一种钻井液添加剂、钻井液及钻井方法

摘要

本发明提供一种钻井液添加剂、钻井液及钻井方法。本发明提供的钻井液添加剂，按照重量配比包括如下组分：阳离子抑制剂CPI？5～15份，阳离子包被剂CPH-24～8份，阳离子型降滤失剂CPF-15～10份，阳离子型降滤失剂CPF？1～3份，阳离子型封堵剂CPA？1～2份。含有该钻井液添加剂的钻井液电动电位高，对井壁的稳定效果好，此外还具有良好的抗盐性能，特别适用于盐层的中高密度平衡地层。

说明书

技术领域

本发明属于钻井技术领域，特别是涉及一种钻井液添加剂、钻井液及 钻井方法。

背景技术

钻井是利用机械设备，将地层钻成具有一定深度的圆柱形孔眼的工程。 钻井液是钻井过程中在孔内使用的循环冲洗介质，其具有清洁井底、携带 岩屑、平衡井壁和地层压力、冷却及润滑钻头和钻柱、水力破碎岩石等多 种作用。钻井液通常包括基浆(例如膨润土浆)和添加剂，添加剂主要用 于改善和调节钻井液的性能，例如加重剂、抑制剂、包被剂、降滤失剂、 润滑剂、封堵剂等。

在钻井过程中，井壁的稳定性通常受地层粘土矿物分散、膨胀、收缩、 坍塌等因素的影响。由于井壁的稳定性直接影响钻井速度，而钻井速度的 高低直接影响钻井成本，因此维持井壁的稳定性是提高钻速、降低钻井成 本的主要因素之一。由于钻井液在钻井时直接与粘土矿物相接触，钻井液 的性能将会对粘土矿物产生影响，特别是钻井液的电动电位会对粘土矿物 的电动电位造成影响，从而引起粘土矿物的分散、膨胀、收缩、坍塌。此 外，由于地层各层的组成、温度、压力等均不相同，从而导致了地层各层 的电动电位也不相同，这也增加了维持井壁稳定性的难度。

现有的钻井液电动电位值低(通常在-60mV～-30mV)，阳离子浓度低， 无法实现与地层各层的电动电位相匹配，因而稳定效果不佳；此外，该钻 井液抗盐性差，无法适应盐层钻井需求。

发明内容

本发明提供一种钻井液添加剂、钻井液及钻井方法，用于解决现有技 术的钻井液电动电位值低、阳离子浓度低、无法实现与地层各层的电动电 位相匹配、稳定效果不佳、抗盐性差等技术缺陷。

本发明提供一种钻井液添加剂，按照重量配比包括如下组分：阳离子 抑制剂CPI5～15份，阳离子包被剂CPH-24～8份，阳离子型降滤失剂 CPF-15～10份，阳离子型降滤失剂CPF1～3份，阳离子型封堵剂CPA 1～2份。

进一步地，本发明提供的钻井液添加剂按照重量配比包括如下组分： 阳离子抑制剂CPI6～10份，阳离子包被剂CPH-26～8份，阳离子型降滤 失剂CPF-15～10份，阳离子型降滤失剂CPF2～3份，阳离子型封堵剂 CPA1～2份。

进一步地，所述钻井液添加剂还包括阳离子包被剂CPH-14～8份。 CPH-1具有良好的抗高温性能，可应用于高温环境(例如180℃)。

本发明钻井液添加剂中的各组分均可购自新疆中环辉腾石油科技有限 公司。阳离子抑制剂CPI为小阳离子，其降粘率>60％；阳离子包被剂 CPH-2和CPH-1均为大阳离子，其中CPH-2的分子量范围为500～600万， 例如550万左右，CPH-1的分子量范围为45～55万，例如50万左右；阳 离子型降滤失剂CPF-1和CPF均为阳离子褐煤，其中CPF-1的高温高压失 水≤36ml，CPF的中压失水≤15ml；阳离子型封堵剂CPA为阳离子石油沥 青，其目数<120目。

本发明还提供一种钻井液，包括膨润土浆料和上述任一所述的钻井液 添加剂，所述钻井液添加剂与所述钻井液的质量体积比为(1～5)：100； 即，100L的所述钻井液中含有1～5kg的所述钻井液添加剂。

