CN116240003A - 一种水平井用水基钻井液生产工艺 - Google Patents

一种水平井用水基钻井液生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种水平井用水基钻井液生产工艺，属于水基钻井液技术领域，包括以下步骤：步骤一：将水加入搅拌罐中，开启搅拌器，并向搅拌罐中加入碳酸钠，调节水的pH值至7.5‑8.5，向搅拌罐中依次加入改性膨润土浆液、改性纳米二氧化硅、加重剂和降滤失剂，进行搅拌均匀，得到钻井液，通过硅酸钠溶液中钠离子对膨润土进行改性得到钠基膨润土，从而将蒙脱石中相邻斜晶系层间的空隙填充大量的钠离子，再加入氟硅酸钠与溶液中的硅酸根反应生成凝胶状的SiO2，使得SiO2凝胶中，含有大量的活性基团，该活性基团能够和地表中的物质脱水生成硅氧化学键，由于硅氧化学键中结合力较高，因此在与井壁粘接后压缩强度能够增强。

Description

一种水平井用水基钻井液生产工艺
技术领域
本发明涉及水基钻井液生产技术领域，具体为一种水平井用水基钻井液生产工艺。
背景技术
水平井是一种在油气藏中沿着水平方向延伸的井，具有增加油气产量、改善采收率、降低成本等优点。水平井钻井技术是一种高难度的钻井技术，对钻井液的性能要求较高。钻井液是在钻井过程中循环使用的流体，主要用于冷却和润滑钻头、携带岩屑、稳定井壁、控制地层压力等。钻井液按照连续相的不同，可分为水基钻井液、油基钻井液和气体基钻井液等，其中水基钻井液处理维护较为简单，因此在使用较为广泛。
中国专利公开了一种页岩气井用水基钻井液及其生产方法（公开号：CN110628398B），该专利以钠基膨润土作为基础配浆材料，为其他处理剂相互作用提供吸附介质，同时提高粘切和悬浮重晶石作用，并通过抑制防塌剂无荧光白沥青提高封堵性，但是仅仅通过钠基膨润土以及抑制防塌剂对水平井的井壁支撑能力有限，造成井壁的稳定效果较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水平井用水基钻井液生产工艺，通过硅酸钠溶液中钠离子对膨润土进行改性得到钠基膨润土，从而将蒙脱石中相邻斜晶系层间的空隙填充大量的钠离子，再加入氟硅酸钠与溶液中的硅酸根反应生成凝胶状的SiO2，使得SiO2凝胶中，含有大量的活性基团，该活性基团能够和地表中的物质脱水生成硅氧化学键，由于硅氧化学键中结合力较高，因此在与井壁粘接后压缩强度能够增强。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种水平井用水基钻井液生产工艺，包括以下步骤：
步骤一：将水加入搅拌罐中，开启搅拌器，并向搅拌罐中加入碳酸钠，调节水的pH值至7.5-8.5，向搅拌罐中依次加入改性膨润土浆液、改性纳米二氧化硅、加重剂和降滤失剂，进行搅拌均匀，得到钻井液；
步骤二：将混合完成的钻井液送入储存罐中，进行静置陈化；
步骤三：将陈化好的钻井液通过泵体输送至调配罐中，进行调配。
作为本发明进一步的方案：改性膨润土浆液的制备方法包括如下步骤：
步骤A1、将水、膨润土和硅酸钠溶液置于反应釜中以温度为80℃进行搅拌20-30min，得到钠基膨润土混合液；
步骤A2、将氟硅酸钠和钠基膨润土混合液加入反应釜中，机械搅拌均匀，并通过浓度为0.5-1mol/L NaOH调节pH至7.8，降温至30-50℃，保温反应24h，得到改性膨润土浆液。
作为本发明进一步的方案：步骤A1中水、膨润土与硅酸钠的质量比为1000：100-200：50-65。
作为本发明进一步的方案：步骤A2中钠基膨润土混合液与氟硅酸钠的质量比为1000:120-150。
作为本发明进一步的方案：改性纳米二氧化硅的制备方法包括如下步骤：
