抗高温抗盐高密度水基钻井液及其制备方法与流程

本发明涉及水基钻井液，是一种抗高温抗盐高密度水基钻井液及其制备方法。

背景技术：

1、石油作为不可再生资源，在工业、国防等领域中具有举足轻重的重要地位，随着能源需求的不断增加扩大，已经探查清楚的石油能源也不断的进行开采，这使得油气的勘探开采技术逐渐的有了更深入的发展，石油钻遇到高温和高压地下环境的情况越来越多。例如，美国北海石油开采地的地温，平均达到了4.0℃/100m，井底高压最高超过了110mpa，井底温度超过200℃，钻井液的密度在2.22g/cm3以上。南海西部盆地的地质条件十分恶劣，地温和压力都很高，井底实际温度最高达249℃，钻井液密度最大到2.38g/cm3。另外，像是柴达木盆地、准格尔盆地、塔里木盆地和四川盆地，这几个石油产地的油气能源都在地下的深层中，不仅地层方面的压力大，井底的温度也非常高。伴随着钻井深度的不断增加，产生了更多的技术难题，井底高温同样也严重的影响到了钻井液的实际性能，所以，世界各个国家都在不断加强对抗高温钻井液处理剂和体系的研究力度。

2、为了提高油田的开采期限、提高油田产量，对于深井和超深井，井底温度高，地层压力高，要求使用的钻井液在高温和高密度条件下具有良好的稳定性和流变性。而普通的钻井液在深井和超深井这种高温高压条件下，会发生降解而失效，使得流变性恶化，流变性失稳直接导致井壁失稳。

技术实现思路

1、本发明提供了一种抗高温抗盐高密度水基钻井液及其制备方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有水基钻井液在高温和高密度条件下稳定性和流变性不佳的问题。

2、本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种抗高温抗盐高密度水基钻井液，原料按重量百分比计包括：抗盐土1.5%至4.0%、碱度调节剂0.1%至0.2%、抗高温降滤失剂4.0%至6.0%、纳米封堵剂1.0%至2.0%、抗高温封堵剂2.0%至3.0%、抗高温稳定剂1.0%至2.5%、加重剂30%至45%和余量的淡水。

3、下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：

4、上述抗高温降滤失剂为质量比为4至6：3：2的2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸(amps)、丙烯酰胺(am)和衣康酸(ia)的三元共聚物，按下述步骤得到：第一步，向含有水的反应釜中加入所需量的2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸(amps)、丙烯酰胺(am)和衣康酸(ia)混匀，得到混合溶液；其中，混合溶液中2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸(amps)、丙烯酰胺(am)和衣康酸(ia)的质量百分比总浓度为20%至30%；第二步，将反应釜水浴加热至30℃至50℃，通入氮气30min，再向反应釜中加入所需量的引发剂，反应3h至5h，得到抗高温降滤失剂；其中，引发剂为质量比为1：1的过硫酸铵和亚硫酸氢钠的混合物；混合溶液与引发剂的质量比为100：0.2至0.5。

5、上述高温稳定剂为质量比为3至5：6的铝盐和氟碳磺酸盐聚合物的混合物；铝盐为三氯化铝、硫酸铝和明矾中的一种；氟碳磺酸盐聚合物为质量比为1.0：1.0∶1.1至1.3的含氟丙烯酸聚合物乳液、马来酸单酯和亚硫酸钠的聚合物，按下述步骤得到：将所需量的含氟丙烯酸聚合物乳液、马来酸单酯和亚硫酸钠混匀，得到混合物料，在温度为70℃至80℃下，将混合物料经过磺化反应1.5h至2.0h后，得到氟碳磺酸盐聚合物。

