合成基钻井液

    本发明用于深井、超深井、特殊井、复杂井和页岩气井的钻井工程中，属于石油天然气合成基钻井液拓展技术领域。 

随着勘探领域不断扩大，深井、超深井、特殊井和复杂井不断增加，无论是国内还是国外，石油勘探开发都逐渐向深部地层和海上发展，钻遇地层条件日益复杂，钻井深度不断增加。近年来，随着水平井、工艺井、欠平衡井数量增加，钻井难度越来越大，特别是遇到强水敏性地层，用水基钻井液钻进容易导致井壁垮塌，因此现有水基钻井液技术在很多情况下已无法满足安全顺利钻井需要，尤其是在水平井，高温深井，储层保护等方面。 

公开号为CN1660958，公开日为2005年8月31日的中国专利文献公开了一种合成基钻井液，由基础液、主乳化剂、辅乳化剂、润湿剂、流型调节剂、降滤失剂、有机土混合成；该基础液由基液与CaCl2水溶液组成，其中，基液重量百分比为75%至90%，其余为CaCl2水溶液；主乳化剂占基础液的重量百分比为2%至7%；辅乳化剂占基础液的重量百分比为2%至7%；润湿剂占基础液的重量百分比为1.5%至4%；流型调节剂占基础液的重量百分比为1.0%至3.5%；降滤失剂占基础液的重量百分比为2%至5%；有机土占基础液的重量百分比为2.0%至3.5%；为逆乳化悬浮分散体系的新型泥浆体系，是环境可接受和保护储层的泥浆体系，毒性小，可生物降解，可在寒冷地区和深水海域使用，对储层损害小；使用其钻井井眼稳定，清洗效果好。 

但随着常规天然气资源不断枯竭，页岩气等非常规天然气资源正成为开发热点。我国页岩气藏资源量丰富，从目前四川盆地的多口先导性试验井来看，页岩的主要特点是易垮塌，以上述专利文献为代表的合成基钻井液抑制能力差，容易引起页岩的水化膨胀，所以合成基钻井液不能有效解决页岩气探井及开发井钻井过程中的井眼坍塌难题。 

为解决上述现有技术所存在的技术问题，本发明提出了一种合成基钻井液，本合成基钻井液具有防塌抑制性强、抗盐钙侵性能好、润滑性能明显的特点。 

本发明是通过采用下述技术方案实现的： 

一种合成基钻井液，其特征在于：由下述重量百分比的原料混合而成：60～70%的合成基；2.0%～4.0%的有机土；3.0%～5.0%的主乳化剂；2.0%～4.0%的辅乳化剂；0.1%～0.2%的润湿剂；0.5%～2.0%的流型调节剂；2.0%～3.0%的CaO；10%～15%的CaCl2水溶液；4.0%～6.0%的降滤失剂和2.0%～3.0%防塌封堵剂。

所述的防塌封堵剂是由油溶性树脂、刚性粒子、表面活性剂复配制成的油基钻井液用封堵剂，属于现有技术，其全名为油基钻井液用封堵剂树脂胶束粒子（ZCY‑STAB)，属市售产品，生产厂家是中国石油集团川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院。 

所述的合成基是线性石蜡基液，属于现有技术，是可以直接在市面上购买的原料。

所述的有机土是由钠土通过有机改性剂反应制得的一种亲油胶体，属于现有技术，在化工市场上能直接购买得到。 

所述的主乳化剂是以不饱和脂肪酸为主要原材料、烷基胺为辅料，合成的油基钻井液用主乳化剂烷酸酰胺，属于现有技术，全名为油基钻井液用主乳化剂烷酸酰胺（ZCY‑PEMUL），属市售产品，生产厂家是中国石油集团川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院。 

所述的辅乳化剂是以脂肪酸、醇类为原材料，经酯化合成反应生成的油基钻井液用辅乳化剂脂肪酸酯，属于现有技术，全名为油基钻井液用辅乳化剂脂肪酸酯（ZCY‑SMUL)，属市售产品，生产厂家是中国石油集团川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院。 

所述的润湿剂是由C12～C18的直链季胺与烷基卤化物合成反应制成的油基钻井液用润湿剂季铵盐，属于现有技术，全名为油基钻井液用润湿剂季铵盐（ZCY‑WET)，属市售产品，生产厂家是中国石油集团川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院。 