步骤B1：将纳米二氧化硅、无水乙醇置于反应瓶中，常温下用磁力搅拌1-2h，得到混合液A；
步骤B2：将乙烯基三甲氧基硅烷、无水乙醇置于反应瓶中，再进行磁力搅拌1-2h，得到混合液B；
步骤B3：混合液B通入混合液A中，同时进行磁力搅拌30min，再加入0.5-1mol/LNaOH水溶液调节pH至7.6-8.2，升温至80℃，冷凝回流反应24h后，再加入十二烷基硫酸钠，磁力搅拌20min，得到改性纳米二氧化硅。
其中，步骤B1中纳米二氧化硅与无水乙醇的质量比为5-10：100，步骤B2中乙烯基三甲氧基硅烷与无水乙醇的质量比为5-10:100，步骤B3中混合液A、混合液B与十二烷基硫酸钠的质量比为100:100:10-20。
作为本发明进一步的方案：步骤一中水、改性膨润土浆液、改性纳米二氧化硅、加重剂、降滤失剂的质量比为1000：260-300:50-60：10-12:12-14。
作为本发明进一步的方案：步骤一中加重剂为重晶石粉或石灰粉中的一种或多种按照任意比例组成。
本发明的有益效果：
（1）本发明通过硅酸钠溶液中钠离子对膨润土进行改性得到钠基膨润土，从而将蒙脱石中相邻斜晶系层间的空隙填充大量的钠离子，再加入氟硅酸钠与溶液中的硅酸根反应生成凝胶状的SiO2，由于SiO2凝胶中，含有大量的活性基团（-Si、OH），这些活性基团能够和地表中的物质（Ca、Si、Al等）进一步反应，脱水生成硅氧化学键，由于硅氧化学键中结合力较高，从而在井壁形成包覆膜，并与井壁固结在一起，因此在与井壁粘接后压缩强度能够增强。
（2）本发明中以乙烯基三甲氧基硅烷对纳米二氧化硅进行改性，从而减少纳米二氧化硅表面的硅羟基，减少纳米颗粒通过硅羟基缩合，并且在纳米二氧化硅的表面引入了长链，从而增加了十二烷基硫酸钠在纳米二氧化硅表面的吸附面积，从而有效的提高纳米二氧化硅的亲水性和在水基钻井液中的分散性，进一步提高对井壁微裂缝的封堵效率，降低滤失量和渗透率。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供改性纳米二氧化硅的制备方法，包括如下步骤：
步骤B1：将5g纳米二氧化硅、无水乙醇100ml溶液置于反应瓶中，常温下用磁力搅拌1h，使得纳米二氧化硅在无水乙醇中分散均匀，得到混合液A；
步骤B2：将5ml乙烯基三甲氧基硅烷、100ml无水乙醇置于反应瓶中，再进行磁力搅拌1h，使得乙烯基三甲氧基硅烷充分水解，得到混合液B；
步骤B3：混合液B通入混合液A中，同时进行磁力搅拌30min，再加入0.5mol/L NaOH水溶液调节pH至7.6，升温至80℃，冷凝回流反应24h后，再加入10g十二烷基硫酸钠，磁力搅拌20min，得到改性纳米二氧化硅。
实施例2
本实施例提供改性纳米二氧化硅的制备方法，包括如下步骤：
步骤B1：将10g纳米二氧化硅、无水乙醇100ml溶液置于反应瓶中，常温下用磁力搅拌2h，使得纳米二氧化硅在无水乙醇中分散均匀，得到混合液A；
步骤B2：将10ml乙烯基三甲氧基硅烷、100ml无水乙醇置于反应瓶中，再进行磁力搅拌1h，使得乙烯基三甲氧基硅烷充分水解，得到混合液B；
步骤B3：混合液B通入混合液A中，同时进行磁力搅拌30min，再加入1mol/L NaOH水溶液调节pH至8.2，升温至80℃，冷凝回流反应24h后，再加入20g十二烷基硫酸钠，磁力搅拌20min，得到改性纳米二氧化硅。
实施例3
本实施例提供改性纳米二氧化硅的制备方法，包括如下步骤：
步骤B1：将7g纳米二氧化硅、无水乙醇100ml溶液置于反应瓶中，常温下用磁力搅拌1.5h，使得纳米二氧化硅在无水乙醇中分散均匀，得到混合液A；
