CN115404058B - 一种水基钻井液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种水基钻井液及其制备方法，涉及钻井液的技术领域，该水基钻井液包括预活化膨润土、pH值调节剂和水；所述pH值调节剂在25℃条件下的体系中的pH值不小于5，且在100℃以上的体系中的pH值不大于3；所述预活化膨润土的金属离子中镁离子的含量不低于21％；铁离子的含量不低于8％；其中，所述体系为包括水、预活化膨润土、pH值调节剂形成的体系。本申请还提供了一种水基钻井液的制备方法。本申请提供的水基钻井液及其制备方法可以利用油层或者页岩层的高温，达到激活预活化膨润土膨胀的性能，实现油层或者页岩层的裂缝封堵，避免流体流失的问题。
Description
技术领域
本申请涉及钻井液的技术领域，尤其是涉及一种水基钻井液及其制备方法。
背景技术
钻井液是指油气钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体的总称。根据连续相的不同，钻井液分为水基钻井液和油基钻井液。其中水基钻井液因为其具有成本低、配置处理维护较简单、处理剂来源广、可供选择的类型多、性能容易控制等优点，并且具有潜在的环境可接受性和较好的保护储层的效果，因此是目前最为常用的钻井液。目前，全球超过65％以上的井依然采用水基钻井液，尤其是在深井中，其水基钻井液的使用占比更高。但随着深井和超深井的钻井技术的深入和推进，深井和超深井的高温高压地层环境导致井筒内部的流体损失严重,对地层的侵蚀加剧,难以保持井眼的稳定，因此亟需提供一种可以缓解井内流体损失的钻井液。
发明内容
本申请的目的在于提供一种水基钻井液，改善现有技术中单裂缝岩心样品难以反应多裂缝岩层流体渗流情况的技术问题。
本申请的另一目的在于提供一种水基钻井液的制备方法。
本申请的再一目的在于提供一种水基钻井液的应用。
为了上述目的，本申请提供以下技术方案：
第一方面，本申请实施例提供了一种水基钻井液，包括预活化膨润土、pH值调节剂和水；
所述pH值调节剂在25℃条件下的体系中的pH值不小于5，且在100℃以上的体系中的pH值不大于3；
所述预活化膨润土的金属离子中镁离子的含量不低于21％；铁离子的含量不低于8％；
其中，所述体系为包括水、预活化膨润土、pH值调节剂形成的体系。
进一步地，在本申请的一些实施例中，所述预活化膨润土的粒径不大于300目。
进一步地，在本申请的一些实施例中，所述pH值调节剂选自在25℃条件下难溶于水且其溶解度随着温度的升高而升高的弱酸。
进一步地，在本申请的一些实施例中，所述弱酸选自苯酚、对苯二酚或固体硼酸中的至少一种。
进一步地，在本申请的一些实施例中，所述预活化膨润土在所述水基钻井液中的质量份数为3～5份；所述pH值调节剂的质量份数为1～3份；所述水的质量份数为100份。
进一步地，在本申请的一些实施例中，所述pH值调节剂为苯酚或者对苯二酚；
所述水基钻井液还包括木质纤维素、甲醛和交联剂；
所述木质纤维素的质量份数为5～7份；
所述交联剂的质量份数为0.2～1份
所述甲醛的质量份数为2～5份。
第二方面，本申请的一些实施例提供一种水基钻井液的制备方法，包括：
提供预活化膨润土浆、pH值调节剂、水；
混合所述预活化膨润土浆、pH值调节剂、水，形成钻井液；
其中，所述钻井液为悬浊液。
进一步地，在本申请的一些实施例中，所述预活化膨润土浆的提供包括以下步骤：
