低腐蚀低固相强抑制钻井液及制备方法

摘要

本发明公开了一种低腐蚀低固相强抑制钻井液及制备方法，低腐蚀低固相强抑制钻井液包括下述质量百分比的物质：无机可溶性加重剂10～20%；提粘剂0.1～0.3%；降滤失剂0.5～1.0%；碱度控制剂0.1～0.3%；除氧剂0.5～0.8%；缓蚀剂0.1～0.2%；防腐剂0.03～0.05%；余量为水。本发明具备良好液相加重能力实现低固相兼具强抑制性的特点，同时具备的低腐蚀特点又能解决当前的钻具腐蚀问题。

说明书

技术领域

本发明涉及一种油气田钻井作业中的钻井液配方及制备方法，是一种适合水平井钻进特别是长水平段复杂岩性非均质地层钻进的低腐蚀低固相强抑制钻井液及制备方法。

背景技术

随着长水平井钻井技术在全世界范围大量应用，储层特有的地质因素比如：碳质泥岩及煤层极为发育，泥页岩水化程度高、易垮塌；储层非均质性造成轨迹调整频繁，加之地层复杂原因导致井下清洁难度加大，水平段钻进超过1000米扭矩过高（超过30KN.m），这给安全钻进造成了极大地威胁。

为了解决上述问题，近年来在实际钻进过程中建立了一整套针对解决长水平段防塌问题的甲酸盐加重钻井液体系成。例如，中国专利号“200810232642.9”公开了一种强抑制性双钾离子—聚合物钻井液，公开日为2009年05月13日，包括下述重量百分比的物质：A.作为无机抑制剂的无机钾盐7%-9%；B.作为有机抑制剂的有机钾盐0.5%-0.6%；C.提粘剂0.3%-0.5%；D.降滤失剂0.3%-0.5%；E.碱度控制剂0.3%-0.5%；F.防腐剂0.03%-0.1%；G.消泡剂0.1%-0.2%；H.加重剂1%-8%；余量是水。

但是在生产实践过程中，甲酸盐的使用在富氧钻井过程中带来了新的问题：一、钻具腐蚀问题，从现场随钻腐蚀环和钻具的腐蚀状况来看，使用甲酸盐加重后钻具腐蚀问题较为尖锐，为克服腐蚀问题防腐产品投入远超出预算，致使综合生产成本提高了20%以上。二、加重能力不够，根据室内岩心伤害试验研究，甲酸钠加量超过20%将对储层造成较为严重的伤害，因此现场钻井液中甲酸钠含量不能超过20%，而20%甲酸钠溶液密度为1.12g/cm³，单独采用甲酸盐加重并不能满足现场生产需要，还需用石灰石等惰性固相加重材料作为辅助加重剂。三、防塌抑制性不强，当钻遇泥岩和碳质泥岩后，甲酸钠作为一种加重剂仅能从力学方面来平衡地层压力和稳定井壁，不能通过增强钻井液抑制性和通过力学与化学耦合作用提高井壁稳定性，因此甲酸盐液相加重不能满足现场需要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有水平井钻井技术中使用的钻井液存在的上述问题，提供一种低腐蚀低固相强抑制钻井液及制备方法，本发明具备良好液相加重能力实现低固相兼具强抑制性的特点，同时具备的低腐蚀特点又能解决当前的钻具腐蚀问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种低腐蚀低固相强抑制钻井液，其特征在于，包括下述质量百分比的物质：

