一种深海和冻土区钻探用超低温钻井液制造技术

本发明专利技术公开了一种深海和冻土区钻探用超低温钻井液。它包括以下质量份的组分：水100份，“封堵‑抑制”型井壁稳定剂2～7份，增粘剂0.05～0.8份，包被抑制剂0.05～0.5份，降滤失剂1～10份，水合物抑制剂10～40份，卵磷脂0～1份，配浆土0～4份，润滑剂0～3份，加重剂0～150份。本发明专利技术的钻井液利用“封堵‑抑制”型井壁稳定剂的物理化学特性封堵井壁与抑制泥页岩水化的协同作用，能有效阻缓孔隙压力传递并抑制泥页岩水化，可在深海和冻土区钻探中保持优良的井壁稳定性；在低至‑10℃时仍可保持良好的流变性和滤失性；可有效抑制天然气水合物生成；润滑性优良。

【技术实现步骤摘要】
一种深海和冻土区钻探用超低温钻井液
本专利技术涉及一种石油、天然气以及天然气水合物钻探用钻井液，特别涉及一种深海和冻土区超低温地层钻井使用的水基钻井液。
技术介绍
深海油气及天然气水合物资源极为丰富，冻土区同样蕴藏着丰富的天然气水合物资源。与陆地或浅海钻井相比，深海及冻土区超低温地层钻井面临着许多特殊的技术问题，要求钻井液具有以下性能。(1)优良的低温流变性。墨西哥湾、我国南海及西非海域海底温度最低为2～4℃，低温造成钻井液粘度、切力大幅度上升，油基钻井液甚至出现显著的胶凝现象，影响钻井作业顺利进行。而北海海域最低温度接近-5℃，冻土区地层温度甚至低于-5℃，超低温环境对钻井液流变性的调控提出了更严格的要求。(2)优良的井壁稳定性能。深海浅部地层胶结性差，安全作业密度窗口窄，容易发生井壁坍塌或漏失；深海或冻土区可能存在的水敏性泥页岩极易水化膨胀、分散，造成井壁失稳。而常规的提高井壁稳定性的处理剂的加入，可能对钻井液流变性造成负面影响，造成低温严重增稠。因此，如何同时保持优良的井壁稳定性和低温流变性对钻井液提出了巨大技术挑战。(3)优良的天然气水合物抑制性。深海海底或冻土区低温高压环境中极易导致钻井液中形成天然气水合物，堵塞导管和防喷器等，造成严重的安全事故。(4)无生物毒性。严格的海洋环保法规要求钻井液无生物毒性，因此，一些陆地钻井使用的钻井液处理剂无法在海洋钻井中使用。(5)优良的滤失造壁性和润滑性。油基/合成基钻井液具有优异的井壁稳定性等优点，是复杂地层钻进的首选，但其成本高且存在环保问题。水基钻井液具有成本低以及环保等优点，但常规水基钻井液难以解决深海浅部地层的井壁失稳问题，并且存在水合物抑制能力差，低温下流变性差等缺点，难以满足深海及冻土区超低温地层钻井工程技术要求。通过文献检索，国内外针对钻井液低温流变特性的研究报道较多，但是对深海和冻土区超低温地层(-5℃甚至更低)钻井液体系研制方面的研究很少。中国专利CN105018052A(申请号：201510416782.1，名称：一种低固相低温聚合物钻井液)公开了一种低固相低温聚合物钻井液，包含基础液为在水中加入钠基膨润土基浆与氯化钠；处理剂为磺化物阳离子交换树脂与多聚糖作为流型调节剂。该钻井液在凝固点可达到-15℃，低温下流变性能好。但是在深海和冻土区钻探工程中，不仅要求钻井液具有良好的低温流变性，还要求钻井液具有良好的井壁稳定性、滤失性、抑制天然气水合物生成性能等。该专利技术专利公开的钻井液未考虑上述性能要求，也未加入相应的钻井液处理剂，无法得知其综合性能能否满足深海和冻土区钻井工程技术要求。