CN114958313B - 一种适用于致密油水平井钻井的水基钻井液 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于致密油水平井钻井的水基钻井液，各组分及其所占质量份数包括：水400份，氢氧化钠1.2‑1.5份，抗盐降滤失剂4‑8份，低粘羧甲基纤维素钠盐4‑8份，抗盐增粘剂2‑4份，低粘度聚阴离子纤维素4‑12份，氯化钙4‑8份，氯化钾12‑28份，磺化沥青8‑12份，多功能润滑剂3‑5份。本发明所得水基钻井液可有效保证水平段携岩能力、封堵性良好、润湿性良好、抑制性良好，满足致密油水平井钻井钻井液的技术要求；且涉及的制备方法较简单、操作方便，适合推广应用。

Description

一种适用于致密油水平井钻井的水基钻井液
技术领域
本发明属于油气开采技术技术领域，具体涉及一种适用于致密油水平井钻井的水基钻井液。
背景技术
致密油已成为全球非常规油气勘探开发的重要领域之一，正逐渐影响着世界能源供需格局，许多国家都加快了对其勘探开发的进程。目前美国和加拿大是全球主要的致密油生产国，俄罗斯也开始了致密油的商业化生产。这些国家不仅在致密油开发关键技术方面遥遥领先，而且逐步形成了一系列有利于致密油等非常规能源开发的相关政策。国内在致密油储层钻探中油基和水基钻井液都有相关应用。根据储层特征，在页岩油储层中油基钻井液应用更为广泛。国内页岩油开发虽然起步相比北美较晚，但发展迅速，在不到十年的时间里，各油田区块针对自身页岩油不同的条件和情况，都发展出了具有针对性的页岩油钻井液技术。而混油钻井液、盐水钻井液、有机盐钻井液和高性能水基钻井液等水基钻井液均处于试验阶段。在大庆的砂泥岩型致密油藏，高抑制性的高性能水基钻井液取得成功应用。在鄂尔多斯盆地三叠系以油页岩、致密含油砂岩的致密油藏中也成功应用了优化的K-PAM聚合物水基钻井液体系。
致密油储层与常规油藏相比，孔隙度与渗透率适配性差，砂岩型和泥质白云岩型致密油均表现出孔隙度较大而渗透率偏低的特征，部分地层含盐、黏土，造成钻井液性能维护较为困难。特别是钙盐的侵入，会导致钻井液中的增粘、降滤失功能添加剂的失效。因此，研究出一种高性能适用于致密油水平井钻井复合盐水低固相水基钻井液尤为重要，有利于提升钻井液体系的流变性、润滑性、封堵性、抑制性，提高钻井施工的安全性、时效性，保障井下施工顺利。
发明内容
本发明的主要目的在于针对现有技术存在的问题和不足，提供一种适用于致密油地层适用于致密油水平井钻井复合盐水低固相水基钻井液，可有效保证水平段携岩能力、封堵性良好、润湿性良好、抑制性良好，满足致密油水平井钻井钻井液技术要求；且涉及的制备方法较简单、操作方便，适合推广应用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种适用于致密油水平井钻井的水基钻井液，各组分及其所占质量份数包括：水400份，氢氧化钠1.2-1.5份，抗盐降滤失剂4-8份，低粘羧甲基纤维素钠盐4-8份，抗盐增粘剂2-4份，低粘度聚阴离子纤维素4-12份，氯化钙4-8份，氯化钾12-28份，磺化沥青8-12份，多功能润滑剂3-5份。
上述方案中，所述水基钻井液中进一步加入加重剂，调节所得水基钻井液的密度至1.1～1.6g/cm3；加重剂可选用重晶石或甲酸钠等。
优选的，当水基钻井液密度>1.30g/cm3时采用重晶石作为加重剂；当水基钻井液密度≤1.30g/cm3时采用甲酸钠作为加重剂。
