CN104140794B - 一种抗高温水包油钻井液 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗高温水包油钻井液，通过下述技术方案加以实现：（1）由钠基膨润土3.0%～4.0%、NaOH0.2%～0.5%、抗温抗盐降滤失剂A0.1%～0.3%、羧甲基纤维素钠盐0.2%～0.5%、磺化酚醛树脂2.0%～3.0%、磺化褐煤0.8%～2.0%、高温稳定剂B0.05%～0.15%、抗高温乳化剂C1.0%～3.0%、KCl3%～7%、沥青2%～5%，余量为水，按质量百分比混合得水相；（2）将步骤（1）所得的水相与柴油或白油按体积百分比7:3、6:4、5:5、4:6、3:7混合乳化后，经高温老化而得抗高温水包油钻井液。所形成的抗高温水包油钻井液抗温达180℃、密度最低可达0.88g/cm3，有效防止低压衰竭油气层的地层漏失，有利于提高油气井产能，适用于低压油气藏石油钻探开发技术领域。
Description
技术领域：
本发明涉及一种抗高温水包油钻井液，具体涉及低压易漏地层钻井过程中使用的钻井液，属于石油钻井领域。
背景技术：
近年来，随着油气勘探开发的不断深入，低压地层在实钻过程中易发生井漏、井塌、井涌等井下复杂情况，因此欠平衡钻井技术得到越来越多的应用，水包油钻井液因其密度稳定、施工方便、安全性高等优点而在该类地层欠平衡钻井中使用，成为深井欠平衡钻井的关键技术之一，在减轻地层伤害、提高钻速、发现低压油气藏，和减少衰竭油藏中的井漏问题等方面发挥了重要作用。随着我国勘探开发向深部地层迈进，地层温度随之提高，因此水包油钻井液就面临着高温的难题，要求钻井液在高温条件下具有良好的乳化稳定性、流变性和滤失性。
现有的水包油钻井液方面存在抗温能力不足，或抗盐污染性差的问题，CN1362463A公开了一种抗高温水包油钻井液，其处理剂为纤维素类降滤失剂，抗温为160℃，密度最低0.9g/cm3；CN102140334A公开了一种适合不同配浆水和油的水包油钻井液，该钻井液可满足不同外相（海水、淡水）和不同内相（白油、气制油）的配制要求，提高了应用的广泛性和操作性，但没有提及抗温能力。因此，随着钻井深度的增加，现有水包油钻井液已不能很好地满足深层油气勘探开发钻井作业过程中对温度和抗污染性的要求。
发明内容：
本发明内容的目的在于克服现有水包油钻井液抗温能力不足、密度高于0.9g/cm3，难以满足欠平衡钻井需要的缺陷，提供一种抗高温水包油钻井液。
本发明是通过下述技术方案加以实现：
（1）由钠基膨润土3.0%～4.0%、NaOH0.2%～0.5%、抗温抗盐降滤失剂A0.1%～0.3%、羧甲基纤维素钠盐0.2%～0.5%、磺化酚醛树脂2.0%～3.0%、磺化褐煤0.8%～2.0%、高温稳定剂B0.05%～0.15%、抗高温乳化剂C1.0%～3.0%、KCl3%～7%、沥青2%～5%，余量为水，按质量百分比混合得水相；
（2）将步骤（1）所得的水相与柴油或白油按体积百分比7:3、6:4、5:5、4:6、3:7混合乳化后，经高温老化而得抗高温水包油钻井液。
所述的抗高温乳化剂C为含有聚氧乙烯基结构的化合物与含10～15个碳的直链醇以质量比（7～9）：（3～1）的混合物；
其中：含有聚氧乙烯基结构的化合物的分子结构式（1）
其中R为饱和的C12～18的直链烃基，n为10～20；
直链醇的分子结构式见式（2）
CH3—(CH2)n—CH2OH （2）
其中n为10～15。
所述的抗温抗盐降滤失剂A为2-甲基-2-丙烯酰氧丙基磺酸、丙烯酰胺、丙烯酸和三甲基氯化铵的共聚物，制备方法为：将2-甲基-2-丙烯酸氧丙基磺酸、丙烯酰胺、丙烯酸和2-羟基-3-甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化铵按（10～20）：（10～15）：（2～8）：1的质量比配制成水溶液，用氢氧化钠来控制水溶液的pH值为9.0～11.0，然后加入过硫酸铵和亚硫酸氢钠进行聚合反应，聚合反应的起始温度为20～50℃，聚合时间为5～30分钟；反应结束将产物造粒、烘干和粉碎而得。
所述的高温稳定剂B为锰化合物，为高锰酸钾B1或碳酸锰B2的一种。
本发明的有益效果：抗温能力可达180℃，密度低至0.88g/cm3，高温下钻井液具有良好的流变性和滤失性，较强的抑制性和抗污染能力。
