一种低固相抗高温抗盐完井液及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于完井液领域，更具体地，涉及一种低固相抗高温抗盐完井液及其制备方法和应用。


背景技术：

2.近年来，随着钻特殊井、超深井和复杂井数量的增多，深井和超深井的钻探己在国内外被看作今后钻探工业发展的一个重要方面。对钻井液工艺技术提出了更高的要求，原有的钻井液处理剂己不能完全满足钻井液工艺技术发展的需要。由于井越深，技术上的困难越多，因此，世界各国都把钻井深度和速度作为钻井工艺的重要标志。实践证明，深井、超深井钻井液质量对深井、超深井的成败、钻速、深部油气资源勘探和钻井成本有着极其重要的意义。从当前深井、超深井钻井液研究现状来看，常用的深井、超深井钻井液有水基和油基两大类。虽然油基钻井液相对水基钻井液有抗高温、抗盐钙侵、有利于井壁稳定等优点，但是与水基相比，油基钻井液的配制成本高太多、使用时会对井场附近的生态环境造成严重影响、机械钻速一般也较低。而水基钻井液具有：成本低、配置处理维护较为简单、处理剂来源广且种类多、性能容易控制等优点：所以国内以水基钻井液为主。常规的水基泥浆或油基泥浆由于自身的特点，往往在钻井过程中尤其会对储层造成不可挽救的伤害，从而使勘探及至后期的开发得出错误的结论，而增加不必要且高昂的处理费用；同时常用的重晶石加重剂由于本身不可溶，且具有潜在的危害性，也导致了废弃钻井液排放处理费用高的问题。尤其是在高温情况下，钻井液中化学物质的高温降解所分解出的固相微粒，更是在使体系性变差的同时，对地层形成了新的伤害。同时部分钻井液体系由于化学成份复杂，与水泥兼容性差，从而影响后继的固井质量。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于解决上述问题，提供一种抗高温抗盐深井完井工作液，以实现流变性佳、切力值低、体系滤失量低、配伍兼容性好、成本低廉、环境友好的优点。
4.为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种低固相抗高温抗盐完井液，该低固相抗高温抗盐完井液包括：
5.水100重量份、膨润土1-6重量份、甲酸盐10-260重量份、抗高温增粘剂1-10重量份、抗高温降滤失剂2-10重量份、油层保护剂1-6重量份、流型调节剂1-10重量份、高温稳定剂1-5重量份。
6.作为优选方案，该低固相抗高温抗盐完井液包括：
7.水100重量份、膨润土2-5重量份、甲酸盐20-250重量份、抗高温增粘剂2-9重量份、抗高温降滤失剂3-9重量份、油层保护剂2-5重量份、流型调节剂2-9重量份、高温稳定剂2-5重量份。
8.作为优选方案，所述甲酸盐选自甲酸钾、甲酸钠和甲酸铯中的至少一种，所述甲酸盐进一步优选为甲酸钾。
9.作为优选方案，所述抗高温增粘剂选自羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素和黄原胶中的至少一种，所述抗高温增粘剂进一步优选为黄原胶。
10.作为优选方案，所述抗高温降滤失剂为磺甲基酚醛树脂smp
-ⅱ
和/或抗高温降滤失剂sk，所述抗高温降滤失剂进一步优选为磺甲基酚醛树脂smp
-ⅱ
。
11.作为优选方案，所述油层保护剂为油层保护剂fzd-1。
12.作为优选方案，所述流型调节剂选自水解聚丙烯腈钠盐、两性离子聚合物降粘剂和丙烯酸钠共聚物中的至少一种，所述流型调节剂进一步优选为两性离子聚合物降粘剂，最优选为两性离子聚合物降粘剂xy-27。
13.作为优选方案，所述高温稳定剂为高温稳定剂cmc-lv。
14.本发明的第二方面提供上述的低固相抗高温抗盐完井液的制备方法，该制备方法包括：
