一种超高温高密度钻井液及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于石油天然气勘探开发钻井领域，具体涉及一种超高温高密度钻井液及其制备方法与应用。

背景技术

随着世界能源需求不断增加，钻探目标逐步转向深部地层，而在深部地层钻进过程中，钻遇超高温高压地层的几率较大。在深部超高温高压地层环境下，钻井液普遍存在流变性差及难调控、高温高压失水增大、重晶石沉降等问题，导致井下复杂发生。

国外在抗高温高密度水基钻井液技术方面，最高应用温度达243℃，密度一般为1.5～1.8g/cm

国内在超高温、高密度钻井液处理剂及体系研究方面，出现了抗240℃超高温的水基钻井液用处理剂。单一的温度和密度指标方面，一些成果可媲美国际先进水平。钻探的高温、高密度井，如莫深1井井底温度173℃、密度2.10g/cm

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明第一方面提供了一种性能优良的超高温高密度钻井液体系，以超高温降滤失剂和抗高温高密度分散剂为核心处理剂，密度达到2.40g/cm

本发明第二方面提供了上述钻井液的制备方法。

本发明第三方面提供了钻井液的应用。

根据本发明的第一方面，所述超高温高密度钻井液包括抗高温分散剂、超高温降滤失剂、润滑剂、防塌剂、膨润土、pH值调节剂、加重剂和水以及任选的磺化褐煤和褐煤树脂，其中以水为100重量份计，所述抗高温分散剂为0.2-10份，所述超高温降滤失剂为0.1-10份，所述润滑剂为0.5-10份，所述防塌剂为0.2-10份，所述磺化褐煤为0-10份，所述褐煤树脂为0-10份，所述pH值调节剂为0.1-5份，所述膨润土为0.2-5份，所述加重剂为150-500份。

根据本发明的一些实施方式，在所述钻井液中，以水为100重量份计，所述抗高温分散剂为0.5-5份，所述超高温降滤失剂为0.2-6份，所述润滑剂为1-5份，所述防塌剂为0.5-6份，所述磺化褐煤为1-6份，所述褐煤树脂为1-6份，所述pH值调节剂为0.2-3份，所述膨润土为0.5-3份。

根据本发明的一些实施方式，在所述钻井液中，以水为100重量份计，所述抗高温分散剂为1-3份，所述超高温降滤失剂为0.5-3份，所述润滑剂为2-4份，所述防塌剂为2-4份。

在本发明中所述加重剂为150-500份，是指根据每口井的不同密度加入不同重量份数的加重剂。

在本发明的一些具体实施方式中，所述超高温高密度钻井液以水为100重量份计(w/v)，各组分配比如下：

根据本发明的一些实施方式，所述抗高温分散剂包括有机酸酐、含乙烯基的磺酸盐和磺化酚醛树脂的反应产物。

根据本发明的一些实施方式，所述抗高温分散剂为抗高温分散剂SMS-H。所述抗高温分散剂SMS-H为含磺酸基和大量羟基的低分子量聚合物，具有一定的表面活性，在高温下能有效吸附在加重剂颗粒表面，显著降低由于大量重晶石加入而引起的钻井液粘度、屈服值以及胶凝强度的增加，使钻井液保持适度分散以使其具有合适的流变性能，兼具一定的降低滤失量的能力。

根据本发明的一些实施方式，所述超高温降滤失剂为一种采用接枝共聚和微交联技术的磺化酚醛树脂接枝改性聚合物。其作用是减少钻井液的高温高压滤失量，但又不会显著提高钻井液体系的粘度。

根据本发明的一些实施方式，所述超高温降滤失剂为SMPFL-UP。

根据本发明的一些实施方式，所述润滑剂包括选自极压润滑剂、原油和石墨中的一种或多种。

根据本发明的一些实施方式，所述润滑剂包括选自润滑剂SMJH-1。所述润滑剂SMJH-1为一种含有极压元素改性酯类润滑剂。

根据本发明的一些实施方式，所述防塌剂包括选自树脂类防塌剂和沥青类防塌剂中的一种或多种。根据本发明的一些实施方式，所述防塌剂包括选自防塌SMNA-1。所述防塌剂SMNA-1为以油溶性骨架材料通过偶联、取代、交联等有机反应，研制的具有高温广谱变形、弹性封堵、黏结固壁等功能的封堵防塌处理剂。

