CN107400504A - 一种高温干热岩冲洗液及制备方法 - Google Patents

一种高温干热岩冲洗液及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高温干热岩冲洗液及制备方法，包括常温井段冲洗液和高温井段冲洗液，其常温井段冲洗液包括如下成分及含量：膨润土、纯碱(Na2CO3)、水解聚丙烯酰胺和水解聚丙烯腈干粉；其高温井段冲洗液包括如下成分及含量：膨润土浆、聚丙烯酸钾、液体润滑剂、磺化褐煤、磺化酚醛树脂、高温抗盐降滤失剂、防塌润滑剂和降粘降滤失剂。本发明是在磺化钻井液的基础上加入聚合物的钻井液，这类钻井液既保留了聚合物钻井液的优点，又改善了聚合物在高温高压下滤饼质量和流变性能，其抗温能力可达200～250℃，继而增加钻探效率，减少钻探事故的发生。

Description

一种高温干热岩冲洗液及制备方法
技术领域
本发明涉及一种冲洗液及制备方法，特别涉及一种高温干热岩冲洗液及制备方法，属于钻井液制备技术领域。
背景技术
随着人类社会的发展，对能源的需求越来越大，作为一种清洁、环保、高效、价廉、稳定的新能源─地热能，成为世界各发达国家研究与开发未来可用能源的重点。随着我国经济的可持续增长，地热能做为一种新的能源体系，他的研究与开发成为我国新能源体系的重要组成部分。干热岩是指蕴藏在热干岩体中的地热资源，储热岩体中不存在热水和蒸气。其温度可达到数百摄氏度，根据地温梯度值可将热干岩型地热资源分为：高级80℃/千米，中级50℃/千米，低级30℃/千米。其热能量为地球全部石油、天然气和煤炭蕴藏能量的30倍，利用热干岩体将其转化为水热型地热田，形成水热型地热资源，在当前火电污染大、风能不稳定、太阳能占地面积大、水电可能造成流域生态破坏、核电虽清洁但核泄露危害大的热能源环境下，干热岩作为未来的清洁能源意义深远。
近几年在我国一些地区发现了大规模可利用的干热岩地热资源，为地热资源产业的开发带来了重大契机。但作为研究和利用热干岩体将其转化为水热型地热田的重要手段─钻探，由于一些干热岩地热资源地处我国西北，地广人稀，钻探基础设施薄弱，钻探技术更是落后。在热干岩体中钻探，由于热干岩体的特性，在水热交换后易发井喷，热干岩体及其上覆地层中存在大量中小裂隙，易发井漏等因素。作为干热岩的勘查施工，钻井液技术(冲洗液配制技术)是地热钻井关键技术之一，是制约我国深部高温地热资源开发的重要障碍。优质冲洗液具有保护井壁预防坍塌、冷却钻头防止烧钻、清除岩粉保持孔内清洁防止埋钻等作用，优化钻井液技术对提高钻效、确保安全、节约成本方面具有十分重要的意义。因此研究热干岩体钻探中出现的井喷与节理裂隙漏浆机理，开发一套抗高温、抗高压的可絮凝堵漏钻井液，对利用钻探手段顺利揭露干热岩地层，掌握干热岩地带区域情况，增加钻探效率，减少钻探事故，充分利用和开发热干岩资源意义重大。
发明内容
本发明提供一种高温干热岩冲洗液及制备方法，可以有效地解决由于热干岩体的特性，在水热交换后易发井喷，热干岩体及其上覆地层中存在大量中小裂隙，易发井漏的缺陷。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种高温干热岩冲洗液，包括常温井段冲洗液和高温井段冲洗液，其常温井段冲洗液包括如下成分及含量：膨润土50～80kg/m3、纯碱(Na2CO3)1.5～4kg/m3、水解聚丙烯酰胺0.15～0.3kg/m3和水解聚丙烯腈干粉2～5kg/m3；其高温井段冲洗液包括如下成分及含量：膨润土浆50～70kg/m3、聚丙烯酸钾0.5kg/m3、液体润滑剂0.1kg/m3、磺化褐煤10～50kg/m3、磺化酚醛树脂30～50kg/m3、高温抗盐降滤失剂30kg/m3、防塌润滑剂30～40kg/m3和降粘降滤失剂20～30kg/m3。
一种高温干热岩冲洗液的常温井段和高温井段的制备方法：
其中常温井段冲洗液的制备方法为：
S1，依据配方选取定量的膨润土、纯碱、水解聚丙烯酰胺和水解聚丙烯腈干粉进行备用；
S2，将选取的膨润土、纯碱、水解聚丙烯酰胺和水解聚丙烯腈干粉进行混合搅拌，将混合搅拌得到的常温井段冲洗液备用。
S3，在使用常温井段冲洗液前对冲洗液进行各项参数的检测，若检测合格便可以投入使用了。