6、上述抗盐土为凹凸棒土。

7、上述碱度调节剂为碳酸氢钠。

8、上述纳米封堵剂为纳米级碳酸钙。

9、上述抗高温封堵剂为型号为fd-1的抗高温封堵防塌剂。

10、上述加重剂为质量比为2:1:9的甲酸钾、甲酸钠和重晶石的混合物。

11、上述抗高温抗盐高密度水基钻井液，按下述步骤得到：向所需量的淡水中加入所需量的抗盐土经过高速搅拌20min至25min、陈化24h后，得到混合物料一；再向混合物料一中依次加入所需量的碱度调节剂、抗高温降滤失剂、纳米封堵剂、抗高温封堵剂、抗高温稳定剂和加重剂经过高速搅拌至充分溶解后，得到抗高温抗盐高密度水基钻井液。

12、本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种抗高温抗盐高密度水基钻井液的制备方法，按下述步骤进行：向所需量的淡水中加入所需量的抗盐土经过高速搅拌20min至25min、陈化24h后，得到混合物料一；再向混合物料一中依次加入所需量的碱度调节剂、抗高温降滤失剂、纳米封堵剂、抗高温封堵剂、抗高温稳定剂和加重剂经过高速搅拌至充分溶解后，得到抗高温抗盐高密度水基钻井液。

13、本发明的有益效果在于：

14、本发明原料抗盐土的作用是使钻井液具有一定的分散度，保证钻井液体系的悬浮携带能力，净化井眼，抗盐土选择凹凸棒土，其优势在于凹凸棒土为一种晶质水合镁铝硅酸盐矿物，具有独特的层链状结构特征，在其结构中存在晶格置换，帮晶体中含有不定量的na+、ca2+、fe3+、al3+，晶体呈针状，纤维状或纤维集合状。凹凸棒石具有独特的分散、耐高温、抗盐碱等良好的胶体性质和较高的吸附脱色能力。并具有一定的可塑性及黏结力，其理想的化学分子式为mg5si8o20(oh)2(oh2)4·4h2o。

15、本发明原料碱度调节剂为碳酸氢钠，其作用是调节钻井液的ph值，保证钻井液中各个组分发挥其各自的性能，其调节具体量根据实验要求。

16、本发明原料抗高温降滤失剂为2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸(amps)、丙烯酰胺(am)和衣康酸(ia)的三元共聚物。其中，2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸(amps)，丙烯酰胺(am)是一种有机化合物，化学式为c3h5no，为白色结晶性粉末。衣康酸(ia)学名为甲叉琥珀酸，亚甲基丁二酸，是不饱和二元有机酸，化学式为c5h6o4，它含不饱和双键，具有活泼的化学性质。三者结合得到的三元聚合物保证了钻井液在高温条件下具有良好的降低滤失量的能力。

17、本发明原料抗高温封堵剂为型号为fd-1的抗高温封堵防塌剂，其作用是保证钻井液在高温条件下能够对地层中孔隙及微细裂缝进行封堵，保证井壁稳定。

18、本发明原料高温稳定剂为络合铝盐和氟碳磺酸盐聚合物的混合物，其作用是屏蔽体系中过量的黏土，增强处理剂分子的亲水能力和吸附能力，保证钻井液在高温下具有稳定的流变性。

19、本发明抗高温抗盐高密度水基钻井液抗温能力达到230℃至260℃，可控制密度范围为1.5g/cm3至2.5g/cm3，其在高温下具有良好的流变性和高温高压滤失量，较强的抗抑性和抗污染能力，抗盐达饱和，抗钙达到5000mg/l。

20、总之，本发明抗高温抗盐高密度水基钻井液具有抗高温、抗盐和高密度的特点，能够满足高温高盐油藏的现场施工需求。

技术特征：

1.一种抗高温抗盐高密度水基钻井液，其特征在于原料按重量百分比计包括：抗盐土1.5%至4.0%、碱度调节剂0.1%至0.2%、抗高温降滤失剂4.0%至6.0%、纳米封堵剂1.0%至2.0%、抗高温封堵剂2.0%至3.0%、抗高温稳定剂1.0%至2.5%、加重剂30%至45%和余量的淡水。