提供膨润土浆、镁盐和铁盐，所述膨润土浆中膨润土的粒径不超过200目；所述镁盐和铁盐均为水溶性盐；
混合所述膨润土浆、镁盐和铁盐；在50～70℃下搅拌或研磨0.5～3h，过滤、干燥，得到预活化膨润土；
利用水和所述预活化膨润土配制成预活化膨润土浆；
其中，所述膨润土浆中的膨润土的质量分数不超过5％；所述镁盐与所述膨润土的质量比为0.3～0.5:1；所述铁盐与所述膨润土的质量比为0.1～0.3:1。
进一步地，在本申请的一些实施例中，所述制备方法还包括：
提供木质纤维素、甲醛和交联剂；
在混合所述预活化膨润土浆、pH值调节剂、水之后，在形成钻井液之前，还包括：
将所述木质纤维素、甲醛和交联剂加入所述预活化膨润土浆、pH值调节剂、水形成的体系中，混合；
其中，所述pH值调节剂为苯酚或间苯二酚。
第三方面，本申请的一些实施例还提供了第一方面所述的水基钻井液或第二方面所述的水基钻井液的制备方法制备得到的水基钻井液在温度不低于120℃油层或者岩层中的应用。
本申请还提供了一种水基钻井液，添加有在高温下pH值可以变为酸性的pH值调节剂以及可以与pH值调节剂电离出来的氢离子在酸性条件下反应的预活化膨润土，使其可以利用油层或者页岩层的高温，达到激活预活化膨润土膨胀的性能，实现油层或者页岩层的裂缝封堵，避免流体流失的效果；同时，由于pH值调节剂在高温下与预活化膨润土反应可以得到更加柔软、膨胀倍数更高的活化膨润土，使其封堵效果更好且更不容易崩坏，还可以进一步减少膨润土的添加量，减少了水基钻井液中的各成分对岩层或者页岩层的影响；此外，由于pH值调节剂需要在高温下其电离的氢离子会更多，酸性更强，使其可以与预活化膨润土发生反应，使预活化膨润土活化，使本申请提供的水基钻井液可以在深入油层和页岩层之后才会发生达到良好的封堵作用，避免水基钻井液中的膨润土在未达到既定位置之前就大量膨胀，影响避免流体流失的效果。此外，本申请所采用有的预活化膨润土为其金属离子中镁离子的含量不低于21％；铁离子的含量不低于8％，由于镁离子和铁离子的离子半径大于铝离子的离子半径，铁离子的粒径半径大于钠离子的离子半径，可以使膨润土的晶体结构松弛或者发生畸变，结晶有序度降低，构造的不完整性增加，使其金属离子可以通过较弱的酸性条件下即可快速被氢离子替换，使膨润土快速活化，实现膨胀倍数更高、柔软性更好，更不容易崩坏。
本申请提供的一种水基钻井液的制备方法，该制备方法工序简单，易于操作，其得到水基钻井液有一定的贮存时间，无需完全的现配现用，实用性更好。
本申请还提供了水基钻井液在温度不低于120℃油层或者页岩层中的应用，其尤其可以适用于高温高压的油层或者页岩层；进一步地，尤其可适用于含有硫化氢的油层或者页岩层。
具体实施方式
下面将结合实施例对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
第一方面，本申请实施例本提供了一种水基钻井液，包括预活化膨润土、pH值调节剂和水；
所述pH值调节剂在25℃条件下的体系中的pH值不小于5，且在100℃以上的体系中的pH值不大于3；
所述预活化膨润土的金属离子中镁离子的含量不低于21％；铁离子的含量不低于8％；
其中，所述体系为包括水、预活化膨润土、pH值调节剂形成的体系。
在本申请中，pH值调节剂用于调整水基钻井液的pH值，并提供预活化膨润土活化过程中用于替代金属离子的氢离子。由于深井或者超深井的地层(油层或者页岩层)中，其地层环境通常为高温高压，因此其在室温下在水中溶解度、电离度较小pH调节剂其溶解度和电离度均升高，使水基钻井液的pH值下降，且体系中存在更多的氢离子，为替换预活化膨润土中的金属离子提供足够的氢离子。且由于
