用於活性泥頁巖鑽井的鑽井液的製作方法
2023-06-14 07:49:31
專利名稱：用於活性泥頁巖鑽井的鑽井液的製作方法
技術領域：
本發明涉及油田鑽井技術領域，特別涉及一種鑽井液，是一種用於強水敏活性粘土地層、易水化分散膨脹性泥頁巖地層、天然裂縫易坍塌地層和水平井眼的鑽探的鑽井液。
背景技術：
在鑽遇高水敏性活性泥巖、軟泥巖、黏泥巖及膨脹性層理裂縫性泥頁巖時，這類地層極易水化膨脹坍塌而導致井壁失穩、鑽井效率低下。活性泥頁巖水化分散極易引起鑽井液中粘土含量上升、微米、亞微米固相顆粒增多，導致泥餅虛厚、鑽井液黏切升高、振動篩跑漿、流變性能惡化，同時黏性泥巖鑽屑對鑽頭表面具有很強的黏附性能，一定程度上增強了鑽屑與鑽頭表面的粘合力造成鑽頭泥包，增加扭矩和壓持效應，降低鑽頭的切削深度和破巖效率。總之，活性泥頁巖粘土礦物的水化分散將是直接導致井眼縮徑、井壁垮塌、鑽頭泥包、起下鑽不暢、卡鑽等井下複雜事故的發生。抑制泥頁巖水化分散一直是水敏性地層鑽井高度重視的問題，目前，國內外研究學者為解決活性泥頁巖安全快速鑽進作了大量的研究工作，除油基鑽井液外，水基強抑制鑽井液體系大多為KCL/PHPA(部分水解聚丙烯醯胺)、多元醇(聚乙二醇、聚丙醇、聚醚醇、 MEG等)、陽離子聚合物、正電膠、矽酸鹽等，雖然在井壁穩定、鑽進速度上有所提高，但是總體來講，鑽進成本過高，還存在著抑制性不夠、流變性調控及環保方面的問題。鑽井速度是影響油氣勘探與開發效益的關健因素，提高鑽井速可以大幅度降低鑽井成本，加快勘探開發進程。因此，開發出一套能夠抑制活性泥頁巖水化、巖屑分散、防止鑽頭泥包，提高機械鑽速的鑽井液技術，對於為活性泥頁巖安全、快速、高效鑽井具有極為重要的意義。
發明內容
本發明的目的是提供一種用於活性泥頁巖鑽井的鑽井液，抑制活性泥頁巖水化分散、清潔鑽頭、防塌效果好、破巖效率高的鑽井液體系配製方法。該鑽井體系以聚丙烯醯胺包被抑制劑、聚胺抑制劑和防泥包快鑽劑為主要處理劑，其抑制性能和潤滑性能接近於油基鑽井液，可解決強造漿活性泥巖鑽井出現的鑽井液黏切升高、流變性能惡化，能有效防止泥巖井壁失穩、鑽屑分散、鑽頭泥包、泥巖黏附和聚結。本發明採用的技術方案是用於活性泥頁巖鑽井的鑽井液，其特點在於各組分重量百分比為膨潤土2 6%;包被抑制劑0.2 0.5%;流型調節劑0. 2 1. 0% ；抗高溫聚合物降濾失劑 0.2 0.5%;氯化鉀4 7%;聚合醇1 3%;
聚胺抑制劑0. 5 1%;防泥包快鑽劑0. 5 ；其餘為水，各組分百分比之和為百分之百。為了適應地層壓力，用於活性泥頁巖鑽井的鑽井液組分中有重晶石，重晶石的重量百分比為0 45%，重晶石粒徑在6 75um之間。其中包被抑制劑為部分水解聚丙烯醯胺(PHPA)，水解聚丙烯醯胺(PHPA)水解度為30% 70%，分子量為300 600萬之間。流型調節劑是低粘聚陰離子纖維素、低粘羧甲基纖維素或澱粉中的一種或兩種。 粘度標準參照石油天然氣行業標準SY5093-92，即2%水溶液粘度小於200mPa · S為低粘， 2%水溶液粘度大於1500mPa · S為高粘，(25°C，Emila粘度計)。抗高溫聚合物降濾失劑可以採用磺酸鹽共聚物降濾失劑，磺酸鹽共聚物降濾失劑是由丙烯醯胺、丙烯酸、2-丙烯醯氧丁基磺酸(AOBS)、環氧氯丙烷共同反應生成的聚合物， 其分子結構中含_CH3、-NH2, -COOH、-SO3H。所述的抗高溫聚合物降濾失劑也可以採用山東得順源石油科技有限公司生產的磺酸鹽共聚物降濾失劑DSP-2。