CN103952128B - 适用于大位移井、水平井的弱凝胶无固相水基钻井液 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于大位移井、水平井的弱凝胶无固相水基钻井液，由包被剂、流型调节剂、降滤失剂、抑制剂、润滑剂、pH调节剂、缓蚀剂、盐和淡水制成，制备该弱凝胶无固相水基钻井液的各组分的重量百分比为：包被剂：0.5％～1％；流型调节剂：0.5～1％；降滤失剂：2％～6％；抑制剂：0.5％～1％；润滑剂：1％～6％；pH调节剂：0.2％～1％；缓蚀剂：0.2％～0.5％；盐：5％～40％，余量为水。本发明还公开了其制备方法。该弱凝胶无固相水基钻井液低剪切速率下粘度高、抗温性好且具有较强抑制性和润滑性。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于大位移井、水平井的弱凝胶无固相水基钻井液，属石油钻井工程技术领域。
背景技术
随着世界石油资源需求日益加剧和已探明石油地质储量的不断开采，需要有足够的后备储量才能保证石油工业的长期可持续发展，中、浅地层的油气资源己经基本被完全开发。随着钻井新技术的发展，大位移井、水平井、多支测钻井尤其是小眼井深井的钻井需求越来越高。
但是，大位移井、水平井的施工难度和对钻井液体系的要求要远远超过垂井和定向井，适用于大位移井、水平井的钻井液体系主要具有以下5个特点：
1、流变性：在大位移、水平井中，由于非常低的压降不能为清除储层损害提供足够的动力，井底极易形成岩屑床，只凭钻井液的冲刷很难将岩屑床去掉，极易发生卡钻等复杂事故，因此水平井、大位移井的钻井液体系应具有更好的低剪切速率粘度以及剪切稀释特性以保证钻井液的携砂能力；
2、抗温性：常规的聚合物钻井液体系抗温能力普遍较弱，120℃以上基本失效，在垂深为3000m的井底，钻井液基本失去流变性能，因此大位移井、水平井中的钻井液体系相比垂井、定向井需要更高的抗温能力；
3、强抑制性：体系应具有良好的抑制性，有效抑制地层中粘土的分散，降低钻井液中的固相含量，提高井壁的稳定性；
4、润滑性：降低摩擦阻力，确保钻井液的润滑性能，防止定向过程中出现拖压现象，提高机械钻速；
5、易降解性：常规钻井液体系中存在的固相微粒无法降解，不但会使体系性能变差，更会对地层形成伤害，而无固相钻井液中不含重晶石等固相颗粒，其它的化学成分均易降解，因此，无固相钻井液体系相比含常规钻井液，更有利于保护油气层，提高油气产量。
综上所述，大位移井、水平井的钻井液体系应具有良好的流变性能、抗温能力、较强的抑制性和润滑性和降解能力，这对于保护油气层、减少储层的伤害和安全稳定钻井有着重要的影响。但是目前的钻井液不能有效满足上述要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种低剪切速率下粘度高、抗温性好且具有较强抑制性和润滑性的适用于大位移井、水平井的弱凝胶无固相水基钻井液。
为此，本发明的技术方案如下：
一种适用于大位移井、水平井的弱凝胶无固相水基钻井液，由包被剂、流型调节剂、降滤失剂、抑制剂、润滑剂、pH调节剂、缓蚀剂、盐类和淡水制成，所述流型调节剂为由羟乙基纤维素、聚阴离子纤维素、羧甲基纤维素、黄原胶、羟丙基瓜尔胶、无机蛇纹石棉纤维、脂肪酸甲酯、十水四硼酸钠、亚硫酸钠和水制备而成的有机-无机复合型弱凝胶流型调节剂，制备该弱凝胶无固相水基钻井液的各组分的重量百分比为：
其中，所述包被剂为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钾中的一种或二者以任意比的组合。
