一种强抑制聚醚醇钻井液的制作方法
【专利摘要】本发明涉及油田开采技术领域的用于水敏性泥页岩地层的钻井作业的一种强抑制聚醚醇钻井液，包括以下重量配比的各组份：水100份，钠基膨润土4～6份；钻井液用聚胺抑制剂0.2～1份，钻井液用包被剂0.2～0.5份；钻井液用降滤失剂0.5～5份；钻井液用防塌剂1～6份；钻井液用聚醚醇1～5份；钻井液用封堵剂1～5份，钻井液用润滑剂3～8份。本发明的钻井液可以快速的对井壁地层实现强抑制和有效封堵并阻止滤液侵入地层。
【专利说明】
-种强抑制聚離醇钻井液
技术领域
[0001] 本发明设及钻井液技术领域，特别设及一种强抑制聚酸醇钻井液，用于水敏性泥 页岩地层的钻井作业。
【背景技术】
[0002] 水敏性泥页岩极易水化膨胀而导致缩径、跨塌、钻头泥包和卡钻等井下复杂，给钻 井工程带来了极大的危害。目前国内外用具有强抑制泥页岩水化分散能力的油基钻井液来 解决此类问题。但油基钻井液具有成本高、污染环境、安全性差等问题。为此，具有油基钻井 液性能，且成本较低、能满足环保要求的水基钻井液体系目前成为研究的热点，比如聚合醇 钻井液、阳离子聚横钻井液，但聚合醇钻井液、阳离子聚横钻井液等抑制性不足，润滑性也 无法完全满足施工需求，导致在水敏性泥页岩地层进行水平井钻井作业时，井壁剥落、巧 塌、托压等井下复杂时常发生。近年来，国内外研究出了一类新型的具有强抑制性的聚胺型 水基钻井液体系，运种钻井液采用聚胺与钟离子配合使用，具有极强的抑制泥页岩水化膨 胀的能力，钟盐的强抑制水化作用会使地层变硬，致使泥岩产生裂缝，裂缝的产生又会加剧 钻井液中固、液相的侵入，严重时会造成泥岩井段的周期性跨塌，此外钟盐会加剧钻具腐 蚀，抑制性过强会使钻井液流变性难W控制，失水增大。
【发明内容】
[0003] 本发明针对现有技术中泥页岩井壁失稳难题，提供一种可W快速对井壁地层实现 强抑制和有效封堵并阻止滤液侵入地层的强抑制聚酸醇钻井液。
[0004] 本发明的目的是运样实现的，一种强抑制聚酸醇钻井液，包括W下重量配比的各 组份:水100份;钻井液用聚胺抑制剂0.2~1份;钢基膨润±4~6份;钻井液用包被剂0.2~ 0.5份;钻井液用降滤失剂0.5~5份;钻井液用防塌剂1~6份;钻井液用聚酸醇1~5份;钻井 液用封堵剂1~5份;钻井液用润滑剂3~8份。
[0005] 所述钻井液用聚胺抑制剂的分子量为200-1000的小分子端胺基聚酸。该小分子端 胺基聚酸可镶嵌于膨润±层间，降低层间距，具有良好粘±水化抑制性能，从而减少由于粘 ±水化造成的泥页岩岩石应力下降，达到维护井壁稳定的目的。
[0006] 所述钻井液用包被剂的分子量为300万-1500万的两性离子聚丙締酷胺类聚合物， 采用分子量为300万一700万的增粘聚合物和分子量为700万一1500万的包被聚合物按质量 比为(2-3):1的比例混合。
[0007] 进一步的，所述增粘聚合物为PMHA- II，所述包被聚合物为DS-301。
[000引所述聚酸醇为分子量1500-5000的环氧丙烷和环氧乙烧共聚物的共聚物，所述环 氧乙烧的重量比例为10%-30%，所述聚酸醇的浊点为37°C-43°C。该聚酸醇在常溫下可溶入 水，当井下溫度超过一定范围之后，其分子便聚集形成乳状颗粒，呈现出油基特性，吸附于 岩屑、粘±、钻具表面，具有抑制和润滑作用，同时在井眼压力作用下封堵井壁缝隙，在井壁 上形成渗透率较低的屏蔽暂堵带，阻止钻井液的侵入，维护井壁稳定。
[0009] 所述钻井液用防塌剂为软化点60~120°C的横化渐青(FT-388)和有机娃腐殖酸钟 (0SAM-K)中的一种或两者的任一比混合物。
