一种超高温抗盐钻井液及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及石油和天然气勘探和开发领域的一种水基钻井液，具体地说是用于超 深井及超高温地层钻探的一种超高温抗盐钻井液及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 在深井、超深井或高地温梯度地层钻井过程中，井底温度可达200~250°C或更 高，井下高温环境严重影响钻井液的各项性能，尤其是在含盐地层，高温导致钻井液中的化 学剂失效，钻井液稠化或稀释严重、高温高压滤失量难以控制等，造成井壁坍塌、掉块，井眼 缩径、不规则等复杂井内情况，影响施工质量和施工成本。
[0003] 21世纪初国内外抗高温钻井液技术发展较快，研制了大量耐温200°C以上的钻井 液处理剂，也出现了一大批抗高温的钻井液配方：（1)海泡石钻井液，由皂石、海泡石、高相 对分子质量聚合物降滤失剂、低相对分子质量聚合物解絮凝剂等组成，抗温能力可提高到 260°C ; (2)有机盐钻井液，由甲酸钠、甲酸钾、甲酸铯等配制，是近几年发展起来的一种新型 无固相水基钻井液，与现有高温处理剂有较好的配伍性，缺点是成本较高。（3)低胶体钻井 液，由木质素铬、褐煤和树脂、高温滤失控制剂和液体稳定剂、聚合物增粘剂构成，热稳定性 达260°C，在美国很多地区的深井中应用并取得了良好的效果，但其对固相含量的控制要求 严格。（4)聚合物钻井液，如Magcobor公司的Duratherm system、Baroid公司的Polynox 体系、Milpark公司的PYR0-DRILL体系。体系中含有有机聚合物包被剂及高温稳定剂，抗 温达200°C以上，抗盐、抗钙能力较强。
[0004] 这些抗高温钻井液体系抗220°C高温没有问题，但同时其抗盐能力一般不超过 5%氯化钠。因此，从目前抗高温钻井液应用来看，还难以满足高温含盐地层钻探的需要。
【发明内容】
[0005] 本发明提供了一种超高温抗盐钻井液，可应用于井底温度高（240°C以上）和高盐 (饱和盐）环境下的钻井施工，通过在井壁上形成低渗透率、柔韧、薄而致密的滤饼，降低钻 井液的滤失量，减少有害液体向地层滤失。该钻井液具有良好流变性、润滑性，滤失量低，抗 盐能力强。
[0006] 本发明目的之一是提供一种超高温抗盐钻井液，包含有按以重量份计的以下组 分：
[0007] 水 100份 粘土 1~5份 降滤失剂PFL-L 0.3~6份 降滤失剂PFL-M 0.3~6份 降滤失剂PFL-H 0.3~6份 磺化酚醛树脂 2~8份 磺化褐煤 2~8份 固相化学清洁剂 0.5~4份 高温防塌封堵剂 1~6份 润滑剂 1~6份 盐 0~35份 表面活性剂 0.3~2份 pH值调节剂 1.0~4份 加重剂 0~200份；
[0008] 其中，以水为100份计，降滤失剂PFL-L优选0. 5~4份，降滤失剂PFL-M优选 0. 5~4份，进一步优选0. 5~3份，降滤失剂PFL-H优选0. 5~5份，进一步优选0. 5~3 份，磺化酚醛树脂优选3~6份，磺化褐煤优选3~6份，固相化学清洁剂优选0. 5~2份， 高温防塌封堵剂优选2~5份，润滑剂优选2~5份，表面活化剂优选0. 3~1份，pH值调 节剂优选1. 〇~2. 5份。
[0009] 所述粘土，可选自钠膨润土和钙膨润土、凹凸棒土、海泡石中的至少一种；优选钠 膨润土。所述钠膨润土可为天然钠基膨润土或钙基膨润土经钠化而得。所述粘土可形成钻 井液基本的胶体稳定体系，由于切力悬浮作用，可以提高钻井液的悬浮稳定性。