所述降滤失剂为低黏PAC(低粘聚阴离子纤维素)、改性淀粉、羧甲基纤维素钠、水解聚丙烯腈中的一种或其中任意几种以任意比的组合。
所述抑制剂为醚乙二醇聚胺类。
所述润滑剂为煤油、白油、聚氧乙烯硬脂酸酯、十二烷基苯磺酸三乙醇胺、磺化妥尔油、原油中的一种或其中任意几种以任意比的组合。
所述pH调节剂为氢氧化钠、碳酸氢钠、碳酸钠中的一种。
所述缓蚀剂为三聚磷酸钠、三乙烯二胺类缓蚀剂和苯并三氮唑中的一种。
所述盐为氯化钾或甲酸盐。
本发明与现有的技术相比具有如下有益效果：
1、本发明的钻井液解决了常规钻井液在低剪切速率下粘度低的问题，该钻井液在静止或低剪切速率下具有较高的粘度，能够悬浮岩屑，在高剪切速率下具有良好的稀释特性，是一种高效的弱凝胶钻井液体系。
2、本发明的钻井液具有较强的抑制性和润滑性，在钻进时能够抑制泥页岩的分散，其良好的润滑性在钻遇水平段时能有效提高钻井效率。
3、本发明的钻井液处理剂均为易降解产物，能够保护储层，增加油气产量。
4、体系抗温性好，该体系配方抗温达到140℃以上，很好地解决了无固相水基钻井液抗温能力弱的缺点。
具体实施方式
本发明的钻井液中所使用的流型调节剂为有机-无机复合型弱凝胶流型调节剂，通过半干捏合、交联、纤维剥离等一系列生产工艺结合而成，具有很好的流变特性。实验证明，该调节剂与钻井液中的其它组分配伍后能够发挥其最大功效。该调节剂是自主研发产品，其由按重量份计的下列组分制备而成：
上述弱凝胶流型调节剂的制备方法包括以下步骤：
(1)按配比将所述十水四硼酸钠溶于所述水中，制得十水四硼酸钠水溶液；
(2)按配比将所述黄原胶、羟丙基瓜尔胶投入到捏合机中，边捏合边加入已制得的十水四硼酸钠水溶液，在40-60℃条件下，反应1-2h；
(3)将得到的物质烘干，粉碎；
(4)按配比将所述蛇纹石棉纤维与脂肪酸甲酯投入到捏合机中，使其充分捏合，反应1-3h；
(5)按配比将所述羟乙基纤维素、聚阴离子纤维素、羧甲基纤维素、亚硫酸钠与步骤(3)、步骤(4)中所得的物质混合均匀，制得该有机-无机复合型弱凝胶流型调节剂。
上述制备方法中所用的水为普通生活用水。
下面结合具体实施例对本发明的适用于大位移井、水平井的弱凝胶无固相水基钻井液
实施例1
一种适用于大位移井、水平井的弱凝胶无固相水基钻井液，其中各组分的重量百分比为：
弱凝胶流型调节剂：0.8％；聚丙烯酰胺：0.5％；改性淀粉：5％；醚乙二醇聚胺：0.5％；白油：3％；氢氧化钠：0.5％；三聚磷酸钠：0.5％；氯化钾：7％；余量为水；
(1)弱凝胶流型调节剂的制备：
1)将5份(重量份，以下同)十水四硼酸钠溶于20份水中，制得十水四硼酸钠水溶液；
2)将10份黄原胶，20份羟丙基瓜尔胶投入到捏合机中，边捏合边加入步骤1)制得的十水四硼酸钠水溶液，在50℃条件下，反应2h；
3)将得到的物质烘干，粉碎；
4)将10份蛇纹石棉纤维与5份脂肪酸甲酯投入到捏合机中，在50℃条件下使其充分捏合、反应1h；
5)将15份羟乙基纤维素、10份聚阴离子纤维素、20份羧甲基纤维素、5份亚硫酸钠与步骤3)、步骤4)中制得物质混合均匀，制得钻井液用弱凝胶流型调节剂。
(2)弱凝胶无固相水基钻井液的制备：
1)根据配方，按比例称取一定量的水，在8000r/min的转速下，边搅拌边加入0.5％(重量百分比，以下同)的聚丙烯酰胺，搅拌10min；
2)加入0.8％的上述弱凝胶流型调节剂，搅拌15min，
3)加入5％的羧甲基改性淀粉，搅拌10min；
4)加入7％的氯化钾，搅拌5min；
5)按顺序加入0.5％的氢氧化钠、0.5％的醚乙二醇聚胺抑制剂、3％的白油、0.5％的三聚磷酸钠，搅拌20min，制得所述的弱凝胶无固相水基钻井液。
