CN104610946B

CN104610946B - 用于高温高压超深井的超微油基钻井液及其制备方法

Info

Publication number: CN104610946B
Application number: CN201410768625.2A
Authority: CN
Inventors: 叶艳; 安文华; 尹达
Original assignee: China University of Petroleum Beijing
Current assignee: China University of Petroleum Beijing
Priority date: 2014-12-11
Filing date: 2014-12-11
Publication date: 2018-08-03
Anticipated expiration: 2034-12-11
Also published as: CN104610946A

Abstract

本发明提供一种用于高温高压超深井的超微高密度油基钻井液，含有以下重量份的原料：水20‑40；柴油250‑500；乳化剂2‑10；润湿剂3‑15；有机土2‑8；降滤失剂15‑25；氯化钙5‑10；氧化钙5‑10；API重晶石450‑800；超微加重材料350‑660。本发明提供的油基钻井液，利用超微矿粉和普通重晶石一起复配加重油基钻井液。本发明提供的超微高密度油基钻井液密度可达2.8g/cm³，比普通重晶石加重钻井液能具有更好的沉降稳定性和高温高压滤失性，满足于深井超深井及复合盐层钻井。

Description

用于高温高压超深井的超微油基钻井液及其制备方法

技术领域

本发明属于应用化学领域，具体涉及一种用于石油钻井开采的工作液及其制备方法。

背景技术

钻井液又称为钻孔冲洗液，是钻探过程中孔内使用的循环冲洗介质。钻井液主要由液相、固相和化学处理剂组成。常用的钻井液为油基钻井液和水基钻井液。其中，油基钻井液是一种以油为分散介质的溶胶悬浮混合体系。

随着油气资源勘探开发的不断深入，对钻井液的质量和性能提出了更全面、更高的要求。尤其是国内外对以页岩气为标志的非常规气藏的大规模开发的进行，油基钻井液的应用越来越广泛。与传统的水基钻井液相比，油基钻井液因其良好的抑制性能、润滑性能、流变性能在页岩气钻探中得以广泛应用。

高密度钻井液主要用于平衡较高的地层空隙压力，防止油气侵。目前高密度油基钻井液普遍采用重晶石和铁矿粉加重，由于固相含量高，需加入大量的流行调节剂、提切剂，造成体系流变性差，尤其是在高温高压超深井下(大于7000m)，普通重晶石加重的高密度油基钻井液的各种添加剂极易失效，从而发生加重材料固化沉淀，影响钻井完井作业。

发明内容

针对本领域存在的问题，本发明的目的是提出一种用于高温高压超深井的超微高密度油基钻井液。

本发明的另一目的是提出所述超微油基钻井液的制备方法。

实现本发明上述目的的技术方案为：

一种用于高温高压超深井的超微油基钻井液，含有以下重量份的原料：

水20-40；柴油250-500；乳化剂5-10；润湿剂8-15；有机土2-8；降滤失剂15-25；氯化钙5-10；氧化钙5-10；API重晶石450-800(普通重晶石，是常规加重的重晶石，粒径分布为D50约5-20μm，API重晶石是石油行业中对普通重晶石的一种缩写叫法)；超微加重材料350-660；

本发明提出的超微高密度油基钻井液的密度为1.7-2.8g/cm³。

其中，所述乳化剂选自脂肪酸盐、烷基苯磺酸盐、萘磺酸甲醛缩合物、脂肪胺聚氧乙烯醚及其类似产品和苯乙基酚聚氧乙烯醚中的一种或几种的组合；所述脂肪酸盐选自硬脂酸钠、硬脂酸钾、月桂酸皂以及油酸皂中的一种或多种。所述烷基苯磺酸盐为钠盐、钙盐、铵盐中的一种或多种。所述萘磺酸甲醛缩合物可以为分散剂NNO或2-萘磺酸甲醛聚合物钠盐。

其中，所述润湿剂选自聚氧乙烯烷基酚醚(OP-10)、聚氧乙烯脂肪醇醚、烷基硫酸盐、磺酸盐(如1#，LAS、ABS、十二烷基苯磺酸钠)、脂肪酸或脂肪酸的胺衍生物、羧酸皂类、磷酸酯等中的一种或几种的组合。所述烷基硫酸盐为十二烷基硫酸钠。

