CN120137616A - 一种易酸化解堵的海水无土相钻井液及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钻井液工程技术领域，特别涉及一种易酸化解堵的海水无土相钻井液及制备方法；包括海水、氢氧化钠、氯化钾、化学功能助剂和重量可调表面改性可酸溶加重材料；本发明能够将海水无粘土钻井液密度加重至1.60g/cm3，并且酸溶率≥85%，解决了现有的重晶石等高密度加重剂无法酸溶导致储层损害、现有的碳酸钙等可酸溶加重剂加重极限低且增粘效应大的矛盾问题，并且该发明与钻井液常用外加剂复配使用效果良好，对降滤失性、流变性等均有改善作用。本发明还能保证后续完井和增产作业中泥饼有效溶解、解除储层的堵塞，有效保护储层。

Description

一种易酸化解堵的海水无土相钻井液及制备方法

技术领域

本发明涉及钻井液工程技术领域，特别涉及一种易酸化解堵的海水无土相钻井液及制备方法。

背景技术

海水钻井液体系因兼具配制成本低、抑制地层造浆能力强、流变性好以及体系沉降稳定性强等优点被普遍应用于海洋钻井中。随着油气勘探开发逐渐向深水等复杂环境拓展，为稳定井壁、保障安全钻进、避免井塌、井涌甚至井喷等复杂事故发生，超高的井底环境压力需要高密度钻井液的静液柱压力来平衡。

无固相钻井液是一种以储层保护为目的的水基钻井液，也称为无粘土钻井液，是在低固相钻井液的基础上发展起来的第三代钻井液体系。该钻井液体系以盐类作为加重剂、抑制剂，以高聚物作为主要增粘剂。该钻井液体系与清水比较起来，具有更好的携岩能力、更好的防护井壁以及防塌等能力，并且同时拥有更好的润滑与减阻作用。

无固相钻井液体系与有固相钻井液体系相比较起来，该体系不仅可以提高钻井效率而且能够很好的保护油气层，还具有较低流动阻力、较小的静切力以及体系粘度可以调节等优点，更有益于井下的钻探工作。尤其是水平井及特殊工艺井钻井，无土相钻井液在钻井的过程中应用效果十分显著，尤其是在储层中对液相和固相颗粒的控制，降低了在油气储层中的渗入深度，进而对油气储层进行了保护。 随着时代的发展，钻进技术的不断进步，油田勘探开发也不断深入，与此同时在深井、复杂井、及特殊储藏的开发的难度也越来越大，同时在钻井作业过程中对环境保护的重视也越来越大，还要对油气层具有很好的保护性，因此对钻井液的要求也越来越高，无固相钻井液更为有效，更为廉价，更为环保，能够适应井壁及广泛地质条件。

无固相钻井液需要提高密度，主要依靠可溶盐溶于水来提高密度，以避免固相加重材料对储层伤害，常见的可溶盐加重剂有氯化物、甲酸盐等，常用的主要为氯化钠和氯化钾，密度一般为1.16~1.20g/cm3，利用甲酸盐可加重到1.30g/cm3，但是甲酸盐的价格较昂贵，增加了钻井成本，且不容易形成滤饼，可能会损害油气层。

因此，亟需研发兼顾加重、良好流变性、沉降稳定性以及储层井壁附着固相易酸溶解堵的储层友好型海水钻井液，实现安全海洋钻井和保护海洋油气层的双重目标。

中国专利202010053414.6公开了一种可酸溶复合加重粉及其在钻井液中的应用，加重粉为肥料级磷酸氢钙。该发明采用的加重粉可酸溶、易均匀分散、增粘效果弱、环境友好。但该可酸溶加重粉及其配制的钻井液体系存在以下问题：①钻井液体密度调节上限不高于1.50g/cm3，无法用于底层压力较高的工况；②该发明的加重粉生产成本高，使用工艺复杂。

中国专利202011262101.8公开了一种无土相硅酸盐双保钻井组合物、无土相硅酸盐双保钻井液。该无土相硅酸盐双保钻井组合物由以下重量份的组分组成：可溶氯化物3-7份，可降解降滤失剂1-3份，可降解增粘剂0.05-0.30份，润滑剂1-2份，可酸溶封堵剂3-5份，硅酸盐5-10份。由本发明可实现泥饼自然降解，其酸溶率高达97％，酸溶后储层渗透率恢复可达90％。但该钻井液体系存在以下问题：①钻井液配制难度大，所述硅酸盐的模数超出2.6-2.8，会造成钻井液体系的表观粘度、塑性粘度及动切力的下降，流变性难以控制，滤失量也会随之增大；②该体系中均无加重材料，仅适用于地层压力较低的钻井过程中。

