CN115991978B - 一种高抗钙超高密度钻井液体系及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种高抗钙超高密度钻井液体系及制备方法，高抗钙超高密度钻井液体系包括水、加重剂、膨润土、PH调节剂、抗钙增黏剂、抗钙降滤失剂、防塌剂、分散剂、润滑剂和氯化钾；其中，加重剂采用高密度微粉加重剂，抗钙降滤失剂包括纤维素类、丙烯酸类聚合物、淀粉类、腐殖酸类、树脂类中的一种或多种；分散剂优选为SMS‑19A；钻井液体系抗温能力可达165℃，抗钙离子13000mg/L，密度最高达2.55g/cm³，高温下钻井液具有良好的流变性、滤失性、沉降稳定性和抗钙性。制备方法简单易操作，可有效解决现有高密度钻井液体系沉降稳定性差和抗钙不足的问题。

Description

一种高抗钙超高密度钻井液体系及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及石油工程钻井液领域，尤其涉及一种高抗钙超高密度钻井液体系及制备方法。

背景技术

随着油气开发技术的不断发展，深部油气资源成为新的开发热点，深井、超深井的钻探规模日益扩大。在深部高温高压地层钻进中，为了平衡地层高压，采用高密度钻井液体系，受到深部高温环境影响，高密度钻井液存在处理剂失效、流变性难以调控、HTHP滤失量增大、加重材料沉降等问题。高密度钻井液需要大量的加重材料进行加重，例如，采用密度为4.2g/cm³的重晶石将密度为1.0g/cm³的基液加重至2.45g/cm³，其固相含量高达45.7％。大量的加重材料给高密度钻井液的维护处理带来极大挑战，经常陷入“加重→增稠→降黏→加重剂沉降→密度下降→再次加重”的恶性循环，影响钻井的正常进行，甚至引起严重事故。

目前水基钻井液中抗钙性差主要是因为大部分增黏剂和降滤失剂的抗钙性能有限，这是由于传统聚合物处理剂会与高价金属离子相互作用，尤其是对Ca²⁺耐受能力不足。导致聚合物分子链或基团发生不可逆破坏，甚至团聚析出，使得钻井液增黏和降滤失效果显著下降，不能形成稳定有效的钻井液体系。

目前，已有抗高温高密度钻井液的报道，但是现有的高密度钻井液体系存在稳定性差和抗钙能力不足的缺点。现有技术中，专利ZL201910981459.7介绍了一种抗高温深水高密度钻井液体系，以纳米蒙脱石和硅酸锂镁混合物作为流型调节剂，作者自研的温敏缔和聚合物作为增黏剂。该体系密度最高达2.10g/cm³，抗温为220℃，但是没有提及该体系的抗钙性能，且该密度与超高密度依然存在一定差距。专利ZL201510509989.3给出了一种抗高温高密度强抑制钻井液体系，该体系是以Redu1和Redu200作为抗钙降滤失剂，密度最高达2.30g/cm³，抗温220℃，该体系在高温下具有较强的稳定性、抑制性和抗温能力，但未提及抗钙性能。

为了解决现有高密度钻井液体系抗钙不足的缺点，亟需开展高抗钙超高密度钻井液体系研究。

发明内容

至少为了解决现有技术中的上述问题之一，本发明提出了一种高抗钙超高密度钻井液体系及其制备方法和应用。

第一方面，本发明提出了一种高抗钙超高密度钻井液体系，以质量份数计，包括以下组分：

所述抗钙降滤失剂包括纤维素类抗钙降滤失剂、丙烯酸类聚合物、淀粉类抗钙降滤失剂、腐殖酸类抗钙降滤失剂、树脂类抗钙降滤失剂中的一种或多种。

所述分散剂优选为SMS-19A。

作为本发明的具体实施方式，所述加重剂为高密度微粉加重剂，优选包括微米重晶石、四氧化三锰微粉、钛铁矿微粉中的一种或多种。

优选地，加重剂为微米重晶石。

需要说明的是，加重材料的状态对高密度钻井液的性能起到决定性作用，其不仅是导致钻井液固相含量上升的主要因素，也是造成体系流变性能恶化的主要原因。因此，解决了加重剂的问题，就等于解决了超高密度钻井液的关键问题。