2.根据权利要求1所述的抗高温抗盐高密度水基钻井液，其特征在于抗高温降滤失剂为质量比为4至6：3：2的2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸、丙烯酰胺和衣康酸的三元共聚物，按下述步骤得到：第一步，向含有水的反应釜中加入所需量的2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸、丙烯酰胺和衣康酸混匀，得到混合溶液；其中，混合溶液中2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸、丙烯酰胺和衣康酸的质量百分比总浓度为20%至30%；第二步，将反应釜水浴加热至30℃至50℃，通入氮气30min，再向反应釜中加入所需量的引发剂，反应3h至5h，得到抗高温降滤失剂；其中，引发剂为质量比为1：1的过硫酸铵和亚硫酸氢钠的混合物；混合溶液与引发剂的质量比为100：0.2至0.5。

3.根据权利要求1或2所述的抗高温抗盐高密度水基钻井液，其特征在于高温稳定剂为质量比为3至5：6的铝盐和氟碳磺酸盐聚合物的混合物；铝盐为三氯化铝、硫酸铝和明矾中的一种；氟碳磺酸盐聚合物为质量比为1.0：1.0∶1.1至1.3的含氟丙烯酸聚合物乳液、马来酸单酯和亚硫酸钠的聚合物，按下述步骤得到：将所需量的含氟丙烯酸聚合物乳液、马来酸单酯和亚硫酸钠混匀，得到混合物料，在温度为70℃至80℃下，将混合物料经过磺化反应1.5h至2.0h后，得到氟碳磺酸盐聚合物。

4.根据权利要求1或2或3所述的抗高温抗盐高密度水基钻井液，其特征在于抗盐土为凹凸棒土。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的抗高温抗盐高密度水基钻井液，其特征在于碱度调节剂为碳酸氢钠。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的抗高温抗盐高密度水基钻井液，其特征在于纳米封堵剂为纳米级碳酸钙。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的抗高温抗盐高密度水基钻井液，其特征在于抗高温封堵剂为型号为fd-1的抗高温封堵防塌剂。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的抗高温抗盐高密度水基钻井液，其特征在于加重剂为质量比为2:1:9的甲酸钾、甲酸钠和重晶石的混合物。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的抗高温抗盐高密度水基钻井液，其特征在于按下述步骤得到：向所需量的淡水中加入所需量的抗盐土经过高速搅拌20min至25min、陈化24h后，得到混合物料一；再向混合物料一中依次加入所需量的碱度调节剂、抗高温降滤失剂、纳米封堵剂、抗高温封堵剂、抗高温稳定剂和加重剂经过高速搅拌至充分溶解后，得到抗高温抗盐高密度水基钻井液。

10.一种根据权利要求1至8中任一项所述的抗高温抗盐高密度水基钻井液的制备方法，其特征在于按下述步骤进行：向所需量的淡水中加入所需量的抗盐土经过高速搅拌20min至25min、陈化24h后，得到混合物料一；再向混合物料一中依次加入所需量的碱度调节剂、抗高温降滤失剂、纳米封堵剂、抗高温封堵剂、抗高温稳定剂和加重剂经过高速搅拌至充分溶解后，得到抗高温抗盐高密度水基钻井液。

技术总结本发明涉及水基钻井液技术领域，是一种抗高温抗盐高密度水基钻井液及其制备方法，前者包括抗盐土、碱度调节剂、抗高温降滤失剂、纳米封堵剂、抗高温封堵剂、抗高温稳定剂、加重剂和淡水，按下述步骤得到：向淡水中加入抗盐土经过高速搅拌、陈化后，得到混合物料一；再向混合物料一中依次加入所需量的碱度调节剂、抗高温降滤失剂、纳米封堵剂、抗高温封堵剂、抗高温稳定剂和加重剂经过高速搅拌，至充分溶解后得到。本发明抗高温抗盐高密度水基钻井液具有抗高温、抗盐和高密度的特点，能够满足高温高盐油藏的现场施工需求。技术研发人员：王学成,刘灵,乔东宇,屈璠,谢天涯,崔杰,朱伟伦受保护的技术使用者：中国石油天然气集团有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/29