超高密度水基钻井液及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超高密度水基钻井液及其制备方法，其中，一种超高密度水基钻井液的制备方法包括如下步骤：（1）采用常规重晶石作为唯一加重材料使得超高密度水基钻井液密度达到2.55～2.70g/cm3，所述超高密度水基钻井液中包括如下组分：清水、腐植酸类降滤失剂RSTF、磺化沥青类润滑剂DHD、磺化酚醛树脂类降滤失剂SMP-1、铁铬盐类特种稀释剂、NaOH、复合电解质；（2）通过实验确定密度为2.55～2.70g/cm3的超高密度水基钻井液的基础配方；（3）通过改变基础配方中某一处理剂加量，研究不同加量对超高密度水基钻井液性能的影响，从而得到最佳的处理剂加量范围，最终得出成果配方。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种勘探钻井用钻井液，尤其涉及一种石油勘探开发中的超高密度水基钻井液。
技术介绍
近年来，随着勘探领域的不断扩大，深井、超深井、特殊井和复杂井的布局将会不断的增加，无论是国内还是国外，石油勘探开发都逐渐向深部地层和海上发展，钻遇地层条件日益复杂，钻井深度不断增加，钻井作业对深井工程中高温和高压问题的解决都依赖于钻井液性能的改善，而原有的钻井液难以满足工程需要。超高密度钻井液能够在高压环境中保持井筒的压力平衡，因此，研究超高密度水基钻井液具有较大的理论和实际意义。由于加重剂种类的限制，一般只能用重晶石加重，当钻井液密度超过2. 50g/cm3时，钻井液的各项性能极易发生恶化，尤其是流变性能难以控制，极易发生各类井下复杂，制约了异常高压油气井的钻探工作，所以，有必要对超高密度水基钻井液流变性进行拓展研究。作为超高密度水基钻井液，其固相含量高，流变性的稳定性维护比普通密度钻井液更加困难，主要体现在其流变性与失水造壁之间这一矛盾更加难以协调。若超高密度水基钻井液中只含有少量的自由水，则其流变性变好，但失水量增大，井壁失稳，泥饼变厚；若在其中增加少量护胶剂，则失水量减小，井壁稳定，泥饼变薄，但流变性变差。超高密度水基钻井液流变性维护困难还体现在以下几个方面高固相含量引起的高粘度；部分钻屑高度分散引起的高粘度；固相颗粒间相互作用引起的高粘度；对外来物质的侵污敏感性强。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术要解决的技术问题是提供一种超具有很好的流变性、 降低钻井液的摩擦系数、对钻屑表现出极强抗污染特性的高密度水基钻井液及其制备方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案一种超高密度水基钻井液的制备方法，包括如下步骤(1)采用常规重晶石作为唯一加重材料使得超高密度水基钻井液密度达到2.55 2. 70g/cm3，所述超高密度水基钻井液中包括如下组分清水、腐植酸类降滤失剂RSTF、磺化浙青类润滑剂PHD、磺化酚醛树脂类降滤失剂SMP-I、木质素类特种稀释剂、NaOH、复合电解质；(2)通过室内优选处理剂实验、配伍性实验、高温实验的实验结果，结合现场试验，确定密度为2. 55 2. 70g/cm3的超高密度水基钻井液的基础配方；(3)通过改变基础配方中某一处理剂加量，研究不同加量对超高密度水基钻井液性能的影响，从而得到最佳的处理剂加量范围，最终得出成果配方。进一步地，采用重晶石使超高密度水基钻井液密度达到2. 55 g/cm3和2. 70g/cm3 ； 密度为2. 55g/cm3的基础配方按清水为基础的质量体积百分比为1. 2%RSTF、7%PHD、3%^卩-1、1.4%特种稀释剂、1%恥0!1、12 %复合电解质(16 1)、将钻井液密度加重至 2. 55g/cm3的重晶石、余量为水；密度为2. 70g/cm3的基础配方按清水为基础的质量体积百分比为P/oRSTF 7%PHD P/oSMP-11^%特种稀释剂l%Na0H、10%复合电解质(10 1)、将钻井液密度加重至2. 70g/ cm3的重晶石、余量为水。—种超高密度水基钻井液，各组分按清水为基础的质量体积百分比为1 1. 5%RSTF、7. 5 8. 5%PHD、2 3%SMP_1、1 1. 