步骤B2：将8ml乙烯基三甲氧基硅烷、100ml无水乙醇置于反应瓶中，再进行磁力搅拌1.5h，使得乙烯基三甲氧基硅烷充分水解，得到混合液B；
步骤B3：混合液B通入混合液A中，同时进行磁力搅拌30min，再加入0.75mol/LNaOH水溶液调节pH至8.2，升温至80℃，冷凝回流反应24h后，再加入15g十二烷基硫酸钠，磁力搅拌20min，得到改性纳米二氧化硅。
实施例4
一种水平井用水基钻井液生产工艺，包括以下步骤：
步骤一：将1000ml水加入搅拌罐中，开启搅拌器，并向搅拌罐中加入碳酸钠，调节水的pH值至7.5，向搅拌罐中依次加入260ml改性膨润土浆液、50ml实施例1的改性纳米二氧化硅、10g重晶石粉和12g降滤失剂，进行搅拌均匀，得到钻井液；
步骤二：将混合完成的钻井液送入储存罐中，进行静置陈化；
步骤三：将陈化好的钻井液通过泵体输送至调配罐中，进行调配。
其中，改性膨润土浆液的制备方法包括如下步骤：
步骤A1、将1000ml水、100g膨润土和50ml浓度为0.3mol/L的硅酸钠溶液置于反应釜中以温度为80℃进行搅拌20min，得到钠基膨润土混合液；
步骤A2、将120g氟硅酸钠和1000ml钠基膨润土混合液加入反应釜中，机械搅拌均匀，并通过浓度为0.5mol/L NaOH调节pH至7.8，降温至30℃，保温反应24h，得到改性膨润土浆液。
实施例5
一种水平井用水基钻井液生产工艺，包括以下步骤：
步骤一：将1000ml水加入搅拌罐中，开启搅拌器，并向搅拌罐中加入碳酸钠，调节水的pH值至8.5，向搅拌罐中依次加入300ml改性膨润土浆液、60ml实施例2的改性纳米二氧化硅、15g石灰粉和14g降滤失剂，进行搅拌均匀，得到钻井液；
步骤二：将混合完成的钻井液送入储存罐中，进行静置陈化；
步骤三：将陈化好的钻井液通过泵体输送至调配罐中，进行调配。
其中，改性膨润土浆液的制备方法包括如下步骤：
步骤A1、将1000ml水、200g膨润土和65ml浓度为0.3mol/L的硅酸钠溶液置于反应釜中以温度为80℃进行搅拌30min，得到钠基膨润土混合液；
步骤A2、将150g氟硅酸钠和1000ml钠基膨润土混合液加入反应釜中，机械搅拌均匀，并通过浓度为0.1mol/L NaOH调节pH至7.8，降温至50℃，保温反应24h，得到改性膨润土浆液。
实施例6
一种水平井用水基钻井液生产工艺，包括以下步骤：
步骤一：将1000ml水加入搅拌罐中，开启搅拌器，并向搅拌罐中加入碳酸钠，调节水的pH值至8，向搅拌罐中依次加入280ml改性膨润土浆液、55ml实施例3的改性纳米二氧化硅、7.5g石灰粉、7.5g重晶石粉和14.5g降滤失剂，进行搅拌均匀，得到钻井液；
步骤二：将混合完成的钻井液送入储存罐中，进行静置陈化；
步骤三：将陈化好的钻井液通过泵体输送至调配罐中，进行调配。
其中，改性膨润土浆液的制备方法包括如下步骤：
步骤A1、将1000ml水、150g膨润土和58ml浓度为0.3mol/L的硅酸钠溶液置于反应釜中以温度为80℃进行搅拌25min，得到钠基膨润土混合液；
步骤A2、将135g氟硅酸钠和1000ml钠基膨润土混合液加入反应釜中，机械搅拌均匀，并通过浓度为0.1mol/L NaOH调节pH至7.8，降温至50℃，保温反应24h，得到改性膨润土浆液。
对比例1
将实施例4中的改性膨润土浆液改为钠基膨润土，其余原料及制备过程与实施例4相同。
对比例2
将实施例5中的改性纳米二氧化硅改为纳米二氧化硅，其余原料及制备过程与实施例5相同。
将实施例4-6和对比例1-2所得的钻井液进行测试，测试标准如下：
