抗248℃超高温的低密度水基钻井液及其制备方法与应用技术

技术编号:19190498 阅读:29 留言:0更新日期:2018-10-17 03:30
本发明专利技术涉及抗248℃超高温的低密度水基钻井液及其制备方法与应用,钻井液的原材料组成为:配浆水100份,碳酸钠0.2~0.3份,钠基膨润土1.5~4份,片碱0~0.5份,除氧剂0.3~0.5份,两性离子疏水缔合聚合物降滤失剂0.3~0.7份,阴离子型聚合物降滤失剂0.5~1.2份,磺甲基酚醛树脂‑Ⅱ型3~5份,磺甲基褐煤树脂3~5份,高软化点磺化沥青2~4份,改性石墨润滑剂1~3份,聚合醇1~3份,五号白油0~6份,乳化剂0~1份,聚羧酸盐流型调节剂0~2份,超高温封堵剂3~5份,API标准重晶石0~20份。该钻井液适用地层温度达248℃。本发明专利技术的超高温低密度水基钻井液在超高温条件下热稳定性强,钻井液流变性易于调控,性能维护简单,且成本低。

【技术实现步骤摘要】
抗248℃超高温的低密度水基钻井液及其制备方法与应用
:本专利技术涉及一种超深井钻井用抗超高温的低密度聚磺水基钻井液及其制备方法与应用,属于石油与天然气钻井工程、深地勘探钻井工程和地热井钻井工程中钻井液