5% 特种稀释剂、l%NaOH、10 12% 复合电解质(14 1)和将钻井液密度加重至2.55g/cm3的重晶石、余量为水。一种超高密度水基钻井液，各组分按清水为基础的质量体积百分比为0. 8 1. 2%RSTF、7. 5 8. 5%PHD、1 1. 5%SMP_1、1. 25 1. 75% 特种稀释剂、l%Na0H、8 10% 复合电解质(10 1)、将钻井液密度加重至2. 70g/cm3的重晶石、余量为水。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果本专利技术通过引入高浓度复合电解质提高体系的固相容量限解决这一系列问题，其主要作用机理如下高浓度复合电解质可提高钻井液基液密度，减少重晶石的加量；复合电解质配合特种稀释剂使用，使体系中的固相颗粒处于适度，絮凝的粗分散状态，大幅度提高体系的固相容量限；复合电解质的加入还能很好的抑制钻屑分散，有利于钻屑的及时清除，减少体系中劣质固相的含量。①虽然固相含量高达52 58%，但是在复合电解质和特种稀释剂的共同作用下， 使得该钻井液体系具有很好的流变性；润滑剂的加入，降低了高固相含量钻井液的摩擦系数；在经过120°C恒温滚动16小时后，钻井液各项性能仍然较好，说明该钻井液具有很好的抗温性能。因此，该成果配方完全满足钻井施工的作业要求。 ②在NaOH含量不大于1%范围内，钻井液的粘度和切力随着其含量的增加略有增加，失水量变化不大，其主要原因是由于Na+增多，粘土颗粒的扩散双电层受到挤压，导致双电层和水化膜变薄，ζ电位下降，颗粒间斥力减少，颗粒之间发生面和端以及端和端吸附， 形成空间网架结构，最终使粘度和切力增加，而对失水量并无较大影响。当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，粘土颗粒的扩散双电层受到严重挤压，导致双电层和水化膜变薄，ζ电位下降甚至趋近于零，颗粒间的斥力大大减小，颗粒之间发生面一面吸附，最终使得粘度和切力下降，释放出的颗粒之间的束缚水使得自由水增加，导致失水量稍有增加。但是，钻井液的粘切和失水量变化幅度较小， 综合性能较好，因此，该钻井液体系具有较强的抗盐污染能力。另外钻井液的粘切和失水量随着石膏污染程度的增加而增大，其主要原因是由于 Ca2+增多，改变了扩散双电层和水化膜的厚度，使得ζ电位发生变化，进而改变了颗粒之间的吸附状态，最终导致粘切和失水量增大。就整体性能变化而言，粘切和失水量的变化幅度较小，且满足设计要求。因此，该钻井液体系具有较强的抗石膏污染能力。按成果配方配制的钻井液，在进行岩屑污染后，虽然钻井过程中产生的钻屑增加了体系中的钻井液中粘土颗粒的量，同时其固相含量也相应增加，但是，其分别对钻井液所产生的塑性粘度和切力影响甚微，钻井液前后性能变化很小，特别是流变性基本保持不变， 滚动回收率高达80%以上，说明该钻井液体系对钻屑表现出了极强的抗污染特性。具体实施例方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的描述。在操作过程中需要添加的添加剂由于超高密度水基钻井液中固相含量较高，巨大的固相颗粒比表面积通过润湿和吸附作用使得整个体系的自由水含量大幅度减少，导致体系的固相容量限降低。由于在钻井过程中钻屑的侵入，固相颗粒之间极易连接形成结构，从而导致体系粘度和切力进一步增高， 因此，在选择超高密度水基钻井液降滤失剂时，需要考虑在控制滤失量的同时尽量不影响体系的粘度和切力，甚至可以降低粘度和切力。目前，主要选用腐植酸类和磺化酚醛树脂类降滤失剂作为超高密度水基钻井液的降滤失剂。1.腐植酸类降滤失剂在用大量腐植酸碱液处理的钻井液中加入适量的Ca2+，所生成的较少量的腐植酸钙胶状沉淀可使泥饼变得薄而韧，滤失量也相应地降低，同时对钻井液中的Ca2+浓度有一定的缓冲作用，即当Ca2+被粘土吸附时，会使钻井液中的Ca2+保持足够的量。因此，腐植酸一石膏钻井液和腐植酸一氯化钙钻井液都具有抑制粘土水化膨胀，防止泥页岩井壁坍塌的作用。腐植酸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张坤，李朝川，黄平，董耘，彭碧强，张远彬，秦宗伦，安利，李建辉，罗宇峰，
申请(专利权)人：中国石油集团川庆钻探工程有限公司川西钻探公司，
类型：发明
国别省市：