在一些实施例中，所述预活化膨润土的粒径不大于300目。
在一些实施例中，所述pH值调节剂选自在25℃条件下难溶于水且其溶解度随着温度的升高而升高的弱酸。
在一些实施例中，所述弱酸选自苯酚、对苯二酚或固体硼酸中的至少一种。
在一些实施例中，所述预活化膨润土在所述水基钻井液中的质量份数为3～5份；所述pH值调节剂的质量份数为1～3份；所述水的质量份数为100份。
在一些实施例中，所述pH值调节剂为苯酚或者对苯二酚；
所述水基钻井液还包括木质纤维素、甲醛和交联剂；
所述木质纤维素的质量份数为5～7份；
所述交联剂的质量份数为0.2～1份
所述甲醛的质量份数为2～5份。
第二方面，本申请的一些实施例提供一种水基钻井液的制备方法，包括：
提供预活化膨润土浆、pH值调节剂、水；
混合所述预活化膨润土浆、pH值调节剂、水，形成钻井液；
其中，所述钻井液为悬浊液。
在一些实施例中，所述预活化膨润土浆的提供包括以下步骤：
提供膨润土浆、镁盐和铁盐，所述膨润土浆中膨润土的粒径不超过200目；所述镁盐和铁盐均为水溶性盐；
混合所述膨润土浆、镁盐和铁盐；在50～70℃下搅拌或研磨0.5～3h，过滤、干燥，得到预活化膨润土；
利用水和所述预活化膨润土配制成预活化膨润土浆；
其中，所述膨润土浆中的膨润土的质量分数不超过5％；所述镁盐与所述膨润土的质量比为0.3～0.5:1；所述铁盐与所述膨润土的质量比为0.1～0.3:1。
在一些实施例中，所述镁盐可以选择硝酸镁、氯化镁、醋酸镁等水溶性镁盐中的任一种；所述铁盐可以选择氯化铁、硝酸铁、醋酸铁、硫酸铁等水溶性铁盐中的任一种。
在一些实施例中，膨润土浆中的膨润土的粒径为240～300目。
在一些实施例中，在50～70℃下搅拌或研磨0.5～3h优选为：
在60～65℃下搅拌或研磨2～2.5h。
在一些实施例中，所述制备方法还包括：
提供木质纤维素、甲醛和交联剂；
在混合所述预活化膨润土浆、pH值调节剂、水之后，在形成钻井液之前，还包括：
将所述木质纤维素、甲醛和交联剂加入所述预活化膨润土浆、pH值调节剂、水形成的体系中，混合；
其中，所述pH值调节剂为苯酚或间苯二酚。
第三方面，本申请的一些实施例还提供了第一方面所述的水基钻井液或第二方面所述的水基钻井液的制备方法制备得到的水基钻井液在温度不低于120℃油层或者岩层中的应用。
为使本申请上述实施细节和操作能清楚地被本领域技术人员所理解，以及本申请实施例所提供的一种纳米示踪剂的示踪方法及纳米示踪剂的进步性能显著体现，以下通过实施例来举例说明上述技术方案。
实施例1
本实施例本提供了一种水基钻井液的制备方法，包括：
S1:制备预活化膨润土
提供膨润土浆(膨润土的含量以质量分数计为体系的4％)、1.6％的醋酸镁和0.8％醋酸铁，所述膨润土浆中膨润土过260目筛；其余为水；
搅拌混合所述膨润土浆、醋酸镁和醋酸铁，使醋酸镁和醋酸铁完全溶解；在65℃下搅拌或研磨2h，过滤、干燥，得到预活化膨润土，备用；
S2:制备预活化膨润土浆
利用水和所述预活化膨润土配制成预活化膨润土悬浮的预活化膨润土浆；其中预活化膨润土与水的质量比为1:10；
S3:制备水基钻井液
以质量份数计，取40份活化膨润土浆、2份苯酚、6份木质纤维素、4份甲醛、0.6份交联剂，加入64份水中；搅拌形成稳定的悬浊液(静置24h不沉降)，即可得到水基钻井液A。
实施例2