15.将水、膨润土、甲酸钾、抗高温增粘剂、抗高温降滤失剂、油层保护剂、流型调节剂和高温稳定剂混合均匀，得到所述低固相抗高温抗盐完井液。
16.本发明的第三方面提供上述的低固相抗高温抗盐完井液在高温复杂深井地层完井作业中的应用。
17.本发明的有益效果：
18.本发明的低固相抗高温抗盐完井液体系，钻井液整体处理剂用量低，且多为可降解材料，因此相较于普通钻井液降低了对地层的伤害。具有优良的结构组成，不仅优化了体系整体性能，还极大地提高了体系耐热抗盐稳定性，同时所选组份均为水溶性物质，减少了排放对环境的污染，且避免了钻完井液因不配伍而产生对地层新的伤害，更是能够大大降低高昂的配液费用。
19.本发明的低固相抗高温抗盐完井液在深井具有良好的携带岩屑悬浮能力，可用于深层勘探开发，适应性强，并且可以用于高温、低压、低渗透砂岩和泥岩和泥岩页岩储层形成和盐层，抑制页岩水化膨胀能力和储层保护效果好，主要用于深井完井施工作业。
20.本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
21.下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
22.本发明的第一方面提供一种低固相抗高温抗盐完井液，该低固相抗高温抗盐完井液包括：
23.水100重量份、膨润土1-6重量份、甲酸盐10-260重量份、抗高温增粘剂1-10重量份、抗高温降滤失剂2-10重量份、油层保护剂1-6重量份、流型调节剂1-10重量份、高温稳定剂1-5重量份。
24.上述组分均可通过商购获得。
25.根据本发明，膨润土可使用购自灵寿县坤纳矿产品加工厂、型号为0100-kn的膨润土，其主要成分是二氧化硅、三氧化二铝和水，还含有铁、镁、钙、钠、钾等元素，具有强的吸
湿性和膨胀性，可吸附8-15倍于自身体积的水量，体积膨胀可达数倍至30倍，在水介质中能分散成胶凝状和悬浮状。
26.为了能够很好地提供完井液的功能，作为优选方案，该低固相抗高温抗盐完井液包括：
27.水100重量份、膨润土2-5重量份、甲酸盐20-250重量份、抗高温增粘剂2-9重量份、抗高温降滤失剂3-9重量份、油层保护剂2-5重量份、流型调节剂2-9重量份、高温稳定剂2-5重量份。
28.作为优选方案，所述甲酸盐选自甲酸钾、甲酸钠和甲酸铯中的至少一种，所述甲酸盐进一步优选为甲酸钾。
29.甲酸盐在本发明形成的低固相抗高温抗盐完井液体系中，起到了提高钻进液抗盐侵的作用，具有稳定钻井液性能增强抑制性的有益效果。当甲酸盐选用甲酸钾时，钻进液抗盐侵、稳定钻井液性能增强抑制性的效果更为突出。
30.根据本发明，甲酸钾可以使用购自淄博安豪化工有限公司、型号为590-29-4的甲酸钾。其参数为：分子量：84.11，cas：590-29-44，性能：外观为纯白色细小结晶，易溶于水，且溶解速度极快；极易吸潮；具有还原性，能与强氧化剂反应，堆积密度为1.9100g/cm3，无毒无腐蚀。
31.作为优选方案，所述抗高温增粘剂选自羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素和黄原胶中的至少一种，所述抗高温增粘剂进一步优选为黄原胶。
32.抗高温增粘剂在本发明形成的低固相抗高温抗盐完井液体系中，除了具有本身的抗高温、增粘作用外，还起到了稳定钻井液高温下体系的作用，具有优良稳定钻井液性能的有益效果。当高温增粘剂选用黄原胶时，有益效果在于，其在上述性能表现更加优异的同时，产品更加温和，适应地层情况广泛。