实施例2
一种适用于大位移井、水平井的弱凝胶无固相水基钻井液，其中各组分的重量百分比为：
弱凝胶流型调节剂：0.5％；聚丙烯酸钾：0.8％；低黏PAC：3％；醚乙二醇聚胺：0.8％；十二烷基苯磺酸三乙醇胺：4％；碳酸钠：0.3％；苯并三氮唑：0.5％；甲酸盐：35％；水：余量；
(1)弱凝胶流型调节剂的制备：
1)将5份十水四硼酸钠溶于20份水中，制得十水四硼酸钠水溶液；
2)将20份黄原胶，10份羟丙基瓜尔胶投入到捏合机中，边捏合边加入步骤1)制得的十水四硼酸钠水溶液，在50℃条件下，反应2h；
3)将得到的物质烘干，粉碎；
4)将5份蛇纹石棉纤维与5份脂肪酸甲酯投入到捏合机中，在50℃条件下使其充分捏合、反应1h；
5)将20份羟乙基纤维素、20份聚阴离子纤维素、10份羧甲基纤维素、5份亚硫酸钠与步骤3)、步骤4)中所得的物质混合均匀，制得钻井液用弱凝胶流型调节剂。
(2)弱凝胶无固相水基钻井液的制备：
1)根据配方，按比例称取一定量的水，在11000r/min的转速下，边搅拌边加入0.8％的聚丙烯酸钾，搅拌15min；
2)加入0.5％的上述弱凝胶流型调节剂，搅拌30min；
3)加入3％的低黏PAC，搅拌15min；
4)加入35％的甲酸盐，搅拌10min；
5)按顺序加入0.3％的碳酸钠、0.8％的醚乙二醇聚胺、4％的十二烷基苯磺酸三乙醇胺、0.5％的苯并三氮唑，搅拌20min，制得所述弱凝胶无固相水基钻井液。
实施例3
一种适用于大位移井、水平井的弱凝胶无固相水基钻井液，其中各组分的重量百分比为：
弱凝胶流型调节剂：0.6％；包被剂：0.5％(聚丙烯酰胺：聚丙烯酸钾＝0.3％：0.2％)；降滤失剂：4％(改性淀粉：低黏PAC＝3％：1％)；醚乙二醇聚胺：0.5％；聚氧乙烯硬脂酸酯：5％；pH调节剂：0.5％(氢氧化钠：碳酸钠＝0.2％：0.3％)；缓蚀剂：0.3％(三聚磷酸钠：三乙烯二胺＝0.2％：0.1％)；氯化钾：10％；水：余量；
(1)弱凝胶流型调节剂的制备：
1)将5份十水四硼酸钠溶于20份水中，制得十水四硼酸钠水溶液；
2)将20份黄原胶，10份羟丙基瓜尔胶投入到捏合机中，边捏合边加入步骤1)制得的十水四硼酸钠水溶液，在50℃条件下，反应2h；
3)将得到的物质烘干，粉碎；
4)将10份蛇纹石棉纤维与5份脂肪酸甲酯投入到捏合机中，在50℃条件下使其充分捏合、反应1h；
5)将10份羟乙基纤维素、20份聚阴离子纤维素、15份羧甲基纤维素、5份亚硫酸钠与步骤3)、步骤4)中所得的物质混合均匀，制得钻井液用弱凝胶流型调节剂。
(2)弱凝胶无固相水基钻井液的制备：
1)根据配方，按比例称取一定量的水，在12000r/min的转速下，边搅拌边加入0.3％的聚丙烯酰胺和0.2％的聚丙烯酸钾，搅拌20min；
2)加入0.6％的弱凝胶流型调节剂，搅拌15min，
3)加入3％的羧甲基改性淀粉和1％低黏PAC，搅拌10min
4)加入10％的氯化钾，搅拌15min
5)按顺序加入0.2％的氢氧化钠和0.3％的碳酸钠、0.5％的醚乙二醇聚胺、5％的聚氧乙烯硬脂酸酯、0.2％的三聚磷酸钠和0.1％的三乙烯二胺，搅拌20min，制得所述的弱凝胶无固相水基钻井液。
对比例
(1)用量筒量取400mL水，在11000r/min的转速下，边搅拌边加入0.5％的聚丙烯酸钾，继续搅拌10min；
(2)加入0.8％黄原胶，搅拌15min；
(3)加入3％的羧甲基纤维素钠，搅拌10min，
(4)加入7％氯化钾，搅拌5min，
(5)按顺序加入0.1％氢氧化钠和0.2％碳酸钠、3％聚合醇，搅拌20min，制得所述对比例无固相水基钻井液。