本实施例本提供了一种水基钻井液的制备方法，包括：
S1:制备预活化膨润土
提供膨润土浆(膨润土的含量以质量分数计为体系的5％)、1.5％的醋酸镁和1.5％醋酸铁，所述膨润土浆中膨润土过260目筛；其余为水；
搅拌混合所述膨润土浆、醋酸镁和醋酸铁，使醋酸镁和醋酸铁完全溶解；在65℃下搅拌或研磨2h，过滤、干燥，得到预活化膨润土，备用；
S2:制备预活化膨润土浆
利用水和所述预活化膨润土配制成预活化膨润土悬浮的预活化膨润土浆；其中预活化膨润土与水的质量比为1:10；
S3:制备水基钻井液
以质量份数计，取30份预活化膨润土浆、1份苯酚、5份木质纤维素、3份甲醛、0.3份交联剂，加入73份水中；搅拌形成稳定的悬浊液(静置24h不沉降)，即可得到水基钻井液B。
实施例3
本实施例本提供了一种水基钻井液的制备方法，包括：
S1:制备预活化膨润土
提供膨润土浆(膨润土的含量以质量分数计为体系的2％)、1.0％的醋酸镁和0.2％醋酸铁，所述膨润土浆中膨润土过260目筛；其余为水；
搅拌混合所述膨润土浆、醋酸镁和醋酸铁，使醋酸镁和醋酸铁完全溶解；在65℃下搅拌或研磨2h，过滤、干燥，得到预活化膨润土，备用；
S2:制备预活化膨润土浆
利用水和所述预活化膨润土配制成预活化膨润土悬浮的预活化膨润土浆；其中预活化膨润土与水的质量比为1:10；
S3:制备水基钻井液
以质量份数计，取50份预活化膨润土浆、3份苯酚、7份木质纤维素、5份甲醛、0.8份交联剂，加入55份水中；搅拌形成稳定的悬浊液(静置24h不沉降)，即可得到水基钻井液C。
实施例4
本实施例本提供了一种水基钻井液的制备方法，包括：
S1:制备预活化膨润土
提供膨润土浆(膨润土的含量以质量分数计为体系的4％)、1.6％的醋酸镁和0.8％醋酸铁，所述膨润土浆中膨润土过260目筛；其余为水；
搅拌混合所述膨润土浆、醋酸镁和醋酸铁，使醋酸镁和醋酸铁完全溶解；在65℃下搅拌或研磨2h，过滤、干燥，得到预活化膨润土，备用；
S2:制备预活化膨润土浆
利用水和所述预活化膨润土配制成预活化膨润土悬浮的预活化膨润土浆；其中预活化膨润土与水的质量比为1:10；
S3:制备水基钻井液
以质量份数计，取40份预活化膨润土浆、1份对苯二酚、5份木质纤维素、4份甲醛、0.6份交联剂，加入64份水中；搅拌形成稳定的悬浊液(静置24h不沉降)，即可得到水基钻井液D。
对比例1
相较于实施例1，本对比例中省略步骤S1，在步骤S2中采用钠基膨润土配置膨润土浆，并将该膨润土浆加入步骤S3的体系中，步骤S3中不加入预活化膨润土浆，其余步骤与实施例1相同，得到对比体系A。
对比例2
相较于实施例1，本对比例中步骤S3的体系中不加入苯酚，其余步骤与实施例1相同，得到对比体系B。
对比例3
相较于实施例1，本对比例中省略步骤S1，在步骤S2中采用钠基膨润土配置膨润土浆，并将该膨润土浆加入步骤S3的体系中，步骤S3中不加入预活化膨润土浆，且在步骤S3的体系中不加入苯酚，其余步骤与实施例1相同，得到对比体系C。
利用元素分析法分别测试实施例1～3得到预活化膨润土和活化之前的膨润土的铁元素、镁元素的含量，其得到结果如表1所示；
从表1可以看出，本申请提供的预活化膨润土其得到的镁和铁的含量相较于膨润土明显增加，由此可见膨润土中的金属离子已经部分被镁和铁置换，为后续的钻井液中预活化膨润土的活化提供了条件。
测量实施例1～4和对比例1～3得到的样品的pH值，并将实施例1～4和对比例1～3得到的样品分别置于50MPa和120℃的环境中3min、15min，再分别测量其pH值，其测试结果如表2所示：