所述的流型调节剂是由甲基丙烯酸十八酯、马来酸酐、苯乙烯为原料，通过三元共聚反应制成的油基钻井液用流型调节剂油溶性聚合物，属现有技术，全名为油基钻井液用流型调节剂油溶性聚合物（ZCY‑RMOD)，属市售产品，生产厂家是中国石油集团川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院。 

降滤失剂是以树脂、沥青为主要材料，经化学合成的油基钻井液用降滤失剂树脂沥青，属于现有技术，全名为油基钻井液用降滤失剂磺化树脂（ZCY‑FTROL)，属市售产品，生产厂家是中国石油集团川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院。 

所述CaCl2水溶液的质量浓度为20%。 

合成基钻井液的制备方法，其特征在于包括如下步骤： 

a、在搅拌条件下，以重量百分比计，将2.0%～4.0%的有机土、3.0%～5.0%的主乳化剂、2.0%～4.0%的辅乳化剂、0.1%～0.2%的润湿剂、0.5%～2.0%的流型调节剂、2.0%～3.0%的CaO加入到60～70%的合成基中，搅拌30min；

b、配制质量浓度为20%CaCl2溶液，使CaCl2完全溶解； 

c、在搅拌条件下将重量百分比为10%～15%的CaCl2溶液缓慢加入合成基中；

d、在搅拌条件下将重量百分比为4.0%～6.0%的降滤失剂和2.0%～3.0%防塌封堵剂加入到合成基中，形成合成基钻井液。

在所述d步骤后还有步骤e、加入重晶石到合成基中达到所需的密度要求。 

合成基钻井液的维护方法，其特征在于：在维护处理时控制合成基钻井液中的含水量在10%～15%之间。 

进一步的，以整个钻井液中的质量百分比计，维持合成基的含量在60～70%之间，维持主乳化剂的含量在3.0%～5.0%之间，维持辅乳化剂的含量在2.0%～4.0%之间，同时维持破乳电压高于400V； 

进一步的，以整个钻井液中的质量百分比计，保持合成基钻井液中4.0%～6.0%的降滤失剂含量和2.0%～3.0%的防塌封堵剂含量，控制钻井液中高温高压滤失量小于6ml；

进一步的，以体积百分比计，控制合成基钻井液中含砂量小于0.2%，固相含量小于30%，振动筛采用大于或等于120目的细目筛布，定期使用离心机，除去有害固相，清洁钻井液。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果如下： 

1、本发明中，由“60～70%的合成基；2.0%～4.0%的有机土；3.0%～5.0%的主乳化剂；2.0%～4.0%的辅乳化剂；0.1%～0.2%的润湿剂；0.5%～2.0%的流型调节剂；2.0%～3.0%的CaO；10%～15%的CaCl2水溶液；4.0%～6.0%的降滤失剂和2.0%～3.0%防塌封堵剂”混合而成的合成基钻井液，与公开号为CN1660958专利文献相比，一方面，增加了防塌封堵剂，能在页岩井壁形成封堵层，抑制页岩垮塌，减少井下复杂，另一方面，经过反复试验，本发明确定了上述特定配比关系的各个组分配方，所形成的合成基钻井液，在100℃的条件下滚动恒温16小时，取出在50℃的环境下进行测试，测试结果表明，本发明配方的钻井泥浆在流变性能以及极压润滑系数等指标方面都有很好的结果，对配方的评价实验表明，配方中加入盐和石膏后，对钻井液的性能基本无影响，配方中加入的页岩和膨润土,表现出极强的防塌抑制性能，因此，该钻井液配方具有较强的防塌抑制性、抗盐钙侵、润滑性和良好的储层保护性能，同时该钻井液乳化效果好，破乳电压值高于600V，测试结果参见实施例。

