一种强封堵疏水型超深井高性能水基钻井液及制备方法与流程

1.本发明涉及钻井液制备技术领域，尤其涉及一种强封堵疏水型超深井高性能水基钻井液及制备方法。


背景技术：

2.随着顺北油气田勘探开发的深入，外围新区域多重问题带来的钻井施工难度增加：三叠系、二叠系、石炭系、志留系依然存在的井壁稳定性问题；部分井在石炭系、泥盆系、志留系、桑塔木组地层存在出水和目的层出co2的情况，导致钻井液污染性能恶化，威胁钻井安全，严重制约着顺北油田提速提效的进度，对钻井液技术提出新的要求。常规聚磺防塌体系抑制防塌性能有限、抗污染性能差，易塌地层井壁稳定日趋突出，钻遇地层出盐水、co2后钻井液性能恶化，调整难度大，易造成井下复杂的问题。
3.经检索，中国专利申请号为cn201810262940.6的专利，公开了一种高性能水基钻井液及其制作方法，包括清水、钠膨润土、纯碱、烧碱、钻井液用包被抑制剂、钻井液用页岩抑制剂、钻井液用抗温降滤失剂、钻井液用封堵剂、钻井液用提切降滤失剂和钻井液用降滤失剂。上述专利中的钻井液存在以下不足：虽能够满足一定的使用需求，但是抑制防塌性能与抗污染性能欠佳，因此还有待改进。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种强封堵疏水型超深井高性能水基钻井液及制备方法。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
6.一种强封堵疏水型超深井高性能水基钻井液，包括主原料和副原料，所述主原料包括膨润土2～5％、碱性调节剂0.5～1％、抗高温降滤失剂2～6％、抗高温抗盐降滤失剂2～6％、抗高温聚合物降滤失剂1～2％、封堵防塌剂2～5％、cmc1～2％、k－pam0.1～0.3％、php0.1～0.2％、泥页岩抑制剂0.5～1％、氯化钾5～15％、氯化钙0.3～1％、井壁强化剂2～5％、高分子包被抑制剂0.1～0.5％，其余为加重剂；副原料为水。
7.优选的：所述钻井液的密度在1.15～1.80g/cm3。
8.进一步的：所述膨润土为一级坂土，所述碱性调节剂为氢氧化钠，所述封堵防塌剂为磺化沥青、阳离子乳化沥青，所述泥页岩抑制剂为聚胺抑制剂，所述井壁强化剂为超微细碳酸钙，所述高分子包被抑制剂为聚丙烯酰胺钾盐，所述加重剂为重晶石粉。
9.进一步优选的：所述抗高温降滤失剂为磺甲基酚醛树脂，所述抗高温抗盐降滤失剂为磺化褐煤树脂，所述抗高温聚合物降滤失剂为磺酸盐共聚物降滤失剂；所述复合盐为氯化钾和氯化钙。
10.一种强封堵疏水型超深井高性能水基钻井液的制备方法，包括如下步骤：
11.s1：室温条件下，取定量自来水，加入搅拌设备内；
12.s2：控制搅拌设备工作，分别按比例加入0.5～1％碱性调节剂、2～5％膨润土搅拌
和co
32-，会导致钻井液性能恶化，粘切上涨、失水变大，泥饼虚厚，甚至钻井液丧失流动性，通过在体系中引入钙离子，在钻遇地层出co2后，能及时生产碳酸钙沉淀消除对钻井液性能影响。
31.3.本发明钻井液具有较好的流变性能，具备较低的粘切，能减小钻进时井底ecd，具备很好的随钻防漏功能，且在发生漏失后在体系中补充堵漏材料也能保持良好的流变性能。
32.4.本发明通过设置搅拌罐、搅拌电机等结构，能够将搅拌主轴通过插接头插入插接座内，通过控制搅拌电机工作，对搅拌罐内加入的物料进行搅拌，由于第一搅拌叶轮和第二搅拌叶轮旋向相反，能够促使搅拌罐内物料更充分的混合，提升了搅拌效果；通过设置副叶轮，能够扩展搅动面积，进一步提升搅拌效率和搅拌效果；此外，使用者能够拔出插接头单独使用，使用灵活性强。
33.5.本发明通过设置固定座、固定销等结构，能够根据实际需求，将把手架通过安装口装入固定座内，并闭合顶盖，同时使插接头插于插接座内，调整插入深度，使固定座和把手架上的销孔对齐，将固定销插入销孔内，实现对把手架的固定，从而提升搅拌时的稳定性。
