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CN111269700B - 一种具有良好沉降稳定性的高密度油基钻井液 - Google Patents

一种具有良好沉降稳定性的高密度油基钻井液 Download PDF

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CN111269700B CN202010207928.2A CN202010207928A CN111269700B CN 111269700 B CN111269700 B CN 111269700B CN 202010207928 A CN202010207928 A CN 202010207928A CN 111269700 B CN111269700 B CN 111269700B
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Abstract

本发明提供了一种具有良好沉降稳定性的高密度油基钻井液，该钻井液体系包含了硬脂酸酰胺、卵磷脂、有机土、降滤失剂、提切剂、氧化钙、API重晶石、微粉重晶石、20%氯化钙水溶液和0#柴油，其中提切剂为一种以苯甲酸乙烯酯、丙烯酸乙酯、月桂酸乙烯脂为原料的共聚物，同时，体系选取了D50为5.2μm的微粉重晶石同API重晶石复配，复配质量百分比为50:50~30:70。该共聚物提切剂的大分子链条伸展可在钻井液体系中形成空间网状结构，且在特定粒径范围的微粉重晶石和API重晶石有序紧密的堆积在其空间网状骨架内，形成一种具有网状框架结构和密堆积结构的“双重悬浮支撑”结构，使该高密度油基钻井液具有优异的沉降稳定性。

Description

一种具有良好沉降稳定性的高密度油基钻井液
技术领域
本发明属于石油钻井技术领域，具体涉及一种具有良好沉降稳定性的高密度油基钻井液及其制备方法。
背景技术
近年来，随着石油勘探开发技术的不断进步，大斜度定向井、水平井、大位移井、高温深井、超深井的日趋增多，对油基钻井液在高温高压条件下沉降稳定性提出了更高的要求。在高温高压的环境下，钻井液在钻井过程中起下钻和固完井过程中，易发生沉降问题，造成井下复杂情况，影响钻井进度。目前，国内外关于油基钻井液的研究范围主要集中在高温高压环境下流变性、电稳定性、滤失性的优化以及增粘剂与润湿剂等处理剂的性能调整，废弃的油基钻井液的回收等方面，而对抗高温高密度油基钻井液沉降稳定性以及其它性能与沉降稳定性关系方面的研究涉及较少，影响了此类钻井液在深井勘探开发中的应用与推广。
高密度油基钻井液在高温高压的环境下易发生重晶石沉降的问题，如何解决此类高密度油基钻井液的沉降问题，充分发挥其优势是油基钻井液急需解决的核心问题之一。不同于其他油基钻井液的是本发明在为适应真实的现场环境条件下，充分考虑油基钻井液的静态沉降稳定性和动态沉降稳定性问题，得到了兼具优秀流变性以及静/动态沉降稳定性的油基钻井液，且其静置时间在64h内体系稳定性良好。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有良好沉降稳定性的高密度油基钻井液，本发明提供的油基钻井液具有高密度、抗高温和沉降稳定性优异的特性。
为解决上述目的，本发明提高了一种具有良好沉降稳定性的高密度油基钻井液，包含以下质量含量的组分：
硬脂酸酰胺 10.8-18g
卵磷脂 10.8-18g
有机土 8-9g
降滤失剂 10.8-12g
提切剂 2-3g
氧化钙 13.5-15g
API重晶石 166-358g
微粉重晶石 381.3-835g
20%氯化钙水溶液 50-60g
0#柴油 220-240g
其中，所述微粉重晶石的粒径D50为5.2um；
所述提切剂为一种以苯甲酸乙烯酯、丙烯酸乙酯、月硅酸乙烯酯为原料的共聚物，所述的苯甲酸乙烯酯、丙烯酸乙酯、月桂酸乙烯酯的质量比为（35-40）：（52-60）：（88-100）。