2、本发明中，合成基是线性石蜡基液，具有芳香烃含量低，有利于生物降解，环保的优点。 

3、本发明中，所采用的主乳化剂，能维持整个钻井液体系的乳化稳定性。 

4、本发明中，所采用的辅乳化剂能维持整个钻井液体系的乳化稳定性，并保持较好的流变性能。 

5、本发明中，所采用的润湿剂能使体系中固相颗粒表面由亲水性变为亲油性。 

6、本发明中，所采用的流型调节剂能调节这个钻井液体系的流变性能和低转速粘度。 

7、本发明中，所采用的降滤失剂能减小钻井液滤液对页岩井壁的浸入，形成良好的泥饼。 

8、本发明中，所采用的CaCl2水溶液的质量浓度为20%，该质量浓度下的CaCl2水溶液活度接近地层水活度，有利于体系稳定。 

9、本发明中，采用“a、在搅拌条件下，以重量百分比计，将2.0%～4.0%的有机土、3.0%～5.0%的主乳化剂、2.0%～4.0%的辅乳化剂、0.1%～0.2%的润湿剂、0.5%～2.0%的流型调节剂、2.0%～3.0%的CaO加入到60～70%的合成基中，搅拌30min；b、配制质量浓度为20%CaCl2溶液，使CaCl2完全溶解； c、在搅拌条件下将重量百分比为10%～15%的CaCl2溶液缓慢加入合成基中；d、在搅拌条件下将重量百分比为4.0%～6.0%的降滤失剂和2.0%～3.0%防塌封堵剂加入到合成基中，形成合成基钻井液”这样特定步骤关系的方式，与公开号为CN1660958专利文献相比，本方法工艺步骤简单，易于操作，采用本方法所记载的特定步骤，可以先让各种处理剂在合成基基液中充分溶解、形成稳定的乳状液；加入CaCl2溶液能有效的降低体系活度，调节钻井液的流变性能，降低成本；加入降滤失剂和防塌封堵剂后钻井液的降滤失效果和封堵能力加强，有利于防止页岩垮塌。采用本方法所制备形成的合成基钻井液，在100℃的条件下滚动恒温16小时，取出在50℃的环境下进行测试，测试结果表明，本发明配方的钻井泥浆在流变性能以及极压润滑系数等指标方面都有很好的结果，对配方的评价实验表明，配方中加入盐和石膏后，对钻井液的性能基本无影响，配方中加入的页岩和膨润土,表现出极强的防塌抑制性能，因此，该钻井液配方具有较强的防塌抑制性、抗盐钙侵、润滑性和良好的储层保护性能，同时该钻井液乳化效果好，破乳电压值高于600V，测试结果参见实施例。 

10、本发明中，在d步骤后还有步骤e、加入重晶石到合成基中达到所需的密度要求，加重材料是惰性材料，在最后加入，能够起到调节钻井液密度的作用。 

11、本发明中，采用“在维护处理时控制合成基钻井液中的含水量在10%～15%之间”这样的维护方法，能在较低的成本控制内保持钻井液较好的流变性能和维持较高的破乳电压值。 

    12、经过实验证明，本发明所设计的维护方法，由于破乳电压高于400V，乳化效果好，钻井液性能稳定；钻井液降滤失剂含量在4.0%～6.0%、防塌封堵剂含量维持在2.0%～3.0%，能有效的控制钻井液高温高压的滤失量，达到预防泥页岩的垮塌的技术效果；含砂率小于0.2%，固相含量小于30%，振动筛细目筛布大于或等于120目，并定期使用离心机，能有效的控制钻井液中的固相，保持钻井液的质量，因此，该钻井液配方具有较强的防塌抑制性、抗盐钙侵、润滑性和良好的储层保护性能，同时该钻井液乳化效果好。 

图1为合成基钻井液与清水对比膨胀率曲线图 

实施例 1

作为本发明的一较佳应用实例，在四川长宁区块的页岩气开发中主要应用的是以合成基为主要原料形成的合成基钻井液，构成本发明钻井液配方是：

70%合成基+3.0%有机土+3.0%主乳化剂+3.0%辅乳化剂+0.1%润湿剂+0.9%流型调节剂+2.0%CaO+10%CaCl2水溶液+5.0%降滤失剂+3.0%防塌封堵剂；（其中CaCl2水溶液的质量浓度为20%）。

上述配方经钻井液领域中的常规混合方法形成合成基钻井液，在页岩气井的整个使用过程中，该钻井液具有抑制能力强、性能稳定、井眼清洁，井壁稳定，摩阻小、维护方便，无任何井下复杂事故，同时提高了机械钻速。 

实施例 2

作为本发明的另一较佳应用实例，在四川壳牌项目富顺、金秋区块主要应用的是以合成基为主要原料形成的合成基钻井液，构成本发明钻井液配方是：

65%合成基+4.0%有机土+4.0%主乳化剂+3.0%辅乳化剂+0.1%润湿剂+0.9%流型调节剂+2.0%CaO+12%CaCl2水溶液+6.0%降滤失剂+3.0%防塌封堵剂；（其中CaCl2水溶液的质量浓度为20%）。