根据本发明的一些实施方式，所述膨润土包括选自钙膨润土、镁膨润土和钠膨润土中的一种或多种。

根据本发明的一些实施方式，钠膨润土的作用是使钻井液具有较好的胶体稳定性，使钻井液能够获得比较稳定的粘度和流动性，适量的膨润土和重晶石共同组成了基本的胶体稳定体系，可以提高钻井液的悬浮稳定性。

根据本发明的一些实施方式，所述pH值调节剂包括选自氢氧化钠、氢氧化钾和碳酸钠中的一种或多种。

根据本发明的一些实施方式，所述加重剂包括选自碳酸钙、重晶石、铁矿粉和方铅矿粉中的一中或多种。

根据本发明的一些实施方式，所述钻井液加重剂为符合行业标准(Q/SH0041-2007)的一级重晶石粉，密度4.2～4.3g/cm

根据本发明的第二方面，所述的钻井液的制备方法，包括以下步骤：

(1)将膨润土加入水中制成膨润土浆，优选地进行养护12-36h；

(2)在步骤(1)所得的膨润土浆中加入超高温降滤失剂，得混合浆A；

(3)在步骤(2)所得的混合浆A中，加入抗高温分散剂、磺化褐煤、褐煤树脂、润滑剂、防塌剂和pH值调节剂，得混合浆B；

(4)在步骤(3)所得的混合浆B中，加入加重剂得所述钻井液。

在本发明的一些具体实施方式中，所述钻井液的制备方法如下：

(1)膨润土浆配制：将所述膨润土加入水中制成膨润土基浆，养护；

(2)钻井液制备：在养护后的膨润土基浆中，在搅拌下加入所述的降滤失剂SMPFL-UP，溶解均匀后，再在搅拌下加入包含分散剂SMS-H、磺化褐煤、褐煤树脂、润滑剂SMJH-1、防塌剂SMNA-1、pH值调节剂等在内的组分，溶解均匀后加入重晶石，再高搅20min即得超高温高密度钻井液。

本发明提供了的超高温高密度钻井液，可应用于井底温度高(240℃)和深井、高压地层(钻井液密度达2.4g/cm

具体实施方式

下面将通过具体实施例对本发明做进一步地说明，但应理解，本发明的范围并不限于此。

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明实施例仅为示例性的说明，该实施方式无论在任何情况下均不构成对本发明的限定。

评价方法：

(1)超高温抗盐钻井液性能的评价方法参照中华人民共和国行业标准ZB/TE13004—90(钻井液测试程序)。

(2)沉降稳定性

将配制的高密度钻井液于高温滚子炉中、指定的温度下滚动老化16h后，再于恒温干燥箱中(高温老化罐竖直放置)、指定的温度下静置老化一定时间，降温时保持高温老化罐竖直放置，小心开罐，不振摇液面，开罐后不搅拌，将浆体分成上层和下层各一半的体积，分别搅拌后测定密度，记为ρ1(上层)和ρ2(下层)，SF值(沉降因子)按照下式计算。测完密度后的浆体混合，搅拌后测定流变性能和滤失性能。