[0010] 所述钻井液用封堵剂为粒度为200nm-lOOum的天然有机材料和无机材料按重量 比为1: (2~3)混合改性而得，其中，有机材料为矿物纤维类材料、木质素纤维材料、低软化 点渐青、纤维素改性淀粉、阳离子表面活性剂及水溶性硅油按重量比为30: 30:30: 5:4:1混 合，通过干混机混拌再过200目筛而形成粉末状材料;所述无机材料为粒径为0.2~10化m的 超细碳酸巧。
[0011] 所述木质素纤维材料为楠木粉、创花粉和愉树皮粉木质素纤维中的一种或几种， 矿物纤维类材料为海泡石绒、纤维水儀石和纤维蛇纹石中和一种或几种，所述阳离子表面 活性剂为失水山梨糖醇脂肪酸醋(SPAN80)或十六烷基Ξ甲基漠化锭(CTAB)，所述水溶性娃 油为甲基硅油。
[0012] 本发明的强抑制钻井液采用协同抑制、多级封堵的方法强化钻井液的抑制性和封 堵性。在抑制性方面，采用分子量在300万~1500万的中、大分子两性离子聚合物和分子量 在200-1000的小分子聚胺复合使用，两性离子聚合物通过带正电的基团，与表面带负电的 粘±结合，快速吸附在粘±表面，形成聚合物包膜，包裹粘±与钻屑，抑制粘±水化，配合小 分子聚胺牢固镶嵌于粘±层间，排挤粘±层间的吸附水，使粘±层紧密结合在一起，抑制粘 ±水化，协同提高了钻井液抑制性。在封堵性方面，采取微米级、纳米级封堵材料、成膜封堵 剂、刚性材料和柔性材料的复合使用，极大提高了钻井液的封堵效率，API滤失量降至5mlW 下，120°C下的HTHP滤失量降至10ml W下，形成薄而初的泥饼，有利于井壁稳定与安全钻井。 特别是纳微米级封堵材料的引入，该材料粒径与泥页岩地层纳微米级孔隙、裂缝尺寸相匹 配，进一步提高了聚酸醇钻井液的封堵效果，对泥页岩复杂地层能实现有效封堵。
【具体实施方式】
[0013] 本发明的实施例中设及的材料明细见表1。
[0014]
[0015] 实施例1:配制本实施例的钻井液前首先配制实施例中使用的钻井液用封堵剂:取质量 比为30:30:30:5:4:1的矿物纤维类材料、木质素纤维材料、低软化点渐青、纤维素改性淀 粉、阳离子表面活性剂及水溶性硅油，通过粉碎机在4500的高速揽拌粉碎，再过200目筛得 到粉末状有机材料，再将粒径范围为0.2-10化m的超细碳酸巧与上述有机材料按2:1的质量 比例用干混机混合均匀即得本实施例的钻井液用封堵剂。其中，木质素纤维材料为楠木粉、 创花粉和愉树皮粉木质素纤维等比例混合，矿物纤维类材料为海泡石绒、纤维水儀石和纤 维蛇纹石等比例混合，阳离子表面活性剂为SPAN80，水溶性硅油为甲基硅油。
[0016] 配制钻井液时，先将lOOOg水与40g钢基膨润±混合，于4000巧m的揽拌速度下揽拌 40min后，再于8000巧m的揽拌速度下揽拌30min，置于常溫下养护24h;r;将养护后的混合体 在eOOOrpm的揽拌速度下，先加入Ig包被聚合物DS-301、：3g增粘聚合物PMHA- II、lOg钻井液 用降滤失剂NH4-HPAN，再加入20g钻井液用防塌剂FT-388,50g聚酸醇JMC-40和3g钻井液用 聚胺抑制剂AI-1，然后再加入40g上述钻井液用封堵剂，30g钻井液用润滑剂畑J-1。揽拌混 合均匀后用烧碱将上述混合物的pH值调至8~9;最后向上述混合体中加入钻井液用加重剂 石灰石粉，揽拌均匀使钻井液的密度1.15g/cm3,即制得本实施例的强抑制聚酸醇钻井液， 记为1#钻井液。