目前常用的加重剂主要有重晶石、石灰石粉、锰矿粉、钛铁粉和铁矿粉。由于石灰石粉密度较低，一般只适用于配制密度低于1.68g/cm³的钻井液体系，行业内一般将密度高于2.00g/cm³的钻井液定义为高密度钻井液，因此在高密度钻井液的配制过程中，几乎不会使用石灰石粉。由于锰矿粉、钛铁粉和铁矿粉对钻具、钻头和泵的磨损非常严重，因此本发明主要采用高密度微粉加重剂进行加重，高密度微粉加重剂包括微米重晶石、四氧化三锰微粉、钛铁矿微粉，优选为微米重晶石粉。

本发明中，所述高抗钙超高密度钻井液体系的密度在2.00g/cm³以上，经实施例配比，最高密度可达2.55g/cm³，可作为超高密度钻井液体系。

高密度钻井液配制过程中需要体系具有足够的黏度、切力悬浮重晶石以维持密度，防止沉降引发井下复杂。为了达到上述目的，可引入分散剂，以达到高温沉降稳定性和流变性的平衡。

分散剂具有改善钻井液均匀程度，降低固相颗粒摩擦阻力，保持体系沉降稳定性的作用。本发明所述分散剂优选为分散剂SMS-19A，为专利CN103013459B产品，该分散剂通过促使加重剂颗粒表面形成水化膜，减小加重剂颗粒间的摩擦阻力，使所配制的高密度钻井液的黏度和切力下降，流动性得到改善。其中的磺酸基团可以增强体系的分散效果和抗温抗钙能力。通过引用在与本发明一致的程度上将专利CN103013459B纳入本文。

作为本发明的具体实施方式，所述分散剂SMS-19A，按质量分数计，组分包括5～30份木本木质素、4～15份苯酚、5～10份亚硫酸氢钠、1～4份甲醛和0.8～2份苯磺酸。

更具体地，分散剂SMS-19A的制备方法为在水中按照上述质量份数加入各组分，搅拌混合均匀后，加入反应釜在170℃下反应8h，降温，放料，干燥后即可制得所述分散剂SMS-19A。

作为本发明的具体实施方式，所述pH调节剂包括KOH、NaOH、Na₂CO₃的一种或多种，优选为NaOH。

pH调节剂具有提高钻井液pH的作用，在实际中，要求钻井液的pH值为8～11，即维持一个弱碱性环境，主要是由于弱碱性环境下，可减轻钻具的腐蚀和氢脆，充分发挥各处理剂的效能。

作为本发明的具体实施方式，所述抗高温抗钙增黏剂包括改性黄原胶、丙烯酰胺—磺化甲基丙烷的共聚物、乙烯基类聚合物、丙烯酰胺共聚物中的一种或多种；

优选地，所述增黏剂为乙烯基类聚合物，更优选地，为HE150。

本发明所述的乙烯基类聚合物是利用增黏剂分子链上两性离子功能基团，形成可逆、稳定的三维空间网络结构，显著提升抗温、抗钙性能；并引入具有弱疏水作用的单体进一步提高抗温、抗盐作用；另一方面，还引入能够起到扩链作用的单体，最大程度增大分子量，提高增黏效果。

作为本发明的具体实施方式，所述抗钙降滤失剂可以为丙烯酸类聚合物、腐殖酸类抗钙降滤失剂和树脂类抗钙降滤失剂。丙烯酸类聚合物包括水解聚丙烯腈及盐类、PFL-L、KFT-II；丙烯酸类聚合物主要利用多羧基官能团，通过与钙离子的螯合作用提高聚合物的抗钙性能；并引入具有弱疏水作用的单体进一步提高抗温、抗盐作用。

