一种高矿化度水基钻井液及其制备方法与流程

本发明涉及钻井液技术领域，尤其涉及一种高矿化度水基钻井液及其制备方法。

背景技术：

目前，钾盐是农业生产用钾肥的主要来源。我国的钾肥主要产自青海格尔木及新疆罗布泊地区，其中，罗布泊盐湖深部富含高品位钾盐。在罗布泊钻进时，钻遇地层主要为第四系松散层，卵砾石层及砂层孔段易发生坍塌埋钻事故，粘土层孔段易缩径卡钻，导致钻探施工中孔壁极不稳定、易引发孔内事故。

同时，在钻井现场使用卤水配制钻井液，对钻井液性能影响较大，导致配制的钻井液胶体稳定性差、易沉淀分层且不能有效悬浮和携带岩粉。此外，地层漏失也会导致钻井液密度降低，过低的钻井液液柱压力，使本来不稳定的井眼更加失稳发生事故。因此，研发性能优异的高矿化度水基钻井液对盐卤矿钻探具有重要意义。

技术实现要素：

针对现有富钾盐卤矿钻探过程中钻井液存在的胶体稳定性差、易沉淀分层，难以满足施工需求等问题，本发明提供一种高矿化度水基钻井液及其制备方法。

为达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种高矿化度水基钻井液，包括如下质量份数的原料组分：有机膨润土4～6份；改性沥青2～4份；抗盐共聚物0.8～1.5份；水解聚丙烯腈钾盐0.5～1.5份；磺化褐煤树脂2～3份；随钻堵漏剂1～4份；包被剂0.2～0.5份；消泡剂0.5～1份；碳酸钠0.3～0.5份；氢氧化钠0.8～1份和卤水95～105份。

相对于现有技术，本发明提供的高矿化度水基钻井液，采用现场卤水配制水基钻井液，所选用其他原料组分均可溶解于高矿化度的卤水中，通过添加有机膨润土改善钻井液的稳定性，改性沥青可有效软化，堵塞和覆盖泥页岩微裂缝，不仅可以与随钻堵漏剂共同作用保证封堵作用，还可以与有机膨润土混合形成泥饼，使泥皮致密、韧性强，稳固孔壁。同时，水解聚丙烯腈钾盐与磺化褐煤树脂共同作用改善降滤失性能，此外，包被剂能够有效包被钻屑，防止钻屑和泥页岩水化，防止井壁垮塌，进一步地稳定井壁，并与抗盐共聚物共同作用提高抗温、抗盐能力，进一步地改善增粘降滤失效果。由以上组分配制的钻井液具有良好的胶体稳定性，能够有效建立平衡地层压力的液柱压力，并具有较大的调节范围不污染矿层，不影响矿层分析；同时，具有较低的滤失量和较强的抑制性，在钻进过程中孔壁稳定；良好的流变性及优良的悬浮和携带岩粉能力，使得盐矿芯采取率得到保证，满足施工需求。

进一步地，所述改性沥青为sebs改性沥青，软化点在70℃，井孔较浅，孔底温度较低，选用软化点在70℃的改性沥青可有效软化，堵塞和覆盖泥页岩微裂缝，阻止滤液侵入。

进一步地，所述sebs改性沥青是以沥青胶粒为原料，以sebs作为改性剂，以发烟硫酸为磺化试剂在煤油中反应制得sebs改性沥青(ft-401)，选用软化点在70℃的sebs改性沥青可有效软化，堵塞和覆盖泥页岩微裂缝，阻止滤液侵入。且软化后与膨润土混合形成泥饼，使泥皮致密、韧性强，孔壁稳固，实现良好的封堵作用。

进一步地，所述抗盐共聚物为淀粉接枝共聚物。

进一步地，所述淀粉接枝共聚物是淀粉与乙烯基单体或丙烯酸单体接枝共聚后，在碱性条件下进行皂化反应制得，经皂化后的接枝共聚物可溶解于高矿化度卤水，具有很好的增稠效果和抗盐能力。