其中，所述有机土有机铵改性蒙脱石有机粘土；所述有机土具有很好的增粘、提切的作用。所述普通重晶石是常规加重的重晶石，粒径分布为5-20μm。

其中，所述降滤失剂为有机褐煤，该有机褐煤抗温能力达200℃，抗盐、抗钙至饱和。

其中，所述氯化钙为工业无水氯化钙，该氯化钙的纯度为95wt％以上。

其中，所述氧化钙为工业氧化钙，该氧化钙的纯度为95wt％以上。

其中，所述超微加重材料选自超微重晶石、超微铁矿粉和超微锰矿中的一种或多种，所述超微加重材料D50分布在0.5-6微米，D90分布在2-10微米。其中超微重晶石的密度为4.10-4.30g/cm³，纯度在98％以上，粒径D50在0.5-6微米；超微铁矿粉的密度为4.50-4.70g/cm³，纯度在98％以上，粒径D50在3-6微米；超微锰矿的密度为4.70-4.90g/cm³，纯度在98％以上，粒径D50在3-6微米。

优选地，所述的油基钻井液含有以下重量份的原料：

水24-28；柴油250-280；乳化剂2-6；润湿剂3-8；有机土3-4；降滤失剂15-16；氯化钙5-7；氧化钙5-6；API重晶石650-680；超微加重材料500-520。

本发明所述的油基钻井液的制备方法，包括以下步骤：

1)将柴油置于8000-12000转/分的高速搅拌状态下，依次按顺序加入有机土、乳化剂、润湿剂、氧化钙、降滤失剂，然后加入氯化钙水溶液，得乳液；

2)步骤1)所得乳液取出一半，在剩下的乳液中分2-5次加入普通重晶石和超微加重材料，每次加完后补充一部分所述取出的乳液；每次加入的量相同，直至把乳液全部补充完。

进一步地，在所述油基钻井液制备过程中，有机土、乳化剂、润湿剂、氧化钙、降滤失剂加入后均高速搅拌20-40分钟，氯化钙溶液加入后高速搅拌30-40分钟，所述普通重晶石和超微加重材料加入后均高速搅拌15-20分钟，乳液全部补充完后再高速搅拌1-2个小时。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的油基钻井液是一种能够在高温高压超深井中使用的高密度油基钻井液，利用超微矿粉和普通重晶石一起复配加重油基钻井液。由于超微粉体表面改性后使微粒空间位阻效应明显提高，大幅度地改善和提高了超微粒子的悬浮稳定性和热稳定性，在井下高温条件下，由于布朗运动和静电斥力的双重作用，克服了微粒聚结趋势，形成分散性良好的胶体微粒体系，热力学稳定性和动力学稳定性进一步增加，配制的超微高密度油基钻井液相比普通重晶石加重钻井液能具有更好的沉降稳定性和高温高压滤失性。超微加重材料的加入使得高密度油基钻井液获得同样流变性能时的乳化剂加量大大减少。

附图说明

图1为普通重晶石加重油基钻井液在常温下的背散射光曲线图。

图2为超微油基钻井液在常温下的背散射光曲线图；

图3为超微油基钻井液在150℃下的背散射光曲线图；

图4为顶部分层厚度与时间的变化关系图；

图5为TSI稳定指数对比图。

具体实施方式

以下具体实施方式用于说明本发明，但不应理解为对本发明的限制。

实施例中使用的化学品来源如下：

序号产品	厂家
		1柴油0#	中国石化
2API重晶石	贵州省修文县扎佐重晶石粉厂
		3超微重晶石	灵寿县中天矿物粉体厂
4乳化剂INVERMUL	安东石油技术有限公司
		5润湿剂VERSAWET	安东石油技术有限公司
6有机土VERSAGEL	安东石油技术有限公司
		7有机褐煤	安东石油技术有限公司
8工业氧化钙	安徽东方钙业有限公司
		9工业氯化钙	潍坊市神州化学有限公司

实施例中，如无特别说明，所用技术手段为本领域常规的技术手段。

实施例1：

超微高密度油基钻井液，通过以下步骤制备：

将360重量份的柴油0#放入高搅杯(钻井液专用搅拌杯)中置于10000转/分的高速搅拌状态下，依次按顺序加入4重量份的有机土、8重量份的乳化剂、12重量份的润湿剂、8重量份的氧化钙、20重量份的降滤失剂，然后加入40重量份的浓度20％的氯化钙水溶液。