聚合醇是包括乙二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、丙三醇與環氧乙烷和環氧丙烷生成的脂肪醇聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧丙烯醚，濁點為70 90°C。所述的聚合醇也可以採用河南金馬石油科技有限責任公司生產的聚合醇防塌劑JMS-II。聚胺抑制劑是胺基聚合物，胺基聚合物分子結構式為H2N-R-[OR' ]x_NH2，式中 R和R'為含1 6個碳原子的烴基，X為1-10。所述的聚胺抑制劑也可以為河北省任丘市程發石油科技有限公司生產的聚胺抑制劑CFY-01。防泥包快鑽劑為一種脂肪醇醚磷酸酯，脂肪醇醚磷酸酯由脂肪醇聚氧乙烯醚和磷酸鹽合成的一種脂肪醇醚磷酸酯，分子結構式為[RO(CH2CH2O)]2POR'，式中R、R'為C6 到C30直鏈或支鏈烴基。所述的防泥包快鑽劑也可以是脂肪醇醚磷酸酯M0A-3P，江蘇省海安石油化工廠生產有脂肪醇醚磷酸酯M0A-3P。本發明解決方案是鑽井液體系以總體抑制為原則，在鉀鹽聚合物鑽井液的基礎上加入包被抑制劑、聚胺抑制劑，聯合調控鑽井液的流變性和粘土的穩定性。聚胺是一種小分子陽離子聚合物，具有高濃度的胺基基團密度和較高的酸中和當量濃度，主要作用是進入粘土層間，抑制粘土水化造漿，強力包被抑制劑由丙烯醯胺聚合而成，其分子量相對聚胺要高，不能進入粘土層間，主要是包被已經被聚胺分子進入層間的黏土，協同抑制活性泥巖的滲透水化分散、分散造漿。防泥包快鑽劑是由脂肪醇聚氧乙烯醚和磷酸鹽合成的一種脂肪醇醚磷酸酯，該處理劑的P043_能夠和金屬表面的!^2+ —起形成磷化晶核，晶核繼續長大成為磷化晶粒，晶粒緊密堆集形成磷化膜，磷化膜吸附在鑽具和金屬表面，降低黏土水化及其在金屬表面黏結，防止鑽頭泥包，起到清潔鑽頭，提高破巖效率作用。本發明的有益效果本發明用於活性泥頁巖鑽井的鑽井液，(1)該鑽井液體系抗溫150°C，高溫流變性能穩定，抑制性能和潤滑性能突出，接近於油基鑽井液，能有效抑制高活性泥巖水化造漿，防止活性泥巖、易膨脹裂縫性泥頁巖水化分散、膨脹坍塌，防鑽頭泥包、泥巖粘附和聚結。(2)鑽井液抗各種極度汙染(海水、活性泥巖、鹽、水泥等)，且生物無毒，滿足海洋排放標準。
(3)該鑽井液可解決活性泥頁巖鑽井過程中出現的井眼縮徑、井壁垮塌、鑽頭泥包、起下鑽不暢、卡鑽等井下複雜問題，確保活性泥頁巖安全、快速、高效鑽井。
具體實施例方式實施例1 一種用於活性泥頁巖鑽井的鑽井液，各組分重量百分比為膨潤土 3.0% ；流型調節劑採用的是低粘聚陰離子纖維素0. 和低粘羧甲基纖維素0. 1% ；0.2% 的包被抑制劑為部分水解聚丙烯醯胺(PHPA)，水解度為30% 70%，分子量為300-600萬； 抗高溫聚合物降濾失劑0.5%，抗高溫聚合物降濾失劑為山東得順源石油科技有限公司生產的磺酸鹽共聚物降濾失劑DSP-2 ；氯化鉀4% ；聚合醇2%，聚合醇為河南金馬石油科技有限責任公司生產的聚合醇防塌劑JMS-II ；聚胺抑制劑1%，聚胺抑制劑為河北省任丘市程發石油科技有限公司生產的聚胺抑制劑CFY-Ol ；防泥包快鑽劑0. 8%，防泥包快鑽劑採用的是江蘇省海安石油化工廠生產的脂肪醇醚磷酸酯M0A-3P ；重晶石沈％，重晶石粒徑為 0. 040 0. 061mm。7jC62. 3%。各組分充分攪拌混合均勻後，注入井筒中。實施例1鑽井液的密度為1. 25g/cm3, 用於孔隙壓力係數為1.25士0. 