技术介绍
:随着我国油气工业的发展,油气勘探地域逐渐由陆地向海洋深水、目的层由中浅层向深层和超深层拓展,超深层将是我国石油工业未来最重要的发展领域之一。超深井钻井过程中,井底处于超高温高压条件下,钻井井段长而且有大段裸眼,还要钻穿许多复杂地层,其作业条件较一般井要苛刻的多,于是对钻井液性能提出了更高更全面的要求。高温条件下钻井液中各组分均会发生降解、发酵、增稠及失效等变化,从而使钻井液的性能发生剧变,并且不易调整和控制。高密度钻井液发生压差卡钻及井漏、井喷等井下复杂情况的可能性会大大增加,保持钻井液良好的流变性和较低的滤失量亦会更加困难。一般而言,高温使钻井液的滤失造壁性能变坏,即泥饼变厚,渗透性变大,滤失量剧增。在超深井钻井中,超高温水基钻井液关键处理剂及钻井液体系的研制一直是重点攻关的技术难题之一,面临的主要技术难题油:第一,缺乏能够抗超高温的专用关键处理剂;第二,难以优化配制成具有良好流变性等性能的超高温低密度水基钻井液体系和超高温超高密度水基钻井液体系;第三,难以维持钻进过程中超高温水基钻井液流变性能的稳定。从理论上上分析可知,随温度和压力的逐渐升高,水的电离程度增加、介电常数持续减小、极性降低、氢键作用减弱和粘度的陡降等均不利于水溶性钻井液处理剂效能的有效发挥,同时,钻井液中中极性和非极性有机化合物的溶解性会增加,部分水溶性处理剂极有可能产生热致相分离现象;此外,超高温高压环境下,亚临界水对复杂天然高分子类水溶性钻井液处理剂中部分组分的萃取反应是复杂天然高分子材料类处理剂在水溶液中高温失效的重要原因;最后,超高温超高密度水基钻井液性能调控机理非常复杂,在超高温条件下水基钻井液用聚合物类处理剂极易发生高温降解、分子构象变化及热致相分离等现象,导致其高温增粘提切、护胶、降滤失及形成泥饼质量等功效变差,有时甚至失效。在超深井钻井工程中,针对地层压力系数较低的低密度水基钻井液在超高温条件下极易发生高温减稠作用,超高温环境中复杂的相互作用下传统的低密度水基钻井液技术措施往往顾此失彼,难以协同高效的解决。因此,超高温低密度水基钻井液技术仍是目前未能解决好的超深井低压油气藏钻井液重大技术难题。近五年来,我国超深井低压油气藏钻井实践亦表明,低密度水基钻井液抗超高温及其现场应用技术已成为超高温超深井钻井工程的技术瓶颈。中国专利文件CN103160259A公开了一种抗超高温的水基钻井液及其施工工艺,由1~4%的膨润土与海泡石复合基浆和以每100mL的复合基浆中加入0.1~0.3%的pH调节剂、0.2~1.2%的超高温中分子聚合物降滤失剂、0.05~0.6%的超高温聚合物解絮凝剂、2~6%的磺甲基化酚醛树脂、2~6%的磺甲基化褐煤树脂、1~4%的高温封堵防塌剂、1~4%的超高温润滑剂、0.1~1.2%的高温稳定剂和0~32%的防盐/膏溶解剂组成。该抗超高温水基钻井液能够应用在深井、超深井中,在现场应用中的最高温度为241℃,该钻井液超高温条件下稳定性强,流变性良好,且易于调控。然而该专利文件中所述抗超高温钻井液适用于深井、超深井中地层压力系数较高的地层,地层压力系数一般约为1.32~1.72,对应钻井液当量密度约为1.32~1.72g/cm3,在施工过程中若保持良好钻井液维护保养时,也可用于地层压力系数约为2.0左右的高压储层;另外,该钻井液的组成中使用了较多的具有抗高温性能的超高温钻井液添加剂,如聚合物降滤失剂、解絮凝剂、超高温润滑剂、防盐/膏溶解剂等,因此该钻井液的配制成本较高;此外,为了使该钻井液体系有一定的抗盐性能,在配浆土的优选上,最终优选为钠基膨润土和海泡石的复配组合,在增加配制成本的同时,由于海泡石矿源的稀少,也在一定程度上限制了该抗超高温钻井液体系的现场应用推广;最后,该专利文件中公开的钻井液的密度范围在1.04~2.60g/cm3,加重材料优选为高品质高纯重晶石矿粉经再加工粉碎至石油天然气行业标准所要求的规格,重晶石密度要求大于等于4.3g/cm3,显然,针对如低密度(钻井液密度值小于1.30g/cm3)钻井液时该钻井液对加重材料的要求较为苛刻。
技术实现思路
:针对目前超深井超高温低压储层钻井中,现用超高温低密度水基钻井液超高温稳定性差、降粘问题、易发生钻井液漏失和超深井小井眼钻井井壁稳定组合苛刻条件下的钻井液流变性调控问题、井壁稳定问题及防漏堵漏等钻井液技术难题,本专利技术提供一种抗超高温的低密度聚磺水基钻井液及其现场应用方法,以解决超深井低压油气藏钻井过程中的超高温、低密度等苛刻条件下的水基钻井液技术瓶颈问题。术语说明:本专利技术中所述的抗超高温钻井液是指抗温220℃及以上的钻井液,抗高温钻井液是指抗温180℃至220℃范围内的钻井液,低密度指钻井液指密度值小于1.30g/cm3的钻井液。本专利技术提供的钻井液抗温高达248℃,本专利技术提供的钻井液密度值范围在1.04~1.30g/cm3。本专利技术的技术方案如下:一种抗超高温低密度水基钻井液,抗温高达248℃,该钻井液原料组成重量份如下:配浆水:100份碳酸钠:0.2~0.3份钠基膨润土:1.5~4份片碱:0~0.5份除氧剂:0~0.5份两性离子疏水缔合聚合物降滤失剂:0.3~0.7份阴离子型聚合物降滤失剂:0.5~1.2份磺甲基酚醛树脂-Ⅱ型:3~5份磺甲基褐煤树脂:3~5份高软化点磺化沥青:2~4份改性石墨润滑剂:1~3份聚合醇:1~3份五号白油:0~6份乳化剂:0~1份聚羧酸盐流型调节剂:0~2份超细碳酸钙:3~5份API标准重晶石:0~40份。根据本专利技术,优选的,所述的配浆水为自来水或取自河流、湖泊等地的天然淡水;所述的钠基膨润土为符合石油与天然气钻井工程行业规范的膨润土;所述的片碱为工业用片状氢氧化钠;所述的除氧剂为无水亚硫酸钠或聚合醇;所述的两性离子疏水缔合聚合物降滤失剂为:a.N-乙烯基己内酰胺、b.甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和c.2-丙烯酰胺-2-甲基-丙磺酸的三元共聚物,重均分子量为1,050,000~1,420,000;所述的阴离子型聚合物降滤失剂为:a.丙烯酰胺、b.2-丙烯酰胺-2-甲基-丙磺酸和c.甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的三元共聚物,重均分子量为690,000~740,000;所述的磺甲基酚醛树脂-Ⅱ型为钻井液用磺甲基酚醛树脂SMP-Ⅱ;所述的磺甲基褐煤树脂为钻井液用磺甲基褐煤树脂,是由酚醛树脂与腐殖酸(褐煤)在磺化剂条件下而成的缩合磺化产物;或以腐殖酸(褐煤)和腈纶废丝为主要原料,通过采用接枝共聚和磺化的方法制备的分子结构中含有羟基、羰基、磺酸基、腈基和羧基等多种官能团的产物,磺甲基褐煤树脂在行业内代号为SPNH和Resinex;所述的高软化点磺化沥青为经氧化和磺化改性的石油沥青,软化点高于260℃;所述的改性石墨润滑剂为经物理化学改性后的石墨;所述的乳化剂为司盘80,或司盘85,或二者的组合;所述的聚羧酸盐流型调节剂为:a.对苯乙烯磺酸钠、b.烯丙基聚氧乙烯醚和c.甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的三元共聚物,重本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种抗超高温低密度水基钻井液,其特征在于,该钻井液原料组成重量份如下:配浆水:100份碳酸钠:0.2~0.3份钠基膨润土:1.5~4份片碱:0~0.5份除氧剂:0~0.5份两性离子疏水缔合聚合物降滤失剂:0.3~0.7份阴离子型聚合物降滤失剂:0.5~1.2份磺甲基酚醛树脂‑Ⅱ型:3~5份磺甲基褐煤树脂:3~5份高软化点磺化沥青:2~4份改性石墨润滑剂:1~3份聚合醇:1~3份五号白油:0~6份乳化剂:0~1份聚羧酸盐流型调节剂:0~2份超细碳酸钙:3~5份API标准重晶石:0~40份。