无机可溶性加重剂10～20%；

提粘剂0.1～0.3%；

降滤失剂0.5～1.0%；

碱度控制剂0.1～0.3%；

除氧剂0.5～0.8%；

缓蚀剂0.1～0.2%；

防腐剂0.03～0.05%；

余量为水。

所述的无机可溶性加重剂由作为加重剂的硫酸钠、作为除氧剂和加重剂的亚硫酸钠、作为抑制剂和加重剂的硫酸钾按照组成，组份的质量配比关系为28：1：11。

本发明还包括润滑剂1.0～2.0%，所述润滑剂为聚氧乙烯蓖麻油。

所述的提粘剂为生物聚合物XC和羟乙基纤维素按2﹕1质量配比成的混合物。

所述降滤失剂为羧甲基淀粉或羟丙基淀粉中的一种或按任一配比的两种。

所述碱度控制剂为氢氧化钠。

所述除氧剂为二乙基羟胺。

所述缓蚀剂为咪唑啉及其衍生物，衍生物可以为1,3-二甲基-2-咪唑啉酮，2-烷氨基-3-芳基咪唑啉酮和2-芳氨基-3-氨基咪唑啉酮。

所述防腐剂为医用福尔马林溶液。

一种低腐蚀低固相强抑制钻井液及制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

    a、按照配比，在水中分别加入降滤失剂和提粘剂，充分搅拌混合均匀；

b、再加入无机可溶性加重剂，搅拌使其充分溶解；

c、再分别加入防腐剂、除氧剂和缓蚀剂，搅拌使其溶解；

d、用碱度调节剂将pH值调节至9～10.5。

所述pH值调节后，根据实际需要加入润滑剂。

所述a—d步骤，是在常温常压下进行。

采用本发明的优点在于： 

一、本发明中，选用无机可溶性盐作为钻井液液相加重剂，缓解了以往有机盐加重钻井液后带来的钻具腐蚀问题和惰性固相加重后高固相高摩阻问题，引入亚硫酸钠组分中含有还原基团的酸根阴离子，可以除掉钻井液中部分溶解氧，进一步降低钻井液对钻具的腐蚀性，引入硫酸钾，通过钾离子对粘土矿物的晶格固定作用，达到稳定井壁和防塌的目的。

二、本发明中，无机可溶性加重剂由作为加重剂的硫酸钠、作为除氧剂和加重剂的亚硫酸钠、作为抑制剂和加重剂的硫酸钾组成，组份的配比关系为28：1：11，采用此特定的配比关系，具有的优点为：①在不增加钻井液固相含量的情况下有效加重钻井液体系到1.2g/cm3以上且储层伤害恢复率大于85%；②有效降低钻具腐蚀速率，腐蚀速率由之前0.3-0.6mm/a降至行业标准0.076 mm/a以内；③对水敏性地层的粘土矿物具有强抑制性，一次回收率指标大于90%；④综合成本低，仅为现有成本的75%。

三、本发明中，选择、研制合适的处理剂生物聚合物XC和羟乙基纤维素，由于XC具有提高钻井液结构粘度和切力，羟乙基纤维素具有提高钻井液液相粘度的作用，二者配合使用能够钻井液有效携砂和清洁井眼能力，因而满足现场钻井液流变性能的要求。

四、本发明中，加入了除氧剂0.5～0.8%和缓蚀剂0.1～0.2%，除氧剂与缓蚀剂复配，由于进一步降低钻井液中氧含量原因和在钻具上形成一层保护膜，因而为钻具的腐蚀防护加上了双保险。

五、本发明中，加入了无机可溶性加重剂10～20%，利用无机可溶性加重剂调节钻井液密度，平衡地层应力，配合使用现场固控设备最大限度的消除无用固相。

六、本发明还包括润滑剂1.0～2.0%，所述润滑剂为聚氧乙烯蓖麻油，可根据实际需要加入，聚氧乙烯蓖麻油除了能够提高钻井液的润滑性能，有效降低扭矩和摩阻达60%以上的优点外，还具有无荧光、无毒和可生物降解的环保优点。

七、本发明中，加入了降滤失剂羧甲基淀粉或羟丙基淀粉中的一种或按任一配比的两种，能够将钻井液滤失量降低到5ml/30min以下。

八、本发明对钻具腐蚀速率低，性能稳定，液相密度高，且易调节，流变性能好，能有效保护储层，保持井壁稳定，提高储层钻遇率，特别是非均质储层含大段泥岩，碳质泥岩和煤等复杂地层，聚合物的选择上选用可生物降解的生物聚合物，这样通过后期的酸化和生物酶降解，恢复储层的渗透率，既能满足长水平段钻进的需要，又能大幅提高单井产量，获得良好的经济效益和社会效益，很值得推广应用。