优选地，所述一种具有良好沉降稳定性的高密度油基钻井液，包含以下质量含量的组分：硬脂酸酰胺17.3g、卵磷脂17.3g、有机土8.6g、降滤失剂11.5g、提切剂2.2g、氧化钙14.4g、API重晶石237.3g、微粉重晶石553.6g、20%氯化钙水溶液57.5g和0#柴油230g。
优选地，所述20%氯化钙水溶液和0#柴油的质量比为（20-25）：（75-80）。
优选地，所述的API重晶石与微粉重晶石的质量百分比为50:50-30:70。
优选地，所述的有机土为一种有机铵改性蒙皂石有机粘土。
优选地，所述的降滤失剂为改性沥青。
优选地，所述的提切剂按以下步骤制得：将苯甲酸乙烯酯、丙烯酸乙酯、月桂酸乙烯酯加入装有去离子水的反应器中，再加入聚乙烯醇和引发剂过氧化二苯甲酰，使用氮气保护，在80℃±1下反应2-3h后升温至90℃±1反应0.5-1h，反应结束后，将反应混合物进行过滤，用水反复清洗得到柱状颗粒，干燥，磨粉，得到提切剂。
优选地，所述干燥的温度为100℃，时间是4h。
一种具有良好沉降稳定性的高密度油基钻井液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按比例取0#柴油，在11000转/分搅拌速度下，依次加入硬脂酸酰胺和卵磷脂，搅拌10min后，得到溶液A；
（2）向步骤（1）得到的溶液A中加入有机土，搅拌10min，再加入20%氯化钙水溶液，搅拌20min，加入氧化钙，搅拌10min，加入降滤失剂，搅拌10min，加入提切剂，搅拌10min，得到溶液B；
（3）向步骤（2）得到的溶液B中分3-5次加入微粉重晶石和API重晶石，搅拌20min后，得到具有良好沉降稳定性的高密度油基钻井液。
本发明的优点：
本发明提供的油基钻井液是一种能够在高温高压深井中使用的高密度油基钻井液，该钻井液体系包含了一种以苯甲酸乙烯酯、丙烯酸乙酯、月桂酸乙烯脂为原料的共聚物作为提切剂，同时，体系选取了D50为5.2um的微粉重晶石同API重晶石复配，复配质量百分比为50:50-30:70。该共聚物提切剂的大分子链条伸展可在钻井液体系中形成空间网状结构，且在特定粒径范围的微粉重晶石和API重晶石有序紧密的堆积在空间网状骨架内，形成一种具有网状框架结构和密堆积结构的“双重悬浮支撑”结构，使该高密度油基钻井液具有优异的沉降稳定性，可有效减少因钻井过程中起下钻和固完井过程中钻井液在井筒内长时间静置时发成的沉降问题；
本发明提供的高密度油基钻井液具有良好的沉降稳定性，密度可达2.5g/cm3，在温度为190℃的条件下静置16h后其静态沉降密度差仅为0.06g/cm3，动态沉降密度差仅为0.017g/cm3，当静置的时间超过64h时，钻井液的静态沉降密度差才明显增大。该高密度油基钻井液的抗温能力达到200℃以上，在热滚16h后，钻井液的表观粘度、切力略有所增大，塑性粘度变化不大，具有良好的流变性能和乳化稳定性，且高温高压滤失量满足现场需要，适用于高温高压深井的勘探开发。
附图说明
图1为不同静置时间下的高密度油基钻井液沉降稳定性趋势图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不应该理解为对本发明的限制。
实施例1
1、一种具有良好沉降稳定性的高密度油基钻井液，由以下重量份的原料组成：硬脂酸酰胺12g、卵磷脂12g、有机土9g、降滤失剂12g、提切剂2.25g、氧化钙15g、API重晶石166g、微粉重晶石381.3g、20%氯化钙水溶液60g和0#柴油240g；
2、一种具有良好沉降稳定性的高密度油基钻井液，通过以下步骤制备：
（1）取0#柴油240g，在11000转/分搅拌速度下，依次加入硬脂酸酰胺12g和卵磷脂12g，搅拌10min后，得到溶液A；
（2）向步骤（1）得到的溶液A中加入有机土9g，搅拌10min，加入提切剂2.25g，加入20%氯化钙水溶液60g，搅拌20min，加入氧化钙15g，搅拌10min，加入降滤失剂12g，搅拌10min，得到溶液B；
