海水硅酸盐钻井液转让专利
申请号 : CN200810114569.5
文献号 : CN100584920C
文献日 : 2010-01-27
发明人 : 罗健生 , 莫成孝 , 刘自明 , 李自立 , 徐绍诚 , 耿铁 , 孙强
申请人 : 中国海洋石油总公司 , 中海油田服务股份有限公司
摘要 :
本发明公开了一种海水硅酸盐钻井液，包括如下组分：淡水膨润土浆：25份；海水：75份；降滤失剂：2.0～5.0份；氯化钾：5～7份；硅酸钠：5～7份；润滑剂：1～2份；稳定剂：2～4份；加重剂：65～70份。本发明的优点是：(1)钻井液流变性好；(2)具有良好的失水造壁性，HTHP滤失量≤15ml，泥饼薄；(3)抗污染能力强，抗劣质土侵的能力可达到15%；(4)抑制性好，岩屑滚动回收率大于85%；(5)润滑性强，摩阻系数很小。
权利要求 :
1、一种海水硅酸盐钻井液，其特征在于，包括如下组分：淡水膨润土浆：25份；
海水：75份；
降滤失剂：2.0～5.0份；
氯化钾：5～7份；
硅酸钠：5～7份；
润滑剂：1～2份；
稳定剂：2～4份；
加重剂：65～70份；
其中，所述淡水膨润土浆的膨润土重量体积比含量为6％，即100ml淡 水，6g膨润土；
所述稳定剂为焦磷酸钠、三聚磷酸钠、乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四乙 酸四钠、乙二胺四亚甲基磷酸钠、乙二胺四亚甲基磷酸五钠、羟基亚乙基二 磷酸四钠、二乙烯三胺五亚甲基磷酸五钠中的任意一种或两种混合物。
2、如权利要求1所述的钻井液，其特征在于，所述降滤失剂为聚阴离 子纤维素、改性淀粉的一种或一种以上。
3、如权利要求1所述的钻井液，其特征在于，所述加重剂为重晶石粉 和石灰石粉的一种或一种以上。
4、如权利要求1所述的钻井液，其特征在于，所述润滑剂为：聚合醇 类润滑剂或油性润滑剂。
说明书 :
技术领域
本发明涉及钻井工程中的一种作业液，具体地说，是一种海水硅酸盐钻 井液。
背景技术
硅酸盐钻井液由于其抑制性强，因此被广泛应用于极易垮塌的泥页岩等 复杂地层钻井。但用海水配制的硅酸盐钻井液仍然存在着以下几方面的不足：
(1)流变性差，尤其是海水硅酸盐钻井液，加入润滑剂后，其动切力、 静切力较高，3转6转读数较大；
(2)HTHP滤失量增大，泥饼很厚；
(3)用海水硅酸盐钻井液钻进时出现了大泥团及泥包钻头，起下钻困难 等问题。
(1)流变性差，尤其是海水硅酸盐钻井液，加入润滑剂后，其动切力、 静切力较高，3转6转读数较大；
(2)HTHP滤失量增大，泥饼很厚；
(3)用海水硅酸盐钻井液钻进时出现了大泥团及泥包钻头，起下钻困难 等问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种流变性好，HTHP滤失量小、抗污 染能力强的海水硅酸盐钻井液。
为了解决上述问题，本提供了一种海水硅酸盐钻井液包括如下组分：
淡水膨润土浆：25份；
海水：75份；
降滤失剂：2.0～5.0份；
KCl：5～7份；
硅酸钠：5～7份；
润滑剂：1～2份；
稳定剂：2～4份；
加重剂：65～70份；
其中，所述淡水膨润土浆的膨润土重量体积比含量为6％，即100ml淡 水，6g膨润土；
所述稳定剂为焦磷酸钠、三聚磷酸钠、乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四乙 酸四钠、乙二胺四亚甲基磷酸钠、乙二胺四亚甲基磷酸五钠、羟基亚乙基二 磷酸四钠、二乙烯三胺五亚甲基磷酸五钠中的任意一种或两种混合物。。
优选地，所述降滤失剂为聚阴离子纤维素、改性淀粉的一种或一种以上。