中国专利202011349871.6公开了一种球形高密度微纳米级可酸溶的加重材料、其制备方法及应用。其中，该加重材料按质量份数计由以下组分组成：30-70份的纳米级四氧化三锰、30-65份的微米级四氧化三锰，以及0-5份的分散剂。该发明的加重材料，盐酸溶解率大于99.50％，不易沉降易返排，具有较好的储层保护效果。但该加重材料及应用存在以下问题：①其制备工艺特殊，粒径小易团聚，且价格昂贵；②应用范围受限，仅使用于将油基钻井液体系。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：（1）传统的重晶石加重材料不溶于酸，会增加无固相钻井液体系中的固相含量，在储层改造中不易被酸溶解，严重影响油藏开发效益；（2）传统的碳酸钙加重材料虽易溶于酸，有利于储层保护；但，其密度调节上限低，很难满足钻井现场需求；（3）常规的氯化物、甲酸盐可以用于提高无固相钻井液的密度，但，加重范围受限，影响无固相钻井液体系的应用范围；（4）现有技术人工处理的可酸溶加重剂，密度调节上限低，很难满足高压力地层钻井现场需要。

解决以上问题及缺陷的意义为：（1）采用表面处理技术合成可酸溶加重剂，其加重极限明显高于现有的可酸溶加重剂碳酸钙，且解决了加重剂难分散、沉降稳定性差的问题；（2）首次将海水钻井液体系和表面改性的可酸溶加重剂复配应用于复杂地层钻井工程，得到的海水钻井液体系不仅工程性能良好，有利于现场应用施工，而且能够解决传统加重剂难降解和密度可调上限低的问题；（3）为深水海洋油气资源开发井下安全提供技术保障；（4）无土相钻井液，亚微粒子固相含量低，避免了因钻井液中的粘土固相颗粒而造成的油、气孔隙受堵现象，形成的滤饼更易于反排，对储层损害更低。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种易酸化解堵的海水无土相钻井液；克服现有技术存在的重晶石粉加重钻井液体系沉降稳定性差且难解堵、碳酸钙等可酸溶加重剂密度调节上限低且流变性难调等问题；具有密度调节上限高、沉降稳定性良好、流变性易调、泥饼易降解的优势。

其技术方案如下：一种易酸化解堵的海水无土相钻井液，包括海水、氢氧化钠、氯化钾、化学功能助剂和重量可调表面改性可酸溶加重材料。

进一步的，所述化学功能助剂包括降滤失剂、润滑剂、生物聚合物、高粘聚阴离子纤维素和抑制剂。

进一步的，包括100重量%的海水、0.2-0.4重量%的氢氧化钠、0.5-1重量%的抑制剂、1-1.5重量%的降滤失剂、5-7重量%氯化钾、1-2重量%的聚合物、2-3重量%的高粘聚阴离子纤维素、2-3重量%的润滑剂和重量可调表面改性可酸溶加重材料。

进一步的，所述抑制剂为聚胺抑制剂，所述降滤失剂为纤维素类降滤失剂，所述润滑剂为液体润滑剂；所述聚胺抑制剂为胺基聚醇和有机胺的至少一种；所述纤维素类降滤失剂为低粘羧甲基纤维素钠盐；所述液体润滑剂为聚醚多元醇。

更进一步的，一种易酸化解堵的海水无土相钻井液的制备方法，包括以下步骤：步骤一、室温下，将氯化钾与海水按照比例进行混合，得到溶液；步骤二、室温下，将纤维素类降滤失剂、生物聚合物、高粘聚阴离子纤维素与步骤一得到的溶液按比例进行混合，得到基浆；步骤三、室温下，将聚胺抑制剂、液体润滑剂与步骤二得到的基浆按比例进行混合，得到基浆；步骤四、室温下，将表面改性可酸溶加重剂与步骤三得到的基浆按比例进行混合，得到所需密度的泥饼可酸化海水无粘土钻井液。