05地層使用。實施例2 —種用於活性泥頁巖鑽井的鑽井液，各組分重量百分比為6. 0%的膨潤土 ；流型調節劑採用的是0. 低粘聚陰離子纖維素和0. 澱粉；0. 3%包被抑制劑為部分水解聚丙烯醯胺(PHPA)，水解度為30% 70%，分子量為300-600萬；0. 4%抗高溫聚合物降濾失劑，抗高溫聚合物降濾失劑為山東得順源石油科技有限公司生產的磺酸鹽共聚物降濾失劑DSP-2 ；6%氯化鉀；2%聚合醇，聚合醇為河南金馬石油科技有限責任公司生產的聚合醇防塌劑JMS-II ；0. 5%聚胺抑制劑，聚胺抑制劑為河北省任丘市程發石油科技有限公司生產的聚胺抑制劑CFY-Ol ；0. 5%防泥包快鑽劑，防泥包快鑽劑採用江蘇省海安石油化工廠生產的脂肪醇醚磷酸酯M0A-3P ；水84. 1%。各組分充分攪拌混合均勻後，注入井筒中。實施例2鑽井液的密度為1. 05g/cm3, 用於孔隙壓力係數為1. 05士0. 05地層使用，為了適應地層壓力，所以鑽井液中沒有加重晶石。另外由於鑽井液中含有部分低密度固相成份如膨潤土、氯化鉀，所以沒加重晶石。實施例3: —種用於活性泥頁巖鑽井的鑽井液，各組分重量百分比為膨潤土 3.0% ；流型調節劑採用的是低粘聚陰離子纖維素0. 1% ；0.3%的包被抑制劑為部分水解聚丙烯醯胺(PHPA)，水解度為30% 70%，分子量為300-600萬；抗高溫聚合物降濾失劑 0.5%，抗高溫聚合物降濾失劑採用的是山東得順源石油科技有限公司生產的磺酸鹽共聚物降濾失劑DSP-2 ；氯化鉀7%;聚合醇3%，聚合醇採用的是河南金馬石油科技有限責任公司生產的聚合醇防塌劑JMS-II ；聚胺抑制劑1%，聚胺抑制劑為河北省任丘市程發石油科技有限公司生產的聚胺抑制劑CFY-Ol ；防泥包快鑽劑1%，防泥包快鑽劑採用的是江蘇省海安石油化工廠生產的脂肪醇醚磷酸酯M0A-3P ；重晶石30%，重晶石粒徑為62 75um;水 54. 1%。各組分充分攪拌混合均勻後，注入井筒中。實施例3鑽井液的密度為1. 30g/cm3, 用於孔隙壓力係數為1.30士0. 05地層使用。實施例4: 一種用於活性泥頁巖鑽井的鑽井液，各組分重量百分比為膨潤土 2. 0% ；流型調節劑採用0. 3%低粘聚陰離子纖維素和0. 3%低粘羧甲基纖維素；0. 4%的包被抑制劑採用的是部分水解聚丙烯醯胺(PHPA)，水解度為30% 70%，分子量為300-600 萬；0. 5%抗高溫聚合物降濾失劑，抗高溫聚合物降濾失劑為山東得順源石油科技有限公司生產的磺酸鹽共聚物降濾失劑DSP-2 ；氯化鉀7% ；聚合醇1%，聚合醇為河南金馬石油科技有限責任公司生產的聚合醇防塌劑JMS-II ；聚胺抑制劑1%，聚胺抑制劑為河北省任丘市程發石油科技有限公司生產的聚胺抑制劑CFY-Ol ；防泥包快鑽劑1%，防泥包快鑽劑採用的是江蘇省海安石油化工廠生產的脂肪醇醚磷酸酯M0A-3P;重晶石41%，重晶石粒徑為 0. 040 0. 061mm ；水 45. 5%0各組分充分攪拌混合均勻後，注入井筒中。實施例4鑽井液的密度為1. 45g/cm3, 用於孔隙壓力係數為1.45士0. 05地層使用。該鑽井液的性能優點及有益效果，從如下測試結果表明。試驗測試了配方實施例一的性能，實施例二、三、四也同樣滿足實施例一性能指標。—、用於活性泥頁巖鑽井的鑽井液抗溫流變性能試驗測試了實施例一鑽井液在不同溫度下高溫老化16小時後的流變性能，結果見表1。表1用於活性泥頁巖鑽井的鑽井液抗溫流變性能