优选地，所述加重剂为重晶石粉和石灰石粉的一种或一种以上。
优选地，所述润滑剂为：聚合醇类润滑剂或油性润滑剂。
本发明的优点是：
(1)钻井液流变性好；
(2)具有良好的失水造壁性，HTHP滤失量≤15ml，泥饼薄；
(3)抗污染能力强，抗劣质土侵的能力可达到15％；
(4)抑制性好，岩屑滚动回收率大于85％；
(5)润滑性强，摩阻系数很小。
为了解决上述问题，本提供了一种海水硅酸盐钻井液包括如下组分：
淡水膨润土浆：25份；
海水：75份；
降滤失剂：2.0～5.0份；
KCl：5～7份；
硅酸钠：5～7份；
润滑剂：1～2份；
稳定剂：2～4份；
加重剂：65～70份；
其中，所述淡水膨润土浆的膨润土重量体积比含量为6％，即100ml淡 水，6g膨润土；
所述稳定剂为焦磷酸钠、三聚磷酸钠、乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四乙 酸四钠、乙二胺四亚甲基磷酸钠、乙二胺四亚甲基磷酸五钠、羟基亚乙基二 磷酸四钠、二乙烯三胺五亚甲基磷酸五钠中的任意一种或两种混合物。。
优选地，所述降滤失剂为聚阴离子纤维素、改性淀粉的一种或一种以上。
优选地，所述加重剂为重晶石粉和石灰石粉的一种或一种以上。
优选地，所述润滑剂为：聚合醇类润滑剂或油性润滑剂。
本发明的优点是：
(1)钻井液流变性好；
(2)具有良好的失水造壁性，HTHP滤失量≤15ml，泥饼薄；
(3)抗污染能力强，抗劣质土侵的能力可达到15％；
(4)抑制性好，岩屑滚动回收率大于85％；
(5)润滑性强，摩阻系数很小。
具体实施方式
本发明主要包括如下组分：25份6％的淡水膨润土浆(100ml淡水，6g 膨润土)、75份海水、2.0～5.0份降滤失剂、5～7份KCl、5～7份硅酸钠、 2～4份稳定剂、65～70份重晶石、1～2份润滑剂。
下面就各组分作出详细说明：
(1)6％预水化膨润土浆：100ml淡水中含有6g膨润土，在钻井液中 起增粘作用；
(2)降滤失剂：有聚阴离子纤维素、改性淀粉等；
(3)KCl：在钻井液中起抑制作用；
(4)硅酸钠：在钻井液中起抑制封堵作用；
(5)稳定剂：焦磷酸钠、三聚磷酸钠、乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四 乙酸四钠、乙二胺四亚甲基磷酸钠、乙二胺四亚甲基磷酸五钠、羟基亚乙基 二磷酸四钠、二乙烯三胺五亚甲基磷酸五钠中的一种或两种混合物，在钻井 液中起改善滤饼质量，降低HTHP滤失量，改善钻井液流变性的作用；
(6)润滑剂：改善钻井液的润滑性；
(7)加重剂：常用的加重剂有重晶石粉、石灰石粉，可根据体系所需 的密度进行选择，可选择其中的一种或一种以上。
下面通过实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
配制密度为1.54g/cm3海水硅酸盐钻井液基浆：用量筒量取6％的预水 化膨润土浆100ml及300ml海水置于浆杯中，在10,000r/min的转速下边 搅拌边依次加入4.8g的聚阴离子纤维素、4.0g的改性淀粉、28.00g氯化钾、 20.00g硅酸钠，高速搅拌20min，加入273g重晶石，高速搅拌30min，此 即为海水基浆[2]。再加入8g聚合醇类润滑剂，8～16g焦磷酸盐，高速搅 拌10min；
实施例2
按实施例1的方法配制海水基浆，加入8g聚醚类润滑剂，4～14g乙二 胺四乙酸盐，高速搅拌10min，
实施例3
按实施例1的方法配制海水基浆，加入8g聚合醇类润滑剂，12～20g 多聚磷酸盐，高速搅拌10min；
实施例4
按实施例1的方法配制海水基浆，加入8g油性润滑剂，高速搅拌10min；