中国专利CN103834371A(申请号：201410079465.0，名称：一种冻土层或严寒地区钻探用耐超低温钙基低固相钻井液)公开了一种适用于超低温环境的耐低温低固相钻井液，由水100份、氯化钙10～30份、多功能复合剂1～10份、降粘剂0.5～2.0份、降滤失剂0.1～10份、润滑剂1～5份、消泡剂1～3份组成。该钻井液在-5℃下塑性粘度为15mPa·s，API滤失量为5.0mL，在-35℃下仍具有流动性。该专利技术专利公开的钻井液同样仅关注钻井液流变性，未考虑井壁稳定性、水合物抑制性等关键性能。要实现现场应用，钻井液必须具有良好的流变性、滤失性、井壁稳定性、水合物抑制性、润滑性等。中国专利CN105505346A(申请号：201510906128.9，名称：一种低温地层钻井用水基钻井液)公布了一种低温地层钻井用水基钻井液。其技术方案是包括以下重量份的组分制成：水100份，配浆土0～4份，流型调节剂0.1～5份，页岩抑制剂1～8份，包被抑制剂0.05～0.5份，降滤失剂3～10份，水合物抑制剂10～40份，润滑剂1～2份，重晶石0～100份.该专利技术的钻井液使用了粘弹性表面活性剂调节流变性，在-5℃下具有良好的流变性；在-5℃、15MPa条件下可保证钻井液搅拌16h无水合物生成。但该专利技术的钻井液仅能通过页岩抑制剂的化学作用抑制粘土水化膨胀、分散，提高井壁稳定性，无法提供物理封堵与化学抑制协同作用提高井壁稳定性；此外，该专利技术的钻井液使用了粘弹性表面活性剂调节流变性，钻井液在-5℃下具有良好的流变性，但能否在-10℃低温下保持良好的流变性和水合物抑制性并没有确切的数据支撑。中国专利CN103146364A(申请号：201310064155.7；名称：一种强抑制水基钻井液)公开了一种强抑制水基钻井液。它包括下述质量份的组分：水100份，聚胺抑制剂0.2～4份，包被抑制剂0.1～1份，水合物抑制剂10～25份，增粘剂0.1～1份，降滤失剂0.5～5份，和液体润滑剂0.5～3份。该本专利技术的钻井液的抑制性与油基钻井液相当；具有良好的“低温-高温”稳定性，可适用于深水大温差环境中(2℃～150℃)。该专利技术的钻井液适用的最低温度为2℃，但在深海和冻土区钻探低温-高温环境中能否保持良好的井壁稳定性以及在-10℃低温下能否保持良好的流变性和水合物抑制性，并没有确切的数据支持。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种水基钻井液，可在深海和冻土区油气及天然气水合物钻探超低温条件下，保持良好的流变性和滤失性，提高井壁稳定性，抑制天然气水合物生成引起堵塞井筒和管线问题等。本专利技术所提供的一种水基钻井液，包括下述质量份的组分：水100份，“封堵-抑制”型井壁稳定剂2～7份，增粘剂0.05～0.8份，包被抑制剂0.05～0.5份，降滤失剂1～10份，水合物抑制剂10～40份，卵磷脂0～1份，配浆土0～4份，润滑剂0～3份，加重剂0～150份；所述“封堵-抑制”型井壁稳定剂由胺基聚合物、聚合醇和腐殖酸-铝组成；所述胺基聚合物、聚合醇和腐殖酸-铝的质量比为1～10：1～10：1～7；所述胺基聚合物为聚醚二胺与环氧烷烃反应合成，所述聚醚二胺与环氧烷烃的摩尔比为1～8∶1～20；聚醚二胺与环氧烷烃反应按现有技术即可。所述聚醚二胺为聚氧乙烯二胺、聚氧丙烯二胺和聚氧乙烯丙烯二胺中至少一种；所述环氧烷烃为环氧乙烷和环氧丙烷中至少一种；所述聚合醇为聚乙二醇、聚丙三醇、乙二醇和丙三醇共聚物中至少一种；所述腐殖酸-铝为腐殖酸在酸性条件下与含铝化合物在25～95℃下反应合成；所述腐殖酸与含铝化合物的摩尔比为1～10：2～35；所述反应按现有技术即可；所述含铝化合物为氢氧化铝、硫酸铝和氯化铝中至少一种。