上述方案中，所述抗盐降滤失剂为抗盐降滤失剂Drispac，其有效成分为98％以上，在高矿化度水中具有良好的降低钻井液滤失效果；其取代度大于90％，在10％CaCl2盐水中3％样品滤失量小于10mL，粘度计600r/min读值小于60。
上述方案中，所述低粘羧甲基纤维素钠盐(LV-CMC)为由棉花纤维与氯乙酸反应得到的产物，在水基钻井液中主要起到降低滤失作用；3％样品水溶液滤失量小于10mL，粘度计600r/min读值小于90。
优选的，所述抗盐增粘剂可选用抗盐增粘剂为AMPS磺酸基抗盐聚合物，具体可选用抗盐增粘剂HE150等；其主要作用是在高矿化度(尤其高钙离子含量)的钻井液中，提高钻井液的粘度和切力；其在10％CaCl2盐水中3％样品的粘度计600r/min读值大于100。
上述方案中，所述磺化沥青属于沥青磺化后磺酸盐的混合物，其高温高压滤失量为3.8-5.6ml/30min，水溶物含量大于80％，主要用于降低钻井液高温高压滤失量，同时也可提高钻井液的抑制性和润滑性；具体可选用soltex或FT-342等。
上述方案中，所述低粘度聚阴离子纤维素，是由天然纤维素经化学改性而制得的水溶性纤维素衍生物，其水溶性钠盐具有更好的耐温耐盐性能，可降低高矿化度高温条件下钻井液的滤失量；其在海盐膨润土浆中的表观粘度小于40mPa·s(参考《GB/T 5005-2010低粘聚阴离子纤维素》)。
上述方案中，所述多功能润滑剂中各组分及其所占重量份数包括：蓖麻油40-50份，二元酸10-20份，聚二元醇30-40份，硼酸盐3-5份；主要用于提高钻井液润滑性，降低极压润滑系数(对钻井液的及压润滑系数降低率可大于90％)，同时也可一定程度上降低钻井液滤失量，同步提高钻井液抑制性。
上述方案中，所述聚二元醇可选用聚乙二醇或聚丙二醇等；二元酸可选用碳原子数为12-15碳链的直链或支链二元酸中的一种或几种；所述硼酸盐可选用氟硼酸钠、十水硼砂、偏硼酸钙等中的一种或几种。
上述方案中，所述多功能润滑剂的制备方法包括如下步骤：
1)将聚二元醇30-40份、二元酸10-20份混合搅拌均匀；
2)加入蓖麻油40-50份升温至40-60℃，高速搅拌1000-2000rpm条件下，加入硼酸盐3-5份，混合搅拌5-10分钟；冷却至室温后，即得多功能润滑剂。
上述一种适用于致密油水平井钻井的水基钻井液的制备方法，包括如下步骤：
1)原料称取，各原料及其所占质量份数包括：水400份，氢氧化钠1.2-1.5份，抗盐降滤失剂4-8份，低粘羧甲基纤维素钠盐4-8份，抗盐增粘剂2-4份，低粘度聚阴离子纤维素4-12份，氯化钙4-8份，氯化钾12-28份，磺化沥青8-12份，多功能润滑剂3-5份；
2)室温条件下，将称取的氢氧化钠、抗盐降滤失剂、低粘羧甲基纤维素钠盐、抗盐增粘剂、低粘度聚阴离子纤维素、氯化钙、氯化钾、磺化沥青、多功能润滑剂依次添加至水中形成钻井液基液，搅拌处理得混合液；然后根据水基钻井液的密度要求加入加重剂。
优选的，步骤2)中每添加完一种原料，均需要用高速搅拌机搅拌5～10min后再添加下一种原料，搅拌速度小于5000rpm。
步骤3)当选用加重剂为甲酸钠时，可其他处理剂一起加入搅拌均匀；当选用加重剂为重晶石时，需以5000rpm以上搅拌速率高速搅拌10～30min，保证重晶石均匀分散。
上述方案中，所述水基钻井液的密度为1.1～1.6g/cm3。