【技术特征摘要】
1.一种抗超高温低密度水基钻井液,其特征在于,该钻井液原料组成重量份如下:配浆水:100份碳酸钠:0.2~0.3份钠基膨润土:1.5~4份片碱:0~0.5份除氧剂:0~0.5份两性离子疏水缔合聚合物降滤失剂:0.3~0.7份阴离子型聚合物降滤失剂:0.5~1.2份磺甲基酚醛树脂-Ⅱ型:3~5份磺甲基褐煤树脂:3~5份高软化点磺化沥青:2~4份改性石墨润滑剂:1~3份聚合醇:1~3份五号白油:0~6份乳化剂:0~1份聚羧酸盐流型调节剂:0~2份超细碳酸钙:3~5份API标准重晶石:0~40份。2.根据权利要求1所述的抗超高温低密度水基钻井液,其特征在于,所述的配浆水为自来水或取自河流、湖泊等地的天然淡水;所述的片碱为工业用片状氢氧化钠;所述的除氧剂为无水亚硫酸钠或聚合醇;所述的两性离子疏水缔合聚合物降滤失剂为:a.N-乙烯基己内酰胺、b.甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和c.2-丙烯酰胺-2-甲基-丙磺酸的三元共聚物,重均分子量为1,050,000~1,420,000;所述的阴离子型聚合物降滤失剂为:a.丙烯酰胺、b.2-丙烯酰胺-2-甲基-丙磺酸和c.甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的三元共聚物,重均分子量为690,000~740,000;所述的磺甲基酚醛树脂-Ⅱ型为钻井液用磺甲基酚醛树脂SMP-Ⅱ;所述的磺甲基褐煤树脂为钻井液用磺甲基褐煤树脂,是由酚醛树脂与腐殖酸在磺化剂条件下而成的缩合磺化产物;或以腐殖酸和腈纶废丝为主要原料,通过采用接枝共聚和磺化的方法制备的分子结构中含有羟基、羰基、磺酸基、腈基和羧基等多种官能团的产物;所述的高软化点磺化沥青为经氧化和磺化改性的石油沥青,软化点高于260℃;所述的改性石墨润滑剂为经物理化学改性后的石墨;所述的乳化剂为司盘80,或司盘85,或二者的组合;所述的聚羧酸盐流型调节剂为:a.对苯乙烯磺酸钠、b.烯丙基聚氧乙烯醚和c.甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的三元共聚物,重均分子量为7,000~10,000;优选,烯丙基聚氧乙烯醚的聚氧烷基的重复链节数m=5-9;所述的API标准重晶石主要成分是硫酸钡,密度≥4.2g/cm3。3.根据权利要求1所述的抗超高温低密度水基钻井液,其特征在于,所述的配浆水为自来水;所述的除氧剂为无水亚硫酸钠;所述的两性离子疏水缔合聚合物降滤失剂为a.N-乙烯基己内酰胺、b.甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和c.2-丙烯酰胺-2-甲基-丙磺酸的三元共聚物,此聚合物的重均分子量约为125万,结构单元数约为2300;所述的阴离子型聚合物降滤失剂为a.丙烯酰胺、b.2-丙烯酰胺-2-甲基-丙磺酸和c.甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的三元共聚物,此聚合物的重均分子量约为72.4万,结构单元数约为1640;所述的磺甲基酚醛树脂-Ⅱ型为羧甲基磺甲基化酚醛树脂SD102;所述的磺甲基褐煤树脂为钻井液用磺甲基褐煤树脂SD201;所述的高软化点磺化沥青为磺化沥青粉Soltex;所述的改性石墨润滑剂为改性石墨RT-101。4.根据权利要求1所述的抗超高温低密度水基钻井液,其特征在于,所述的聚羧酸盐流型调节剂为a.对苯乙烯磺酸钠、b.烯丙基聚氧乙烯醚和c.甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的三元共聚物,烯基季铵盐的重量占烯基苯磺酸盐和烯丙基聚氧乙烯醚总重量的6.5%,聚羧酸盐的重均分子量约为7,500,结构单元...

【专利技术属性】
技术研发人员:毛惠邱正松黄维安王在明张现斌何勇明刘伟邓虎成
申请(专利权)人:成都理工大学
类型:发明
国别省市:四川,51

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