在加完前述添加剂的乳液中取出一半待用，在剩下的一半乳液中分三次加入450重量份的普通重晶石和370重量份的超微重晶石，每次加完重晶石补充一部分乳液，直到最后把乳液全部补充完。在超微高密度油基钻井液配制过程中，有机土、乳化剂、润湿剂、氧化钙、降滤失剂这几种添加剂加入后均高速搅拌20分钟，氯化钙溶液加入后高速搅拌30分钟，每次重晶石加入后均高速搅拌15-20分钟，乳液全部补充完后高速搅拌1个小时。

制得的产物密度为1.85g/cm³。

实施例2

超微高密度油基钻井液，通过以下步骤制备：

将270重量份的柴油放入高搅杯中置于9000转/分的高速搅拌状态下，依次按顺序加入4重量份的有机土、5重量份的乳化剂、10重量份的润湿剂、6重量份的氧化钙、15重量份的降滤失剂，然后加入30重量份的浓度20％的氯化钙水溶液。

在加完前述添加剂的乳液中取出一半待用，在剩下的一半乳液中分三次加入660重量份的普通重晶石和500重量份的超微重晶石，每次加完重晶石补充一部分乳液，直到最后把乳液全部补充完。在超微高密度油基钻井液配制过程中，有机土、乳化剂、润湿剂、氧化钙、降滤失剂这几种添加剂加入后均高速搅拌20分钟及以上，氯化钙溶液加入后高速搅拌30分钟，每次重晶石加入后均高速搅拌15-20分钟，乳液全部补充完后高速搅拌1个小时。

产物密度为2.55g/cm³。

实施例3

超微高密度油基钻井液通过以下步骤制备：

将270重量份的柴油放入高搅杯中置于10000转/分的高速搅拌状态下，依次按顺序加入3重量份的有机土、6重量份的乳化剂、9重量份的润湿剂、6重量份的氧化钙、15重量份的降滤失剂，然后加入35重量份的浓度20％的氯化钙水溶液。

在加完前述添加剂的乳液中取出一半待用，在剩下的一半乳液中分三次加入680重量份的普通重晶石和520重量份的超微重晶石，每次加完重晶石补充一部分乳液，直到最后把乳液全部补充完。在超微高密度油基钻井液配制过程中，有机土、乳化剂、润湿剂、氧化钙、降滤失剂这几种添加剂加入后均高速搅拌20分钟及以上，氯化钙溶液加入后高速搅拌30分钟，每次重晶石加入后均高速搅拌15-20分钟，乳液全部补充完后高速搅拌1个小时。

产物密度为2.54g/cm³。

实施例4

超微高密度油基钻井液通过以下步骤制备的：

将450重量份的柴油放入高搅杯中置于12000转/分的高速搅拌状态下，依次按顺序加入5重量份的有机土、10重量份的乳化剂、15重量份的润湿剂、10重量份的氧化钙、25重量份的降滤失剂，然后加入50重量份的浓度20％的氯化钙水溶液。

在加完前述添加剂的乳液中取出一半待用，在剩下的一半乳液中分三次加入720重量份的普通重晶石和660重量份的超微重晶石，每次加完重晶石补充一部分乳液，直到最后把乳液全部补充完。在超微高密度油基钻井液配制过程中，有机土、乳化剂、润湿剂、氧化钙、降滤失剂这几种添加剂加入后均高搅20分钟及以上，氯化钙溶液加入后高搅30分钟及以上，每次重晶石加入后均高搅15-20分钟，乳液全部补充完后高搅1个小时及以上。

产物的密度为2.80g/cm³。

对比例：普通油基钻井液

实施例2的配方，其中超微重晶石换成同样量的普通重晶石，

300目。制备方法同实施例1。

表1 超微高密度油基钻井液的常规性能评价(180℃×24h)

从表1的对比评价结果可以看出，本发明实施例制备的超微油基钻井液密度可达2.8g/cm³，在相同密度下，超微油基钻井液具有较低的黏度和切力。在180℃的高温条件下老化24h后，超微油基钻井液在180℃下30min的高温高压滤失量均小于5ml，流变性能和滤失造壁性均优于普通重晶石加重的油基钻井液。

