CN1560180A - 硫酸钾钻井液 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种硫酸钾钻井液。主要解决现有的钻井液密度大、抑制性差对油层产生污染的问题。其特征在于：该钻井液各成分及配比按重量百分比如下：膨润土1％～6％、硫酸钾5％～15％、磺化单宁0.5％～2％、褐煤0.1％～1％、焦磷酸钠0.1％～1％、羟乙基纤维素0.1％～0.4％、聚丙烯酰胺0.1％～0.2％、黄原胶0.1％～0.2％、烧碱0.1％～1％、余量为水。该硫酸钾钻井液具有密度低、抑制强的特点，对油层保护效果好，对环境污染小，剪切稀释效果好。

Description

硫酸钾钻井液
技术领域：
本发明涉及油田钻井工程领域钻井时所用的钻井液，属于一种硫酸钾钻井液。
背景技术：
在石油钻井过程中，被钻头破碎的岩层碎屑积在井底需要及时进行清除，否则钻头不能继续向下破碎新的岩层，在旋转钻井中，清除岩层碎屑的任务是靠循环的钻井液来完成的，并保持井眼净化、稳定井壁、冷却和清洗钻头，平衡地层压力。随着钻井技术的发展，人们更加重视钻井液组成对油层损害的影响。油层损害的主要是由钻井压差引起的，钻井液滤液对油层的水敏性损害，控制钻井完井过程中油层损害的主要技术途径是降低钻井压差和改善钻井液滤液性质，实践证明：钻井液的类型、组成和性能是直接影响到油层的损害程度。
现用的钻井液的种类很多，多数粘度切力过高、丧失流变性、岩屑携带不上来，悬浮能力降低，将导致蹩泵，卡钻具等事故的发生，并且降失水高导致井壁不稳定，很容易造成坍塌；最主要的是钻井液密度过大，对油气层的损害严重，严重影响钻井施工以及油田的生产能力。
发明内容：
为了克服现有的钻井液密度大、抑制性差对油气层产生污染的不足，本发明提供一种硫酸钾钻井液，该硫酸钾钻井液具有密度低、抑制强的特点，对油层保护效果好，对环境污染小，剪切稀释效果好。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该硫酸钾钻井液包括膨润土，各成份及配比按重量百分比计如下：膨润土1％～6％、硫酸钾5％～15％、磺化单宁0.5％～2％、褐煤0.1％～1％、焦磷酸钠0.1％～1％、羟乙基纤维素0.1％～0.4％、聚丙烯酰胺0.1％～0.2％、黄原胶0.1％～0.2％、烧碱0.1％～1％、余量为水。
上述的羟乙基纤维素摩尔取代度为1.4～2.4；聚丙烯酰胺分子量为300万～600万。
本发明的有益效果是：由于采用上述方案，使得该钻井液的密度较好地控制在1.16kg/cm3以内，钻井液密度低使得钻井压差小，对油层起到了很好的保护作用，同时钻井液钾离子含量高，钾离子能有效防止粘土膨胀，抑制性强、悬浮能力高、钻速高，同时钻井液进入油道后钾离子可使粘土产生压缩，防止由于粘土膨胀而堵塞孔道造成油层污染，从而保护了油层。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明作进一步的说明：该硫酸钾钻井液包括膨润土，各成份及配比按重量百分比如下：膨润土1％～6％、硫酸钾5％～15％、磺化单宁0.5％～2％、褐煤0.1％～1％、焦磷酸钠0.1％～1％、羟乙基纤维素0.1％～0.4％、聚丙烯酰胺0.1％～0.2％、黄原胶0.1％～0.2％、烧碱0.1％～1％、余量为水。
上述的硫酸钾为主抑制剂，提供钾离子，能迅速降低所钻页岩的水化作用。钻井过程中，钾离子可防止粘土膨胀，悬浮能力高、钻速高。钻入油层时，K+离子含量达到18000PPM，由于K+离子半径小，容易侵入粘土晶格，使其产生压缩，防止由于粘土膨胀而堵塞孔道，造成油层污染，从而有效的保护了油层。磺化单宁是一种主稀释剂，起到降粘的作用。褐煤及焦磷酸钠为降粘剂，起到降粘、降失水的作用。羟乙基纤维素为主降失水剂，其摩尔取代度为1.4～2.4。黄原胶为增粘剂。聚丙烯酰胺起到包被作用，其分子量为300万～600万。烧碱将该钻井液的PH值调节到9～10。
硫酸钾钻井液在大港油田和大庆油田进行了实验，大庆州13区块应用5口井，芳3区块实验10口井，大港段六拨区块实验5口井，该钻井液体系现场实验实现了低固相、低密度，电测：下套管及固井顺利，钻井液性能稳定、携砂能力强、维护处理简单，较好的满足了钻井工程的需要。同时钻井液密度较好控制在1.16kg/cm3以内，K+离子含量达到了18000PPM以上，真正实现了地层的保护作用。
