專利名稱：超高密度水基鉆井液及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種勘探鉆井用鉆井液，尤其涉及一種石油勘探開(kāi)發(fā)中的超高密度水基鉆井液。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著勘探領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，深井、超深井、特殊井和復(fù)雜井的布局將會(huì)不斷的增加，無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，石油勘探開(kāi)發(fā)都逐漸向深部地層和海上發(fā)展，鉆遇地層條件日益復(fù)雜，鉆井深度不斷增加，鉆井作業(yè)對(duì)深井工程中高溫和高壓?jiǎn)栴}的解決都依賴于鉆井液性能的改善，而原有的鉆井液難以滿足工程需要。超高密度鉆井液能夠在高壓環(huán)境中保持井筒的壓力平衡，因此，研究超高密度水基鉆井液具有較大的理論和實(shí)際意義。由于加重劑種類的限制，一般只能用重晶石加重，當(dāng)鉆井液密度超過(guò)2. 50g/cm3時(shí)，鉆井液的各項(xiàng)性能極易發(fā)生惡化，尤其是流變性能難以控制，極易發(fā)生各類井下復(fù)雜，制約了異常高壓油氣井的鉆探工作，所以，有必要對(duì)超高密度水基鉆井液流變性進(jìn)行拓展研究。作為超高密度水基鉆井液，其固相含量高，流變性的穩(wěn)定性維護(hù)比普通密度鉆井液更加困難，主要體現(xiàn)在其流變性與失水造壁之間這一矛盾更加難以協(xié)調(diào)。若超高密度水基鉆井液中只含有少量的自由水，則其流變性變好，但失水量增大，井壁失穩(wěn)，泥餅變厚；若在其中增加少量護(hù)膠劑，則失水量減小，井壁穩(wěn)定，泥餅變薄，但流變性變差。超高密度水基鉆井液流變性維護(hù)困難還體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面高固相含量引起的高粘度；部分鉆屑高度分散引起的高粘度；固相顆粒間相互作用引起的高粘度；對(duì)外來(lái)物質(zhì)的侵污敏感性強(qiáng)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種超具有很好的流變性、 降低鉆井液的摩擦系數(shù)、對(duì)鉆屑表現(xiàn)出極強(qiáng)抗污染特性的高密度水基鉆井液及其制備方法。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種超高密度水基鉆井液的制備方法，包括如下步驟
(1)采用常規(guī)重晶石作為唯一加重材料使得超高密度水基鉆井液密度達(dá)到2.55 2. 70g/cm3，所述超高密度水基鉆井液中包括如下組分清水、腐植酸類降濾失劑RSTF、磺化浙青類潤(rùn)滑劑PHD、磺化酚醛樹(shù)脂類降濾失劑SMP-I、木質(zhì)素類特種稀釋劑、NaOH、復(fù)合電解質(zhì)；
(2)通過(guò)室內(nèi)優(yōu)選處理劑實(shí)驗(yàn)、配伍性實(shí)驗(yàn)、高溫實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定密度為2. 55 2. 70g/cm3的超高密度水基鉆井液的基礎(chǔ)配方；
(3)通過(guò)改變基礎(chǔ)配方中某一處理劑加量，研究不同加量對(duì)超高密度水基鉆井液性能的影響，從而得到最佳的處理劑加量范圍，最終得出成果配方。進(jìn)一步地，采用重晶石使超高密度水基鉆井液密度達(dá)到2. 55 g/cm3和2. 70g/cm3 ； 密度為2. 55g/cm3的基礎(chǔ)配方按清水為基礎(chǔ)的質(zhì)量體積百分比為1. 2%RSTF、7%PHD、3%^卩-1、1.4%特種稀釋劑、1%恥0!1、12 %復(fù)合電解質(zhì)(16 1)、將鉆井液密度加重至 2. 55g/cm3的重晶石、余量為水；
密度為2. 70g/cm3的基礎(chǔ)配方按清水為基礎(chǔ)的質(zhì)量體積百分比為P/oRSTF 7%PHD P/oSMP-11^%特種稀釋劑l%Na0H、10%復(fù)合電解質(zhì)(10 1)、將鉆井液密度加重至2. 70g/ cm3的重晶石、余量為水?！N超高密度水基鉆井液，各組分按清水為基礎(chǔ)的質(zhì)量體積百分比為1 1. 5%RSTF、7. 5 8. 5%PHD、2 3%SMP_1、1 1. 5% 特種稀釋劑、l%NaOH、10 12% 復(fù)合電解質(zhì)(14 1)和將鉆井液密度加重至2.55g/cm3的重晶石、余量為水。一種超高密度水基鉆井液，各組分按清水為基礎(chǔ)的質(zhì)量體積百分比為0. 8 1. 2%RSTF、7. 5 8. 5%PHD、1 1. 5%SMP_1、1. 25 1. 75% 特種稀釋劑、l%Na0H、8 10% 復(fù)合電解質(zhì)(10 1)、將鉆井液密度加重至2. 70g/cm3的重晶石、余量為水。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果