33.根据本发明，黄原胶可以使用购自荣盛化工有限公司、型号为rs-033的黄原胶；黄原胶对不溶性固体和油滴具有良好的悬浮作用。黄原胶溶胶分子能形成超结合带状的螺旋共聚体，构成脆弱的类似胶的网状结构，所以能够支持固体颗粒、液滴和气泡的形态，显示出很强的乳化稳定作用和高悬浮能力。黄原胶溶液具有低浓度高粘度的特性，是一种高效的增稠剂。
34.作为优选方案，所述抗高温降滤失剂为磺甲基酚醛树脂smp
-ⅱ
和/或抗高温降滤失剂sk，所述抗高温降滤失剂进一步优选为磺甲基酚醛树脂smp
-ⅱ
。
35.抗高温降滤失剂在本发明形成的低固相抗高温抗盐完井液体系中，除了具有本身的抗高温、降滤失作用外，还起到了防止井壁破碎的作用。当抗高温降滤失剂选用smp
-ⅱ
时，有益效果在于效果更加优异、加量少且节省成本。
36.根据本发明，smp
-ⅱ
可以使用购自河北恒聚化工有限公司、型号为6001的磺甲基酚醛树脂smp
-ⅱ
；smp-ii是在苯环单元引入磺酸基，苯环间又以碳原子相连。因为苯羟基在邻对位上引进了磺酸钠基-so3na，水化作用强、缔合水的键能高，因而又解决了它的水溶性，决定了它抗盐、抗钙、降低高温高压降失水量的作用。
37.作为优选方案，所述油层保护剂为油层保护剂fzd-1，选用油层保护剂fzd-1的有益效果在于减少钻井液中固相成分对油气层的损害。油层保护剂可以使用购自东营福瑞达石油科技有限责任公司的油层保护剂fzd-1；fzd-1主要成分为油溶性聚合物、烯烃树脂，并
添加了悬浮稳定剂和分散剂，具有良好的油溶性。fzd-1可随钻井液在井壁处形成井壁环，架桥粒子和充填粒子，在一定的温度下可以变形，在油层表面形成屏蔽暂堵，不伤害污染油层，自身能被原油溶解消除，起到保护油气层的作用。fzd-1是一种可变形的、可油溶的高效油气层保护暂堵剂，使用简单方便。
38.作为优选方案，所述流型调节剂选自水解聚丙烯腈钠盐、两性离子聚合物降粘剂和丙烯酸钠共聚物中的至少一种，所述流型调节剂进一步优选为两性离子聚合物降粘剂，最优选为两性离子聚合物降粘剂xy-27。
39.流型调节剂在本发明形成的低固相抗高温抗盐完井液体系中，起到了调节钻井液流变性的作用，具有保持钻井液好的流型的有益效果。当流型调节剂选用两性离子聚合物降粘剂xy-27时，有益效果在于对钻井液中各成分包裹性好。
40.根据本发明，两性离子聚合物降粘剂xy-27可以使用购自河南省邦振化工有限公司的两性离子聚合物降粘剂xy-27。xy27分子链中引入了一定比例的阳离子、阴离子、非阴离子官能团。由于阳离子基团的存在，大大提高了xy27抑制泥页岩分散、膨胀的能力，并能提高完井液体系的抑制性。因此，xy27不仅能显著降低完井液的粘度，而且能使钻井液的粘度保持稳定，表现出较强的抗岩屑污染能力。
41.作为优选方案，所述高温稳定剂为高温稳定剂cmc-lv，相比于其他高温稳定剂具有更好地在高温下稳定钻井液性能的有益效果。具体可选用购自天津润圣纤维素科技有限公司、型号为9004-32-4的高温稳定剂cmc-lv。其是白色或微黄色絮状纤维粉末或白色粉末，是一种阴离子型线性高分子结构的纤维素醚，无嗅无味，无毒。易溶于冷水或者热水，形成具有一定粘度的透明溶液。
42.本发明的第二方面提供上述的低固相抗高温抗盐完井液的制备方法，该制备方法包括：
43.将水、膨润土、甲酸钾、抗高温增粘剂、抗高温降滤失剂、油层保护剂、流型调节剂和高温稳定剂混合均匀，得到所述低固相抗高温抗盐完井液。
44.根据本发明，在一个具体的实施方式中，上述的低固相抗高温抗盐完井液的制备方法包括：
45.在水中先加入膨润土，再加入甲酸钾，再加入抗高温增粘剂，再加入抗高温降滤失剂，再加入油层保护剂，再加入流型调节剂，再加入高温稳定剂，混合均匀，得到所述低固相抗高温抗盐完井液。
46.本发明的第三方面提供上述的低固相抗高温抗盐完井液在高温复杂深井地层完井作业中的应用。