具体实施方式：
下面通过实施例对本发明做进一步的描述：
一、制备例
（1）抗温抗盐降滤失剂A
制备例A1：
| 原料 | 重量/kg |
| 2-甲基-2-丙烯酸氧丙基磺酸 | 26.0 |
| 2-羟基-3-甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化铵 | 2.6 |
| 丙烯酰胺 | 39.0 |
| 丙烯酸 | 20.0 |
| 水 | 120.0 |
| 亚硫酸氢钠 | 0.05 |
| 过硫酸铵 | 0.05 |
将上述的2-甲基-2-丙烯酸氧丙基磺酸、丙烯酰胺、丙烯酸和2-羟基-3-甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化铵在室温下配制成水溶液，用氢氧化钠调整水溶液的pH值到9.0，然后加入过硫酸铵和亚硫酸氢钠引发聚合，聚合反应的起始温度为20℃，聚合时间为5分钟，聚合反应结束后将产物造粒、烘干、粉碎即得抗温抗盐降滤失剂A1。
制备例A2：
| 原料 | 重量/kg |
| 2-甲基-2-丙烯酸氧丙基磺酸 | 56.0 |
| 2-羟基-3-甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化铵 | 2.8 |
| 丙烯酰胺 | 28.0 |
| 丙烯酸 | 10.0 |
| 水 | 120.0 |
| 亚硫酸氢钠 | 0.2 |
| 过硫酸铵 | 0.2 |
将上述的2-甲基-2-丙烯酸氧丙基磺酸、丙烯酰胺、丙烯酸和2-羟基-3-甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化铵在室温下配制成水溶液，用氢氧化钠调整水溶液的pH值到11.0，然后加入过硫酸铵和亚硫酸氢钠引发聚合，聚合反应的起始温度为50℃，聚合时间为20分钟，聚合反应结束后将产物造粒、烘干、粉碎即得抗温抗盐降滤失剂A2。
制备例A3：
| 原料 | 重量/kg |
| 2-甲基-2-丙烯酸氧丙基磺酸 | 44.8 |
| 2-羟基-3-甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化铵 | 2.8 |
| 丙烯酰胺 | 36.4 |
| 丙烯酸 | 14.0 |
| 水 | 120.0 |
| 亚硫酸氢钠 | 0.1 |
| 过硫酸铵 | 0.1 |
将上述的2-甲基-2-丙烯酸氧丙基磺酸、丙烯酰胺、丙烯酸和2-羟基-3-甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化铵在室温下配制成水溶液，用氢氧化钠调整水溶液的pH值到10.0，然后加入过硫酸铵和亚硫酸氢钠引发聚合，聚合反应的起始温度为30℃，聚合时间为30分钟，聚合反应结束后将产物造粒、烘干、粉碎即得抗温抗盐降滤失剂A3。
（2）抗高温乳化剂C
制备例C1：
将聚合度为20的十二醇聚氧乙烯醚与正癸醇以质量比9：1在50℃条件下混合均匀，制备抗高温乳化剂C1。
制备例C2：
将聚合度为14的十五醇聚氧乙烯醚与正十五醇以质量比9：1在50℃条件下混合均匀，制备抗高温乳化剂C2。
制备例C3：
将聚合度为10的十八醇聚氧乙烯醚与正十二醇以质量比7：3，在50℃条件下混合均匀，制备抗高温乳化剂C3。
制备例C4：
将聚合度为12的十八醇聚氧乙烯醚与正十二醇以质量比8：2在50℃条件下混合均匀，制备抗高温乳化剂C4。
二、实施例
实施例1：
在120g清水中加入4.8g膨润土和0.60g NaOH，高速搅拌20min，室温密闭养护24h，得到基浆。取上述基浆高速搅拌条件下依次加入0.12g A2、0.6g LV-CMC、2.4gSMP、0.96gSMC、0.18gB1、3.6gC1以质量比9:1的混合物、3.6g氯化钾、2.4g沥青，高速搅拌20min，然后加入0#柴油280mL，高速搅拌20min，装入老化罐内经180℃/16h得密度为0.88g/cm3的水包油钻井液。
实施例2～5步骤与实施例1相同，处理剂种类及用量如表1所示。
表1处理剂用量
注：LV-CMC为羧甲基纤维素钠盐，SMP为磺化酚醛树脂，SMC为磺化褐煤，柴油为0#柴油。