本發(fā)明通過(guò)引入高濃度復(fù)合電解質(zhì)提高體系的固相容量限解決這一系列問(wèn)題，其主要作用機(jī)理如下高濃度復(fù)合電解質(zhì)可提高鉆井液基液密度，減少重晶石的加量；復(fù)合電解質(zhì)配合特種稀釋劑使用，使體系中的固相顆粒處于適度，絮凝的粗分散狀態(tài)，大幅度提高體系的固相容量限；復(fù)合電解質(zhì)的加入還能很好的抑制鉆屑分散，有利于鉆屑的及時(shí)清除，減少體系中劣質(zhì)固相的含量。①雖然固相含量高達(dá)52 58%，但是在復(fù)合電解質(zhì)和特種稀釋劑的共同作用下， 使得該鉆井液體系具有很好的流變性；潤(rùn)滑劑的加入，降低了高固相含量鉆井液的摩擦系數(shù)；在經(jīng)過(guò)120°C恒溫滾動(dòng)16小時(shí)后，鉆井液各項(xiàng)性能仍然較好，說(shuō)明該鉆井液具有很好的抗溫性能。因此，該成果配方完全滿足鉆井施工的作業(yè)要求。 ②在NaOH含量不大于1%范圍內(nèi)，鉆井液的粘度和切力隨著其含量的增加略有增加，失水量變化不大，其主要原因是由于Na+增多，粘土顆粒的擴(kuò)散雙電層受到擠壓，導(dǎo)致雙電層和水化膜變薄，ζ電位下降，顆粒間斥力減少，顆粒之間發(fā)生面和端以及端和端吸附， 形成空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，最終使粘度和切力增加，而對(duì)失水量并無(wú)較大影響。當(dāng)NaOH含量大于 1%以后，粘度和切力略有下降，失水量也稍有增加，其主要是由于Na+的增多，粘土顆粒的擴(kuò)散雙電層受到嚴(yán)重?cái)D壓，導(dǎo)致雙電層和水化膜變薄，ζ電位下降甚至趨近于零，顆粒間的斥力大大減小，顆粒之間發(fā)生面一面吸附，最終使得粘度和切力下降，釋放出的顆粒之間的束縛水使得自由水增加，導(dǎo)致失水量稍有增加。但是，鉆井液的粘切和失水量變化幅度較小， 綜合性能較好，因此，該鉆井液體系具有較強(qiáng)的抗鹽污染能力。另外鉆井液的粘切和失水量隨著石膏污染程度的增加而增大，其主要原因是由于 Ca2+增多，改變了擴(kuò)散雙電層和水化膜的厚度，使得ζ電位發(fā)生變化，進(jìn)而改變了顆粒之間的吸附狀態(tài)，最終導(dǎo)致粘切和失水量增大。就整體性能變化而言，粘切和失水量的變化幅度較小，且滿足設(shè)計(jì)要求。因此，該鉆井液體系具有較強(qiáng)的抗石膏污染能力。按成果配方配制的鉆井液，在進(jìn)行巖屑污染后，雖然鉆井過(guò)程中產(chǎn)生的鉆屑增加了體系中的鉆井液中粘土顆粒的量，同時(shí)其固相含量也相應(yīng)增加，但是，其分別對(duì)鉆井液所產(chǎn)生的塑性粘度和切力影響甚微，鉆井液前后性能變化很小，特別是流變性基本保持不變， 滾動(dòng)回收率高達(dá)80%以上，說(shuō)明該鉆井液體系對(duì)鉆屑表現(xiàn)出了極強(qiáng)的抗污染特性。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。在操作過(guò)程中需要添加的添加劑
由于超高密度水基鉆井液中固相含量較高，巨大的固相顆粒比表面積通過(guò)潤(rùn)濕和吸附作用使得整個(gè)體系的自由水含量大幅度減少，導(dǎo)致體系的固相容量限降低。由于在鉆井過(guò)程中鉆屑的侵入，固相顆粒之間極易連接形成結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致體系粘度和切力進(jìn)一步增高， 因此，在選擇超高密度水基鉆井液降濾失劑時(shí)，需要考慮在控制濾失量的同時(shí)盡量不影響體系的粘度和切力，甚至可以降低粘度和切力。目前，主要選用腐植酸類和磺化酚醛樹(shù)脂類降濾失劑作為超高密度水基鉆井液的降濾失劑。1.腐植酸類降濾失劑