34.6.本发明通过设置弧形挡板和操作柄等结构，能够在将把手架安装于固定座上后，通过操作柄将弧形挡板在容纳腔内移动，从而对安装口进行遮蔽，以提升密闭性，避免物料溅出；通过设置螺纹口、进料开口等结构，能够在弧形挡板移动时，使螺纹口与进料开口对齐，将加料斗装于螺纹口内，从而达到将弧形挡板固定于顶盖上的效果。
附图说明
35.图1为本发明提出的一种强封堵疏水型超深井高性能水基钻井液的制备方法中搅拌设备整体的结构示意图；
36.图2为本发明提出的一种强封堵疏水型超深井高性能水基钻井液的制备方法中搅拌设备搅拌罐剖视的结构示意图；
37.图3为本发明提出的一种强封堵疏水型超深井高性能水基钻井液的制备方法中搅拌设备弧形挡板、顶盖和加料斗拆分的结构示意图；
38.图4为本发明提出的一种强封堵疏水型超深井高性能水基钻井液的制备方法中搅拌设备第一搅拌叶轮、第二搅拌叶轮和副叶轮的结构示意图；
39.图5为本发明提出的一种强封堵疏水型超深井高性能水基钻井液的制备方法中搅拌设备第二搅拌叶轮、插接头和转动座拆分的结构示意图；
40.图6为本发明提出的一种强封堵疏水型超深井高性能水基钻井液的制备方法中搅拌设备减震底座的结构示意图；
41.图7为本发明提出的一种强封堵疏水型超深井高性能水基钻井液的制备方法中搅拌设备弹性球的结构示意图；
42.图8为本发明提出的一种强封堵疏水型超深井高性能水基钻井液的制备方法中搅拌设备转速与混合效果的关系图；
43.图9为本发明提出的一种强封堵疏水型超深井高性能水基钻井液的制备方法中搅拌设备使用与钻井液混合质量的关系图
44.图中：1搅拌罐、2顶盖、3把手架、4加料斗、5操作柄、6减震底座、7出料管、8密封盖、9搅拌主轴、10搅拌电机、11固定销、12第一搅拌叶轮、13连接绳、14第二搅拌叶轮、15弧形开口、16容纳腔、17安装口、18螺纹口、19弧形挡板、20销孔、21安装板、22固定座、23拉环、24进料开口、25副叶轮、26转动座、27插接座、28插接头、29第一座体、30限位支架、31第二座体、32支撑腿、33减震弹簧、34-内心球、35-连杆、36-振动簧、37-弹性球、38-连接头。
具体实施方式
45.下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
46.下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。
47.在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。
48.在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。
49.实施例1：
50.一种强封堵疏水型超深井高性能水基钻井液，包括主原料和副原料，其中，主原料包括膨润土2～5％、碱性调节剂0.5～1％、抗高温降滤失剂2～6％、抗高温抗盐降滤失剂2～6％、抗高温聚合物降滤失剂1～2％、封堵防塌剂2～5％、cmc1～2％、k－pam0.1～0.3％、php0.1～0.2％、泥页岩抑制剂0.5～1％、氯化钾5～15％、氯化钙0.3～1％、井壁强化剂2～5％、高分子包被抑制剂0.1～0.5％，其余为加重剂；副原料为水。
51.其中，所述钻井液的密度在1.15～1.80g/cm3。
52.所述膨润土为一级坂土，所述碱性调节剂为氢氧化钠，所述封堵防塌剂为磺化沥青、阳离子乳化沥青，所述泥页岩抑制剂为聚胺抑制剂，所述井壁强化剂为超微细碳酸钙，所述高分子包被抑制剂为聚丙烯酰胺钾盐，所述加重剂为重晶石粉。
53.所述抗高温降滤失剂为磺甲基酚醛树脂，所述抗高温抗盐降滤失剂为磺化褐煤树脂，所述抗高温聚合物降滤失剂为磺酸盐共聚物降滤失剂。
54.所述超深井为井深超过6000m以上的钻井。
55.实施例2：