封堵性：参照SY/T 5665-2018《钻井液用防塌封堵剂》，考察不同钻井液在高温老化前后的封堵性，先测试常温状态下各钻井液的表观粘度、塑性粘度、动切力、HTHP滤失量测定和砂床滤失量，然后在120℃条件下，分别滚动老化16h，再测试各钻井液的表观粘度、塑性粘度、动切力、HTHP滤失量测定和砂床滤失量，结果如下表所示：
表1
Figure SMS_1
注：AV为表观粘度，PV为塑性粘度，YP为动切力，HTHP为高温高压滤失量。
由表1可以看出实施例4-6水基钻井液的砂床滤失量为0，虽然对比例1中的滤失量也为0，但是实施例4-6中的滤液渗入砂床深度比较浅，本发明体系的封堵性好，并且该实施例4-6老化前后的表观粘度、塑性粘度以及切力的数值相较于对比例1-2的数值变化较小，因此稳定性好，抗温性能好。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种水平井用水基钻井液生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将水加入搅拌罐中，开启搅拌器，并向搅拌罐中加入碳酸钠，调节水的pH值至7.5-8.5，向搅拌罐中依次加入改性膨润土浆液、改性纳米二氧化硅、加重剂和降滤失剂，进行搅拌均匀，得到钻井液；
步骤二：将混合完成的钻井液送入储存罐中，进行静置陈化；
步骤三：将陈化好的钻井液通过泵体输送至调配罐中，进行调配。
2.根据权利要求1所述的一种水平井用水基钻井液生产工艺，其特征在于，改性膨润土浆液的制备方法包括如下步骤：
步骤A1、将水、膨润土和硅酸钠溶液置于反应釜中以温度为80℃进行搅拌20-30min，得到钠基膨润土混合液；
步骤A2、将氟硅酸钠和钠基膨润土混合液加入反应釜中，机械搅拌均匀，并通过浓度为0.5-1mol/L NaOH调节pH至7.8，降温至30-50℃，保温反应24h，得到改性膨润土浆液。
3.根据权利要求2所述的一种水平井用水基钻井液生产工艺，其特征在于，步骤A1中水、膨润土与硅酸钠的质量比为1000：100-200：50-65。
4.根据权利要求2所述的一种水平井用水基钻井液生产工艺，其特征在于，步骤A2中钠基膨润土混合液与氟硅酸钠的质量比为1000:120-150。
5.根据权利要求1所述的一种水平井用水基钻井液生产工艺，其特征在于，改性纳米二氧化硅的制备方法包括如下步骤：
步骤B1：将纳米二氧化硅、无水乙醇置于反应瓶中，常温下用磁力搅拌1-2h，得到混合液A；
步骤B2：将乙烯基三甲氧基硅烷、无水乙醇置于反应瓶中，再进行磁力搅拌1-2h，得到混合液B；
步骤B3：混合液B通入混合液A中，同时进行磁力搅拌30min，再加入0.5-1mol/L NaOH水溶液调节pH至7.6-8.2，升温至80℃，冷凝回流反应24h后，再加入十二烷基硫酸钠，磁力搅拌20min，得到改性纳米二氧化硅。
6.根据权利要求5所述的一种水平井用水基钻井液生产工艺，其特征在于，步骤B1中纳米二氧化硅与无水乙醇的质量比为5-10：100。
7.根据权利要求6所述的一种水平井用水基钻井液生产工艺，其特征在于，步骤B2中乙烯基三甲氧基硅烷与无水乙醇的质量比为5-10:100。
8.根据权利要求6所述的一种水平井用水基钻井液生产工艺，其特征在于，步骤B3中混合液A、混合液B与十二烷基硫酸钠的质量比为100:100:10-20。
9.根据权利要求1所述的一种水平井用水基钻井液生产工艺，其特征在于，步骤一中水、改性膨润土浆液、改性纳米二氧化硅、加重剂、降滤失剂的质量比为1000：260-300:50-60：10-12:12-14。
10.根据权利要求1所述的一种水平井用水基钻井液生产工艺，其特征在于，步骤一中加重剂为重晶石粉或石灰粉中的一种或两种按照任意比例组成。
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