在用大量腐植酸堿液處理的鉆井液中加入適量的Ca2+，所生成的較少量的腐植酸鈣膠狀沉淀可使泥餅變得薄而韌，濾失量也相應(yīng)地降低，同時(shí)對(duì)鉆井液中的Ca2+濃度有一定的緩沖作用，即當(dāng)Ca2+被粘土吸附時(shí)，會(huì)使鉆井液中的Ca2+保持足夠的量。因此，腐植酸一石膏鉆井液和腐植酸一氯化鈣鉆井液都具有抑制粘土水化膨脹，防止泥頁(yè)巖井壁坍塌的作用。腐植酸堿液降濾失的機(jī)理主要是由于其所含有多種官能團(tuán)的陰離子型大分子腐植酸鈉吸附在粘土顆粒表面形成吸附水化層，同時(shí)提高粘土顆粒的ξ電位，因而增大顆粒聚結(jié)的機(jī)械阻力和靜電斥力，提高鉆井液的聚結(jié)穩(wěn)定性，使其中的粘土顆粒保持多級(jí)分散狀態(tài)，并有相對(duì)較多的細(xì)顆粒，所以能形成致密的泥餅，最終達(dá)到鉆井液降低濾失量的效^ ο本項(xiàng)目中選用了腐植酸類降濾失劑RSTF作為其降濾失劑之一，下表即為其加量的研究。
權(quán)利要求
1 一種超高密度水基鉆井液的制備方法，其特征在于，包括如下步驟(1)采用常規(guī)重晶石作為唯一加重材料使得超高密度水基鉆井液密度達(dá)到2.55 2. 70g/cm3，所述超高密度水基鉆井液中包括如下組分清水、腐植酸類降濾失劑RSTF、磺化浙青類潤(rùn)滑劑PHD、磺化酚醛樹(shù)脂類降濾失劑SMP-I、木質(zhì)素類特種稀釋劑、NaOH、復(fù)合電解質(zhì)；(2)通過(guò)室內(nèi)優(yōu)選處理劑實(shí)驗(yàn)、配伍性實(shí)驗(yàn)、高溫實(shí)驗(yàn)再結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定密度為 2. 55 2. 70g/cm3的超高密度水基鉆井液的基礎(chǔ)配方；(3)通過(guò)改變基礎(chǔ)配方中某一處理劑加量，研究不同加量對(duì)超高密度水基鉆井液性能的影響，從而得到最佳的處理劑加量范圍，最終得出成果配方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高密度水基鉆井液的制備方法，其特征在于采用重晶石使超高密度水基鉆井液密度達(dá)到2. 55 g/cm3和2. 70g/cm3 ；密度為2. 55g/cm3的基礎(chǔ)配方按清水為基礎(chǔ)的質(zhì)量體積百分比為1. 2%RSTF、7%PHD 、3%^卩-1、1.4%特種稀釋劑、1%恥0!1、12 %復(fù)合電解質(zhì)(16 1)、將鉆井液密度加重至 2. 55g/cm3的重晶石、余量為水；密度為2. 70g/cm3的基礎(chǔ)配方按清水為基礎(chǔ)的質(zhì)量體積百分比為P/oRSTF 7%PHD P/oSMP-11^%特種稀釋劑l%Na0H、10%復(fù)合電解質(zhì)(10 1)、將鉆井液密度加重至2. 70g/ cm3的重晶石、余量為水。
3.一種超高密度水基鉆井液，其特征在于各組分按清水為基礎(chǔ)的質(zhì)量體積百分比為1 1. 5%RSTF、7. 5 8. 5%PHD、2 3%SMP_1、1 1. 5% 特種稀釋劑、l%NaOH、10 12% 復(fù)合電解質(zhì)(14 1)和將鉆井液密度加重至2.55g/cm3的重晶石、余量為水。
4.一種超高密度水基鉆井液，其特征在于各組分按清水為基礎(chǔ)的質(zhì)量體積百分比為0. 8 1. 2%RSTF、7. 5 8. 5%PHD、1 1. 5%SMP_1、1. 25 1. 75% 特種稀釋劑、l%NaOH、 8 10%復(fù)合電解質(zhì)(10 1)、將鉆井液密度加重至2. 70g/cm3的重晶石、余量為水。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種超高密度水基鉆井液及其制備方法，其中，一種超高密度水基鉆井液的制備方法包括如下步驟(1)采用常規(guī)重晶石作為唯一加重材料使得超高密度水基鉆井液密度達(dá)到2.55～2.70g/cm3，所述超高密度水基鉆井液中包括如下組分清水、腐植酸類降濾失劑RSTF、磺化瀝青類潤(rùn)滑劑DHD、磺化酚醛樹(shù)脂類降濾失劑SMP-1、鐵鉻鹽類特種稀釋劑、NaOH、復(fù)合電解質(zhì)；(2)通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定密度為2.55～2.70g/cm3的超高密度水基鉆井液的基礎(chǔ)配方；(3)通過(guò)改變基礎(chǔ)配方中某一處理劑加量，研究不同加量對(duì)超高密度水基鉆井液性能的影響，從而得到最佳的處理劑加量范圍，最終得出成果配方。
文檔編號(hào)C09K8/12GK102516955SQ201110395440
公開(kāi)日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月3日
發(fā)明者安利, 張坤, 張遠(yuǎn)彬, 彭碧強(qiáng), 李建輝, 李朝川, 秦宗倫, 羅宇峰, 董耘, 黃平 申請(qǐng)人:中國(guó)石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司川西鉆探公司