所述腐殖酸类抗钙降滤失剂包括磺甲基褐煤SMC。

所述树脂类抗钙降滤失剂包括磺甲基酚醛树脂SMP-3、磺化褐煤树脂SPNH。

优选地，抗钙降滤失剂为KFT-II、PFL-L、SMP-3、SPNH和SMC的至少一种；

经反复研究表明，抗钙降滤失剂为SPNH、SMP-3、SMC以2:4:2质量比混合。

作为本发明的具体实施方式，所述防塌剂包括磺化沥青、天然沥青、改性沥青中的一种或多种。

优选地，防塌剂为磺化沥青。

防塌剂具有保持井壁稳定的作用。

作为本发明的具体实施方式，所述润滑剂包括固体润滑剂和/或液体润滑剂。

所述固体润滑剂包括聚苯乙烯塑料小球、石墨、炭黑、玻璃微珠中的一种或多种。

所述液体润滑剂包括矿物油、烃类润滑剂、酯类润滑剂中的一种或多种。

所述烃类润滑剂包括白油和/或聚α-烯烃。

所述酯类润滑剂包括硬脂酸丁酯、油酸季戊四醇酯、合成脂肪酸酯类润滑剂中的一种或多种。

优选地，润滑剂为酯类润滑剂。

更优选地，润滑剂为合成脂肪酸酯类润滑剂；进一步优选为SMLUB-E。

润滑剂具有提高泥饼表面光滑度，有效减小井下摩阻的作用。本发明优选采用合成脂肪酸酯类润滑剂不仅具有良好的润滑性和耐温性，并且还不会破坏钻井液体系的整体性能。

作为本发明的具体实施方式，KCl具有抑制地层黏土水化膨胀和分散，提高体系的抗污染能力的作用。

作为本发明的具体实施方式，膨润土具有提高钻井液黏度和切力，降低滤失量的作用，本发明膨润土优选为符合API标准的钠膨润土。

本发明中的上述原料均可自制，也可商购获得，本发明对此不作特别限定。

第二方面，本发明提供了一种高抗钙超高密度钻井液体系的制备方法，包括以下步骤：

S1：向水中加入膨润土，得到膨润土浆；

S2：向步骤S1中得到的膨润土浆中加入KCl，搅拌均匀；

S3：向步骤S2中得到的混合浆液中依次加入防塌剂、抗钙滤失剂、pH调节剂、润滑剂、分散剂，搅拌均匀；

S4：向步骤S3中得到的混合浆液中搅拌状态加入增黏剂，搅拌均匀；

S5：在搅拌状态下，向步骤S4中得到的混合浆液中加入加重剂，搅拌均匀，即得到高抗钙超高密度钻井液。

作为本发明的具体实施方式，所述步骤S1～S5中，搅拌速度为2000rpm～8000rpm，搅拌时间5～30min。

作为本发明的具体实施方式，所述步骤S1中，搅拌速度为2000rpm～4000rpm，搅拌时间10～30min；优选地，搅拌速度为3000rpm，搅拌时间20min。

作为本发明的具体实施方式，所述步骤1中，膨润土浆静置水化，静置时间18～36小时，优选地，24小时。

作为本发明的具体实施方式，所述步骤S2中，搅拌速度为2000rpm～4000rpm，搅拌时间5～10min；优选地，搅拌速度为3000rpm，搅拌时间5min。

作为本发明的具体实施方式，所述步骤S3中，每间隔5～10min依次加入防塌剂、抗钙滤失剂、pH调节剂、润滑剂、分散剂SMS-19A，并持续搅拌，搅拌速度为3000rpm～5000rpm，搅拌时间5～10min；优选地，搅拌速度为4000rpm，搅拌时间5min。

作为本发明的具体实施方式，所述步骤S4中，搅拌速度为7000rpm～8000rpm，搅拌时间5～15min；优选地，搅拌速度为8000rpm，搅拌时间10min。

作为本发明的具体实施方式，所述步骤S3中，加入各试剂顺序不限，待前一种试剂搅拌均匀后加入下一种试剂；这样是为了使各试剂充分溶解且混合均匀。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明的高抗钙超高密度钻井液体系，包括抗钙增黏剂、抗钙降滤失剂、防塌剂和超高温高密度分散剂，显著提升了高密度钻井液体系的沉降稳定性和抗钙性能，其抗温可达165℃，抗钙离子13000mg/L。

2、本发明的高抗钙超高密度钻井液体系与现有技术相比，由于抗钙超高密度钻井液配制过程中使用了抗温抗钙的密度较大的分散剂SMS-19A，使得该体系固相均匀分散，有效提高钻井液体系的沉降稳定性；本发明的钻井液体系具有良好的流变性、抗温抗钙能力和悬浮稳定性，能够满足油田现场施工需求；本发明的钻井液体系具有良好的封堵防塌能力，可有效抑制水化膨胀，提高井壁稳定性。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但并不构成对本发明的任何限制。