56.一种强封堵疏水型超深井高性能水基钻井液的制备方法，如图1-6所示，包括如下步骤：
57.s1：室温条件下，取定量自来水，加入搅拌设备内；
58.s2：控制搅拌设备工作，分别按比例加入0.5～1％碱性调节剂、2～5％膨润土搅拌均匀；
59.s3：充分水化12h后，加入抗高温降滤失剂2～6％搅拌5min；
60.s4：加入抗高温抗盐降滤失剂2～6％搅拌5min；
61.s5：加入抗高温聚合物降滤失剂1～2％搅拌10min；
62.s6：加入封堵防塌剂2-5％搅拌5min；
63.s7：加入泥页岩抑制剂0.5～1％搅拌5min；
64.s8：加入氯化钾5～15％搅拌5min；
65.s9：加入氯化钙0.3～1％搅拌10min；
66.s10：加入井壁强化剂2～5％搅拌5min；
67.s11：再加入高分子包被抑制剂0.1～0.5％搅拌15min；
68.s12：最后加入剩余物料搅拌20min，即得到钻井液。
69.为了保障搅拌效果；如图1-6所示，所述搅拌设备包括搅拌电机10和搅拌罐1，所述搅拌电机10顶部外壁通过螺丝固定有安装板21，安装板21顶端一体式设置有把手架3，所述搅拌电机10的输出端转动连接有搅拌主轴9，所述搅拌主轴9圆周外壁通过螺丝固定有第一搅拌叶轮12，所述搅拌罐1底部内壁通过螺丝固定有转动座26，所述转动座26内壁转动连接有第二搅拌叶轮14，所述第二搅拌叶轮14顶部外壁一体式设置有插接座27，所述搅拌主轴9底端一体式设置有与插接座27适配的插接头28，所述插接头28为十字型结构，插接头28可拆卸的插接于插接座27内，所述第二搅拌叶轮14和旋向与第一搅拌叶轮12相反；通过设置搅拌罐1、搅拌电机10等结构，能够将搅拌主轴9通过插接头28插入插接座27内，通过控制搅拌电机10工作，对搅拌罐1内加入的物料进行搅拌，由于第一搅拌叶轮12和第二搅拌叶轮14旋向相反，能够促使搅拌罐1内物料更充分的混合，提升了搅拌效果，保障了制备的钻井液的质量，此外，使用者能够拔出插接头28单独使用，可以单独取出在另一容器内进行钻井液的制备，使用灵活性强。
70.为了提升搅动效果；如图4所示，所述第一搅拌叶轮12一侧外壁均通过连接绳13连接有副叶轮25；通过设置副叶轮25，能够扩展搅动面积，进一步提升搅拌效率和搅拌效果，连接绳13可以是具有弹性的绳体，铰接的连杆结构或伸缩杆结构等等，只需要能够在离心力状态下实现扩展效果即可。
71.为了提升搅拌时的稳定性；如图1-3所示，所述搅拌罐1顶部外壁铰接有顶盖2，搅拌罐1顶部侧壁设置有固定顶盖2的卡扣，所述顶盖2顶部中心位置一体式设置有固定座22，所述固定座22位于插接座27正上方，所述顶盖2顶部开设有安装口17，安装口17与固定座22位置适配，所述固定座22和把手架3一侧外壁均开设有销孔20，所述把手架3卡接于固定座22内，销孔20内可拆卸的插接有同一个固定销11，所述固定销11一端一体式设置有拉环23；所述搅拌罐1一侧外壁一体式设置有出料管7，所述出料管7顶端可拆卸的固定有密封盖8；通过设置固定座22、固定销11等结构，能够根据实际需求，将把手架3通过安装口17装入固定座22内，并闭合顶盖2，同时使插接头28插于插接座27内，调整插入深度，使固定座22和把手架3上的销孔20对齐，将固定销11插入销孔20内，实现对把手架3的固定，从而提升搅拌时的稳定性。
72.为了提升密封性；如图1-3所示，所述顶盖2内开设有容纳腔16，容纳腔16位于安装口17两侧，容纳腔16内可活动的安装有弧形挡板19，所述顶盖2顶部外壁开设有弧形开口15，弧形挡板19顶部外壁通过螺丝固定有操作柄5，操作柄5滑动连接于弧形开口15内，弧形开口15呈与弧形挡板19相适配的弧形结构；通过设置弧形挡板19和操作柄5等结构，能够在
将把手架3安装于固定座22上后，通过操作柄5将弧形挡板19在容纳腔16内移动，从而对安装口17进行遮蔽，以提升密闭性，避免物料溅出。
