本發(fā)明涉及石油、天然氣、煤層氣鉆井作業(yè)，尤其涉及一種多系列化有機(jī)鹽高效水基鉆井液及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、有機(jī)鹽鉆井液作為水基鉆井液的重要分支，由于性能穩(wěn)定，抗污染、抑制防塌能力強(qiáng)，較好地解決了井壁穩(wěn)定與保護(hù)油氣層之間的矛盾，因此已成為國(guó)際公認(rèn)的高效、低毒鉆井液體系；在國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用，并取得了非常好的應(yīng)用效果。目前國(guó)內(nèi)外有機(jī)鹽鉆井液體系及配套產(chǎn)品較多，但所適用的密度及溫度范圍有限，且未形成系列化。應(yīng)用過(guò)程中，工程師需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和自身經(jīng)驗(yàn)不斷調(diào)整鉆井液體系的配方及性能，不但增加了工作量，而且也增加了應(yīng)用效果的不確定性和井控風(fēng)險(xiǎn)。適用范圍廣、性價(jià)比高，且通過(guò)多系列化形成數(shù)據(jù)庫(kù)供現(xiàn)場(chǎng)工程師作為模板使用的有機(jī)鹽鉆井液體系及配套產(chǎn)品與技術(shù)，目前文獻(xiàn)及市場(chǎng)均未有報(bào)道。

2、已公開(kāi)專利cn?201710680508.4公布了一種強(qiáng)抑制有機(jī)鹽鉆井液，其配方為：500ml淡水+0.5％na2co3+6％夏子街土+3％redu2+0.7％nat20+0.1％?ind30+3％nfa-25+2％pgcs-1+5％強(qiáng)抑制有機(jī)鹽+10g超細(xì)碳酸鈣+150g重晶石。該鉆井液體系密度為1.30g/cm3左右，150℃/16h老化后表觀粘度為25mpa.s左右，高溫高壓濾失量為11ml左右。

3、已發(fā)表論文《有機(jī)鹽鉆井液技術(shù)》(西部探礦)公布了密度為1.18～2.60g/cm3的有機(jī)鹽鉆井液體系，150℃/16h老化后表觀粘度為32.5～124mpa.s，高溫高壓濾失量為12～18ml；密度為1.46/cm3的體系200℃/16h老化后，表觀粘度為40.5mpa.s，高溫高壓濾失量為18.5ml；抗膨潤(rùn)土、氯化鈉及石膏污染分別達(dá)到5％、4％和1％?！队袡C(jī)鹽鉆井液的研究與應(yīng)用》(石油鉆探技術(shù))公布了密度為1.20～2.42g/cm3的有機(jī)鹽鉆井液體系，老化前塑性粘度為27～100mpa.s，api濾失量為0.8～4.0ml，高溫高壓濾失量為6.5～15.5ml；部分體系120℃/16h老化后塑性粘度為20～97mpa.s，api濾失量為0.8～4.0ml；抗膨潤(rùn)土及石膏污染分別達(dá)到7.5％和1％。

4、上述專利公開(kāi)的有機(jī)鹽鉆井液體系僅針對(duì)密度1.30g/cm3左右、抗溫150℃，所適用的密度和溫度范圍均較窄，且未形成系列化。上述論文公開(kāi)的有機(jī)鹽鉆井液體系雖已形成密度1.18～2.60g/cm3的系列化，但抗溫為120℃、150℃，適用的溫度范圍較窄，無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)大多數(shù)井的生產(chǎn)需求；且所使用的鐵礦粉由于環(huán)保的要求目前已被限制使用，其重復(fù)性及應(yīng)用效果存疑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種適用范圍廣、性價(jià)比高，且通過(guò)多系列化形成數(shù)據(jù)庫(kù)供現(xiàn)場(chǎng)工程師作為模板使用的有機(jī)鹽高效水基鉆井液及其制備方法，該多系列化有機(jī)鹽高效水基鉆井液密度為1.20～2.44g/cm3、抗溫為150℃～200℃。