本发明各实施例中所述的搅拌状态，不限定搅拌设备。

本发明各实施例中所述的增黏剂为乙烯基类聚合物增黏剂，具体商品名称为巴西布拉斯科HE150，市售可购。

本发明各实施例中所述的润滑剂为合成脂肪酸酯类润滑剂，具体商品名称代号为SMLUB-E，市售可购。

实施例1

本实施例提供了一种高抗钙超高密度钻井液体系及制备方法，具体细节如下：

S1：配制膨润土浆：400ml水在搅拌速度为3000rpm状态下，加入2.4克钠膨润土，持续搅拌20min使钠膨润土充分水化24h备用；

S2：在S1得到的膨润土浆中搅拌速度为3000rpm状态下，加入30克KCl，持续搅拌5min使其充分溶解；

S3：在S2得到的混合浆液中，搅拌速度为4000rpm状态下，每间隔5min依次加入2克磺化沥青、16克磺甲基酚醛树脂SMP-3、8克磺化褐煤树脂SPNH、8克磺甲基褐煤SMC、4克氢氧化钠、3.2克PFL-L、3.2克KFT-II、2.0克润滑剂SMLUB-E、8克分散剂SMS-19A，全部加入后持续搅拌5min使其充分溶解并混合均匀；

S4：在S3得到的混合浆液中搅拌速度为8000rpm状态下，加入0.4g巴西布拉斯科HE150增黏剂，持续搅拌10min使其充分溶解；

S5：根据密度需要在S4得到的混合浆液中，搅拌速度为5000rpm状态下，加入1392g微粉重晶石粉，持续搅拌10min使其充分溶解，即得到高抗钙超高密度钻井液。

实施例1得到的高抗钙超高密度钻井液密度为2.45g/cm³。

实施例2

本实施例提供了一种高抗钙超高密度钻井液体系及制备方法，具体细节如下：

S1：配制膨润土浆：400ml水在搅拌速度为3000rpm状态下，加入2.4g钠膨润土，持续搅拌20min使钠膨润土充分溶解，水化24h备用；

S2：在S1得到的膨润土浆中搅拌速度为3000rpm状态下，加入30gKCl，持续搅拌5min使其充分溶解；

S3：在S2得到的混合浆液中，搅拌速度为4000rpm状态下，每间隔5min依次加入2克磺化沥青、8克磺甲基酚醛树脂SMP-3、16克磺化褐煤树脂SPNH、8克磺甲基褐煤SMC、4克氢氧化钠、3.2克PFL-L、3.2克KFT-II、2.0克润滑剂SMLUB-E、8克分散剂SMS-19A，全部加入后持续搅拌5min使其充分溶解并混合均匀；

S4：在S3得到的混合浆液中搅拌速度为8000rpm状态下，加入0.4g巴西布拉斯科HE150增黏剂，持续搅拌10min使其充分溶解；

S5：根据密度需要在S4得到的混合浆液中，搅拌速度为5000rpm状态下，加入1392g微粉重晶石粉，持续搅拌10min使其充分溶解，即得到高抗钙超高密度钻井液。

实施例2得到的高抗钙超高密度钻井液密度为2.45g/cm³。

实施例3

本实施例提供了一种高抗钙超高密度钻井液体系及制备方法，具体细节如下：

S1：配制膨润土浆：400ml水在搅拌速度为3000rpm状态下，加入2.4g钠膨润土，持续搅拌20min使钠膨润土充分溶解，水化24h备用；

S2：在S1得到的膨润土浆中搅拌速度为3000rpm状态下，加入30gKCl，持续搅拌5min使其充分溶解；

S3：在S2得到的混合浆液中，搅拌速度为4000rpm状态下，每间隔5min依次加入2克磺化沥青、8克磺甲基酚醛树脂SMP-3、8克磺化褐煤树脂SPNH、8克磺甲基褐煤SMC、4克氢氧化钠、3.2克PFL-L、3.2克KFT-II、2.0克润滑剂SMLUB-E、8克分散剂SMS-19A，全部加入后持续搅拌5min使其充分溶解并混合均匀；

S4：在S3得到的混合浆液中搅拌速度为8000rpm状态下，加入0.4g巴西布拉斯科HE150增黏剂，持续搅拌10min使其充分溶解；

S5：根据密度需要在S4得到的混合浆液中，搅拌速度为5000rpm状态下，加入1392g微粉重晶石粉，持续搅拌10min使其充分溶解，即得到高抗钙超高密度钻井液。