其中高温井段冲洗液的制备方法为：
S1，依据配方选取定量的膨润土、聚丙烯酸钾、液体润滑剂、磺化褐煤、磺化酚醛树脂、高温抗盐降滤失剂、防塌润滑剂和降粘降滤失剂进行备用；
S2，将选取的膨润土、聚丙烯酸钾、液体润滑剂、磺化褐煤、磺化酚醛树脂、高温抗盐降滤失剂、防塌润滑剂和降粘降滤失剂进行混合搅拌，将混合搅拌得到的高温井段冲洗液备用。
S3，在使用高温井段冲洗液前对冲洗液进行各项参数的检测，若检测合格便可以投入使用了。
作为本发明的一种优选技术方案，所述常温井段冲洗液满足以下参数：固相含量＜4％；密度＜1.06g/cm3；漏斗粘度17～21s；滤失量(API)＜15ml/30min；泥饼厚度＜1mm；含砂量＜1％；PH值7.5～8.5。
作为本发明的一种优选技术方案，所述高温井段冲洗液组成部分中的高温抗盐降滤失剂是由两种以上的聚合物单体与腐殖酸接枝共聚制成，具有较强的抗盐、钙污染能力，抗温达220℃；防塌润滑剂是由改性沥青、降滤失剂、页岩抑制剂、表面活性剂和润滑剂为基础材料制成；降粘降滤失剂是以十二烷基磺酸钠、甲醛、丙烯酰胺、马来酸酐为原料，通过缩合反应、接枝共聚、金属络合和磺化处理制成。
本发明所达到的有益效果是：该种高温干热岩冲洗液及制备方法，是在磺化钻井液的基础上加入聚合物的钻井液，这类钻井液既保留了聚合物钻井液的优点，又改善了聚合物在高温高压下滤饼质量和流变性能，其抗温能力可达200～250℃，且冲洗液的制备较简单，继而增加钻探效率，减少钻探事故的发生。
具体实施方式
以下所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本发明一种高温干热岩冲洗液，包括常温井段冲洗液和高温井段冲洗液，其常温井段冲洗液包括如下成分及含量：膨润土50～80kg/m3、纯碱(Na2CO3)1.5～4kg/m3、水解聚丙烯酰胺0.15～0.3kg/m3和水解聚丙烯腈干粉2～5kg/m3；其高温井段冲洗液包括如下成分及含量：膨润土浆50～70kg/m3、聚丙烯酸钾0.5kg/m3、液体润滑剂0.1kg/m3、磺化褐煤10～50kg/m3、磺化酚醛树脂30～50kg/m3、高温抗盐降滤失剂30kg/m3、防塌润滑剂30～40kg/m3和降粘降滤失剂20～30kg/m3。
一种高温干热岩冲洗液的常温井段和高温井段的制备方法：
其中常温井段冲洗液的制备方法为：
S1，依据配方选取定量的膨润土、纯碱、水解聚丙烯酰胺和水解聚丙烯腈干粉进行备用；
S2，将选取的膨润土、纯碱、水解聚丙烯酰胺和水解聚丙烯腈干粉进行混合搅拌，将混合搅拌得到的常温井段冲洗液备用。
S3，在使用常温井段冲洗液前对冲洗液进行各项参数的检测，若检测合格便可以投入使用了。
其中高温井段冲洗液的制备方法为：
S1，依据配方选取定量的膨润土、聚丙烯酸钾、液体润滑剂、磺化褐煤、磺化酚醛树脂、高温抗盐降滤失剂、防塌润滑剂和降粘降滤失剂进行备用；
S2，将选取的膨润土、聚丙烯酸钾、液体润滑剂、磺化褐煤、磺化酚醛树脂、高温抗盐降滤失剂、防塌润滑剂和降粘降滤失剂进行混合搅拌，将混合搅拌得到的高温井段冲洗液备用。
S3，在使用高温井段冲洗液前对冲洗液进行各项参数的检测，若检测合格便可以投入使用了。
进一步的，所述常温井段冲洗液满足以下参数：固相含量＜4％；密度＜1.06g/cm3；漏斗粘度17～21s；滤失量(API)＜15ml/30min；泥饼厚度＜1mm；含砂量＜1％；PH值7.5～8.5，同时根据地层情况，每立米钻井液中加入0.5～3kg的防塌剂、堵漏剂、降失水剂。
进一步的，所述高温井段冲洗液组成部分中的高温抗盐降滤失剂是由两种以上的聚合物单体与腐殖酸接枝共聚制成，具有较强的抗盐、钙污染能力，抗温达220℃；防塌润滑剂是由改性沥青、降滤失剂、页岩抑制剂、表面活性剂和润滑剂为基础材料制成，该防塌润滑剂有显著的抑制作用，可显著降低钻井液的滤失量和泥饼摩擦系数，在钻井液中具有良好的配伍性；降粘降滤失剂是以十二烷基磺酸钠、甲醛、丙烯酰胺、马来酸酐为原料，通过缩合反应、接枝共聚、金属络合和磺化处理制成，实验结果表明，0.5％该降粘降滤失剂可使淡水膨润土基浆的表观粘度下降42％，API滤失量下降49％，动切力下降80％，可抗NaCl达5％，可抗(Na2CO3)达1.0％，在室温～200℃下24h静态老化试验中，该降粘降滤失剂的抗温性能均较优。