[0010] 所述降滤失剂PFL-L、PFL-M、PFL-H可为含有大量磺酸基团的不同相对分子量的 聚合物，在含盐较高的情况下具有良好的抗高温降滤失能力，抗温达到240°C ;所述降滤失 剂PFL-L、M、Η为本申请人自主研发产品，已获得中国发明专利授权（ZL201110294876. 8、 ZL201110300021.UZL 201110300019. 4)，并已获得美国专利（US 8623791Β2)、哈萨克斯坦 专利（ΚΖ 28026)。所述降滤失剂PFL-L、PFL-M、PFL-H是含有大量磺酸基的不同相对分子 量的聚合物，其中，PFL-L的分子量范围为10~30万，PFL-M的分子量范围为30~50万， PFL-H的分子量范围为50~70万。所述降滤失剂为超高温抗盐钻井液的主剂，其分子链刚 性强、具有一定支化程度，并带有一定数量和配比的磺酸基和氨基官能团，在粘土矿物上吸 附能力强，三种不同分子量的产品配合使用，使钻井液在超高温下不增稠、不絮凝，且有利 于形成薄而致密的泥饼，具有优越的降滤失性能。
[0011] 所述磺化酚醛树脂选自磺甲基酚醛树脂、阳离子磺化酚醛树脂、两性离子磺化酚 醛树脂中的至少一种；优选磺甲基酚醛树脂。所述磺化酚醛树脂具体可为SMP- II型。所述 磺化酚醛树脂属于水溶性树脂，可吸附在粘土粒子的表面和端面，阻止自由水分子与粘土 粒子的接触，使粘土粒子保持合理的级配，利于形成致密的泥饼。
[0012] 磺化褐煤用于提高粘土的聚结稳定性，既有降失水作用又有稀释作用。
[0013] 所述固相化学清洁剂可为ZSC-201 ;ZSC_201是一种小阳离子聚合物，具有良好的 抑制地层和钻肩水化分散的能力，可以配合高分子量聚合物清除钻井液中的微细钻肩等有 害固相。
[0014] 所述高温防塌封堵剂选自中、高软化点沥青、磺化沥青、阳离子沥青粉中的至少一 种；其中，环球法测软化点75~95°C为中软化点沥青，环球法软化点为95~120°C为高软 化点沥青。优选磺化沥青，具体可为磺化沥清HQ-10。所述高温防塌封堵剂具有较高的软化 点，可封堵地层的微裂隙，增加泥饼致密性和润滑性。
[0015] 所述润滑剂包括酯类和高沸点矿物油类，其中，酯类可以是油酸甲酯、硬脂酸甲酯 和棕榈酸甲酯等及其改性产物中的至少一种，高沸点矿物油类可选自7号工业级白油、15 号工业级白油等。所述润滑剂具体可优选为SMJH-1 ;SMJH-1是改性的酯类润滑剂，含有可 在高极压下与金属发生化学反应的组分，具有较好的极压润滑性能。
[0016] 所述盐可为氯化钠或氯化钾中的至少一种；
[0017] 所述表面活性剂，为非离子的表面活性剂，可优选为非离子的失水山梨醇脂肪酸 酯类，具体可选自失水山梨醇酐单油酸酯（斯盘80)、失水山梨醇酐单硬脂酸酯（斯盘60)、 失水山梨醇酐单棕榈酸酯（斯盘40)中的至少一种；优选失水山梨醇酐单油酸酯。所述表 面活性剂具有双憎作用，使粘土颗粒端面惰性化，提高钻井液的热稳定性。
[0018] pH值调节剂可保持钻井液pH值在9~11，本领域内通常的pH值调节剂都适用， 具体可为碳酸钠或钾，氢氧化钠或钾；优选氢氧化钠或氢氧化钾。
[0019] 所述加重剂选自重晶石、铁矿粉、碳酸钙中的至少一种；优选重晶石。