进一步的，所述重量可调表面改性可酸溶加重材料包括80-99重量%可溶加重剂，0.5-3重量%表面改性剂，其他组分可为碳酸钙、白云石、重晶石、石英中一种或几种。

进一步的，所述可溶加重剂为羟基磷灰石，密度为2.9-3.2g/cm3，在浓度≥10重量%HCl溶液中的酸溶率≥85%；所述的表面改性剂为乙烯三胺五甲叉膦酸钠盐，浓度为50-100重量%；所述乙烯三胺五甲叉膦酸钠盐包括乙烯三胺五甲叉膦酸二钠、乙烯三胺五甲叉膦酸五钠、乙烯三胺五甲叉膦酸七钠的一种或几种。

进一步的，所述的表面改性剂还可以为氨基三甲叉膦酸四钠、氨基三甲叉膦酸五钠、羟基乙叉二膦酸二钠、双1,6-亚己基三胺五甲叉膦酸钠中的一种或几种。

更进一步的，一种易酸化解堵的海水无土相钻井液，所述重量可调表面改性可酸溶加重材料包括如下制备步骤：步骤一、室温下，将适量的羟基磷灰石置于盛有自来水的烧杯中，搅拌速率为100-20000r/min，得到加重剂悬浮液；步骤二、将步骤一所述的烧杯置于一定温度（15-95℃）的水浴中，得到加重剂悬浮液；步骤三、向步骤二得到的悬浮液中添加适量的表面改性剂和氢氧化钠，搅拌得到表面改性加重剂悬浮液，搅拌速率为300-12000r/min，pH值为7-9，反应时间为0.3-3h；步骤四、将步骤三所述的悬浮液过滤、洗涤、烘干，得到表面改性的可酸溶加重剂粉末。

进一步的，所述的酸中和剂为氢氧化钠。

本发明的有益效果是：本发明能够将海水无粘土钻井液密度加重至1.60g/cm3，并且酸溶率≥85%，解决了现有的重晶石等高密度加重剂无法酸溶导致储层损害、现有的碳酸钙等可酸溶加重剂加重极限低且增粘效应大的矛盾问题，并且该发明与钻井液常用外加剂复配使用效果良好，对降滤失性、流变性等均有改善作用。本发明还能保证后续完井和增产作业中泥饼有效溶解、解除储层的堵塞，有效保护储层。

附图说明

图1为一种易酸化解堵的海水无土相钻井液工艺流程图；

图2为重量可调表面改性可酸溶加重材料工艺流程图。

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明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

实施例中评价表面改性可酸溶加重剂的性能所使用的钻井液配方如下。

配方1为海水无粘土钻井液，包括下述质量份的组分：海水100份，氯化钾5份，氢氧化钠0.3份，胺基聚醇1份，低粘羧甲基纤维素钠盐1.5份，生物聚合物1份，高粘聚阴离子纤维素1.5份，碳酸钙2份。

配方2为海水无粘土钻井液，包括下述质量份的组分：海水100份，氯化钾5份，氢氧化钠0.3份，胺基聚醇1份，低粘羧甲基纤维素钠盐1.5份，生物聚合物1.2份，高粘聚阴离子纤维素2份，碳酸钙2份。

配方3为海水无粘土钻井液，包括下述质量份的组分：海水100份，氯化钾5份，氢氧化钠0.3份，胺基聚醇1份，低粘羧甲基纤维素钠盐1.5份，生物聚合物1.5份，高粘聚阴离子纤维素2.5份，碳酸钙2份。

配方4为海水无粘土钻井液，包括下述质量份的组分：海水100份，氯化钾5份，氢氧化钠0.3份，胺基聚醇1份，低粘羧甲基纤维素钠盐1.5份，生物聚合物2份，高粘聚阴离子纤维素3份，碳酸钙2份。

实施例1

表面改性的可酸溶加重剂组成为：80重量%羟基磷灰石，9.5重量%白云石，10重量%石英，0.5重量%乙烯三胺五甲叉膦酸二钠。其制备方法为：（1）将可酸溶加重剂置于水中在500r/min下搅拌，得到可酸溶加重剂悬浮液；（2）将可酸溶加重剂悬浮液置于50℃水浴中，3000r/min搅拌并加入乙烯三胺五甲叉膦酸二钠，然后加入NaOH调节pH值为7，搅拌0.3h；（3）将悬浮液进行过滤、洗涤、烘干，得到表面改性的可酸溶加重剂。利用上述表面改性的可酸溶加重剂，将配方1钻井液加重至密度为1.20g/cm3。