从表2可以看出，本申请提供的水基钻井液在加入了苯酚之后，在高温高压下，其体系的酸性逐渐升高，在酸性逐渐升高之后，其体系中的氢离子置换出膨润土中的金属离子镁和铁，生成了活性更优的活化膨润土，使其膨胀系数更好，性能更优。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种水基钻井液，其特征在于，包括预活化膨润土、pH值调节剂和水；
所述pH值调节剂在25℃条件下的体系中的pH值不小于5，且在100℃以上的体系中的pH值不大于3；
所述预活化膨润土的金属离子中镁离子的含量不低于21％；铁离子的含量不低于8％；
其中，所述体系为包括水、预活化膨润土、pH值调节剂形成的体系；
所述pH值调节剂选自在25℃条件下难溶于水且其溶解度随着温度的升高而升高的弱酸；所述弱酸选自苯酚、对苯二酚或固体硼酸中的至少一种；
所述预活化膨润土在所述水基钻井液中的质量份数为3～5份；所述pH值调节剂的质量份数为1～3份；所述水的质量份数为100份。
2.根据权利要求1所述的水基钻井液，其特征在于，所述预活化膨润土的粒径不大于300目。
3.根据权利要求1所述的水基钻井液，其特征在于，所述pH值调节剂为苯酚或者对苯二酚；
所述水基钻井液还包括木质纤维素、甲醛和交联剂；
所述木质纤维素的质量份数为5～7份；
所述交联剂的质量份数为0.2～1份
所述甲醛的质量份数为2～5份。
4.一种根据权利要求1～3任一项所述的水基钻井液的制备方法，其特征在于，包括：
提供预活化膨润土浆、pH值调节剂、水；
混合所述预活化膨润土浆、pH值调节剂、水，形成钻井液；
其中，所述钻井液为悬浊液。
5.根据权利要求4所述的水基钻井液的制备方法，其特征在于，所述预活化膨润土浆的提供包括以下步骤：
提供膨润土浆、镁盐和铁盐，所述膨润土浆中膨润土的粒径不超过200目；所述镁盐和铁盐均为水溶性盐；
混合所述膨润土浆、镁盐和铁盐；在50～70℃下搅拌或研磨0.5～3h，过滤、干燥，得到预活化膨润土；
利用水和所述预活化膨润土配制成预活化膨润土浆；
其中，所述膨润土浆中的膨润土的质量分数不超过5％；所述镁盐与所述膨润土的质量比为0.3～0.5:1；所述铁盐与所述膨润土的质量比为0.1～0.3:1。
6.根据权利要求4所述的水基钻井液的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：
提供木质纤维素、甲醛和交联剂；
在混合所述预活化膨润土浆、pH值调节剂、水之后，在形成钻井液之前，还包括：
将所述木质纤维素、甲醛和交联剂加入所述预活化膨润土浆、pH值调节剂、水形成的体系中，混合；
其中，所述pH值调节剂为苯酚或间苯二酚。
7.一种根据权利要求1～3任一项所述的水基钻井液在温度不低于120℃油层或者岩层中的应用。
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
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Also Published As
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|---|---|
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