[0017] 实施例2: 配制本实施例的钻井液前首先配制实施例中使用的钻井液用封堵剂:取质量比为30: 30:30:5:4:1的矿物纤维类材料、木质素纤维材料、低软化点渐青、纤维素改性淀粉、阳离子 表面活性剂及水溶性硅油，通过粉碎机5000rpm转速下高速揽拌粉碎，再过200目筛得到粉 末状有机材料，再将粒径范围为0.2-10化m的超细碳酸巧与上述有机材料按3:1质量比的用 干混机混合均匀即得本实施例的钻井液用封堵剂。其中，木质素纤维材料为楠木粉和创花 粉按质量比为1:1混合而成，矿物纤维类材料为海泡石绒、纤维水儀石按质量比为1:1混合 而成，阳离子表面活性剂为CTAB，水溶性硅油为甲基硅油。
[0018] 配制钻井液时，先将lOOOg水与60g钢基膨润±混合，于4000巧m的揽拌速度下揽拌 40min后，再于8000巧m的揽拌速度下揽拌30min，置于常溫下养护24h;r;将养护后的混合体 在eOOOrpm的揽拌速度下，先加入Ig包被聚合物DS-301、地增粘聚合物PMHA- II、25g钻井液 用降滤失剂化-ΗΡΑΝ,再加入55g防塌剂0SAM-K，20g聚酸醇JMC-40和9g钻井液用聚胺抑制 剂NH-1，然后再加入50g上述钻井液用封堵剂，70g钻井液用润滑剂KD-21。揽拌混合均匀后 用烧碱将上述混合物的pH值调至8~9;最后向上述混合体中加入钻井液用加重剂石灰石 粉，揽拌均匀使钻井液的密度1.20g/cm3，即制得强抑制聚酸醇钻井液，记为2#钻井液。
[0019] 实施例3: 配制本实施例的钻井液前首先配制实施例中使用的钻井液用封堵剂。
[0020] 取质量比为30: 30:30:5:4:1的矿物纤维类材料、木质素纤维材料、低软化点渐青、 纤维素改性淀粉、阳离子表面活性剂及水溶性硅油，通过粉碎机在eOOOrpm的转速下高速揽 拌粉碎，再过200目筛得到粉末状有机材料，再将粒径为0.2-10化m的超细碳酸巧与上述有 机材料按2.5:1的质量比用干混机混合均匀。其中，木质素纤维材料为愉树皮粉木质素纤 维，矿物纤维类材料为纤维蛇纹石，阳离子表面活性剂为SPAN80，水溶性硅油为甲基硅油。 [0021 ]配制钻井液时，先将lOOOg水与50g钢基膨润±混合，于4000rpm的揽拌速度下揽拌 40min后，再于8000巧m的揽拌速度下揽拌30min，置于常溫下养护24h;r;将养护后的混合体 在eOOOrpm的揽拌速度下，先加入Ig包被聚合物DS-301、2.5g增粘聚合物PMHA- II、50g钻井 液用降滤失剂Na-HPAN，再加入20g防塌剂FT-388和20g防塌剂0SAM-K，30g聚酸醇JMC-40和 5g钻井液用聚胺抑制剂NH-1，然后再加入15g上述钻井液用封堵剂，40g钻井液用润滑 剂RHJ-1。揽拌混合均匀后用烧碱将上述混合物的pH值调至8~9;最后向上述混合体中加入 钻井液用加重剂石灰石粉，揽拌均匀使钻井液的密度1.25g/cm3,即制得强抑制聚酸醇钻井 液，记为3#钻井液。
[0022] 将上述Ξ个实施例所得到的钻井液分别在室溫和12(TC条件下分别滚动老化16小时 后。测量其性能，实验结果如表2。
[0023] 表2强抑制聚酸醇钻井液试验结果
该体系具有良好的流变性、悬浮携岩能力和润滑性能。
[0024] 由表2可知，1 #、2#和3#钻井液在120°C高溫老化后具有良好的流变性、悬浮携岩 能力和润滑性能，HTHP滤失量《10ml，润滑系数均小于0.08，且具有薄而坚初的泥饼。
[0025] 在清水、实和3#钻井液中分别加入50g岩屯、(天长阜宁组泥岩），并按岩屯、滚 动回收率实验标准(SY/T 5613-2000泥页岩理化性能试验方法)分别测定一次回收率、二次 回收率，实验结果如表3所示。
[0026]
称取天长阜宁组泥岩100目岩屑lOg，WlOOOOPSI压制30min成岩屯、，然后在80°C条件 下，分别测试在清水、和3#钻井液中化和16h的膨胀率。试验结果见表4。