该钻井液在实验过程中主要表现出以下几个特点：(1)、抑制性强，采用该钻井液体系后，钻井液密度下降到1.16kg/cm3以内，有效的保护了油气层。平均井径扩大率低于10％，防塌能力强。(2)、平均机械钻速显著提高，由于钻井液密度和固相含量显著降低，虑失量大，使得机械钻速平均提高了2.174米/小时。(3)、钻井液滤失量放宽，初期的滤失量控制在10～12ml，当井眼加深滤失量反而要逐渐增到15～18ml，滤失量增大的根本目的是利用滤液将抑制剂带到地层更深处，从而充分发挥抑制剂的抑制作用。(4)、保护油气层效果好。钻井液密度下降了，同时钾离子对地层有抑制作用，以及钻速的提高，都有利于保护油气层。实验后已投产的南103、南102、南101、南501井平均日稳产油20m3，是附近同类临井平均产量的2～5倍。(5)、剪切稀释效果好，携砂能力强，在井眼环空保持较高的粘度，而在钻头水眼位置的粘度较低，这有利于井眼的清洁和减少对井壁的冲刷，保证井眼的稳定，防止井塌、卡钻等事故发生，并有利于钻速提高。
该硫酸钾钻井液在30℃～200℃条件下测定结果与抑制性钻井液对比表如下：
                                                                                                                  表1
井号 井段/m  井径/mm 钻井液类型 周期/d  密度/g.cm3  失水/ml 固相含量％  排量/L.s 固井质量
南103  2700-3600  215.9 K2SO4 16.25  1.05-1.14  11-17  4.5-9  20-22 优质
南102  2700-3620  215.9 K2SO4 27.29  1.07-1.14  12-18  5.0-10.0  20-22 优质
南101  2703-3581  215.9 K2SO4 8.75  1.1-1.13  8-18  8-10  20-22 优质
南201  374-3662  222 K2SO4 30.54  1.10-1.15  7-18  8-12  20-25 优质
南501  317-2980  222 K2SO4 32.6  1.10-1.13  7-10  6-12  20-25 优质
段35-56  1715-3525  215.9 抑制性 35.75  1.17-1.27  4-5.5  8-16  28-30 合格
段36-55  1872-3565  215.9 抑制性 34.67  1.17-1.27  4-6  7-17  28-30 合格
段35-54  1818-3572  215.9 抑制性 37.46  1.17-1.30  4-6  8-18  28-30 合格
从上表可以看出：该钻井液密度控制中1.05～1.15kg/cm3，密度明显比抑制性钻井液低；排量在20～25/l.s，明显比抑制性钻井液低，说明抑制性强且钻井质量好。
钻井过程中，根据钻井液性能的变化和工程施工情况及井下安全状况，不断调整钻井液的性能。开钻前，提前24小时预制膨润土浆，开钻时，将预制膨润土浆逐步缓慢加入5％硫酸钾溶液中，钻进过程中不断补充硫酸钾保持钾离子含量，根据钻进中泥浆性能，不断补充相应处理剂。
硫酸钾钻井液在大庆油田芳-3区块10口井上进行了实验，表2是钻井液的实验数据：                                 表2
从实验结果上看该钻井液密度低：在整个钻井过程中，密度始终
井号  日期  井段(m)                               硫酸钾钻井液实验数据
密度(kg/cm3) 漏斗粘度(s/L) P.V/Y.P 10s/10m 失水(mL) Ph K+含量(ppm)
芳72-26  03-11-16  0-950   1.08   65   6/15   2/10   20  7.50   14000
 03-11-18  950-1220   1.10   89   4/18   2.5/11   20  10.50   18000