2、為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案在于：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種多系列化有機(jī)鹽高效水基鉆井液，其包括以重量份計(jì)的100份溶劑水、3～4份提切劑、0.12～0.16份無(wú)水碳酸鈉、2～5.5份降濾失劑、2～5份封堵防塌劑、1～3份抑制潤(rùn)滑劑、5～90份可溶性加重劑和5～346份惰性加重劑。

4、進(jìn)一步的，所述提切劑為蒙脫石族黏土礦物與海泡石族黏土礦物的混合物；

5、蒙脫石族黏土礦物陽(yáng)離子交換容量大，且水分子易進(jìn)入晶層間，因此造漿能力較強(qiáng)，能形成致密韌性好的泥餅，達(dá)到降低濾失量的目的，但在高溫環(huán)境下易形成高溫稠化，使鉆井液性能急劇惡化。海泡石族黏土礦物主要為雙鏈結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部的多晶道可以吸附較多的自由水，具有良好的熱穩(wěn)定性，而且其外觀為纖維狀，由它配制的懸浮體經(jīng)攪拌后，纖維互相交叉，形成“亂稻草堆”似的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，使懸浮體保持穩(wěn)定；但其缺點(diǎn)是難以形成質(zhì)量良好的泥餅，所以濾失量較大。將兩種黏土礦物復(fù)配使用，既可以削弱蒙脫石族黏土礦物的高溫稠化作用，又可以減弱海泡石族黏土礦物濾失造壁性差的缺點(diǎn)。

6、進(jìn)一步優(yōu)選地，蒙脫石族黏土礦物與海泡石族黏土礦物的重量比為1：(1～3)。

7、所述降濾失劑為取代度為0.8～1.5的改性纖維素醚類降濾失劑與分子結(jié)構(gòu)含有可締合環(huán)狀結(jié)構(gòu)、磺酸基團(tuán)或有機(jī)硅基團(tuán)的聚合物類降濾失劑中至少一種。

8、改性纖維素醚類具有良好的耐熱穩(wěn)定性和耐鹽性，在鉆井液體系中可以吸附多個(gè)粘粒形成空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，有效降低鉆井液體系的濾失量；取代度為0.8～1.5時(shí)不易生物降解，可避免性能降低及失效。分子結(jié)構(gòu)中含有可締合環(huán)狀結(jié)構(gòu)、磺酸基團(tuán)或有機(jī)硅基團(tuán)的聚合物類降濾失劑，通過(guò)優(yōu)選合成工藝使聚合物分子大小及水化基團(tuán)比例控制在合理范圍內(nèi)，因此可以有效封堵泥餅的孔隙，并在泥餅表面形成良好的水化膜，有效降低鉆井液體系的濾失量；環(huán)狀結(jié)構(gòu)一方面增加了聚合物分子鏈的剛性與抗溫性，另一方面使聚合物分子結(jié)構(gòu)中同時(shí)含有親水基團(tuán)和疏水基團(tuán)，這不但使得聚合物與鉆井液體系中固相顆粒間的吸附作用減弱，使鉆井液體系保持較低的粘度，而且隨著溫度的升高，環(huán)狀結(jié)構(gòu)側(cè)鏈中亞甲基鏈段產(chǎn)生疏水締合作用，導(dǎo)致聚合物分子流體力學(xué)體系增大，出現(xiàn)粘度上升現(xiàn)象，抵消聚合物由于熱降解及吸附基團(tuán)水化而產(chǎn)生的粘度下降現(xiàn)象，使鉆井液在宏觀上呈現(xiàn)出流變性能穩(wěn)定的現(xiàn)象。兩類聚合物既可單獨(dú)使用，又可復(fù)配使用，進(jìn)一步增強(qiáng)濾失造壁性能。

9、所述封堵防塌劑為軟化點(diǎn)為40℃～150℃的瀝青經(jīng)水溶性改性后所形成的水溶物含量超過(guò)40％的磺化瀝青、磺化瀝青鹽中的至少一種。

10、軟化點(diǎn)為40℃～150℃的瀝青與大多數(shù)井需封堵井段的地層溫度相匹配。未經(jīng)改性的瀝青呈油溶性，在水基鉆井液中不能有效分散，也不易與鉆井液體系中其他組分有效結(jié)合而發(fā)揮較好的封堵防塌作用；經(jīng)改性使水溶物含量超過(guò)40％后，其可與鉆井液體系中其他組分有效結(jié)合，形成質(zhì)量較好的泥餅，起到有效封堵防塌的作用。