[0027] 由表3可知，和3#钻井液一次回收率均在95%W上，相对于清水回收率提高 73.97%，二次回收率在91%W上，表现出良好的抑制性。由表4可知，1#、2#和3#钻井液膨胀 率远小于清水的18%，说明和3#钻井液具有非常强的抑制水化、防膨胀能力。
[0028] 对1# 和3#钻井液进行了封堵性评价。使用0FI渗透封堵仪(PPT)，400md陶瓷砂 盘测定钻井液封堵性，测定溫度为120°C，压差为7mPa(lOOOPsi)。当溫度升至120°C之后，收 集 lmin、5min、7.51111]1、151111]1、3〇1111]1、351111]1、4〇1111]1、451111]1、5〇1111]1、551111]1、6〇1111]1滤液。试验结 果见表5。在30min时，和3#的滤失量都小于8.5ml，且比后滤失量小于等于11ml，由此 可知实施例和3#配方具有非常优秀的封堵性能。
[00巧]表5 PPT试验结果数据
综上试验表明，本发明形成的钻井液体系在12(TC高溫下具有良好的流变性和失水造 壁性，抑制性和封堵能力强，润滑性优良，能满足复杂情况下安全钻井的要求，可在一定程 度上降低地层失稳的趋势。
【主权项】
1. 一种强抑制聚醚醇钻井液，其特征在于，包括以下重量配比的各组份:水100份，钠基 膨润土4~6份;钻井液用聚胺抑制剂0.2~1份，钻井液用包被剂0.2~0.5份;钻井液用降滤 失剂0.5~5份;钻井液用防塌剂1~6份;钻井液用聚醚醇1~5份;钻井液用封堵剂1~5份， 钻井液用润滑剂3~8份。2. 根据权利要求1所述的强抑制聚醚醇钻井液，其特征在于，所述钻井液用聚胺抑制剂 的分子量为200-1000的小分子端胺基聚醚。3. 根据权利要求1所述的强抑制聚醚醇钻井液，其特征在于，所述钻井液用包被剂的分 子量为300万-1500万的两性离子聚丙烯酰胺类聚合物，采用分子量为300万一700万的增粘 聚合物和分子量为700万一 1500万的包被聚合物按质量比为(2-3) : 1的比例混合。4. 根据权利要求3所述的强抑制聚醚醇钻井液，其特征在于，所述增粘聚合物为PMHA-II，所述包被聚合物为DS-301。5. 根据权利要求1所述的强抑制聚醚醇钻井液，其特征在于，所述钻井液用聚醚醇为分 子量1500-5000的环氧丙烷和环氧乙烷的共聚物，所述环氧乙烷的重量比例为10%-30%，所 述聚醚醇的浊点为37 °C - 43 °C。6. 根据权利要求1所述的强抑制聚醚醇钻井液，其特征在于，所述钻井液用防塌剂为软 化点60~120°C的磺化沥青和有机硅腐殖酸钾中的一种或两者的任一比混合物。7. 根据权利要求1所述的强抑制聚醚醇钻井液，其特征在于，所述钻井液状材料;所述 无机材料为粒径为0.2-100μηι的超细碳酸|丐。8. 根据权利要求7所述的强抑制聚醚醇钻井液，其特征在于，所述木质素纤维材料为楠 木粉、刨花粉和榆树皮粉木质素纤维中的一种或几种，矿物纤维类材料为海泡石绒、纤维水 镁石和纤维蛇纹石中和一种或几种，所述阳离子表面活性剂为失水山梨糖醇脂肪酸酯 (SPAN80)或十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，所述水溶性硅油为甲基硅油。
【文档编号】C09K8/42GK106010484SQ201610443255
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月20日
【发明人】宋碧涛, 曾甘林, 何竹梅, 徐国良, 王媛媛, 薛芸
【申请人】中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司江苏油田分公司