实验原料来源：

膨润土：渤海钻探泥浆公司；

抗高温分散剂SMS-H：中国石化石油工程技术研究院，具体制备方法如下：

(1)在200r/min搅拌条件下在100份水中依次加入10份邻苯二甲酸酐和10份苯乙烯磺酸钠，升温至60℃，得到混合物A。

(2)将混合物A升温至75℃，200r/min搅拌条件下向混合物A中加入10份磺甲基酚醛树脂，继续搅拌0.5h，得到混合物B。

(3)将合物B冷却至30℃，在200r/min搅拌条件下向混合物B中加入1.2份甲醛，30℃下继续搅拌40min至均匀，得到混合物C。

(4)将混合物C转移至封闭容器，充入氮气，升温至60℃，反应1h，得到混合物D。

(5)将混合物D在120℃下干燥16h，粉碎，过20目筛，得到所述分散剂SMS-H。

超高温降滤失剂SMPFL-UP：中国石化石油工程技术研究院，具体制备方法如下：

将5份磺酸盐聚合物(PFL-L，中国石化石油工程技术研究院，工业品，分子量20万，含磺酸基团的链节含量45％)溶于100份水中，搅拌均匀；将5份磺甲基酚醛树脂(SMP-2，重庆大方油田化学有限公司，工业品)加入聚合物溶液中，搅拌均匀；在搅拌条件下加入0.6份甲醛，室温搅拌15min，转移至封闭容器，充入氮气，升温至60℃，反应2h，得到磺化酚醛树脂接枝改性聚合物降滤失剂SMPFL-UP。

润滑剂SMJH-1：中国石化石油工程技术研究院，具体制备方法参见中国专利CN104342090 A；

防塌剂SMNA-1：中国石化石油工程技术研究院，具体制备方法参见中国专利CN107090279 A；

褐煤树脂：山东得顺源石油科技有限公司；

磺化褐煤：成都川锋化学有限责任公司；

重晶石：安县华西矿粉有限公司出产的，密度4.3g/cm

实施例1

密度为2.40g/cm

按上述组分配比，配制钠膨润土浆，老化24小时后，高搅下加入超高温降滤失剂SMPFL-UP，溶解均匀后加入分散剂SMS-H、磺化褐煤、褐煤树脂、润滑剂SMJH-1、防塌剂SMNA-1、氢氧化钠，搅拌至溶解均匀，搅拌下加入重晶石粉，高搅20min后测试钻井液老化前性能。按上述方法配制的超高温高密度钻井液放入高温老化罐，在220℃下滚动，冷却到55℃测试钻井液老化后性能。上述组分配比的超高温高密度钻井液性能如下表1：

表1

据上述配方实验结果可知，密度2.40g/cm

实施例2

密度为2.20g/cm

按上述组分配比，配制钠膨润土浆，老化24小时后，高搅下加入超高温降滤失剂SMPFL-UP，溶解均匀后加入分散剂SMS-H、磺化褐煤、褐煤树脂、润滑剂SMJH-1、防塌剂SMNA-1、氢氧化钠，搅拌至溶解均匀，搅拌下加入重晶石粉，高搅20min后测试钻井液老化前性能。按上述方法配制的超高温高密度钻井液放入高温老化罐，在240℃下滚动，冷却到55℃测试钻井液老化后性能。上述组分配比的超高温高密度钻井液性能如下表2：

表2

由实验结果可知，密度为2.20g/cm

实施例3

密度为2.40g/cm

按上述组分配比，配制钠膨润土浆，老化24小时后，高搅下加入超高温降滤失剂SMPFL-UP，溶解均匀后加入分散剂SMS-H、磺化褐煤、褐煤树脂、润滑剂SMJH-1、防塌剂SMNA-1、氢氧化钠，搅拌至溶解均匀，搅拌下加入重晶石粉，高搅20min后测试钻井液老化前性能。按上述方法配制的超高温高密度钻井液放入高温老化罐，在240℃下滚动，冷却到55℃测试钻井液老化后性能。上述组分配比的超高温高密度钻井液性能如下表3：

由实验结果可知，密度为2.40g/cm

实施例4：与实施例3不同之处仅在于，抗高温分散剂SMS-H为0.5份，性能见表3。

实施例5：与实施例3不同之处仅在于，抗高温分散剂SMS-H为3份，性能见表3。

实施例6：与实施例3不同之处仅在于，抗高温分散剂SMS-H为5份，性能见表3。

实施例7：与实施例3不同之处仅在于，超高温降滤失剂SMPFL-UP为0.3份，性能见表3。

实施例8：与实施例3不同之处仅在于，超高温降滤失剂SMPFL-UP为1.2份，性能见表3。

实施例9：与实施例3不同之处仅在于，超高温降滤失剂SMPFL-UP为3份，性能见表3。

实施例10：

与实施例3不同之处仅在于，抗高温分散剂为改性磺化丹宁，性能见表3。由实验结果可知，密度为2.40g/cm

表3

应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不对本发明构成任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性的词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可以扩展至其它所有具有相同功能的方法和应用。