实施例2

表面改性的可酸溶加重剂组成为：99重量%羟基磷灰石，0.8重量%乙烯三胺五甲叉膦酸五钠、0.2重量%氨基三甲叉膦酸五钠。其制备方法为：（1）将可酸溶加重剂置于水中在100r/min下搅拌，得到可酸溶加重剂悬浮液；（2）将可酸溶加重剂悬浮液置于40℃水浴中，500r/min搅拌并加入乙烯三胺五甲叉膦酸二钠、氨基三甲叉膦酸五钠，然后加入NaOH调节pH值为7.5，搅拌3h；（3）将悬浮液进行过滤、洗涤、烘干，得到表面改性的可酸溶加重剂。利用上述表面改性的可酸溶加重剂，将配方2钻井液加重至密度为1.40g/cm3。

实施例3

表面改性的可酸溶加重剂组成为：87重量%羟基磷灰石，5.5重量%碳酸钙，6重量%重晶石，1重量%乙烯三胺五甲叉膦酸七钠，0.3重量%氨基三甲叉膦酸四钠、0.2重量%羟基乙叉二膦酸二钠。其制备方法为：（1）将可酸溶加重剂置于水中在20000r/min下搅拌，得到可酸溶加重剂悬浮液；（2）将可酸溶加重剂悬浮液置于95℃水浴中，搅拌并加入乙烯三胺五甲叉膦酸二钠、氨基三甲叉膦酸四钠、羟基乙叉二膦酸二钠，然后加入NaOH调节pH值为9，12000r/min搅拌1h，然后1000r/min搅拌2h；（3）将悬浮液进行过滤、洗涤、烘干，得到表面改性的可酸溶加重剂。利用上述表面改性的可酸溶加重剂，将配方3钻井液加重至密度为1.60g/cm3。

实施例4

表面改性的可酸溶加重剂组成为：90重量%羟基磷灰石，7重量%重晶石，2重量%乙烯三胺五甲叉膦酸二钠，0.5重量%氨基三甲叉膦酸四钠、0.5重量%双1,6-亚己基三胺五甲叉膦酸钠。其制备方法为：（1）将可酸溶加重剂置于水中在8000r/min下搅拌，得到可酸溶加重剂悬浮液；（2）将可酸溶加重剂悬浮液置于15℃水浴中，搅拌并加入乙烯三胺五甲叉膦酸二钠、氨基三甲叉膦酸四钠、双1,6-亚己基三胺五甲叉膦酸钠，然后加入NaOH调节pH值为8，4000r/min搅拌2h；（3）将悬浮液进行过滤、洗涤、烘干，得到表面改性的可酸溶加重剂。利用上述表面改性的可酸溶加重剂，将配方4钻井液加重至密度为1.70g/cm3。

具体结果如表1和表2所示。

表1结果表明，实施例1-4中制备的表面改性的可酸溶加重剂在10%HCl溶液中浸泡4h后酸溶率达到87.9%-97.6%，表明其具有优良的酸溶效果，在油气储层段钻井作业结束后，可通过酸性完井液或酸化使用的酸液解堵，避免固相堵塞储层孔喉造成的储层污染。表2结果表明，实施例1-4制备的表面改性的可酸溶加重剂在酸溶率达到87.9%-97.6%的前提下，可保证密度为1.20g/cm3、1.40g/cm3、1.60g/cm3、1.70g/cm3的钻井液具有良好的流变性，120℃/16h热滚后塑性粘度较低，动切力适中，热滚后的动塑比维持在0.38-0.47，在行业公认的可保证良好井眼清洗效果的动塑比范围0.36-0.48之内；沉降系数均小于0.52，表明钻井液具有优良的沉降稳定性；热滚后钻井液API滤失量均＜5mL，滤失造壁性优良。因此，本发明的表面改性的可酸溶加重剂实现了同时保证钻井液的流变性、滤失性、沉降稳定性以及酸溶解堵效果。

表2结果表明，实施例1-4制备的表面改性的可酸溶加重剂在酸溶率达到87.9%-98.6%的前提下，可保证密度为1.20g/cm3、1.40g/cm3、1.60g/cm3、1.70g/cm3的钻井液具有良好的流变性，120℃/16h热滚后塑性粘度较低，动切力适中，热滚后的动塑比维持在0.38-0.47，在行业公认的可保证良好井眼清洗效果的动塑比范围之内（0.36-0.48）；沉降系数均小于0.52，表明钻井液具有优良的沉降稳定性；热滚后钻井液API滤失量均＜5mL，滤失造壁性优良。因此，本发明的表面改性的可酸溶加重剂实现了同时保证钻井液的流变性、滤失性、沉降稳定性以及酸溶解堵效果。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (10)