03-11-19  1220-1450 1.13 90 5/10 2/6 10 10.50 22000
芳78-26  03-11-15  0-1050   1.09   55   4/17   6/18   25  8.00   14000
03-11-16  1050-1200 1.10 65 3/12 9/20 30 9.00 16000
03-11-18  1200-1465 1.12 85 8/19.5 11/22 12 10.50 18000
芳80-26  03-12-1  0-1100   1.05   45   10/11.5   3.5/12   35  8.00   14000
03-12-3  1100-1250 1.09 80 9/25 5.0/16 30 9.50 16000
03-12-4  1250-1450 1.13 90 12/20 10/16 13 10.50 19000
芳82-26  03-12-3  0-985   1.09   50   3/10   3/6   25  8.00   13000
 03-12-5  985-1200   1.10   78   6/18.5   5/12   25  9.00   15000
03-12-6  1200-1455 1.14 85 11/20 9/20 12 10.50 20000
保持在1.08-1.10kg/cm3.完钻时达到1.13-1.14；动缩比大，携砂性能好，很好地满足钻井工程需要；K+离子含量高，钻入油层时，含量达到18000PPM，由于K+离子半径小，容易侵入粘土晶格，使其产生压缩，防止由于粘土膨胀而堵塞孔道，造成油层污染，从而保护了地层。
下表为该钻井液具体实施方案：                         表3
              方案成分    配比 方案1 方案2 方案3
    膨润土     1     6     3
    硫酸钾     8     5     15
    磺化单宁     1.2     2     0.5
    褐煤     0.5     0.1     1
    焦磷酸钠     1     0.5     0.1
    羟乙基纤维素     1     2     0.1
    聚丙烯酰胺     0.1     0.2     0.15
    黄原胶     0.1     1     2
    烧碱     1     0.1     0.5
    水     86.1     83.1     77.65
实施例1、在大庆油田芳72-26井钻井施工过程中，应用表3中方案1配制的钻井液，井段为1050-1200m，应用该钻井液后钻钻速提高了2.1米/小时，流变性好、抑制性强、井径规则，下套管及固井顺利，钻井液性能稳定、携砂能力强、维护处理简单，较好的满足了钻井工程的需要。日稳产油21m3。
实施例2、在大庆油田芳78-26井钻井施工过程中，应用表3中方案2配制的钻井液，井段为0-950m，应用该钻井液后钻钻速提高了2.2米/小时，流变性好、抑制性强、井径规则，下套管及固井顺利，钻井液性能稳定、携砂能力强、维护处理简单，较好的满足了钻井工程的需要。日稳产油22m3。
实施例3、在大庆油田芳82-26井钻井施工过程中，应用表3中方案3配制的钻井液，井段为1200-1455m，应用该钻井液后钻钻速提高了2.0米/小时，流变性好、抑制性强、井径规则，下套管及固井顺利，钻井液性能稳定、携砂能力强、维护处理简单，较好的满足了钻井工程的需要。日稳产油20m3。

Claims (3)

1、一种硫酸钾钻井液，包括膨润土，其特征在于：各成份及配比按重量百分比计如下：膨润土1％～6％、硫酸钾5％～15％、磺化单宁0.5％～2％、褐煤0.1％～1％、焦磷酸钠0.1％～1％、羟乙基纤维素0.1％～0.4％、聚丙烯酰胺0.1％～0.2％、黄原胶0.1％～0.2％、烧碱0.1％～1％、余量为水。
2、根据权利要求1所述的硫酸钾钻井液，其特征在于：羟乙基纤维素摩尔取代度为1.4～2.4。
3、根据权利要求1所述的硫酸钾钻井液，其特征在于：聚丙烯酰胺分子量为300万～600万。
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