实施例3得到的高抗钙超高密度钻井液密度为2.45g/cm³。

实施例4

本实施例提供了一种高抗钙超高密度钻井液体系及制备方法，具体细节如下：

S1：配制膨润土浆：400ml水在搅拌速度为3000rpm状态下，加入2.4克钠膨润土，持续搅拌20min使钠膨润土充分溶解，水化24h备用；

S2：在S1得到的膨润土浆中搅拌速度为3000rpm状态下，加入30克KCl，持续搅拌5min使其充分溶解；

S3：在S2得到的混合浆液中，搅拌速度为4000rpm状态下，每间隔5min依次加入2克磺化沥青、16克磺甲基酚醛树脂SMP-3、8克磺化褐煤树脂SPNH、8克磺甲基褐煤SMC、4克氢氧化钠、5克PFL-L、3.2克KFT-II、2.0克润滑剂SMLUB-E、8克分散剂SMS-19A，全部加入后持续搅拌5min使其充分溶解并混合均匀；

S4：在S3得到的混合浆液中搅拌速度为8000rpm状态下，加入0.4g巴西布拉斯科HE150增黏剂，持续搅拌10min使其充分溶解；

S5：根据密度需要在S4得到的混合浆液中，搅拌速度为5000rpm状态下，加入1392g微粉重晶石粉，持续搅拌10min使其充分溶解，即得到高抗钙超高密度钻井液。

实施例4得到的高抗钙超高密度钻井液密度为2.45g/cm³。

实施例5

本实施例提供了一种高抗钙超高密度钻井液体系及制备方法，具体细节如下：

S1：配制膨润土浆：400ml水在搅拌速度为3000rpm状态下，加入2.4克钠膨润土，持续搅拌20min使钠膨润土充分溶解，水化24h备用；

S2：在S1得到的膨润土浆中搅拌速度为3000rpm状态下，加入30克KCl，持续搅拌5min使其充分溶解；

S3：在S2得到的混合浆液中，搅拌速度为4000rpm状态下，每间隔5min依次加入2克磺化沥青、16克磺甲基酚醛树脂SMP-3、8克磺化褐煤树脂SPNH、8克磺甲基褐煤SMC、4克氢氧化钠、3.2克PFL-L、5克KFT-II、2.0克润滑剂SMLUB-E、8克分散剂SMS-19A，全部加入后持续搅拌5min使其充分溶解并混合均匀；

S4：在S3得到的混合浆液中搅拌速度为8000rpm状态下，加入0.4g巴西布拉斯科HE150增黏剂，持续搅拌10min使其充分溶解；

S5：根据密度需要在S4得到的混合浆液中，搅拌速度为5000rpm状态下，加入1392g微粉重晶石粉，持续搅拌10min使其充分溶解，即得到高抗钙超高密度钻井液。

实施例5得到的高抗钙超高密度钻井液密度为2.45g/cm³。

实施例6

本实施例提供了一种高抗钙超高密度钻井液体系及制备方法，具体细节如下：

S1：配制膨润土浆：400ml水在搅拌速度为3000rpm状态下，加入2.4克钠膨润土，持续搅拌20min使钠膨润土充分溶解，水化24h备用；

S2：在S1得到的膨润土浆中搅拌速度为3000rpm状态下，加入30克KCl，持续搅拌5min使其充分溶解；

S3：在S2得到的混合浆液中，搅拌速度为4000rpm状态下，每间隔5min依次加入2克磺化沥青、16克磺甲基酚醛树脂SMP-3、8克磺化褐煤树脂SPNH、8克磺甲基褐煤SMC、4克氢氧化钠、3.2克PFL-L、3.2克KFT-II、2.0克润滑剂SMLUB-E、4克分散剂SMS-19A，全部加入后持续搅拌5min使其充分溶解并混合均匀；

S4：在S3得到的混合浆液中搅拌速度为8000rpm状态下，加入0.4g巴西布拉斯科HE150增黏剂，持续搅拌10min使其充分溶解；

S5：根据密度需要在S4得到的混合浆液中，搅拌速度为5000rpm状态下，加入1392g微粉重晶石粉，持续搅拌10min使其充分溶解，即得到高抗钙超高密度钻井液。

实施例6得到的高抗钙超高密度钻井液密度为2.45g/cm³。

实施例7

本实施例提供了一种高抗钙超高密度钻井液体系及制备方法，具体细节如下：

S1：配制膨润土浆：400ml水在搅拌速度为3000rpm状态下，加入2.4克钠膨润土，持续搅拌20min使钠膨润土充分溶解，水化24h备用；

S2：在S1得到的膨润土浆中搅拌速度为3000rpm状态下，加入30克KCl，持续搅拌5min使其充分溶解；

S3：在S2得到的混合浆液中，搅拌速度为4000rpm状态下，每间隔5min依次加入2克磺化沥青、16克磺甲基酚醛树脂SMP-3、8克磺化褐煤树脂SPNH、8克磺甲基褐煤SMC、4克氢氧化钠、3.2克PFL-L、3.2克KFT-II、2.0克润滑剂SMLUB-E、8克分散剂SMS-19A，全部加入后持续搅拌5min使其充分溶解并混合均匀；