实施例5
按实施例1的方法配制海水基浆，加入8g油性润滑剂，4～14g乙二胺 四乙酸盐，高速搅拌10min；
实施例6
按实施例1的方法配制海水基浆[2]，加入8g油性润滑剂，4～15g磺化 沥青，4～14g乙二胺四乙酸盐，高速搅拌10min；
实施例7
按实施例1的方法配制海水基浆[2]，加入8g油性润滑剂，4～15g磺化 沥青，0.8～4.8g乙二胺四乙酸盐，12～20g 40％的有机磷酸盐溶液，高速 搅拌10min。
将实施例1～实施例7的9杯海水硅酸盐钻井液分别在100℃下热滚 16h，然后测定热滚后的常温下钻井液的流变性、API滤失量和100℃
3.5MPa下高温高压滤失量，结果见表2。
表2钻井液热滚后常规性能(ρ均为1.54g/cm3、热滚温度均为100 ℃)
实施例 AV mPa·s PV mPa·s YP (Pa) Gel (Pa/Pa) θ6/θ3 HTHP 100℃(ml) 1 35 22 13 14/18 29/28 16.0 2 37.5 28 9.5 2.5/5 8/6 19.4 3 33.5 25 8.5 7/9 9/8 13.8 4 68 43 25 23/22 41/47 43.2 5 57.5 44 13.5 2/3 5/3 6.0 6 60 38 22 2/2.5 7/4 7.0 7 61 45 16 2/2.5 6/4 7.0
从表2可以看出，实施例1～7的海水硅酸盐钻井液流变性好，HTHP 滤失量很小，泥饼很薄。
2.钻井液中抑制性评价
将实施例7的钻井液350ml、海水350ml分别装入两个老化罐中，并各 加入25g钻屑，将老化罐在滚子加热炉中于100oC下恒温滚动16h后，取出 老化罐冷却并将岩屑倒入40目的筛网，用清水缓缓地冲洗干净。将岩屑放入 烘箱在105℃下烘干1h。将烘干的岩屑冷却至室温称重后，即可求出滚动回 收率，结果见表3。
表3钻屑在海水及硅酸盐钻井液中的滚动回收率
钻井液类型 滚前质量 滚后质量 回收率％ 钻井液 25 22.1 88.4 海水 25 1.29 5.16
岩屑在海水中的滚动回收率很小，在海水硅酸盐钻井液中的滚动回收率 较高。说明海水硅酸盐钻井液的抑制性较强。
3.抗污染性评价
在海水硅酸盐钻井液现场使用过程中，不可避免地会遇到钻屑侵入的现 象，因此在实验室对上述污染情况进行了模拟实验，以评价钻井液的抗钻屑 污染的性能。
为了考察海水硅酸盐钻井液体系抗钻屑侵污的性能，分别在配置好的实 例7钻井液体系中分别加入不同量的钻屑粉或膨润土粉(过100目)，在100 ℃下热滚16小时后分别测定其性能，结果见表4。
表4硅酸盐钻井液抗钻屑污染实验评价结果
配方 AV mPa·s PV mPa·s YP (Pa) Gel (Pa/Pa) θ6/θ3 钻井液 26 18 8 4.5/9 12/11 钻井液+10％钻屑粉 30 22 8 3/8.5 10/9 钻井液+15％钻屑粉 31.5 24 7.5 2/6.5 10/9 钻井液+10％膨润土粉 31.5 27 4.5 1/2.5 5/4 钻井液+15％膨润土粉 36.5 31 5.5 1/3 5/4
从表4可以看出，在热滚前后，在硅酸盐钻井液中加入10％～15％的钻 屑粉或膨润土粉后，钻井液性能稳定，说明该钻井液抵抗钻屑的污染能力强。
4.润滑性评价
钻井液除了必须具备优良的流变性及较好的抑制性之外，还必须具有良 好的润滑性能。因为，钻井液的润滑性能不好，将会对起下钻产生较大的影 响。以下是使用美国Baroid泥浆公司制造的E-P极压润滑仪测定的三种钻井 液的润滑性。测试结果见表5。