实施例5、实施例6

根据表1中的结果，当密度达2.5g/cm³时，复配体系的粘度都有大幅度增加，因而对乳化剂和润湿剂的加量进行调整。按照实施例2配置好的超微高密度油基钻井液的乳化剂及润湿剂加量进行调整，测试结果如表2。

制备方法同实施例2，改变配方中乳化剂和润湿剂的用量，其余原料加入量同实施例2。实施例5中，乳化剂和润湿剂的用量分别为4份和3份；实施例6中，乳化剂和润湿剂的用量分别为2份和3份。不同乳化剂加量下的超微油基钻井液在180℃下热滚24h后的流变结果见表2。

表2 不同乳化剂加量下超微油基钻井液性能对比

注：“-”表示超量程。

由表2中可以看出，当油基钻井液密度达2.5g/cm³时，普通重晶石加重的油基钻井液在乳化剂减少的情况流变性能变差；超微油基钻井液中乳化剂降低至原来的1/3，润湿剂降至原来的3/5时，体系流变性能大有改善，说明应用超微重晶石加重时乳化剂、润湿剂加量可大大减少，降低了应用成本。

实验例

使用近红外扫描分散稳定性分析测试仪测量沉降稳定性，根据不同时刻样品背散射光强度可以计算出顶部澄清层和底部沉淀层厚度，从而表征体系的沉降程度。测试实例3配置好的超微高密度油基钻井液和同密度的普通重晶石加重油基钻井液在180℃下热滚24h后的沉降稳定性，结果如图1-图3所示。图1-3中，横坐标表示样品管的高度，纵坐标表示光强值，其中刻度0以上为透射光强值，刻度0以下为背散射光强值。图右侧色条为扫描时间顺序，由上向下蓝色至红色渐变，红色为扫描起始时间，蓝色为扫描终止时间。

从图1～图3看出，在红外扫描的2小时内，普通重晶石加重的钻井液曲线波动幅度较大，上层有明显的分层现象，底部有2mm的沉降层；而超微油基钻井液曲线基本重合说明该体系整体稳定性良好。

根据上述油基钻井液的背散射光曲线图得到两种油基钻井液的顶部分层情况和稳定性动力学指数TSI，结果见图4、图5。图4中(复配体系为实施例2产品)，随着时间的增加，普通重晶石加重的钻井液顶部分层越来越大；超微油基钻井液在静置一段时间后趋于稳定，顶部分层减缓，同时超微油基钻井液在150℃的高温条件下测试时顶部分层趋势与常温下一致；说明了超微油基钻井液的高温沉降稳定性优于普通重晶石加重的油基钻井液。图5的测试结果中，普通重晶石加重的油基钻井液在常温下的TSI指数为2.5，超微油基钻井液在常温下的TSI指数为1，同样说明了超微油基钻井液悬浮稳定性远超普通重晶石加重的油基钻井液。

以上的实施例仅仅是对本发明的具体实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，本领域技术人员在现有技术的基础上还可做多种修改和变化，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims

1.一种用于高温高压超深井的超微油基钻井液，其特征在于，由以下重量份的原料组成：

水24-28；柴油250-280；乳化剂2-4；润湿剂3-8；有机土3-4；降滤失剂15-16；氯化钙5-7；氧化钙5-6；API重晶石650-680；超微加重材料500-520；

其中，所述降滤失剂为有机褐煤；普通重晶石的粒径D50为15-70微米；所述超微加重材料为超微重晶石，所述超微加重材料D50分布在0.5-6微米，D90分布在2-10微米；

所述乳化剂为硬脂酸钠，所述润湿剂为脂肪酸，

所述的超微油基钻井液通过以下步骤制备而得：

2)步骤1)所得乳液取出一小部分，当钻井液中普通重晶石和超微加重材料添加完全后，再将取出的乳液混合进去一起高搅。

2.根据权利要求1所述的超微油基钻井液，其特征在于，所述有机土为有机铵改性蒙脱石有机粘土。

3.根据权利要求1所述的超微油基钻井液，其特征在于，在所述油基钻井液制备过程中，有机土、乳化剂、润湿剂、氧化钙、降滤失剂加入后均高速搅拌10-20分钟，氯化钙溶液加入后高速搅拌10-20分钟，所述普通重晶石和超微加重材料加入后均高速搅拌20-30分钟，乳液全部补充完后再高速搅拌20-30分钟。