进一步地，所述卤水中含有na⁺、k⁺、mg²⁺、ca²⁺、cl^-、so4^2-和b³⁺离子，其中，na⁺浓度为78.18g/l、k⁺浓度为14.85g/l、mg²⁺浓度为34.1625g/l、ca²⁺浓度为168.3g/l、cl^-浓度为190.0225g/l、so4^2-浓度为60.2625g/l和b³⁺浓度为117.9g/l。

进一步地，所述随钻堵漏剂为防塌型随钻堵漏剂，具有良好的水溶胀桥接封堵功能，粘附性强，可有效溶解于高矿化度卤水中，用于封堵漏失层，与改性沥青等其他组分达到更好的封堵效果。

进一步地，所述包被剂为两性离子聚合物包被剂，能有效地包被钻屑，防止钻屑和泥页岩水化，防止井壁垮塌，有利于井壁稳定，并与抗盐共聚物共同作用，改善抗盐能力，并进一步地提升增粘降滤失效果。

进一步地，所述消泡剂为高效消泡剂df-4，由柴油、硬脂酸铝、植物油等制得，由聚醚酯、分散剂及稳定剂等组成，具有良好的消泡和抑泡效果，能够有效消除卤水配制钻井液时产生的泡沫，避免摩阻系数增大，减少钻具回转阻力并改善钻井液的流变性能。

本发明还提供了上述高矿化度水基钻井液的制备方法，包括以下步骤：

s1，将所述碳酸钠、氢氧化钠溶解于所述卤水中，加入所述有机膨润土，搅拌，得到第一混合物料；

s2，向所述第一混合物料中加入所述水解聚丙烯腈钾盐、磺化褐煤树脂和随钻堵漏剂，搅拌，得到第二混合物料；

s3，向所述第二混合物料中加入所述抗盐共聚物和改性沥青，搅拌，得到第三混合物料；

s4，向所述第三混合物料中加入包被剂，搅拌并加入消泡剂，得高矿化度水基钻井液。

本发明提供的高矿化度水基钻井液的制备方法，利用钻井现场卤水配制钻井液，工艺简单，操作容易，维护管理方便，所得钻井液胶体稳定性好，滤失量低，悬浮和携带岩粉能力强，满足富钾盐卤矿钻探施工需求。

进一步地，步骤s1中，搅拌速度为400～600rpm，时间为20～30min；步骤s2中，搅拌速度为600～800rpm，时间为5～10min；步骤s3中，搅拌速度为1500～2000rpm，时间为10～20min；步骤s4中，搅拌速度为600～800rpm，时间为20～30min，保证所得钻井液的均一性和稳定性。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了更好的说明本发明实施例提供的高矿化度水基钻井液，下面通过实施例做进一步的举例说明。

实施例1

一种高矿化度水基钻井液，包括如下质量份数的原料组分：有机膨润土5kg；sebs改性沥青ft-401为3kg；抗盐共聚物gtq为1kg；水解聚丙烯腈钾盐khpan为1kg；磺化褐煤树脂spnh为2.5kg；防塌型随钻堵漏剂gpc为2kg；包被剂fa-367为0.3kg；消泡剂df-4为0.8kg；碳酸钠0.4kg；氢氧化钠0.9kg和现场卤水100kg。