本发明通过调节水相活度配制复合盐水体系，降低钻井液水相活度；引入不同类型复合盐(尤其钙盐)并调节其用量，提高钻井液整体抑制性、润滑性；同时使用抗盐聚合物提高钻井液粘切，保证水平段携岩；降低滤失量，保证封堵性能，加入沥青类封堵材料如磺化沥青提高钻井液封堵性、提高钻井液润滑性和抑制性；并进一步引入多功能润滑剂，在改善钻井液润滑性的同时，进一步提升封堵性和降滤失性能；所得水基钻井液在各密度条件下，API失水低于3ml，润滑性在0.08-0.10；具有良好的封堵性，在9MPa压力下，可承压10小时，可有效封堵60-80目砂床，可视砂床入侵深度1cm，HTHP砂床滤失量3.4ml；所得产品还具有良好的抑制性，整块岩芯热滚回收率可达100％，一次岩芯屑回收率可达99.5％，二次岩芯屑回收率可达98.4％，线性膨胀率可达1.2％。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1)本发明所述复合盐水低固相水基钻井液流变性良好，可有效保证水平段携岩能力，封堵性良好、润湿性良好、抑制性良好；配合高排量增强水力参数，低粘度的无固相体系可提高钻井机械钻速，降低整体钻井施工成本；有效满足致密油水平井钻井液的技术要求；
2)本发明所述水基钻井液的制备方法较简单、原料来源广，操作方便，适合推广应用。
附图说明
图1为本发明实施例1所得产品在不同种盐条件下的抑制性评价结果；
图2为本发明实施例1所得产品岩心压力传递装置实验结果，测试不同体系钻井液对岩芯片的压力传递能力；
图3为本发明实施例1所得产品在可视砂床及HTHP高温高压滤失仪进行砂床漏失评价的测试结果；
图4为本发明实施例1所得产品的封堵性能评价结果。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下实施例中，采用抗盐降滤失剂Drispac(有效成分为98％以上)及抗盐增粘剂HE150由雪佛龙菲利普斯公司提供；采用的低粘羧甲基纤维素钠盐LV-CMC由山东得顺源石油科技有限公司提供，其取代度应大于0.8，纯度大于80％；低粘度聚阴离子纤维素LV-PAC由河南中昊石油科技有限责任公司提供。
采用的磺化沥青为磺化沥青为河南省新乡县新星化工有限公司提供的FT-342；其高温高压滤失量为3.8-5.6ml/30min，水溶物含量大于80％。
以下实施例中，采用的多功能润滑剂的制备方法包括如下步骤：
1)将聚二元醇(聚丙二醇30份、聚乙二醇10份)40份、二元酸(月桂二酸)20份混合搅拌均匀；
2)加入蓖麻油50份升温至50℃，高速搅拌2000rpm条件下，加入硼酸盐(偏硼酸钙)3份，混合搅拌5-10分钟；冷却至室温后即可得多功能润滑剂。
实施例1
一种适用于致密油水平井钻井的水基钻井液，其制备方法包括如下步骤：
1)原料称取，各原料及其所占质量份数为：水400份，氢氧化钠1.3份，抗盐降滤失剂Drispac 6份，低粘羧甲基纤维素钠盐6份，抗盐增粘剂HE150 3份，低粘度聚阴离子纤维素8份，氯化钙6份，氯化钾25份，磺化沥青10份，多功能润滑剂5份；加重剂甲酸钠及重晶石按需加入；
2)在室温条件下，将称取的氢氧化钠、抗盐降滤失剂Drispac、低粘羧甲基纤维素钠盐、抗盐增粘剂HE150、低粘度聚阴离子纤维素、聚丙烯酰胺钾盐、氯化钙、氯化钾、磺化沥青、多功能润滑剂的顺序依次添加形成钻井液基液，每添加完一种添加剂，均需要用高速搅拌机搅拌20min后再添加另一种处理剂，搅拌速度高于10000rpm；基液配置完毕后，根据配置密度需要按需加入重晶石或甲酸钠，配制如表2所述密度为1.1～1.5g/cm3的水基钻井液。
本实施例所得水基钻井液的水相活度抑制性如表1所示，其中，实验所选取盐类为：氯化钾、氯化钠、甲酸钠、氯化钙、甲酸盐。
表1不同种盐水活度评价实验
项目 溶解度(25℃，g/100mL清水) 饱和溶液密度(g/cm3) 水活度(25℃)
KCl 36 1.17 0.85
