB-E，采用钻井液用重晶石加重至所需密度。
实施例2：
实施例2抗高温去磺化低摩阻钻井液，以重量份计包括：
100份水+2份膨润土+0.2份氢氧化钠+0.3份无水碳酸钠+0.4份环保包被剂SMCAP+2.0份抗高温淀粉降滤失剂SQDP-1+0.4份天然高分子改性流型调节剂ZDNP-2+0.5份聚胺抑制防塌剂SMJA-1+2.5份温度响应型微纳米封堵防塌剂SMNF-2+2份钻井液用液体封堵剂SQFL-1+2份超细碳酸钙QS-2+1.5份环保高效润滑剂SMLUB-E，采用钻井液用重晶石加重至所需密度。
实施例3：
实施例3抗高温去磺化低摩阻钻井液，以重量份计包括：
100份水+2份膨润土+0.2份氢氧化钠+0.3份无水碳酸钠+0.4份环保包被剂SMCAP+1.5份天然改性抗温抗盐降滤失剂SMART+0.4份天然高分子改性流型调节剂ZDNP-2+0.5份聚胺抑制防塌剂SMJA-1+2.0份温敏纳米封堵剂SDseal+2份液体封堵剂SMFD-1+2份超细碳酸钙QS-2+1.5份环保高效润滑剂SMLUB-E，采用钻井液用重晶石加重至所需密度。
应用例
根据上述实例1～3体系配方，首先将膨润土、氢氧化钠、无水碳酸钠与水混合低速搅拌6h，室温密闭条件下养护24h。之后将包被剂、降滤失剂、流型调节剂、抑制防塌剂、纳米封堵防塌剂、液体封堵剂、超细碳酸钙、环保润滑剂，按照设计加量依次加入到养护好的膨润土基浆中，每加入一种材料充分搅拌0.5～1h后再加入下一种材料，最后采用钻井液用重晶石加重至密度1.5g/cm3备用。
下面对实施例的产品性能及应用效果进行说明。
(1)流变滤失性能测试
参照GB/T 16783-1997水基钻井液现场测试程序，将实验浆装入高温老化罐中，在150℃下热滚老化16h，实验考察以上抗高温去磺化低摩阻钻井液体系150℃/16h热滚前后的流变、滤失性能，结果如表1所示。
由实验结果可知，该体系热滚前后塑性粘度均在25mPa·s以内，动切力在5～8Pa之间，粘切适中，API滤失量小于2.5mL，高温高压滤失量小于9mL，泥饼薄而致密(见图1)，滤失造壁性能、封堵防塌性能优异，抗温达150℃，高温稳定性好，流变滤失性能优于现场用聚磺钻井液体系，能够满足塔里木盆地超深侧钻水平井钻井技术需求。
表1 抗高温去磺化低摩阻钻井液体系流变滤失性能
Figure BDA0002735409330000091
注：AV为钻井液表观粘度；PV为钻井液塑性粘度；YP为钻井液动切力；Gel为钻井液初切/终切；FLAPI为钻井液中压失水量；FLHTHP为钻井液高温高压失水量。
(2)抑制性能
塔里木盆地志留系柯坪塔格泥岩黏土矿物高30～50％，微裂缝发育，水敏性强，井壁稳定性差。选取柯坪塔格泥岩岩样，参照GB/T 16783-1997水基钻井液现场测试程序，采用滚动分散实验评价了所述抗高温去磺化低摩阻钻井液体系抑制水化分散性能，采用页岩线性膨胀仪测试了抗高温去磺化低摩阻钻井液体系抑制水化膨胀性能，实验结果如图2、图3所示。由实验结果可知，该体系抑制泥岩水化分散及膨胀能力优异，柯坪塔格岩样膨胀率由16.5％降低至3％以下，回收率由35.8％提高至90％以上，表现出优异的抑制防塌性能。
(3)润滑性能
塔里木盆地每年部署上百口侧钻水平井，钻井过程中，钻具与裸眼井壁接触面积大，所产生的扭矩和磨阻很大，对钻井液的润滑性提出了更高的要求。参照GB/T 16783-1997水基钻井液现场测试程序，利用极压润滑仪测试各钻井液的极压润滑系数，实验结果如图4所示。由图4可知，本申请所述抗高温去磺化低摩阻钻井液体系的极压润滑系数较低(＜0.075)，优于聚磺混油钻井液体系润滑性能，满足侧钻水平井的钻井需求。
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)

1.一种抗高温去磺化低摩阻钻井液，包括水、膨润土、氢氧化钠、无水碳酸钠、包被剂、降滤失剂、流型调节剂、抑制防塌剂、液体封堵剂、纳米封堵防塌剂、超细碳酸钙、润滑剂和重晶石。
2.根据权利要求1所述的抗高温去磺化低摩阻钻井液，其特征在于包括以下组分，以重量份计：
Figure FDA0002735409320000011
采用重晶石加重所述钻井液密度为1.2～1.8g/cm3，优选为1.2～1.6g/cm3。
3.根据权利要求1所述的抗高温去磺化低摩阻钻井液，其特征在于：
所述包被剂为丙烯酰胺类聚合物，所述包被剂优选为两性离子包被剂SMCAP、聚丙烯酰胺钾盐KPAM、两性离子包被剂FA367中的至少一种；
所述包被剂的分子量优选为1000～1500万。
4.根据权利要求1所述的抗高温去磺化低摩阻钻井液，其特征在于：
所述降滤失剂为天然改性抗温抗盐降滤失剂，优选为降滤失剂SMART、降滤失剂SQDP-1、降滤失剂DNP-H中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的抗高温去磺化低摩阻钻井液，其特征在于：
所述流型调节剂为天然高分子改性流型调节剂，优选为流型调节剂SMNL-1、流型调节剂SMNF-2、流型调节剂ZDNP-2中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的抗高温去磺化低摩阻钻井液，其特征在于：
所述抑制防塌剂为聚胺抑制防塌剂，优选为聚胺抑制剂SMJA-1、聚胺抑制剂SDJA、氯化钾中的至少一种；和/或，
所述纳米封堵防塌剂为温度响应型微纳米封堵剂，优选为温度响应型纳米封堵剂SMNF-2、温敏型纳米封堵剂SDseal、温敏型纳米封堵剂SQNMFD-1中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的抗高温去磺化低摩阻钻井液，其特征在于：
所述液体封堵剂为液体封堵剂SMFD-1、液体封堵剂SQFL-1中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的抗高温去磺化低摩阻钻井液，其特征在于：
所述超细碳酸钙为100～200目超细碳酸钙、1000～1500目超细碳酸钙和2000～3000目超细碳酸钙的混合物。
9.根据权利要求1所述的抗高温去磺化低摩阻钻井液，其特征在于：
所述润滑剂为润滑剂SMLUB-E1、润滑剂SMLUB-E2中的至少一种。
10.一种根据权利要求1～9之任一项所述的钻井液的制备方法，包括以下步骤：将以上所述组分混合均匀，调节钻井液密度，即得到所述钻井液。
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