權利要求
1.種用於活性泥頁巖鑽井的鑽井液，其特徵在於各組分重量百分比為膨潤土2 6% ； 0. 2 0. 5% 0. 2 1. 0% 0. 2 0. 5%包被抑制劑流型調節劑抗高溫聚合物降濾失劑氯化鉀聚合醇4 7% ； 1 3% ； 0. 5 ； 0. 5 ；聚胺抑制劑防泥包快鑽劑其餘為水，各組分重量百分比之和為百分之百。
2.根據權利要求1所述的用於活性泥頁巖鑽井的鑽井液，其特徵在於組分中有重晶石，重晶石的重量百分比為0 45%。
3.根據權利要求1或2所述的用於活性泥頁巖鑽井的鑽井液，其特徵在於包被抑制劑為部分水解聚丙烯醯胺(PHPA)，所述的部分水解聚丙烯醯胺(PHPA)的水解度為30% 70%，分子量為300 600萬之間。
4.根據權利要求1或2所述的用於活性泥頁巖鑽井的鑽井液，其特徵在於流型調節劑是低粘聚陰離子纖維素、低粘羧甲基纖維素或澱粉中的一種或兩種。
5.根據權利要求1或2所述的用於活性泥頁巖鑽井的鑽井液，其特徵在於抗高溫聚合物降濾失劑是磺酸鹽共聚物降濾失劑或是磺酸鹽共聚物降濾失劑DSP-2 ；所述的磺酸鹽共聚物降濾失劑是由丙烯醯胺、丙烯酸、2-丙烯醯氧丁基磺酸(AOBS)、環氧氯丙烷共同反應生成的聚合物，其分子結構中含-CH3、-NH2, -COOH、-SO3H。
6.根據權利要求1或2所述的用於活性泥頁巖鑽井的鑽井液，其特徵在於聚合醇是包括乙二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、丙三醇與環氧乙烷和環氧丙烷生成的脂肪醇聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧丙烯醚，或是聚合醇防塌劑JMS-II。
7.根據權利要求1或2所述的用於活性泥頁巖鑽井的鑽井液，其特徵在於聚胺抑制劑是胺基聚合物，或是聚胺抑制劑CFY-01，所述的胺基聚合物分子結構式為H2N-R-
X-NH2，式中R和R'為含1 6個碳原子的烴基，X為1 10。
8.根據權利要求1或2所述的用於活性泥頁巖鑽井的鑽井液，其特徵在於防泥包快鑽劑為一種脂肪醇醚磷酸酯，或是脂肪醇醚磷酸酯M0A-3P ；所述的脂肪醇醚磷酸酯由脂肪醇聚氧乙烯醚和磷酸鹽合成的一種脂肪醇醚磷酸酯，分子結構式為[R0(CH2CH20)]2P0R'，式中R、R'為C6到C30直鏈或支鏈烴基。
全文摘要
用於活性泥頁巖鑽井的鑽井液，應用於油田鑽井。其各組份重量比為膨潤土2～6％、包被抑制劑0.2～0.5％、流型調節劑0.2～1.0％、抗高溫聚合物降濾失劑0.2～0.5％、氯化鉀4～7％、聚合醇1～3％、聚胺抑制劑0.5～1.0％、防泥包快鑽劑0.5～1.0％、水45～85％。該鑽井液抑制性能和潤滑性能接近於油基鑽井液，可解決強造漿活性泥巖鑽井出現泥巖造漿嚴重、振動篩跑漿、鑽井液黏切升高、流變性能惡化，防止活性泥頁巖井壁失穩、鑽屑分散、鑽頭泥包、泥巖黏附和聚結，提高活性泥頁巖鑽井速度。
文檔編號C09K8/24GK102250595SQ20111013001
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月19日 優先權日2011年5月19日
發明者劉曉棟, 宋有勝, 徐鴻志, 王宇賓, 高俊奎, 黃名召, 黃桂柏 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油集團工程技術研究院, 中國石油集團海洋工程有限公司