从表5可以看出，硅酸盐钻井液在没有加润滑剂前，摩阻系数为0.29， 加入LUBE后的硅酸盐钻井液摩阻系数为0.1309，摩阻系数降低率为54.86 ％，这说明这种钻井液的润滑性很好。
表5钻井液的润滑性
因此，改进的海水硅酸盐钻井液，具有以下优点：
(1)钻井液流变性好，抗钻屑污染能力强；
(2)具有良好的失水造壁性，HTHP滤失量小，泥饼很薄；
(3)钻井液抑制性好，润滑性强，摩阻系数很小。
改进的海水硅酸盐钻井液应用范围：
(1)软、硬脆性泥页岩等易垮塌的复杂地层。
(2)蒙脱石含量较高的水敏性地层。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的 保护范围因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、 改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
下面就各组分作出详细说明：
(1)6％预水化膨润土浆：100ml淡水中含有6g膨润土，在钻井液中 起增粘作用；
(2)降滤失剂：有聚阴离子纤维素、改性淀粉等；
(3)KCl：在钻井液中起抑制作用；
(4)硅酸钠：在钻井液中起抑制封堵作用；
(5)稳定剂：焦磷酸钠、三聚磷酸钠、乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四 乙酸四钠、乙二胺四亚甲基磷酸钠、乙二胺四亚甲基磷酸五钠、羟基亚乙基 二磷酸四钠、二乙烯三胺五亚甲基磷酸五钠中的一种或两种混合物，在钻井 液中起改善滤饼质量，降低HTHP滤失量，改善钻井液流变性的作用；
(6)润滑剂：改善钻井液的润滑性；
(7)加重剂：常用的加重剂有重晶石粉、石灰石粉，可根据体系所需 的密度进行选择，可选择其中的一种或一种以上。
下面通过实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
配制密度为1.54g/cm3海水硅酸盐钻井液基浆：用量筒量取6％的预水 化膨润土浆100ml及300ml海水置于浆杯中，在10,000r/min的转速下边 搅拌边依次加入4.8g的聚阴离子纤维素、4.0g的改性淀粉、28.00g氯化钾、 20.00g硅酸钠，高速搅拌20min，加入273g重晶石，高速搅拌30min，此 即为海水基浆[2]。再加入8g聚合醇类润滑剂，8～16g焦磷酸盐，高速搅 拌10min；
实施例2
按实施例1的方法配制海水基浆，加入8g聚醚类润滑剂，4～14g乙二 胺四乙酸盐，高速搅拌10min，
实施例3
按实施例1的方法配制海水基浆，加入8g聚合醇类润滑剂，12～20g 多聚磷酸盐，高速搅拌10min；
实施例4
按实施例1的方法配制海水基浆，加入8g油性润滑剂，高速搅拌10min；
实施例5
按实施例1的方法配制海水基浆，加入8g油性润滑剂，4～14g乙二胺 四乙酸盐，高速搅拌10min；
实施例6
按实施例1的方法配制海水基浆[2]，加入8g油性润滑剂，4～15g磺化 沥青，4～14g乙二胺四乙酸盐，高速搅拌10min；
实施例7
按实施例1的方法配制海水基浆[2]，加入8g油性润滑剂，4～15g磺化 沥青，0.8～4.8g乙二胺四乙酸盐，12～20g 40％的有机磷酸盐溶液，高速 搅拌10min。
将实施例1～实施例7的9杯海水硅酸盐钻井液分别在100℃下热滚 16h，然后测定热滚后的常温下钻井液的流变性、API滤失量和100℃
3.5MPa下高温高压滤失量，结果见表2。
表2钻井液热滚后常规性能(ρ均为1.54g/cm3、热滚温度均为100 ℃)