73.为了便于固定弧形开口15；如图3所示，所述顶盖2顶部外壁开设有进料开口24，所述弧形挡板19顶部外壁开设有与进料开口24适配的螺纹口18，所述螺纹口18内可拆卸的安装有加料斗4；通过设置螺纹口18、进料开口24等结构，能够在弧形挡板19移动时，使螺纹口18与进料开口24对齐，将加料斗4装于螺纹口18内，从而达到将弧形挡板19固定于顶盖2上的效果。
74.实施例3：
75.一种强封堵疏水型超深井高性能水基钻井液的制备方法，如图1、图6所示，为了便于搅拌时减震；本实施例在实施例2的基础上作出以下改进：所述搅拌罐1底部可拆卸的安装有减震底座6，所述减震底座6包括第一座体29和第二座体31，所述第一座体29通过减震弹簧33安装于第二座体31上方，第一座体29顶部圆周外壁焊接有与搅拌罐1底部侧壁形状适配的限位支架30，所述第二座体31底部外壁焊接有均匀部分的支撑腿32；通过设置第一座体29、第二座体31和减震弹簧33等结构，能够在搅拌时起到减震的效果。
76.实施例4：
77.一种强封堵疏水型超深井高性能水基钻井液的制备方法，如图4和图7所示，为了提高抗高温降滤失剂、抗高温抗盐降滤失剂、抗高温聚合物降滤失剂融合效率更佳，以保障钻井液循环搅拌作用下所拆散的细颗粒通过吸附稳定下来，不再粘结成大颗粒；所述副叶轮25的上下两端均通过连接组件与连接绳13相连接，两个连接绳13分别通过螺钉与第一搅拌叶轮12、第二搅拌叶轮14相连接；
78.连接组件包括与副叶轮25转动配合的叶轮轴，连接绳13通过连接头38活动安装于叶轮轴外壁，连接头38的安装方式可以是插接固定或磁吸固定等等，只需能够完成副叶轮25的灵活拆卸即可；混料过程中，两根连接绳配合牵引副叶轮25在离心力的作用下可呈“》”形转动，有效扩大混合范围，提升降滤失剂融合范围，使得原料混合更均匀；
79.同时为了混合效率，扩大降滤失剂混合效率，所述搅拌罐1的内壁设置有连杆35，连杆35侧壁通过万向球固定有弹性球37，弹性球37内通过振动簧36固定有内心球34，连杆35设置高度与副叶轮25转动时高度适配，混合状态下，“》”形结构的副叶轮25转动件在转动过程中碰撞弹性球37，使得副叶轮25转动，形成区域紊流，使得原料混合更均匀，且该状态下可加速膨润土的融合，能够将钻井液内的大颗粒物质破碎，从而配合降滤失剂使得钻井液内的颗粒更细腻均匀；同时钻井液混合时粘度高、密度高，混合难度大，而第一搅拌叶轮12、第二搅拌叶轮14转动下配合连接绳13带副叶轮25扫动，同时由弹性球37的撞击带动副叶轮25转动，形成多组纵向涡，多组强大的剪切力配合撕裂微团，有效降低混合难度。
80.本发明的复合盐水钻井液性能指标如下：
[0081][0082]
实验例1：
[0083]
本实验例提供一种强封堵疏水型超深井高性能水基钻井液，其配置组分为：水100％、膨润土4％、碱性调节剂0.5％、抗高温降滤失剂3％、抗高温抗盐降滤失剂3％、抗高温聚合物降滤失剂1％、封堵防塌剂4％、泥页岩抑制剂0.5％、氯化钾5％、氯化钙0.3％、井壁强化剂4％、高分子包被抑制剂0.5％，加入石灰石粉调节密度在1.20g/cm3。
[0084]
钻井液密度：1.20g/cm3；在120℃热滚16小时，冷却至50℃测该钻井液的流变、页岩滚动回收率、漏失量等性能。
[0085]
实验例2：
[0086]
本实验例提供一种强封堵疏水型超深井高性能水基钻井液，其配置组分为：水100％、膨润土3％、碱性调节剂1％、抗高温降滤失剂5％、抗高温抗盐降滤失剂5％、抗高温聚合物降滤失剂2％、封堵防塌剂4％、泥页岩抑制剂1％、氯化钾15％、氯化钙1％、井壁强化剂4％、高分子包被抑制剂0.3％，加入重晶石粉调节密度在1.40g/cm3。
[0087]
钻井液密度：1.40g/cm3；在150℃热滚16小时，冷却至50℃测该钻井液的流变、页岩滚动回收率、漏失量等性能。
[0088]
实验例3：
[0089]