通过实验测得本发明3个实施例的钻井液用弱凝胶流型调节剂与对比例的实验数据如表1所示：
表1 弱凝胶无固相水基钻井液配方性能评价表
表中：
AV：钻井液表观粘度，mPa·s
PV：钻井液塑性粘度，mPa·s
YP：钻井液动切力，Pa
Φ3：六速旋转粘度计3转读数，无量纲
API：钻井液中压失水，ml
HTHP：钻井液高温高压失水，ml
由表中数据可知：
1、热滚前，从PV值上看，实例1、2、3要低于对比例，而YP值却高于对比例，这充分体现了本发明的体系配方相比普通配方具有低粘高切的流变特性；
2、热滚前，从Φ3上看，实例1、2、3要高于对比例，表明本体系配方具有低剪切速率粘度的特性；
3、140℃热滚16h后，实例1、2、3未失效，且都具有不错的流变特性，且高温高压滤失量在20mL左右，而对比例中的配方则完全失效，说明其抗温较低；
4、在实例1、2、3中，实例1、3要好于实例2，证明氯化钾盐与体系的配伍性要强于有机盐。
Claims (8)
1.一种适用于大位移井、水平井的弱凝胶无固相水基钻井液，其特征在于：由以重量百分比计的下列组分制备而成：
其中，所述流型调节剂由以重量份计的下列组分制备而成：
上述流型调节剂的制备方法包括以下步骤：
(1)按配比将所述十水四硼酸钠溶于所述水中，制得十水四硼酸钠水溶液；
(2)按配比将所述黄原胶、羟丙基瓜尔胶投入到捏合机中，边捏合边加入已制得的十水四硼酸钠水溶液，在40-60℃条件下，反应1-2h；
(3)将得到的物质烘干，粉碎；
(4)按配比将所述无机蛇纹石棉纤维与脂肪酸甲酯投入到捏合机中，使其充分捏合，反应1-3h；
(5)按配比将所述羟乙基纤维素、聚阴离子纤维素、羧甲基纤维素、亚硫酸钠与步骤(3)、步骤(4)中所得的物质混合均匀，制得该流型调节剂。
2.根据权利要求1所述的弱凝胶无固相水基钻井液，其特征在于：所述包被剂为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钾中的一种或二者以任意比的组合。
3.根据权利要求1所述的弱凝胶无固相水基钻井液，其特征在于：所述降滤失剂为低黏PAC、羧甲基改性淀粉、羧甲基纤维素钠、水解聚丙烯腈中的一种或其中任意几种以任意比的组合。
4.根据权利要求1所述的弱凝胶无固相水基钻井液，其特征在于：所述的抑制剂为醚乙二醇聚胺类。
5.根据权利要求1所述的弱凝胶无固相水基钻井液，其特征在于：所述润滑剂为煤油、白油、聚氧乙烯硬脂酸酯、十二烷基苯磺酸三乙醇胺、磺化妥尔油、原油中的一种或其中任意几种以任意比的组合。
6.根据权利要求1所述的弱凝胶无固相水基钻井液，其特征在于：所述pH调节剂为氢氧化钠、碳酸氢钠、碳酸钠中的一种。
7.根据权利要求1所述的弱凝胶无固相水基钻井液，其特征在于：所述缓蚀剂为三聚磷酸钠、三乙烯二胺、苯并三氮唑中的一种。
8.如权利要求1所述弱凝胶无固相水基钻井液的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方比例，称取所述的水，在8000-12000r/min的转速下，边搅拌边加入所述包被剂，搅拌10-20min；
(2)加入所述流型调节剂，搅拌15-30min；
(3)加入所述降滤失剂，搅拌10-20min；
(4)加入所述的氯化钾或甲酸盐，搅拌5-15min；
(5)按顺序加入所述pH调节剂、抑制剂、润滑剂、缓蚀剂，搅拌15-30min，制得所述的弱凝胶无固相水基钻井液。
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