上述高矿化度水基钻井液的制备方法，包括如下步骤：

s1，将上述碳酸钠、氢氧化钠溶解于卤水中，加入有机膨润土，500rpm搅拌25min，得到第一混合物料；

s2，向所得第一混合物料中加入上述水解聚丙烯腈钾盐khpan、磺化褐煤树脂spnh和防塌型随钻堵漏剂gpc，700rpm搅拌8min，得到第二混合物料；

s3，向所得第二混合物料中加入抗盐共聚物gtq和sebs改性沥青ft-401，1800rpm搅拌15min，得到第三混合物料；

s4，向所得第三混合物料中加入包被剂fa-367，700rpm搅拌25min，加入消泡剂df-4，搅拌均匀，得高矿化度水基钻井液。

实施例2

一种高矿化度水基钻井液，包括如下质量份数的原料组分：有机膨润土4kg；sebs改性沥青ft-401为4kg；抗盐共聚物gtq为0.8kg；水解聚丙烯腈钾盐khpan为0.5kg；磺化褐煤树脂spnh为3kg；防塌型随钻堵漏剂gpc为1kg；包被剂fa-367为0.5kg；消泡剂df-4为0.5kg；碳酸钠0.3kg；氢氧化钠1kg和现场卤水95kg。

上述高矿化度水基钻井液的制备方法，包括如下步骤：

s1，将上述碳酸钠、氢氧化钠溶解于卤水中，加入有机膨润土，400rpm搅拌30min，得到第一混合物料；

s2，向所得第一混合物料中加入上述水解聚丙烯腈钾盐khpan、磺化褐煤树脂spnh和防塌型随钻堵漏剂gpc，800rpm搅拌5min，得到第二混合物料；

s3，向所得第二混合物料中加入抗盐共聚物gtq和sebs改性沥青ft-401，1500rpm搅拌20min，得到第三混合物料；

s4，向所得第三混合物料中加入包被剂fa-367，600rpm搅拌30min，加入消泡剂df-4，搅拌均匀，得高矿化度水基钻井液。

实施例3

一种高矿化度水基钻井液，包括如下质量份数的原料组分：有机膨润土6kg；sebs改性沥青ft-401为2kg；抗盐共聚物gtq为1.5kg；水解聚丙烯腈钾盐khpan为1.5kg；磺化褐煤树脂spnh为2kg；防塌型随钻堵漏剂gpc为4kg；包被剂fa-367为0.2kg；消泡剂df-4为1kg；碳酸钠0.5kg；氢氧化钠0.8kg和现场卤水105kg。

上述高矿化度水基钻井液的制备方法，包括如下步骤：

s1，将上述碳酸钠、氢氧化钠溶解于卤水中，加入有机膨润土，600rpm搅拌20min，得到第一混合物料；

s2，向所得第一混合物料中加入上述水解聚丙烯腈钾盐khpan、磺化褐煤树脂spnh和防塌型随钻堵漏剂gpc，600rpm搅拌10min，得到第二混合物料；

s3，向所得第二混合物料中加入抗盐共聚物gtq和sebs改性沥青ft-401，2000rpm搅拌10min，得到第三混合物料；

s4，向所得第三混合物料中加入包被剂fa-367，800rpm搅拌20min，加入消泡剂df-4，搅拌均匀，得高矿化度水基钻井液。

为了更好的说明本发明的技术方案，下面还通过对比例和本发明的实施例做进一步的对比。

对比例1

一种高矿化度水基钻井液，在实施例1的基础上将水解聚丙烯腈钾盐替换为等量的水解聚丙烯腈-铵盐，sebs改性沥青替换为磺化沥青，具体包括如下质量份数的原料组分：有机膨润土5kg；磺化沥青为3kg；抗盐共聚物gtq为1kg；水解聚丙烯腈-铵盐为1kg；磺化褐煤树脂spnh为2.5kg；防塌型随钻堵漏剂gpc为2kg；包被剂fa-367为0.3kg；消泡剂df-4为0.8kg；碳酸钠0.4kg；氢氧化钠0.9kg和现场卤水100kg。