S4：在S3得到的混合浆液中搅拌速度为8000rpm状态下，加入0.4g巴西布拉斯科HE150增黏剂，持续搅拌10min使其充分溶解；

S5：根据密度需要在S4得到的混合浆液中，搅拌速度为5000rpm状态下，加入1578.2g微粉重晶石粉，持续搅拌10min使其充分溶解，即得到高抗钙超高密度钻井液。

实施例7得到的高抗钙超高密度钻井液密度为2.55g/cm³。

实施例8

本实施例提供了一种高抗钙超高密度钻井液体系及制备方法，具体细节如下：

S1：配制膨润土浆：400ml水在搅拌速度为3000rpm状态下，加入2.4克钠膨润土，持续搅拌20min使钠膨润土充分溶解，水化24h备用；

S2：在S1得到的膨润土浆中搅拌速度为3000rpm状态下，加入30克KCl，持续搅拌5min使其充分溶解；

S3：在S2得到的混合浆液中，搅拌速度为4000rpm状态下，每间隔5min依次加入2克磺化沥青、16克磺甲基酚醛树脂SMP-3、8克磺化褐煤树脂SPNH、8克磺甲基褐煤SMC、4克氢氧化钠、6.4克LV-CMC、2.0克润滑剂SMLUB-E、8克分散剂SMS-19A，全部加入后持续搅拌5min使其充分溶解并混合均匀；

S4：在S3得到的混合浆液中搅拌速度为8000rpm状态下，加入0.4g巴西布拉斯科HE150增黏剂，持续搅拌10min使其充分溶解；

S5：根据密度需要在S4得到的混合浆液中，搅拌速度为5000rpm状态下，加入1392g微粉重晶石粉，持续搅拌10min使其充分溶解，即得到高抗钙超高密度钻井液。

实施例8得到的高抗钙超高密度钻井液密度为2.45g/cm³。

实施例9

本实施例提供了一种高抗钙超高密度钻井液体系及制备方法，具体细节如下：

S1：配制膨润土浆：400ml水在搅拌速度为3000rpm状态下，加入2.4克钠膨润土，持续搅拌20min使钠膨润土充分溶解，水化24h备用；

S2：在S1得到的膨润土浆中搅拌速度为3000rpm状态下，加入30克KCl，持续搅拌5min使其充分溶解；

S3：在S2得到的混合浆液中，搅拌速度为4000rpm状态下，每间隔5min依次加入2克磺化沥青、16克磺甲基酚醛树脂SMP-3、8克磺化褐煤树脂SPNH、8克磺甲基褐煤SMC、4克氢氧化钠、6.4克LV-PAC、2.0克润滑剂SMLUB-E、8克分散剂SMS-19A，全部加入后持续搅拌5min使其充分溶解并混合均匀；

S4：在S3得到的混合浆液中搅拌速度为8000rpm状态下，加入0.4g巴西布拉斯科HE150增黏剂，持续搅拌10min使其充分溶解；

S5：根据密度需要在S4得到的混合浆液中，搅拌速度为5000rpm状态下，加入1392g微粉重晶石粉，持续搅拌10min使其充分溶解，即得到高抗钙超高密度钻井液。

实施例9得到的高抗钙超高密度钻井液密度为2.45g/cm³。

将实施例1～9制备得到的高抗钙超高密度钻井液进行流变性能测试及抗钙性能测试，具体细节如下：

分别将实施例1～9制备得到的高抗钙超高密度钻井液，装入老化罐中，在165℃高温滚子炉中老化16小时。然后取出9份样品设置转速为4000rpm，搅拌5min，分别测定各样品的表观黏度、塑性黏度、动切力、API滤失量、HTHP(165℃)滤失量和高温沉降系数(7天)；测试结果如表1所示。

表1实施例1～9制备得到的高抗钙超高密度钻井液样品常规流变性能测试

通过表1不难看出，实施例1～9制备得到的高抗钙超高密度钻井液样品表观黏度范围为69～80mPa.s，塑性黏度范围为59～66mPa.s，动切力范围为10～14Pa，API滤失量范围为0.8～1.8ml，HTHP滤失量范围为9.8～12.2ml，高温沉降系数范围为0.515～0.522，表面本发明的钻井液体系具有良好的流变性、抗温性和高温沉降稳定性。