本实验例提供一种强封堵疏水型超深井高性能水基钻井液，其配置组分为：水100％、膨润土2％、碱性调节剂1％、抗高温降滤失剂6％、抗高温抗盐降滤失剂6％、抗高温聚合物降滤失剂2％、封堵防塌剂2％、泥页岩抑制剂1％、氯化钾15％、氯化钙1％、井壁强化剂2％、高分子包被抑制剂0.1％，加入重晶石粉调节密度在1.80g/cm3。
[0090]
钻井液密度：1.80g/cm3；在160℃热滚16小时，冷却至50℃测该钻井液的流变、页岩滚动回收率、漏失量等性能。
[0091]
将实验例1至实验例3的产品进行相关性能测试，结果如下所示：
[0092][0093][0094]
其中：流变性测试温度为50℃；av：钻井液的表观粘度，mpa
·
s；pv：钻井液的塑性粘度，mpa
·
s；yp：钻井液的动切力，pa；yp/pv：钻井液的动塑比，pa/mpa
·
s；gel：钻井液的静切力，pa；hthp：钻井液在热滚温度下的高温高压失水，ml。
[0095]
由上看出，通过本发明配置的复合盐水体系，在不同井深、不同密度和不同井温条件下，均能变现出优异的抗温流性性能、失水造壁性能以及强抑制性能。
[0096]
对实验例3测试其抗污染性能，在160℃热滚16小时，冷却至50℃，测定结果如下：
[0097]
1#实验例3
[0098]
2#实验例3 1％na2co3[0099]
3#实验例3 2％na2co3[0100]
4#实验例3 3％na2co3[0101][0102][0103]
其中：流变性测试温度为50℃；av：钻井液的表观粘度，mpa
·
s；pv：钻井液的塑性粘度，mpa
·
s；yp：钻井液的动切力，pa；yp/pv：钻井液的动塑比，pa/mpa
·
s；gel：钻井液的静切力，pa；hthp：钻井液在热滚温度下的高温高压失水，ml。
[0104]
由上看出，高密度下能表现出良好抗碳酸根污染，在顺北油田8区目的层施工中钻
遇co2气层的实际应用过程中表现出优越的抗污染性能。
[0105]
实验例4：
[0106]
本实验例为了验证所述搅拌设备对钻井液制备的影响，控制成分不变，采用上述搅拌设备作为实验例，以不同的转速进行加工，并采用市面上普通的设备作为对照例，多次制备，对制得的钻井液进行评测，得到以下数据：
[0107][0108]
由上可知，采用上述搅拌设备，在制备上述钻井液时，相较于普通的搅拌装置有着明显的提升，其中，在转速为4200～11000r/min时，混合效果提升量与转速成正相关，大于11000r/min时，混合效果提升量与转速成负相关，因此，优选的，控制转速在11000r/min。
[0109]
实验例5:
[0110]
本实验在实验例4的基础上作出一下调整：
[0111]
采用市面上常用混料设备以常见的v型混合机、双锥混合机以及本混合设备为对比，进行钻井液的混合制备，控制转速在11000r/min和实施例2制备步骤条件下，检测各自钻井液的钻井液的密度；
[0112]
混合设备v型混合机双锥混合机本搅拌设备钻井液密度0.84g/cm30.95g/cm31.33g/cm3[0113]
由上可知，采用上述搅拌设备，在制备上述钻井液时，相较于市面常见的混合设备针对钻井液的混合程度，有着明显的提升；普通混合设备制备出的钻井液密度误差大，作业质量差；本混合设备能快速调节钻井液密度，混浆均匀，作业质量好。
[0114]
以上所述，为本发明较佳的具体实施方式，但并非本发明唯一的具体实施方式，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内结合现有技术或公众常识，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同、等效替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。