实施例 AV mPa·s PV mPa·s YP (Pa) Gel (Pa/Pa) θ6/θ3 HTHP 100℃(ml) 1 35 22 13 14/18 29/28 16.0 2 37.5 28 9.5 2.5/5 8/6 19.4 3 33.5 25 8.5 7/9 9/8 13.8 4 68 43 25 23/22 41/47 43.2 5 57.5 44 13.5 2/3 5/3 6.0 6 60 38 22 2/2.5 7/4 7.0 7 61 45 16 2/2.5 6/4 7.0
从表2可以看出，实施例1～7的海水硅酸盐钻井液流变性好，HTHP 滤失量很小，泥饼很薄。
2.钻井液中抑制性评价
将实施例7的钻井液350ml、海水350ml分别装入两个老化罐中，并各 加入25g钻屑，将老化罐在滚子加热炉中于100oC下恒温滚动16h后，取出 老化罐冷却并将岩屑倒入40目的筛网，用清水缓缓地冲洗干净。将岩屑放入 烘箱在105℃下烘干1h。将烘干的岩屑冷却至室温称重后，即可求出滚动回 收率，结果见表3。
表3钻屑在海水及硅酸盐钻井液中的滚动回收率
钻井液类型 滚前质量 滚后质量 回收率％ 钻井液 25 22.1 88.4 海水 25 1.29 5.16
岩屑在海水中的滚动回收率很小，在海水硅酸盐钻井液中的滚动回收率 较高。说明海水硅酸盐钻井液的抑制性较强。
3.抗污染性评价
在海水硅酸盐钻井液现场使用过程中，不可避免地会遇到钻屑侵入的现 象，因此在实验室对上述污染情况进行了模拟实验，以评价钻井液的抗钻屑 污染的性能。
为了考察海水硅酸盐钻井液体系抗钻屑侵污的性能，分别在配置好的实 例7钻井液体系中分别加入不同量的钻屑粉或膨润土粉(过100目)，在100 ℃下热滚16小时后分别测定其性能，结果见表4。
表4硅酸盐钻井液抗钻屑污染实验评价结果
配方 AV mPa·s PV mPa·s YP (Pa) Gel (Pa/Pa) θ6/θ3 钻井液 26 18 8 4.5/9 12/11 钻井液+10％钻屑粉 30 22 8 3/8.5 10/9 钻井液+15％钻屑粉 31.5 24 7.5 2/6.5 10/9 钻井液+10％膨润土粉 31.5 27 4.5 1/2.5 5/4 钻井液+15％膨润土粉 36.5 31 5.5 1/3 5/4
从表4可以看出，在热滚前后，在硅酸盐钻井液中加入10％～15％的钻 屑粉或膨润土粉后，钻井液性能稳定，说明该钻井液抵抗钻屑的污染能力强。
4.润滑性评价
钻井液除了必须具备优良的流变性及较好的抑制性之外，还必须具有良 好的润滑性能。因为，钻井液的润滑性能不好，将会对起下钻产生较大的影 响。以下是使用美国Baroid泥浆公司制造的E-P极压润滑仪测定的三种钻井 液的润滑性。测试结果见表5。
从表5可以看出，硅酸盐钻井液在没有加润滑剂前，摩阻系数为0.29， 加入LUBE后的硅酸盐钻井液摩阻系数为0.1309，摩阻系数降低率为54.86 ％，这说明这种钻井液的润滑性很好。
表5钻井液的润滑性
因此，改进的海水硅酸盐钻井液，具有以下优点：
(1)钻井液流变性好，抗钻屑污染能力强；
(2)具有良好的失水造壁性，HTHP滤失量小，泥饼很薄；
(3)钻井液抑制性好，润滑性强，摩阻系数很小。
改进的海水硅酸盐钻井液应用范围：
(1)软、硬脆性泥页岩等易垮塌的复杂地层。
(2)蒙脱石含量较高的水敏性地层。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的 保护范围因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、 改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。