其中，实施例4和实施例5得到的钻井液体系，SMC、SMP-3和SPNH三者以2:4:2配比，总量以8％比例加入时，钻井液体系流变性最佳，HTHP滤失量最小。实施例6得到的钻井液体系的API滤失量为4.0ml，HTHP滤失量为26.4ml，高温沉降系数为0.584，相比于实施例1的钻井液性能参数有明显的降低，说明自研超高温高密度分散剂SMS-19A具有明显的提高体系高温沉降稳定性的作用。实施例7得到的钻井液体系的API滤失量为1.4ml，HTHP滤失量为11.2ml，说明该体系密度为2.55g/cm³依然具有良好的性能。实施例8显示了采用LV-CMC代替PFL-L和KFT-II的效果，及实施例9显示了采用LV-PAC代替PFL-L和KFT-II的效果，可以看出添加LV-CMC和LV-PAC之后API滤失量和HTHP滤失量均显著增大，表明LV-CMC和LV-PAC对于体系滤失效果没有明显的改善。

取实施例1～9制备得到的高抗钙超高密度钻井液样品400ml，分别加入14.34g无水氯化钙，钙离子浓度为13000mg/L，搅拌均匀后装入老化罐中，在165℃高温滚子炉中老化16小时。然后取出9份样品设置转速为4000rpm，搅拌5min，分别测定各样品的表观黏度、塑性黏度、动切力、API滤失量、HTHP(165℃)滤失量和高温沉降系数(7天)；测试结果如表2所示。

表2将实施例1～9制备得到的高抗钙超高密度钻井液样品抗钙性测试

通过表2不难看出，实施例1～9制备得到的高抗钙超高密度钻井液样品经抗钙性测试后，表观黏度范围为72～80mPa.s，塑性黏度范围为61～68mPa.s，动切力范围为11～14Pa，API滤失量范围为2.0～3.0ml，HTHP滤失量范围为11.6～13.4ml，高温沉降系数范围为0.526～0.548，表明本发明的钻井液体系具有优异的抗钙污染能力。

其中，实施例6得到的钻井液体系的API滤失量为6.0ml，HTHP滤失量为22.0ml，高温沉降系数为0.598，相比于实施例1的钻井液性能参数有明显的降低，进一步说明自研超高温高密度分散剂SMS-19A具有明显的提高体系高温沉降稳定性的作用。实施例7得到的钻井液体系的API滤失量为1.4ml，HTHP滤失量为11.2ml，说明该体系密度为2.55g/cm³依然具有良好的抗钙性能。实施例8～9给出了采用LV-CMC和LV-PAC代替PFL-L和KFT-II的效果，说明LV-CMC和LV-PAC的抗钙性能不如PFL-L和KFT-II，更进一步说明本发明抗钙滤失剂优选方案为PFL-L和KFT-II。

实施例10

本实施例提供了一种高抗钙超高密度钻井液体系及制备方法，采用该方法制备的高抗钙超高密度钻井液体系应用于实际钻井施工中，具体细节如下：

本实施例采用实施例5制备得到的高抗钙超高密度钻井液体系应用于夏河2井三开，平均井径扩大率为9.6％，钻进期间钙离子浓度为10800mg/L，氯离子浓度为120000～200000mg/L，共钻穿132米极易水溶的钙盐地层以及78米易蠕变缩径盐膏层。钻进施工正常，未出现阻卡现象，机械钻速较设计钻速提高211.5％，极大的缩短了钻井周期，提高了钻井效率。

综上，本发明的高抗钙超高密度钻井液体系，由水、加重剂、膨润土、PH调节剂、抗钙增黏剂、抗钙降滤失剂、防塌剂、分散剂、润滑剂和氯化钾组成。其抗温能力可达165℃，抗钙离子13000mg/L，密度最高达2.55g/cm³，高温下钻井液具有良好的流变性、滤失性、沉降稳定性和抗钙性。本发明的高抗钙超高密度钻井液体系的制备方法简单、易操作，不需要复杂设备及工艺，制备时间短，可随钻井施工随生产。