上述配方经钻井液领域中的常规混合方法形成合成基钻井液，在页岩层钻进中，井下无垮塌现象发生，每次短起或起下钻接立柱均畅通无阻，一次到底。该井起钻摩擦阻力30kN～50kN，下钻摩擦阻力20kN～30kN。 

实施例 3

作为本发明的最佳实施方式，本发明公开了一种合成基钻井液，由下述重量百分比的原料混合而成：65%的合成基；3%的有机土；4%的主乳化剂；3%的辅乳化剂；0.2%的润湿剂；1.8%的流型调节剂；2.5%的CaO；12.5%的CaCl2水溶液；5%的降滤失剂和3%防塌封堵剂。

所述的防塌封堵剂是由油溶性树脂、刚性粒子、表面活性剂复配制成的油基钻井液用封堵剂，属于现有技术，其全名为油基钻井液用封堵剂树脂胶束粒子（ZCY‑STAB)，属市售产品，生产厂家是中国石油集团川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院。 

所述的合成基是线性石蜡基液，属于现有技术，是可以直接在市面上购买的原料。

所述的有机土是由钠土通过有机改性剂反应制得的一种亲油胶体，属于现有技术，在化工市场上能直接购买得到。 

所述的主乳化剂是以不饱和脂肪酸为主要原材料、烷基胺为辅料，合成的油基钻井液用主乳化剂烷酸酰胺，属于现有技术，全名为油基钻井液用主乳化剂烷酸酰胺（ZCY‑PEMUL），属市售产品，生产厂家是中国石油集团川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院。 

所述的辅乳化剂是以脂肪酸、醇类为原材料，经酯化合成反应生成的油基钻井液用辅乳化剂脂肪酸酯，属于现有技术，全名为油基钻井液用辅乳化剂脂肪酸酯（ZCY‑SMUL)，属市售产品，生产厂家是中国石油集团川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院。 

所述的润湿剂是由C12～C18的直链季胺与烷基卤化物合成反应制成的油基钻井液用润湿剂季铵盐，属于现有技术，全名为油基钻井液用润湿剂季铵盐（ZCY‑WET)，属市售产品，生产厂家是中国石油集团川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院。 

所述的流型调节剂是由甲基丙烯酸十八酯、马来酸酐、苯乙烯为原料，通过三元共聚反应制成的油基钻井液用流型调节剂油溶性聚合物，属现有技术，全名为油基钻井液用流型调节剂油溶性聚合物（ZCY‑RMOD)，属市售产品，生产厂家是中国石油集团川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院。 

降滤失剂是以树脂、沥青为主要材料，经化学合成的油基钻井液用降滤失剂树脂沥青，属于现有技术，全名为油基钻井液用降滤失剂磺化树脂（ZCY‑FTROL)，属市售产品，生产厂家是中国石油集团川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院。 

所述CaCl2水溶液的质量浓度为20%。 

在100℃的条件下滚动恒温16小时，取出在50℃的环境下进行测试，测试结果表明，本发明配方的钻井泥浆在流变性能以及极压润滑系数等指标方面都有很好的结果。 

1、配方的基本性能如表1所示： 

2、配方的抗盐性能评价如表2所示：

表2所显示的结果表明10%的盐污染钻井液性能基本无变化。

3、配方的抗钙性能评价如表3所示： 

表3所显示的结果表明3%的石膏污染钻井液性能变化不大。

4、配方的防塌抑制性能评价 

（1）回收率实验

合成基钻井液的回收率99.46%。

（2）抑制膨润土分散实验如表4所示： 

（3）岩芯膨胀率实验

参见本申请说明书附图1，表4和图1所显示的结果表明钻井液具有较强的防塌抑制能力。

5、配方的润滑性能评价 

采用手柄式摩擦系数测定仪测得合成基钻井液经120℃滚动16h后的摩擦系数为0.0169。实验结果表明合成基钻井液具有很好的润滑性能。

合成基钻井液现场应用工艺技术： 

1、钻井液配制:

①所有地面循环罐、循环管线、泥浆、加重管线完全清洁、干净；

②所有泥浆罐排污口、过渡槽到各个泥浆罐的入口挡板需仔细检查，确保密封，防止泥浆串漏；

③按配方在搅拌下配制钻井液，配制完成后应搅拌4小时以上。

2、钻井液的顶替: 