[0020] 其中，所述盐和加重剂是可选组份，加重剂是否加入和加入多少是根据地层压力 及钻井液密度的需要来确定，盐是根据钻遇的地层含盐情况确定配制淡水或盐水钻井液。 具体地，本领域技术人员所公知的，地层压力大，在钻井过程中为平衡地层压力所需的钻井 液密度就大。举例来说，如果地层压力系数是1. 8,则所需钻井液密度一般在1. 80~1. 90g/ cm3,那么需要加入密度4. 2g/cm3左右的重晶石140~160份（每100份水中）。如果地层 压力系数是1. 0,所需钻井液密度一般在1. 0~1. lg/cm3,基本上不需要加入重晶石。如果 地层中不含盐膏层或没有盐水层，就可用淡水钻井液钻井；如果含大段盐膏层，就需要用饱 和盐水钻井液，即每100份水中盐加量达到35份。
[0021] 本发明目的之二在于提供一种超高温抗盐钻井液的制备方法。
[0022] 所述超高温抗盐钻井液的制备方法包括以下步骤：
[0023] (1)粘土基浆配制：将所述粘土加入水中制成粘土基浆，养护；其中，还可加入碳 酸钠或碳酸钾，以助粘土分散；碳酸钠或碳酸钾的用量可以为粘土用量的〇~10% (wt)，优 选为3~6% (wt)。具体可包括将水加入容器内，边搅拌边加入碳酸钠或碳酸钾，待完全溶 解，搅拌下慢慢加入粘土，高搅约20min，密封，室温养护至少24小时。
[0024] (2)钻井液制备：在养护后的粘土基浆中，在搅拌下加入所述降滤失剂PFL-H、 PFL-M和PFL-L，溶解后，再在搅拌下加入包含磺化酚醛树脂、磺化褐煤、固相化学清洁剂、 高温防塌封堵剂、润滑剂、表面活性剂、pH调节剂（若有盐，加入盐）在内的组分，加完后高 搅，若有加重剂，再加入加重剂，高搅，即得超高温抗盐钻井液。
[0025] 具体可包括：在养护后的粘土基浆中，在搅拌下依次加入降滤失剂PFL-H、PFL-M 和PFL-L，高搅10~30分钟后，再在搅拌下加入磺化酚醛树脂、磺化褐煤、固相化学清洁剂、 高温防塌封堵剂、润滑剂、表面活性剂、pH调节剂和盐在内的组分，加完后高搅10~30分 钟，加入加重剂，再高搅约5~20分钟，即得超高温抗盐钻井液。所述高搅具体指8000~ 11000转/分钟。
[0026] 本发明提供的超高温抗盐钻井液，在240Γ以上的高温下不增稠、流变性易于控 制、抗氯化钠达30% (1升钻井液中氯化钠可达300g)、高温高压滤失量小。可应用于井底 温度高于240°C和高盐（饱和盐）环境下的钻井施工，应用效果良好。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合实施例，进一步说明本发明。但本发明并不仅限于下述实施例。
[0028] 超高温抗盐钻井液性能的评价方法参照中华人民共和国行业标准ZB/T E13 004- 90 (钻井液测试程序）。
[0029] 实验原料来源
[0030] 钠膨润土 ：胜利油田博友泥浆技术有限责任公司；
[0031 ] 降滤失剂PFL-H :中国石化石油工程技术研究院；
[0032] 降滤失剂PFL-M :中国石化石油工程技术研究院；
[0033] 降滤失剂PFL-L :中国石化石油工程技术研究院；
[0034] 磺化酚醛树脂SMP- II型：天津华孚油田化学有限公司；
[0035] 磺化褐煤：天津华孚油田化学有限公司；
[0036] 固相化学清洁剂ZSC-201 :中国石化中原石油勘探局钻井工程技术研究院；
[0037] 磺化沥青HQ-10 :北京宏勤石油助剂有限公司；
[0038] 润滑剂SMJH-1 :中国石化石油工程技术研究院；