（3）在高速搅拌的状态下，向步骤（2）得到的溶液B中分3-5次依次加入API重晶石166g和微粉重晶石387.3g，高速搅拌20min后，得到1.9g/cm3。
实施例2
1、一种具有良好沉降稳定性的高密度油基钻井液，由以下重量份的原料组成：硬脂酸酰胺10.8g、卵磷脂10.8g、有机土8g、降滤失剂10.8g、提切剂2g、氧化钙13.5g、API重晶石171.6g、微粉重晶石400.5g、20%氯化钙水溶液50g和0#柴油220g；
2、一种具有良好沉降稳定性的高密度油基钻井液，通过以下步骤制备：
（1）取0#柴油220g，在11000转/分搅拌速度下，依次加入硬脂酸酰胺10.8g和卵磷脂10.8g，搅拌10min后，得到溶液A；
（2）向步骤（1）得到的溶液A中加入有机土8g，搅拌10min，加入提切剂2g，加入20%氯化钙水溶液50g，搅拌20min，加入氧化钙13.5g，搅拌10min，加入降滤失剂10.8g，搅拌10min，得到溶液B；
（3）在高速搅拌的状态下，向步骤（2）得到的溶液B中分3-5次依次加入API重晶石171.6g和微粉重晶石400.5g，高速搅拌20min后，得到2.0g/cm3。
实施例3
1、一种具有良好沉降稳定性的高密度油基钻井液，由以下重量份的原料组成：硬脂酸酰胺17.3g、卵磷脂17.3g、有机土8.6g、降滤失剂11.5g、提切剂2.2g、氧化钙14.4g、API重晶石237.3g、微粉重晶石553.6g、20%氯化钙水溶液57.5g和0#柴油230g；
2、一种具有良好沉降稳定性的高密度油基钻井液，通过以下步骤制备：
（1）取0#柴油230g，在11000转/分搅拌速度下，依次加入硬脂酸酰胺17.3g和卵磷脂17.3g，搅拌10min后，得到溶液A；
（2）向步骤（1）得到的溶液A中加入有机土8.6g，搅拌10min，加入提切剂2.2g，加入20%氯化钙水溶液57.5g，搅拌20min，加入氧化钙14.4g，搅拌10min，加入降滤失剂11.5g，搅拌10min，得到溶液B；
（3）在高速搅拌的状态下，向步骤（2）得到的溶液B中分3-5次依次加入API重晶石237.3g和微粉重晶石553.6g，高速搅拌20min后，得到2.2g/cm3。
实施例4
1、一种具有良好沉降稳定性的高密度油基钻井液，由以下重量份的原料组成：硬脂酸酰胺18g、卵磷脂18g、有机土9g、降滤失剂12g、提切剂2.25g、氧化钙15g、API重晶石166g、微粉重晶石835.3g、20%氯化钙水溶液59g和0#柴油225g；
2、一种具有良好沉降稳定性的高密度油基钻井液，通过以下步骤制备：
（1）取0#柴油225g，在11000转/分搅拌速度下，依次加入硬脂酸酰胺18g和卵磷脂18g，搅拌10min后，得到溶液A；
（2）向步骤（1）得到的溶液A中加入有机土9g，搅拌10min，加入提切剂2.25g，加入20%氯化钙水溶液60g，搅拌20min，加入氧化钙15g，搅拌10min，加入降滤失剂12g，搅拌10min，得到溶液B；
（3）在高速搅拌的状态下，向步骤（2）得到的溶液B中分3-5次依次加入API重晶石358g和微粉重晶石835.3g，高速搅拌20min后，得到2.5g/cm3。
将实施例1-4制备得到的钻井液温度稳定在50±1℃测试流变性和破乳电压，再装入陈化釜在200℃条件下热滚16h；
将陈化釜冷却，开罐观察后告诉搅拌20min，将钻井液温度50±1℃左右测试流变性和破乳电压以及动态沉降密度差测试；
再将钻井液装入陈化釜放入滚子炉中，190℃条件下静置16h后，将陈化釜冷却至室温，开罐测量钻井液上下层密度，计算静态沉降密度差。
按照上述测试方法，对实施例1-4进行油基钻井液性能测试和沉降稳定性测试，结果见表1：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
注：Gel10s为初切力，Gel10min为终切力，AV为表观粘度，PV为塑性粘度，YP为动切力，ES为破乳电压。