具体实施方式

实施例1

一种低腐蚀低固相强抑制钻井液，包括下述质量百分比的物质：

无机可溶性加重剂10%；

提粘剂0.1%；

降滤失剂0.5%；

碱度控制剂0.1%；

除氧剂0.5%；

缓蚀剂0.1%；

防腐剂0.03%；

余量为水。

本发明中，所述的无机可溶性加重剂由作为加重剂的硫酸钠、作为除氧剂和加重剂的亚硫酸钠、作为抑制剂和加重剂的硫酸钾组成，组份的配比关系为28：1：11，亚硫酸钠作为除氧剂和加重剂，还要单独加入二乙基羟胺除氧剂，原因为亚硫酸钠和二乙基羟胺复配使用，能够充分发挥无机除氧剂和有机除氧剂协同除氧作用，可以将钻井液中氧含量控制在2.0mg/以下，比单独使用其中任何一种除氧效果更好，对钻具腐蚀防护能力更强。

本发明中，所述的提粘剂为生物聚合物XC和羟乙基纤维素按2﹕1质量配比直接混合形成的混合物。

本发明中，所述降滤失剂为羧甲基淀粉或羟丙基淀粉中的一种。

本发明中，所述碱度控制剂为氢氧化钠，但并不局限于化钠，也可选择现有技术中的其它碱度控制剂，只要能将pH值调节至9～10.5即可。

本发明中，所述除氧剂为二乙基羟胺。

本发明中，所述缓蚀剂为咪唑啉及其衍生物，衍生物可以为1,3-二甲基-2-咪唑啉酮，2-烷氨基-3-芳基咪唑啉酮和2-芳氨基-3-氨基咪唑啉酮。

本发明中，所述防腐剂为医用福尔马林溶液。

一种低腐蚀低固相强抑制钻井液及制备方法，包括如下步骤：

    a、按照配比，在水中分别加入降滤失剂和提粘剂，充分搅拌混合均匀；

b、再加入无机可溶性加重剂，搅拌使其充分溶解；

c、再分别加入防腐剂、除氧剂和缓蚀剂，搅拌使其溶解；

d、用碱度调节剂将pH值调节至9。

所述a—d步骤，是在常温常压下进行。

实施例2

本实施例与上述实施例基本相同，主要区别如下：

一种低腐蚀低固相强抑制钻井液，包括下述质量百分比的物质：

无机可溶性加重剂20%；

提粘剂0.3%；

降滤失剂1.0%；

碱度控制剂0.3%；

除氧剂0.8%；

缓蚀剂～0.2%；

防腐剂0.05%；

余量为水。

本发明中，所述降滤失剂为羧甲基淀粉或羟丙基淀粉按任一配比的两种。

一种低腐蚀低固相强抑制钻井液及制备方法，包括如下步骤：

    a、按照配比，在水中分别加入降滤失剂和提粘剂，充分搅拌混合均匀；

b、再加入无机可溶性加重剂，搅拌使其充分溶解；

c、再分别加入防腐剂、除氧剂和缓蚀剂，搅拌使其溶解；

d、用碱度调节剂将pH值调节至10.5。

实施例3

本实施例与上述实施例基本相同，主要区别如下：

一种低腐蚀低固相强抑制钻井液，包括下述质量百分比的物质：

无机可溶性加重剂15%；

提粘剂0.2%；

降滤失剂0.7%；

碱度控制剂0.2%；

除氧剂0.6%；

缓蚀剂0.15%；

防腐剂0.04%；

余量为水。

本发明还包括润滑剂1.0～2.0%，所述润滑剂为聚氧乙烯蓖麻油，但并不局限于聚氧乙烯蓖麻油，性质等同的均可。

一种低腐蚀低固相强抑制钻井液及制备方法，包括如下步骤：

    a、按照配比，在水中分别加入降滤失剂和提粘剂，充分搅拌混合均匀；

b、再加入无机可溶性加重剂，搅拌使其充分溶解；

c、再分别加入防腐剂、除氧剂和缓蚀剂，搅拌使其溶解；

d、用碱度调节剂将pH值调节至9.5，所述pH值调节后，根据实际需要加入润滑剂。

实施例4

下面结合生产实例对本发明作进一步说明，但下属实施例不用于限制本发明的实施范围：