上述高矿化度水基钻井液的制备方法，包括如下步骤：

s1，将上述碳酸钠、氢氧化钠溶解于卤水中，加入有机膨润土，500rpm搅拌25min，得到第一混合物料；

s2，向所得第一混合物料中加入上述水解聚丙烯腈-铵盐、磺化褐煤树脂spnh和防塌型随钻堵漏剂gpc，700rpm搅拌8min，得到第二混合物料；

s3，向所得第二混合物料中加入抗盐共聚物gtq和磺化沥青，1800rpm搅拌15min，得到第三混合物料；

s4，向所得第三混合物料中加入包被剂fa-367，700rpm搅拌25min，加入消泡剂df-4，搅拌均匀，得高矿化度水基钻井液。

为了更好的说明本发明实施例提供的高矿化度水基钻井液的特性，下面将实施例1和对比例1得到的高矿化度水基钻井液进行老化试验，老化时间为16小时和48小时，测定老化后性能参数，结果如表1所示。

表1

由表1中数据可知，本发明实施例提供的高矿化度水基钻井液，经过不同时间的老化，钻井液性能稳定流变性良好，粘度好且滤失量低。罗布泊盐湖深部钾盐资源丰富，然而，交通条件异常恶劣，钻探生产只能采取当地现场卤水作为生产用水，该工艺方法使用现场高矿化度卤水解决现有的钻井液的胶体率低不稳定，有效成分不溶解，粘度低无法携岩，塌卡、埋钻事故等问题。

采用本发明实施例1提供的高矿化度水基钻井液在罗布泊盐湖深部钾盐地质科学钻探3号孔现场应用，并对现场配制的钻井液的性能进行测试，结果如表2所示。

表2

由表2中数据可知，采用本发明提供的制备方法配制成的高矿化度水基钻井液性能稳定，粘度可根据实际情况调整，滤失量较低且泥皮致密薄韧。

此外，对施工中不同施工进度所使用的钻井液的性能进行测试，结果如表3所示。

表3

由表中数据可知，本发明实施例提供的高矿化度水基钻井液取得了良好效果，保证了钻探施工的顺利实施，有效解决了钻探过程中遇到的地层坍塌严重、卤水配浆胶体稳定性差等技术难题。3号孔完钻孔深1200m，创造了该矿区孔深最深记录。

前期的罗布泊盐湖深部钾盐地质科学钻探1号孔采用现场卤水和膨润土、pac、植物胶配制泥浆，出现严重胶体率低、钻井液分层现象，且处理剂用量大，施工成本高。钻至700m塌孔、埋钻完井处理。

罗布泊盐湖深部钾盐地质科学钻探2号孔采用高矿化度卤水与膨润土、抗盐共聚物、抗盐降失水剂、随钻堵漏剂及包被剂(gbbj)配置钻井液，在127m～156m、234m～445m、460m～590m多次发生漏失，漏失量1～1.5m³/h。

采用本发明实施例提供的高矿化度水基钻井液，经过循环后漏失逐渐消失，且整个钻孔施工过程中，尽管地层破碎严重，但孔壁稳定，没有发生任何坍塌掉块现象。本发明实施例提供的钻井液显示出良好的抗盐性能、抑制性能和悬浮性能，能够顺利完成该孔1200m的施工任务，泥浆成本降低47％。本发明实施例2、3中所得的钻井液与实施例1具有基本相当的技术效果。

由以上数据可知，本发明提供的高矿化度水基钻井液胶体稳定性好，抗盐侵能力强，抑制性强且流变性好。在钻遇石盐、石膏、钙芒硝等溶解性地层，钻井液仍能保持稳定性能，有效解决了松散破碎地层的坍塌、掉块问题；同时，能够有效抑制泥岩地层吸水后的膨胀缩径，钻进及起下钻过程均比较通畅，无明显缩径现象；此外，良好的流变性，能满足携砂要求，同时冲洗液中的岩屑又能在地表较好地沉降，有效减少了钻井液排放。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

起点商标作为专业知识产权交易平台，可以帮助大家解决很多问题，如果大家想要了解更多知产交易信息请点击 【在线咨询】或添加微信 【19522093243】与客服一对一沟通，为大家解决相关问题。

此文章来源于网络,如有侵权,请联系删除