进一步地，所述膨润土浆料包括膨润土和水，所述膨润土与所述膨润 土浆料的质量体积比为(3～4)：100，并且所述钻井液的pH值为9～10。

进一步地，所述钻井液还可以根据实际需求包括其它添加剂，例如润 滑剂、盐类等。

本发明还提供一种钻井方法，在钻井初期使用由膨润土浆料和第一添 加剂混合形成的第一钻井液；在进入中部地层后使用由膨润土浆料和第二 添加剂混合形成的第二钻井液；在进入下部地层后使用由膨润土浆料和上 述任一所述的钻井液添加剂混合形成的第三钻井液。

进一步地，所述第一添加剂包括阳离子抑制剂CPI和阳离子包被剂 CPH-2，所述阳离子抑制剂CPI与所述第一钻井液的质量体积比为(0.2～ 0.4)：100，所述阳离子包被剂CPH-2与所述第一钻井液的质量体积比为 (0.4～0.8)：100。

进一步地，所述第二添加剂包括阳离子抑制剂CPI、阳离子包被剂 CPH-2和阳离子型降滤失剂CPF-1，所述阳离子抑制剂CPI与所述第二钻 井液的质量体积比为(0.6～1)：100，所述阳离子包被剂CPH-2与所述第 二钻井液的质量体积比为(0.8～1)：100，所述阳离子型降滤失剂CPF-1 与所述第二钻井液的质量体积比(0.5～1)：100。

进一步地，控制所述第二钻井液和所述第三钻井液的pH值均为9～ 10。

进一步地，所述钻井液添加剂与所述第三钻井液的质量体积比为(1～ 5)：100。

本发明的实施，至少具有以下优势：

1、本发明提供的钻井液添加剂组成简单、配方合理，其各组分协同 作用，既抑制了基浆中膨润土的分散，同时不影响各组分功效的发挥；含 有该钻井液添加剂的钻井液不仅满足一般的性能要求，并且具有较高的电 动电位和阳离子浓度，此外其还具有良好的抗盐、抗高温、抗石膏等性 能。

2、本发明提供的钻井液使用方便、环保，特别是可以通过对其组成 进行调节来适应地层各层状况并与各层电动电位相匹配，从而在钻井时不 改变各层粘土矿物的电动电位，因此对井壁的稳定效果好，可实现较高的 钻井速度；该钻井液适用性强，可适用于淡水、(饱和)盐水、高钙等多 种情况。

3、本发明提供的钻井方法操作简单、可控性强，其针对地层特性在 钻井的各阶段通过对膨润土浆和添加剂形成胶液进行混合来添加不同的钻 井液，更加易于调节，因而能够更好地维护地层的稳定、减少了钻井过程 中的复杂情况、提高了钻井效率，特别适用于盐层的中高密度平衡地层。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的 实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所 描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明 中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的 所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明各实施例采用的添加剂均购自新疆中环辉腾石油科技有限公 司。

实施例1

1、膨润土浆

向配浆水(Cl^-含量<6000mg/l)中加入少量NaOH和除钙剂CPN，使 其pH为9～10，按每立方米水(1000L)加入90kg膨润土的比例加入钻井 液用膨润土，搅拌、循环老化后待用。

2、钻井液添加剂

第一添加剂，按照重量配比包括阳离子抑制剂CPI3份和阳离子包被 剂CPH-26份；

第二添加剂，按照重量配比包括阳离子抑制剂CPI8份、阳离子包被 剂CPH-29份和阳离子型降滤失剂CPF-18份；

第三添加剂(即钻井液添加剂)，按照重量配比包括如下组分：阳离 子抑制剂CPI10份，阳离子包被剂CPH-26份，阳离子型降滤失剂CPF-1 8份，阳离子型降滤失剂CPF2份，阳离子型封堵剂CPA1.5份。