长北气田位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡，主要含气层位是上古生代下二叠系下统山西组山2段。三期储层三类储层泥岩、碳质泥岩及煤层极为发育，泥页岩水化程度高、易垮塌；储层非均质性造成轨迹调整频繁，加之地层复杂原因导致井下清洁难度加大，水平段钻进超过1000米扭矩过高（超过30KN.m），严重影响后期钻进。此外，目前水平段沿袭传统的甲酸钠液相加重技术，钻具腐蚀问题日益严重，为缓解钻具腐蚀所大量使用的除氧剂和缓蚀剂造成钻井液综合成本大大增加。

将1%降滤失剂（羧甲基淀粉），0.3%提粘剂（生物聚合物XC与羟乙基纤维素按2：1质量配比），12%无机可溶性加重剂，依次加入清水中，充分搅拌混合，搅拌充分溶解，再依次加入0.05%防腐剂，0.5%除氧剂和0.3%缓蚀剂，最后用氢氧化钠调节pH值至10，搅拌均匀，充分预水化，配制成钻井液。

一、测试性能实验

按照API推荐钻井液测试标准检验，基本性能如表1所示，

表1 一种配比钻井液基本性能

序号性能名称指标1密度，g/cm³1.04～1.152FV，sec.65～753API FL，mL3.1～6.04pH9.5～105PV，mPa·s6～186YP，Pa10～2676RPM5～148油含量,%1.0～2.09钻具腐蚀速率，mm/a0.0303～0.030910固相含量，%4.5～4.711岩屑回收率,%89～9112岩心伤害恢复率,%88～92

二、按照上述组成配比，根据上述配制程序在现场配制，对长北一井CB19-1和CB19-2进行现场试验，其中CB19-1完井井深5093m。其中水平段长达到1867m，该井储层通过该配方的使用，在1867m水平段钻进过程中，钻具保护良好，泥浆溶解氧含量低，抑制性明显成功钻穿多段泥岩碳泥和42米煤层，渗漏量得到良好控制：小于0.02m³/m，有效实现了储层保护的目地。其它技术指标：密度1.13 g/cm³，粘度73，API失水3.6ml/30min。日产气达到110万方，在三期储层中表现优异。

实施例5

将0.1%羟乙基纤维素，0.5%羧甲基淀粉，0.2%生物聚合物XC，再加入20%的无机可溶性加重剂，依次加入清水中，充分搅拌混合，搅拌充分溶解，再依次加入0.05%防腐剂，0.6%除氧剂和0.2%缓蚀剂，最后用氢氧化钠调节pH值至10，搅拌均匀，充分预水化，配制成钻井液。

测试性能实验

按照API推荐钻井液测试标准检验，基本性能如表2所示，

表2 一种配比钻井液基本性能

序号性能名称指标1密度，g/cm³1.05～1.22FV，sec.65～803API FL，mL3.0～5.04pH9.5～105PV，mPa·s13～186YP，Pa14～2876RPM14～228油含量,%1.2～2.09钻具腐蚀速率，mm/a0.0302～0.030810固相含量，%4.3～4.511岩屑回收率,87～9512岩心伤害恢复率,%86～91

按照上述组成配比，根据上述配制程序在现场配制，对长北二井CB8-1，CB8-2和CB8-3进行现场试验，其中CB8-3井施工过程中，完钻井深4954m。其中第一分支水平段长达到1567米第二分支水平段长达1617米，该井储层通过该配方的使用，在水平段3个多月的开发过程中，渗漏量得到良好控制：小于0.02m³/m，钻具保护情况良好，体系抑制性明显成功钻穿125米泥岩，24米碳质泥岩和65米煤层，井眼清洁度良好。其它技术指标：密度1.21 g/cm³，粘度70，API失水3.3ml/30min。双分支水平井CB8-3井获得240万方/日的无阻流量，证明该配方对储层的优良保护功能。此外，本发明钻井液配方现场应用结果表明较传统钻井液配方相比，成本有所下降，取得良好的经济效益。