NaCl 36 1.19 0.75
CaCl2 75 1.39 0.30
HCOONa 81 1.29 0.56
HCOOK 335 1.67 0.28
本发明所得水基钻井液中氯化钙、甲酸钠可以配制低活度水溶液，密度可达1.30～1.39g/cm3，氯化钾、氯化钠密度可配至1.17-1.19g/cm3，甲酸钾密度可配至1.67g/cm3，各种饱和盐水对膨润土的抑制性由强到弱分别是：OBM、HCOOK、CaCl2、HCOONa、KCl、NaCl。
将本实施例所得水基钻井液进行流变性能，具体步骤包括：将配好的基浆置于高速搅拌器上，高速搅拌20min，搅拌速度高于10000rpm，然后升温至50℃后进行性能测试；具体测试结果见表2。
表2实施例1所得不同密度条件下水基钻井液的性能测试结果
上述结果表明，本发明所述水基钻井液在不同密度下均有良好的流变性、降滤失性和润滑性，配合高排量增强水力参数，低粘度的无固相体系可提高钻井机械钻速，降低整体钻井施工成本。
本实施例制备的水基钻井液(密度为1.3g/cm3)封堵性能如表3、表4所示：
表3实施例1所得水基钻井液的封堵性能测试结果I
表4实施例1所得水基钻井液的封堵性能测试结果II
本发明所得水基钻井液可有效封堵岩芯，具有良好的封堵性能，在9MPa压力条件下，承压时间达到10h，可有效封堵60-80目砂床，可视砂床入侵深度1cm，HTHP砂床滤失量3.4ml。
本实施例制备的水基钻井液抑制性能如表5所示：
表5实施例1所得水基钻井液的抑制性测试结果
本发明产品可有效抑制岩芯膨胀，具有良好的抑制性，综合对比分析岩心热滚回收率以及膨胀性实验数据，热滚回收率≥95％，且线性膨胀率≤10％。
实施例2
一种适用于致密油水平井钻井的水基钻井液，其制备方法包括如下步骤：
1)原料称取，各原料及其所占质量份数为：水400份，氢氧化钠1.5份，抗盐降滤失剂Drispac 5份，低粘羧甲基纤维素钠盐7份，抗盐增粘剂HE150 4份，低粘度聚阴离子纤维素7份，氯化钙5份，氯化钾20份，磺化沥青9份，多功能润滑剂5份，加重剂甲酸钠及重晶石按需加入；
2)在室温条件下，将称取的氢氧化钠、抗盐降滤失剂Drispac、低粘羧甲基纤维素钠盐、抗盐增粘剂HE150、低粘度聚阴离子纤维素、聚丙烯酰胺钾盐、氯化钙、氯化钾、磺化沥青的顺序依次添加形成钻井液基液，每添加完一种添加剂，均需要用高速搅拌机搅拌20min后再添加另一种处理剂，搅拌速度高于10000rpm；基液配置完毕后，根据配置密度需要按需加入甲酸钠，配制密度为1.2g/cm3的水基钻井液。
经测试，本实施例所得水基钻井液动切力大于0.28；API失水低于3ml；极压润滑系数为0.09左右；热滚回收率≥95％，且线性膨胀率≤10％；固相含量低于3％。而目前应用于江汉坪北工区致密油的混油钾基聚合物钻井液(其配方为：3％膨润土，0.2％纯碱，0.2％NaOH，1.2％LV-CMC，0.5％KHPAM，0.6％K-PAM，1％QS-2，8％白油，2％超细碳酸钙)，其塑性粘度为25mPa·s，动切力4.5Pa，动塑比0.18,；API失水为5mL；极压润滑系数为0.243；岩芯热滚回收率为86％，黏土线性膨胀率为21％；固相含量12％。
结果表明，相比于当前所用的钻井液体系，本实施例所得水基钻井液的各项性能均有明显优势。
对比例1
一种适用于致密油水平井钻井的水基钻井液，其制备方法与实施例1大致相同，不同之处在于，各原料及其所占质量份数为：水400份，氢氧化钠1.5份，降滤失剂K-PAM(山东得顺源石油科技有限公司提供)5份，低粘羧甲基纤维素钠盐7份，膨润土12份，低粘度聚阴离子纤维素7份，氯化钙5份，氯化钾20份，磺化沥青9份，多功能润滑剂5份，甲酸钠加重配制密度1.3g/cm3钻井液。