将各实施例的钻井液在180℃高温老化16h后，测定钻井液性能如表2所示，其中ρ为钻井液密度，PV为塑性黏度、YP为动切力，Gel为钻井液10秒及10分钟的静切力，FL为中压滤失量。
表2实施例的钻井液性能
由表2可知，在180℃高温老化后本发明没有出现油相、水相分层现象，乳化稳定性良好；塑性粘度在18～61mPa.s之间，动切力在4～38Pa之间，可满足钻井的要求；中压滤失量均低于5.6mL，具有良好的滤失性；密度在0.88～0.97g/cm3之间。
三、对实施例3配制的钻井液的应用性能评价
（1）抑制性能
取***东濮凹陷黄河南马厂构造的马12井岩样粉碎，将6～8目岩样与配制的水包油钻井液混合，在180℃高温老化16h后，过40目筛，在105℃条件下烘干、室温称重。岩屑的一次回收率可从清水的7.9%上升至95.9%，表现出良好的抑制效果。
（2）抗盐水污染性能
在200g清水中加入50gNaCl，溶解完全，得浓度为20%的盐水。分别取20mL、40mL、80mL盐水与三份400mL水包油钻井液混合，高速搅拌20分钟，在180℃高温老化16h后，测定钻井液性能如表3所示。
表3抗盐水污染评价
由表3可知，本发明在20%盐水污染下没有出现油相、水相分层现象，乳化稳定性良好；塑性粘度为18mPa.s，动切力为13.5Pa，可满足钻井的要求；中压滤失量为9.6mL，具有良好的滤失性。
（3）抗岩屑粉污染性能
取马12井岩样粉碎，过100目筛，分别取筛落物20g、40g、60g与三份400mL水包油钻井液混合，高速搅拌20分钟，在180℃高温老化16h后，测定钻井液性能如表4所示。
表4抗岩屑污染评价
由表4可知，本发明在15%岩屑粉污染后没有出现油相、水相分层现象，乳化稳定性良好；塑性粘度为62mPa.s，动切力为26.0Pa，可满足钻井的要求；中压滤失量为8.0mL，具有良好的滤失性。
Claims (4)
1.一种抗高温水包油钻井液，其特征是：使用清水、钠基膨润土、NaOH、抗温抗盐降滤失剂A、羧甲基纤维素钠盐、磺化酚醛树脂、磺化褐煤、高温稳定剂B、抗高温乳化剂C按以下质量百分比混合后，将其混合液与柴油或白油按体积百分比7:3、6:4、5:5、4:6、3:7混合乳化后，经高温老化而得，各组分按质量百分比计分别为：
钠基膨润土3.0％～4.0％、NaOH 0.2％～0.5％、抗温抗盐降滤失剂A 0.1％～0.3％、羧甲基纤维素钠盐0.2％～0.5％、磺化酚醛树脂2.0％～3.0％、磺化褐煤0.8％～2.0％、高温稳定剂B 0.05％～0.15％、抗高温乳化剂C 1.0％～3.0％、氯化钾3％～7％、沥青2％～5％，余量为水；
所述的抗高温乳化剂C为脂肪醇聚氧乙烯醚与十二醇以质量比(7～9)：(3～1)的混合物；所述的高温稳定剂B为锰化合物，为高锰酸钾或碳酸锰的一种。
2.根据权利要求书1所述的一种抗高温水包油钻井液，其特征是：所述的抗温抗盐降滤失剂A为2-甲基-2-丙烯酰氧丙基磺酸、丙烯酰胺、丙烯酸和三甲基氯化铵的共聚物。
3.根据权利要求书1或2所述的一种抗高温水包油钻井液，其特征是：所述的抗温抗盐降滤失剂A制备方法：将2-甲基-2-丙烯酸氧丙基磺酸、丙烯酰胺、丙烯酸和2-羟基-3-甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化铵按(10～20)：(10～15)：(2～8)：1的质量比配制成水溶液，用氢氧化钠来控制水溶液的pH值为9.0～11.0，然后加入过硫酸铵和亚硫酸氢钠进行聚合反应，聚合反应的起始温度为20～50℃，聚合时间为5～30分钟；反应结束将产物造粒、烘干和粉碎而得。
4.根据权利要求书1所述的一种抗高温水包油钻井液，其特征是：所述的抗高温乳化剂C为含有聚氧乙烯基结构的化合物与含10～15个碳的直链醇以质量比(7～9)：(3～1)的混合物；
其中：含有聚氧乙烯基结构的化合物的分子结构式(1)
其中R为饱和的C12～18的直链烃基，n为10～20；
含10～15个碳的直链醇的分子结构式见式(2)
CH3-(CH2)n-CH2OH (2)
其中n为10～15。
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