根据本专利技术，所述钻井液中包含高效的“封堵-抑制”型井壁稳定剂，其由胺基聚合物、聚合醇和腐殖酸-铝组成；依靠三者的物理化学特性产生的“封堵井壁”与“抑制泥页岩水化”的协同作用，可在深海和冻土区钻探低温-高温环境中保持良好的井壁稳定性。原理是利用腐殖酸-铝的封堵作用阻缓孔隙压力传递和滤液传递；利用胺基聚合物的静电引力与氢键共同作用压缩粘土层，减弱粘土水化引起的膨胀和分散；利用聚合醇在粘土表面形成吸附膜，抑制粘土水化膨胀、分散，同时析出的聚合醇颗粒可以封堵泥页岩微裂缝和孔隙，阻缓压力和滤液传递。在钻进天然气水合物地层时，进一步加入卵磷脂，减少地层中天然气水合物的分解，避免因水合物大量分解造成井壁失稳甚至安全事故。上述水基钻井液，所述增粘剂为钻井液用黄原胶、聚阴离子纤维素和羧甲基纤维素中至少一种。上述水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种深海和冻土区钻探用超低温钻井液，包括下述质量份的组分：水100份，“封堵‑抑制”型井壁稳定剂2～7份，增粘剂0.05～0.8份，包被抑制剂0.05～0.5份，降滤失剂1～10份，水合物抑制剂10～40份，卵磷脂0～1份，配浆土0～4份，润滑剂0～3份，加重剂0～150份。

【技术特征摘要】
1.一种深海和冻土区钻探用超低温钻井液，包括下述质量份的组分：水100份，“封堵-抑制”型井壁稳定剂2～7份，增粘剂0.05～0.8份，包被抑制剂0.05～0.5份，降滤失剂1～10份，水合物抑制剂10～40份，卵磷脂0～1份，配浆土0～4份，润滑剂0～3份，加重剂0～150份。2.如权利要求1所述的深海和冻土区钻探用超低温钻井液，其特征在于，所述“封堵-抑制”型井壁稳定剂由胺基聚合物、聚合醇和腐殖酸-铝组成；所述胺基聚合物、聚合醇和腐殖酸-铝的质量比为1～10：1～10：1～7；所述胺基聚合物为聚醚二胺与环氧烷烃反应合成，所述聚醚二胺与环氧烷烃的摩尔比为1～8∶1～20；所述聚醚二胺为聚氧乙烯二胺、聚氧丙烯二胺和聚氧乙烯丙烯二胺中至少一种；所述环氧烷烃为环氧乙烷和环氧丙烷中至少一种；所述聚合醇为聚乙二醇、聚丙三醇、乙二醇和丙三醇共聚物中至少一种；所述腐殖酸-铝为腐殖酸在酸性条件下与含铝化合物在25～95℃下反应合成；所述腐殖酸与含铝化合物的摩尔比为1～10：2～35；所述含铝化合物为氢氧化铝、硫酸铝和氯化铝中至少一种。3.如权利要求1所述的深海和冻土区钻探用超低温钻井液，其特征在于，所述增粘剂为钻井液用黄原胶、聚阴离子纤维素和羧甲基纤维素中至少一种。4.如权利要求1所述的深海和冻土区钻探用超低温钻井液，其特征在于，所述包被抑制剂为部分水解聚丙烯酰胺、阳离子聚丙烯酰胺和聚丙烯酰胺中至少一种。5.如权利要求1所述的深海和冻土区钻探用超低温钻井液，其特征在于，所述降滤失剂为磺化酚醛树脂、磺化褐煤树脂、改性淀粉、聚阴离子纤维素和羧甲基纤维素中至少一种。6.如权利要求1所述的深海和冻土区钻探用超低温钻井液，其特征在于，所述水合物抑制剂为氯化钠、...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵欣，邱正松，黄维安，王明亮，钟汉毅，徐建根，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37