47.深井钻井液的最大特点是使用于高温高压的条件下，井底温度可达150℃～250℃，井越深，地层越老，越可能出现温度梯度异常，井底温度越高。而一般5000m以上深井的井底压力可能达到100mpa以上.如此高温高压必然会对钻井液体系产生严重影响。由于水的可压缩性相对较小，故压力对水基钻井液的密度及其它性能，如流变性、滤失造壁性等均无明显的影响，但是温度的影响却十分显著。
48.其中，高温复杂深井地层是指井底温度≥120℃、井深≥4500m、井底有漏失和/或断层和/或破裂带的地层。
49.本发明实施例中，甲酸钾购自淄博安豪化工有限公司、型号为590-29-4；黄原胶购
自荣盛化工有限公司、型号为rs-033；smp
-ⅱ
购自河北恒聚化工有限公司、型号为6001；油层保护剂fzd-1购自东营福瑞达石油科技有限责任公司；流型调节剂为两性离子聚合物降粘剂xy-27，购自河南省邦振化工有限公司；高温稳定剂cmc-lv购自天津润圣纤维素科技有限公司、型号为9004-32-4。
50.实施例1
51.本发明提供一种低固相抗高温抗盐完井液及其制备方法。
52.在100重量份水中先加入3重量份的膨润土，再加10重量份的甲酸钾，再加1重量份的抗高温增粘剂黄原胶，再加2重量份的抗高温降滤失剂磺甲基酚醛树脂smp
-ⅱ
，再加1重量份的油层保护剂fzd-1，再加1重量份的流型调节剂两性离子聚合物降粘剂xy-27，再加1重量份的高温稳定剂cmc-lv，混合均匀得到低固相抗高温抗盐完井液。
53.实施例2
54.本发明提供一种低固相抗高温抗盐完井液及其制备方法。
55.在100重量份水中先加入3重量份的膨润土，再加3重量份的膨润土，再加50重量份的甲酸钾，再加5重量份的抗高温增粘剂黄原胶，再加5重量份的抗高温降滤失剂磺甲基酚醛树脂smp
-ⅱ
，再加3重量份的油层保护剂fzd-1，再加5重量份的流型调节剂两性离子聚合物降粘剂xy-27，再加3重量份的高温稳定剂cmc-lv，混合均匀得到低固相抗高温抗盐完井液。
56.实施例3：
57.本发明提供一种低固相抗高温抗盐完井液及其制备方法。
58.在100重量份水中先加入4重量份的膨润土，再加170重量份的甲酸钾，再加9重量份的抗高温增粘剂黄原胶，再加9重量份的抗高温降滤失剂磺甲基酚醛树脂smp
-ⅱ
，再加5重量份的油层保护剂fzd-1，再加9重量份的流型调节剂两性离子聚合物降粘剂xy-27，再加5重量份的高温稳定剂cmc-lv，混合均匀得到低固相抗高温抗盐完井液。
59.实施例4：
60.在100重量份水中先加入4重量份的膨润土，再加250重量份的甲酸钾，再加9重量份的抗高温增粘剂黄原胶，再加9重量份的抗高温降滤失剂磺甲基酚醛树脂smp
-ⅱ
，再加5重量份的油层保护剂fzd-1，再加9重量份的流型调节剂两性离子聚合物降粘剂xy-27，再加5重量份的高温稳定剂cmc-lv，混合均匀得到低固相抗高温抗盐完井液。
61.对比例1
62.与实施例1所不同在于：不添加抗高温降滤失剂磺甲基酚醛树脂smp
-ⅱ
。
63.对比例2
64.与实施例1所不同在于：不添加抗高温增粘剂黄原胶。
65.对比例3
66.中国专利cn 105295872 b：提供了一种适用于致密砂岩储层的钻井液，该钻井液的密度约为1.16g/cm3，按质量百分比，其包括：0.5％的膨润土、0.6％的强抑制包被剂ind10(乙烯基单体、含磺酸基的乙烯基单体共聚而成的较高分子量的聚合物)、0.6％的聚胺聚合物nh-1、0.5％的黄原胶xc、1.5％的redu1、1.5％的无荧光防塌降滤失剂kh-931、0.4％的har-d、3％的复配碳酸钙(根据评价用的岩心最大渗透率为132.2
×