由表1可知，实施例1-实施4的油基钻井液密度逐渐增大，从实施例2开始，密度均大于2.0 g/cm3，且钻井液密度最高可达2.5g/cm3。热滚前后，表观粘度、静切力和动切力均有所增大，保证了钻井液有足够的粘切力来长时间悬浮加重剂颗粒，使钻井液具有良好的沉降稳定性，密度2.5g/cm3的油基钻井液，在190℃条件下静置16h后其静态沉降密度差仅为0.06g/cm3，动态沉降密度差仅为0.017g/cm3。
将实施例2、实施例3、实施例4的高密度油基钻井液放入190℃滚子炉中静置，分别在静置16h、32h、48h、64h、80h的时候进行静态沉降测试，测试结果为图1。
图1实验结果表明本发明提供的高密度油基钻井液在高温环境下静置时间不超过64h时，静态沉降密度差增加的较为缓慢，静态沉降密度差总体较小，体系稳定性良好。
以上实例说明，本发明提供的高密度油基钻井液具有优异的沉降稳定性和抗高温性能。抗高温能力可达200℃，且在高温静置条件下，能长时间内保持钻井液良好的体系稳定性，说明本发明中提供的共聚物提切剂和特定粒径的重晶石复配确实形成了具有网状框架结构和密堆积结构的“双重悬浮支撑”结构，使该高密度钻井液的沉降稳定性优于同类产品。本发明提供的高密度钻井液可用于油气勘探开发领域中，能有效减少钻井过程中起下钻和固完井过程中钻井液沉降问题。
以上所述的仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种具有良好沉降稳定性的高密度油基钻井液，其特征在于，包含以下质量含量的组分：
硬脂酸酰胺 10.8-18g
卵磷脂 10.8-18g
有机土 8-9g
降滤失剂 10.8-12g
提切剂 2-3g
氧化钙 13.5-15g
API重晶石 166-358g
微粉重晶石 381.3-835g
20%氯化钙水溶液 50-60g
0#柴油 220-240g
其中，所述微粉重晶石的粒径D50为5.2μm；
所述提切剂为一种以苯甲酸乙烯酯、丙烯酸乙酯、月硅酸乙烯酯为原料的共聚物，所述的苯甲酸乙烯酯、丙烯酸乙酯、月桂酸乙烯酯的质量比为（35-40）：（52-60）：（88-100）;
所述的提切剂按以下步骤制得：将苯甲酸乙烯酯、丙烯酸乙酯、月桂酸乙烯酯加入装有去离子水的反应器中，再加入聚乙烯醇和引发剂过氧化二苯甲酰，使用氮气保护，在80℃±1下反应2-3h后升温至90℃±1反应0.5-1h，反应结束后，将反应混合物进行过滤，用水反复清洗得到柱状颗粒，干燥，磨粉，得到提切剂;
其中，所述降滤失剂为改性沥青。
2.根据权利要求1所述的具有良好沉降稳定性的高密度油基钻井液，其特征在于：包含以下质量含量的组分：硬脂酸酰胺17.3g、卵磷脂17.3g、有机土8.6g、降滤失剂11.5g、提切剂2.2g、氧化钙14.4g、API重晶石237.3g、微粉重晶石553.6g、20%氯化钙水溶液57.5g和0#柴油230g。
3.根据权利要求1或2所述的具有良好沉降稳定性的高密度油基钻井液，其特征在于，所述的有机土为一种有机铵改性蒙皂石有机粘土。
4.根据权利要求1所述的具有良好沉降稳定性的高密度油基钻井液，其特征在于，所述干燥的温度为100℃，时间是4h。
5.根据权利要求1-4任一项所述的具有良好沉降稳定性的高密度油基钻井液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按比例取0#柴油，在11000转/分搅拌速度下，依次加入硬脂酸酰胺和卵磷脂，搅拌10min后，得到溶液A；
（2）向步骤（1）得到的溶液A中加入有机土，搅拌10min，再加入20%氯化钙水溶液，搅拌20min，加入氧化钙，搅拌10min，加入降滤失剂，搅拌10min，加入提切剂，搅拌10min，得到溶液B；
（3）向步骤（2）得到的溶液B中分3-5次加入微粉重晶石和API重晶石，搅拌20min后，得到具有良好沉降稳定性的高密度油基钻井液。
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