1.一种易酸化解堵的海水无土相钻井液，其特征在于，包括海水、氢氧化钠、氯化钾、化学功能助剂和重量可调表面改性可酸溶加重材料。

2.根据权利要求1所述的一种易酸化解堵的海水无土相钻井液，其特征在于，所述化学功能助剂包括降滤失剂、润滑剂、生物聚合物、高粘聚阴离子纤维素和抑制剂。

3.根据权利要求2所述的一种易酸化解堵的海水无土相钻井液，其特征在于，包括100重量%的海水、0.2-0.4重量%的氢氧化钠、0.5-1重量%的抑制剂、1-1.5重量%的降滤失剂、5-7重量%氯化钾、1-2重量%的聚合物、2-3重量%的高粘聚阴离子纤维素、2-3重量%的润滑剂和重量可调表面改性可酸溶加重材料。

4.根据权利要求3所述的一种易酸化解堵的海水无土相钻井液，其特征在于，所述抑制剂为聚胺抑制剂，所述降滤失剂为纤维素类降滤失剂，所述润滑剂为液体润滑剂；所述聚胺抑制剂为胺基聚醇和有机胺的至少一种；所述纤维素类降滤失剂为低粘羧甲基纤维素钠盐；所述液体润滑剂为聚醚多元醇。

5.如权利要求4所述的一种易酸化解堵的海水无土相钻井液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、室温下，将氯化钾与海水按照比例进行混合，得到溶液；步骤二、室温下，将纤维素类降滤失剂、生物聚合物、高粘聚阴离子纤维素与步骤一得到的溶液按比例进行混合，得到基浆；步骤三、室温下，将聚胺抑制剂、液体润滑剂与步骤二得到的基浆按比例进行混合，得到基浆；步骤四、室温下，将表面改性可酸溶加重剂与步骤三得到的基浆按比例进行混合，得到所需密度的泥饼可酸化海水无粘土钻井液。

6.根据权利要求1-4任一所述的一种易酸化解堵的海水无土相钻井液，其特征在于，所述重量可调表面改性可酸溶加重材料包括80-99重量%可溶加重剂，0.5-3重量%表面改性剂，其他组分可为碳酸钙、白云石、重晶石、石英中一种或几种。

7.根据权利要求5所述的一种易酸化解堵的海水无土相钻井液，其特征在于，所述可溶加重剂为羟基磷灰石，密度为2.9-3.2g/cm3，在浓度≥10重量%HCl溶液中的酸溶率≥85%；所述的表面改性剂为乙烯三胺五甲叉膦酸钠盐，浓度为50-100重量%；所述乙烯三胺五甲叉膦酸钠盐包括乙烯三胺五甲叉膦酸二钠、乙烯三胺五甲叉膦酸五钠、乙烯三胺五甲叉膦酸七钠的一种或几种。

8.根据权利要求7所述的一种易酸化解堵的海水无土相钻井液，其特征在于，所述的表面改性剂还可以为氨基三甲叉膦酸四钠、氨基三甲叉膦酸五钠、羟基乙叉二膦酸二钠、双1,6-亚己基三胺五甲叉膦酸钠中的一种或几种。

9.根据权利要求7-8任一所述的一种易酸化解堵的海水无土相钻井液，其特征在于，所述重量可调表面改性可酸溶加重材料包括如下制备步骤：步骤一、室温下，将适量的羟基磷灰石置于盛有自来水的烧杯中，搅拌速率为100-20000r/min，得到加重剂悬浮液；步骤二、将步骤一所述的烧杯置于一定温度（15-95℃）的水浴中，得到加重剂悬浮液；步骤三、向步骤二得到的悬浮液中添加适量的表面改性剂和氢氧化钠，搅拌得到表面改性加重剂悬浮液，搅拌速率为300-12000r/min，pH值为7-9，反应时间为0.3-3h；步骤四、将步骤三所述的悬浮液过滤、洗涤、烘干，得到表面改性的可酸溶加重剂粉末。

10.根据权利要求9所述的一种易酸化解堵的海水无土相钻井液，其特征在于，所述的酸中和剂为氢氧化钠。