10-3μm2，通过计算，选用质量比为60:15:25的3000目的碳酸钙颗粒、800目的碳酸钙颗粒和400目的碳酸
钙颗粒，作为架桥粒子和填充粒子进行复配)、2％无荧光白沥青nfa-25、2％的聚合醇jlx和50％的生物聚醇盐，余量为水。
67.对比例4
68.中国专利申请cn102851011a配方：膨润土：4％；聚合物增粘剂(80a51):0.3％；抑制剂(k以m):0.4％；抗高温聚合物降滤失剂：0.3％；抗高温磺化类降滤失剂：3％；润滑剂(乳化沥青):3％；温度稳定剂：0.4％；碳酸钠：0.15％；氢氧化钠：0.1％；水：余量；用重晶石将钻井液体系的密度调整到l.159/cm3。
69.测试例1：
70.对各个实施例及对比例所得产品进行流变、滤失测试，测试过程为：
71.将实施例、对比例的钻井液分别放于160℃高温滚子炉热滚后，用ggs42-2a型高温高压失水仪测定160℃条件下hthp失水。用于评价钻井液的流变、滤失性能。ggs42-2a型高温高压失水仪实验具体步骤是：
72.①
将加热套和相应电压电源接通，将温度计插入温度计孔，将加温套加热至选定的测量温度为160℃，在整个测试过程中用温控器保持温度恒定。
73.②
将样品搅拌30min。将样品装入浆杯，注意样品液面不要超过离杯上端13mm处。放上滤纸，上好浆杯。
74.③
将杯的上端和下端气阀关闭，反把浆杯放入加温套。将温度计插入温度计孔中。
75.④
将加压管汇与上、下二气阀连接，并将其销住。在气阀关闭状态下，将上、下管汇施加0.5mpa的压力。打开上端气阀，通入气压，并加温至160℃。
76.⑤
当温度达到设定的温度时，将上端气压加至4mpa，打开下端气阀。在30min的整个测量过程中，保持预先设定的温度即为160℃，收集滤液。
77.⑥
在测量过程中使下端压力保持在4mpa，若下端回压超过4mpa，泄放一些滤液，以放掉一些回压。记下测量温度和压力下的滤液体积的毫升数。样品在杯中加热的时间不应超过1h。
78.⑦
标准过滤面积为45.2cm2，如过滤面积为22.6cm2，将滤液体积乘2，记入记录。
79.⑧
在测量接近结束后，关闭上下二气阀，拔掉“t”型销，释放调压器中的气压。以毫米为记录单位，量测泥饼厚度，并描述泥饼质量。
80.结果如表1所示。
81.表1
[0082][0083]
由表1可知，加入抗高温降滤失剂磺甲基酚醛树脂smp
-ⅱ
对钻井液抗温性能影响很大，抗高温增粘剂黄原胶对体系在高温下流变性保持有很大促进作用。与对比例相比，本发明流变、滤失优异，粘度大能更好适应深井岩屑携带保持高效钻进。
[0084]
测试例2：
[0085]
对各个实施例及对比例所得产品进行滚动回收率测试，测试过程为：
[0086]
将实施例1-5、对比例1-2钻井液配置好之后，放于160℃高温滚子炉热滚后，测量热滚前后岩样质量变化来评价该钻井液抑制性能。具体操作如下：
[0087]
①
将6～10目岩样在160℃下烘干至恒重，自然冷却至室温。称取50g放入盛有350ml试样的老化罐中在160℃下滚动16h，自然冷却后取出；
[0088]
②
用40目筛回收岩样在水中筛洗干净，将筛中岩样转移至表面皿，在180℃下烘4h；
[0089]
③
取出表面皿在室温下风干4h，称岩样重m，由下式计算回收率。
[0090][0091]
式中，s—回收率，％；m—40目筛后岩样干重，g。
[0092]
结果如表2所示。
[0093]
表2
[0094][0094][0095]
由表2可知，本发明的完井液抗盐性能抑制性能优异，在完井过程中能避免因泥页岩膨胀而导致的井壁垮塌。
[0096]
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。