具体时，在一些地区干热岩钻探施工中，温度会不断增大，温度对钻探冲洗液影响十分显著，首先要了解温度在泥浆冲洗液中产生的作用及相应应对方法：
1、粘土高温分散作用，即高温促使粘土颗粒浓度增多，比表面增大，易水化分散；温度高，作用时间长，水化越显著；PH值越高，水化增强。相应应对方法：冲洗液中加入高价无机阳离子，如Ca2+、Mg2+等，对粘土高温分散具有抑制作用。
2、粘土高温凝胶作用，即粘土含量大到一定数值，高温下会丧失流动性而形成凝胶；相应应对方法：使用高温处理剂抑制高温分散，或控制粘土含量在其高温凝胶容量限度以下。
3、高温交联作用，即高温下使冲洗液分子之间发生反应，相互联结，使分子量增大，交联过度，形成网状结构，严重时整个体系凝胶，丧失流动性。相应应对方法：使用高温处理剂抑制高温交联。
4、高温解吸附作用，即高温下冲洗液处理剂在粘土表面吸附作用减弱。相应应对方法：冲洗液中加入高价金属阳离子，如Fe3+、Cr3+等，可增强粘土吸附能力。
5、高温去水化作用，即高温下，粘土颗粒表面和处理剂分子中亲水基团的水化能力降低，水化膜变薄，导致处理剂护胶能力减弱，滤失量增大，严重时高温凝胶和高温固化。相应应对方法：冲洗液中处理剂分子中主要水化基团选用亲水性强的离子基，如磺酸基(-SO3-)、磺甲基(-CH2SO3-)等，处理剂吸附在粘土上可形成较厚的水化膜。
该种高温干热岩冲洗液及制备方法，是在磺化钻井液的基础上加入聚合物的钻井液，这类钻井液既保留了聚合物钻井液的优点，又改善了聚合物在高温高压下滤饼质量和流变性能，其抗温能力可达200～250℃，且冲洗液的制备较简单，继而增加钻探效率，减少钻探事故的发生。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高温干热岩冲洗液，包括常温井段冲洗液和高温井段冲洗液，其特征在于，其常温井段冲洗液包括如下成分及含量：膨润土50～80kg/m3、纯碱1.5～4kg/m3、水解聚丙烯酰胺0.15～0.3kg/m3和水解聚丙烯腈干粉2～5kg/m3；其高温井段冲洗液包括如下成分及含量：膨润土浆50～70kg/m3、聚丙烯酸钾0.5kg/m3、液体润滑剂0.1kg/m3、磺化褐煤10～50kg/m3、磺化酚醛树脂30～50kg/m3、高温抗盐降滤失剂30kg/m3、防塌润滑剂30～40kg/m3和降粘降滤失剂20～30kg/m3。
2.根据权利要求1所述的一种高温干热岩冲洗液，其特征在于，所述常温井段冲洗液满足以下参数：固相含量＜4％；密度＜1.06g/cm3；漏斗粘度17～21s；滤失量API＜15ml/30min；泥饼厚度＜1mm；含砂量＜1％；PH值7.5～8.5。
3.根据权利要求1所述的一种高温干热岩冲洗液，其特征在于，所述高温井段冲洗液组成部分中的高温抗盐降滤失剂是由两种以上的聚合物单体与腐殖酸接枝共聚制成，防塌润滑剂是由改性沥青、降滤失剂、页岩抑制剂、表面活性剂和润滑剂为基础材料制成，降粘降滤失剂是以十二烷基磺酸钠、甲醛、丙烯酰胺、马来酸酐为原料，通过缩合反应、接枝共聚、金属络合和磺化处理制成。
4.根据权利要求1所述的一种高温干热岩冲洗液的制备方法，其特征在于：
所述常温井段冲洗液的制备方法为：
S1，依据配方选取定量的膨润土、纯碱、水解聚丙烯酰胺和水解聚丙烯腈干粉进行备用；
S2，将选取的膨润土、纯碱、水解聚丙烯酰胺和水解聚丙烯腈干粉进行混合搅拌，将混合搅拌得到的常温井段冲洗液备用。
S3，在使用常温井段冲洗液前对冲洗液进行各项参数的检测，若检测合格便可以投入使用了。
所述高温井段冲洗液的制备方法为：
S1，依据配方选取定量的膨润土、聚丙烯酸钾、液体润滑剂、磺化褐煤、磺化酚醛树脂、高温抗盐降滤失剂、防塌润滑剂和降粘降滤失剂进行备用；
S2，将选取的膨润土、聚丙烯酸钾、液体润滑剂、磺化褐煤、磺化酚醛树脂、高温抗盐降滤失剂、防塌润滑剂和降粘降滤失剂进行混合搅拌，将混合搅拌得到的高温井段冲洗液备用。
S3，在使用高温井段冲洗液前对冲洗液进行各项参数的检测，若检测合格便可以投入使用了。
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