在本发明中的提到的任何数值，如果在任何最低值和任何最高值之间只是有两个单位的间隔，则包括从最低值到最高值的每次增加一个单位的所有值。例如，如果声明一种组分的量，或诸如温度、压力、时间等工艺变量的值为50-90，在本说明书中它的意思是具体列举了51-89、52-88……以及69-71以及70-71等数值。对于非整数的值，可以适当考虑以0.1、0.01、0.001或0.0001为一单位。这仅是一些特殊指明的例子。在本申请中，以相似方式，所列举的最低值和最高值之间的数值的所有可能组合都被认为已经公开。

应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (16)

1.一种高抗钙超高密度钻井液体系，其特征在于，包括以下组分：

所述抗钙降滤失剂包括丙烯酸类聚合物、腐殖酸类抗钙降滤失剂和树脂类抗钙降滤失剂；其中，所述丙烯酸类聚合物选自PFL-L和KFT-II，所述腐殖酸类抗钙降滤失剂为磺甲基褐煤SMC，所述树脂类抗钙降滤失剂选自磺甲基酚醛树脂SMP-3、磺化褐煤树脂SPNH；

所述分散剂为SMS-19A；

所述加重剂为微米重晶石、四氧化三锰微粉和钛铁矿微粉中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的高抗钙超高密度钻井液体系，其特征在于，所述加重剂为微米重晶石。

3.根据权利要求1所述的高抗钙超高密度钻井液体系，其特征在于，所述pH调节剂包括KOH、NaOH、Na₂CO₃的一种或多种。

4.根据权利要求3所述的高抗钙超高密度钻井液体系，其特征在于，所述pH调节剂为NaOH。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的高抗钙超高密度钻井液体系，其特征在于，所述增黏剂为抗钙增黏剂和/或抗高温增黏剂。

6.根据权利要求5所述的高抗钙超高密度钻井液体系，其特征在于，所述增黏剂包括改性黄原胶、丙烯酰胺—磺化甲基丙烷的共聚物、乙烯基类聚合物、丙烯酰胺共聚物中的一种或多种。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的高抗钙超高密度钻井液体系，其特征在于，所述增黏剂为乙烯基类聚合物。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的高抗钙超高密度钻井液体系，其特征在于，所述防塌剂包括磺化沥青、天然沥青和改性沥青中的一种或多种。

9.根据权利要求8所述的高抗钙超高密度钻井液体系，其特征在于，所述防塌剂为磺化沥青。

10.根据权利要求1-4中任一项所述的高抗钙超高密度钻井液体系，其特征在于，所述润滑剂包括固体润滑剂和/或液体润滑剂。

11.根据权利要求10所述的高抗钙超高密度钻井液体系，其特征在于，所述固体润滑剂包括聚苯乙烯塑料小球、石墨、炭黑和玻璃微珠中的一种或多种；和/或

所述液体润滑剂包括矿物油、烃类润滑剂和酯类润滑剂中的一种或多种。

12.根据权利要求11所述的高抗钙超高密度钻井液体系，其特征在于，所述烃类润滑剂包括白油和/或聚α-烯烃；和/或所述酯类润滑剂包括硬脂酸丁酯、油酸季戊四醇酯和合成脂肪酸酯类润滑剂中的一种或多种。

13.权利要求1-12中任一项所述的高抗钙超高密度钻井液体系的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：向水中加入膨润土，得到膨润土浆；

S2：向步骤S1中得到的膨润土浆中加入KCl，搅拌均匀；

S3：向步骤S2中得到的混合浆液中依次加入防塌剂、抗钙滤失剂、pH调节剂、润滑剂、分散剂，搅拌均匀；

S4：向步骤S3中得到的混合浆液中搅拌状态加入增黏剂，搅拌均匀；

S5：在搅拌状态下，向步骤S4中得到的混合浆液中加入加重剂，搅拌均匀，即得到高抗钙超高密度钻井液。

14.根据权利要求13所述的高抗钙超高密度钻井液体系的制备方法，其特征在于，所述步骤S1～S5中，搅拌速度为2000rpm～8000rpm，搅拌时间5～30min；和/或

所述步骤S1中，膨润土浆静置水化，静置时间18～36小时；和/或

所述步骤S3中，加入各试剂顺序不限，待前一种试剂搅拌均匀后加入下一种试剂。

15.根据权利要求14所述的高抗钙超高密度钻井液体系的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，膨润土浆静置水化，静置时间为24小时。

16.权利要求1-12中任一项所述的高抗钙超高密度钻井液体系或权利要求13-15中任一项所述的制备方法制得的高抗钙超高密度钻井液体系在石油钻井中的应用。