①替浆前调节井内水基泥浆流变性，降低水基泥浆的粘切，提高顶替效率，防止混浆污染合成基泥浆；

②钻完水泥塞，进入新地层3m，注入高粘合成基钻井液150 m～300m作为前置隔离液(入井合成基钻井液+2%～4%有机土+2%～3%流型调节剂)，用合成基钻井液将井内水基钻井液顶出，使用合成基钻井液钻进。

③顶替过程中必须保证钻具转动，转速在30 rpm～35rpm，防止顶替过程两种不同钻井液串槽； 

④一旦顶替开始，至顶替结束前，绝不允许停泵；

⑤混浆应及时排掉或用单独的泥浆罐收集，处理达到合成基性能后方可混入合成基钻井液循环系统。

⑥顶替完成后循环2～3个循环周，充分混合及通过井底循环剪切，提高合成基钻井液的乳化稳定性； 

3、钻井液的维护:

①维护处理时主要是防止钻井作业中水的浸入，控制含水量在10%～15%之间；

②并根据情况及时补充基油、乳化剂和稳定剂，同时维持较高的破乳电压ES，要求高于400V，以保证钻井液的稳定性；

③保持钻井液4.0%～6.0%的降滤失剂含量和2.0%～3.0%的防塌封堵剂含量，控制钻井液尽量低的高温高压滤失量，小于6ml，预防泥页岩的垮塌；

④严格控制含砂，小于0.2以及固相含量，加强固控设备的使用，振动筛尽可采用细目筛布，大于或等于120目，并定期使用离心机，最大限度除去有害固相，清洁钻井液。

实施例 4

将本配方应用于特定的制备方法的步骤如下：

a、在搅拌条件下，以重量百分比计，将2.0%～4.0%的有机土、3.0%～5.0%的主乳化剂、2.0%～4.0%的辅乳化剂、0.1%～0.2%的润湿剂、0.5%～2.0%的流型调节剂、2.0%～3.0%的CaO加入到60～70%的合成基中，搅拌30min；

b、配制质量浓度为20%CaCl2溶液，使CaCl2完全溶解； 

c、在搅拌条件下将重量百分比为10%～15%的CaCl2溶液缓慢加入合成基中；

d、在搅拌条件下将重量百分比为4.0%～6.0%的降滤失剂和2.0%～3.0%防塌封堵剂加入到合成基中，形成合成基钻井液。

实施例 5

在所述d步骤后还有步骤e、加入重晶石到合成基中达到所需的密度要求。其余同实施例4。

实施例 6

合成基钻井液的维护方法，在维护处理时控制合成基钻井液中的含水量在10%～15%之间，采用“在维护处理时控制合成基钻井液中的含水量在10%～15%之间”这样的维护方法，能在较低的成本控制内保持钻井液较好的流变性能和维持较高的破乳电压值。

实施例 7

进一步的，以整个钻井液中的质量百分比计，维持合成基的含量在60～70%之间，维持主乳化剂的含量在3.0%～5.0%之间，维持辅乳化剂的含量在2.0%～4.0%之间，同时维持破乳电压高于400V；进一步的，以整个钻井液中的质量百分比计，保持合成基钻井液中4.0%～6.0%的降滤失剂含量和2.0%～3.0%的防塌封堵剂含量，控制钻井液中高温高压滤失量小于6ml；进一步的，以体积百分比计，控制合成基钻井液中含砂量小于0.2%，固相含量小于30%，振动筛采用大于或等于120目的细目筛布，定期使用离心机，除去有害固相，清洁钻井液。

经过实验证明，本发明所设计的维护方法，由于破乳电压高于400V，乳化效果好，钻井液性能稳定；钻井液降滤失剂含量在4.0%～6.0%、防塌封堵剂含量维持在2.0%～3.0%，能有效的控制钻井液高温高压的滤失量，达到预防泥页岩的垮塌的技术效果；砂及固相含量小于0.2，振动筛细目筛布大于或等于120目，并定期使用离心机，能有效的控制钻井液中的固相，保持钻井液的质量，因此，该钻井液配方具有较强的防塌抑制性、抗盐钙侵、润滑性和良好的储层保护性能，同时该钻井液乳化效果好。