经测试，所得水基钻井液的塑性粘度为26mPa·s，动切力为3Pa，30minAPI滤失量为8mL，100℃高温高压滤失量为22mL。
对比例2
一种适用于致密油水平井钻井的水基钻井液，其制备方法与实施例1大致相同，不同之处在于，各原料及其所占质量份数为：水400份，氢氧化钠1.3份，抗盐降滤失剂Drispac6份，低粘羧甲基纤维素钠盐6份，抗盐增粘剂HE150 3份，低粘度聚阴离子纤维素8份，氯化钙6份，氯化钾25份，磺化沥青10份，水基润滑剂(荆州市学成实业有限公司提供)5份，甲酸钠加重配制密度1.3g/cm3钻井液
经测试，所得水基钻井液的极压润滑系数为0.12，岩芯一次热滚回收率为94％，二次热滚回收率为91％，岩芯粉末膨胀率为2.4％，100℃高温高压滤失量为6.8mL。
上述实施例仅是为了清楚地说明所做的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或者变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种适用于致密油水平井钻井的水基钻井液，其特征在于，各组分及其所占质量份数包括： 水400份，氢氧化钠1.2-1.5份，抗盐降滤失剂4-8份，低粘羧甲基纤维素钠盐4-8份，抗盐增粘剂2-4份，低粘度聚阴离子纤维素4-12份，氯化钙4-8份，氯化钾12-28份，磺化沥青8-12份，多功能润滑剂3-5份；
所述多功能润滑剂中各组分及其所占重量份数包括：蓖麻油40-50份，二元酸10-20份，聚二元醇30-40份，硼酸盐3-5份；
所述聚二元醇选用聚乙二醇和聚丙二醇；二元酸选用碳原子数为12-15碳链的直链或支链二元酸中的一种或几种；硼酸盐选用氟硼酸钠、十水硼砂、偏硼酸钙中的一种或几种；
所述抗盐降滤失剂为抗盐降滤失剂Drispac；所述抗盐增粘剂为AMPS磺酸基抗盐聚合物。
2.根据权利要求1所述的水基钻井液，其特征在于，所述水基钻井液中加入加重剂，调节所得水基钻井液的密度至1.1~1.6g/cm3；加重剂为重晶石或甲酸钠。
3.根据权利要求2所述的水基钻井液，其特征在于，当水基钻井液密度>1.30g/cm3时采用重晶石作为加重剂；当水基钻井液密度≤1.30g/cm3时采用甲酸钠作为加重剂。
4.根据权利要求1所述的水基钻井液，其特征在于，所述低粘羧甲基纤维素钠盐纯度大于80%。
5.根据权利要求1所述的水基钻井液，其特征在于，所述磺化沥青中水溶物含量大于80%。
6.权利要求1~5任一项所述适用于致密油水平井钻井的水基钻井液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）原料称取，各原料及其所占质量份数包括：水400份，氢氧化钠1.2-1.5份，抗盐降滤失剂4-8份，低粘羧甲基纤维素钠盐4-8份，抗盐增粘剂2-4份，低粘度聚阴离子纤维素4-12份，氯化钙4-8份，氯化钾12-28份，磺化沥青8-12份，多功能润滑剂3-5份；
2）室温条件下，将称取的氢氧化钠、抗盐降滤失剂、低粘羧甲基纤维素钠盐、抗盐增粘剂、低粘度聚阴离子纤维素、氯化钙、氯化钾、磺化沥青、多功能润滑剂添加至水中形成钻井液基液，搅拌处理得混合液；然后根据水基钻井液的密度要求加入加重剂。
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