实施例2

1、膨润土浆

向配浆水中加入少量NaOH和除钙剂CPN，使其pH为9～10，按每立 方米水加入100kg膨润土的比例加入钻井液用膨润土，搅拌、循环老化后 待用。

2、钻井液添加剂

第一添加剂，按照重量配比包括阳离子抑制剂CPI2份和阳离子包被 剂CPH-28份；

第二添加剂，按照重量配比包括阳离子抑制剂CPI6份、阳离子包被 剂CPH-210份和阳离子型降滤失剂CPF-110份；

第三添加剂，按照重量配比包括如下组分：阳离子抑制剂CPI6份， 阳离子包被剂CPH-28份，阳离子型降滤失剂CPF-110份，阳离子型降滤 失剂CPF3份，阳离子型封堵剂CPA2份。

实施例3

1、膨润土浆

向配浆水中加入少量NaOH和除钙剂CPN，使其pH为9～10，按每立 方米水加入80kg膨润土的比例加入钻井液用膨润土，搅拌、循环老化后待 用。

2、钻井液添加剂

第一添加剂，按照重量配比包括阳离子抑制剂CPI4份和阳离子包被 剂CPH-24份；

第二添加剂，按照重量配比包括阳离子抑制剂CPI10份、阳离子包被 剂CPH-28份和阳离子型降滤失剂CPF-16份；

第三添加剂，按照重量配比包括如下组分：阳离子抑制剂CPI15份， 阳离子包被剂CPH-24份，阳离子包被剂CPH-14份，阳离子型降滤失剂 CPF-15份，阳离子型降滤失剂CPF1份，阳离子型封堵剂CPA1份。

实施例4

分别采用上述实施例1至3的膨润土浆和钻井液添加剂对盐层进行钻 井试验，该盐层的盐密度最高可达2.3g/cm³左右。

采用各实施例的膨润土浆和钻井液添加剂进行钻井试验前，首先将各 实施例老化后的膨润土浆用水稀释至浆液中膨润土的质量与稀释后的膨润 土浆的体积比3：100左右，调节pH为9～10后加入至循环罐中，在搅拌 下进行循环使用；同时，在胶液罐中先后将该实施例的第一至第三钻井液 添加剂分别制成胶液，配制胶液时，在每立方米水中，边搅拌边按照上述 重量份(1份为1kg)加入钻井液添加剂中的各组分，调节胶液的pH为9～ 10，并且可适量添加润滑剂(例如10kg左右)以减少摩擦，并且在第三钻 井液添加剂配制时适量添加氯化钠，以使Cl^-浓度与地层相匹配。试验 时，将循环罐中的膨润土浆与胶液罐中的胶液混合使用，以便方便地根据 地层各层的具体情况对钻井液的组成进行调节。

在钻井初期，采用通过将第一添加剂制成的胶液缓慢加入到循环的膨 润土浆中形成的第一钻井液进行；在进入中部地层后，采用通过将第二添 加剂制成的胶液缓慢加入到循环的膨润土浆中形成的第二钻井液进行；到 达下部地层时，采用通过将第三添加剂制成的胶液缓慢加入到循环的膨润 土浆中形成的第三钻井液进行；钻井时，控制各钻井液中添加剂与钻井液 的质量体积比为(1～5)：100，并且同时监控钻井液的各项性能，如使用 过程中性能变差，可调整由各添加剂制成的胶液的用量，以保持各项参数 符合要求。

采用各实施例的膨润土浆和钻井液添加剂不仅有效抑制了井段上部粘 土的水化膨胀，同时维持了井段中下部的稳定性，整个钻井过程未见地层 粘土矿物分散、膨胀、收缩、坍塌等不良现象，钻井顺利，并且钻井时的 平均钻速达8.3m/h，相对常规盐层钻井的平均钻速提高了约15％。

此外，在钻井过程中，采用常规方法对钻井液的性能进行测试，结果 见表1。

表1各钻井液的性能(井深4576米)

由表1结果可知：

由各实施例的膨润土浆和钻井液添加剂形成的钻井液的各项性能均符 合常规钻井液的性能要求，并且各钻井液均具有较高的电动电位和阳离子 浓度，特别是其抗盐性好，能够较好地适应高密度盐层的钻井需求。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非 对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的 普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进 行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或 者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范 围。