11、所述抑制潤(rùn)滑劑為濁點(diǎn)40～90℃的聚合醇中至少一種。

12、聚合醇通過(guò)濁點(diǎn)效應(yīng)，在泥頁(yè)巖表面形成一層類似油的憎水膜，阻止泥頁(yè)巖水化、分散，起到穩(wěn)定井壁的作用，而且提高鉆井液的潤(rùn)滑性。濁點(diǎn)是聚合醇類抑制潤(rùn)滑劑的重要性能指標(biāo)，其與聚合醇的分子結(jié)構(gòu)、加量和含鹽量有關(guān)。通過(guò)控制原材料及合成工藝，調(diào)節(jié)聚合醇分子結(jié)構(gòu)，制備濁點(diǎn)40℃～90℃系列化聚合醇；并通過(guò)少量鹽的作用，將聚合醇與黏土的吸附形式從不利于井壁穩(wěn)定的多層吸附轉(zhuǎn)變?yōu)槔诰诜€(wěn)定的單分子吸附性，從而進(jìn)一步提高了其抑制性?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用過(guò)程中，根據(jù)地層溫度選擇合適濁點(diǎn)的聚合醇，最大化發(fā)揮其抑制潤(rùn)滑作用。

13、所述可溶性加重劑為飽和溶液密度為1.35～1.55g/cm3的低碳有機(jī)鹽、鹵族元素可溶性鹽、氮族元素可溶性鹽中至少一種。

14、可溶性加重劑可以有效降低鉆井液的固相含量，有利于控制流變性和提高機(jī)械鉆速。而且，低碳有機(jī)鹽高溫環(huán)境下可通過(guò)消耗鉆井液體系中的氧而使體系性能保持穩(wěn)定；特別是其與銨離子結(jié)合后，抑制性能提升，有利于克服由于黏土水化分散而引起的鉆井液體系性能惡化。

15、所述惰性加重劑為密度2.7～2.9g/cm3、粒徑為1250目的細(xì)目鈣與密度為4.2g/cm3、200目篩余量不大于3.0％的重晶石混合物。

16、粒徑1250目且均勻的細(xì)目鈣，在鉆井液體系中不僅可以充當(dāng)加重劑，而且還可封堵泥餅中的孔隙，利于形成高質(zhì)量的泥餅。優(yōu)選地，細(xì)目鈣與重晶石的重量比為1：(0～115)。

17、第二方面，鉆井液中鹽的含量影響聚合物分子鏈及其官能團(tuán)的延展?fàn)顟B(tài)，進(jìn)而影響聚合物與鉆井液中其他組分的相互作用和聚合物所形成粒子的尺寸。合理控制鹽的加入量和加入時(shí)間，即可控制鉆井液中鹽的含量，一方面，可使聚合物分子鏈及官能團(tuán)的延展?fàn)顟B(tài)保持在合理的范圍內(nèi)，最大限度發(fā)揮聚合物與鉆井液中其他組分的相互作用，使鉆井液保持良好的性能；另一方面，可使聚合物所形成的粒子恰好在膠體顆粒的范圍內(nèi)，通過(guò)形變封堵泥餅中的孔隙，有效降低濾失量。

18、為此，本發(fā)明提供了多系列化有機(jī)鹽高效水基鉆井液的制備方法為：

19、密度1.20～1.80g/cm3的多系列化有機(jī)鹽高效水基鉆井液的制備方法，步驟如下：

20、s1、量取重量為100份的溶劑水，在高速電動(dòng)攪拌下，加入提切劑及占提切劑用量4wt.％的無(wú)水碳酸鈉，攪拌20min；

21、s2、步驟s1完成后，在高速電動(dòng)攪拌下，緩慢加入降濾失劑，攪拌30min；

22、s3、步驟s2完成后，在高速電動(dòng)攪拌下，緩慢加入封堵防塌劑和抑制潤(rùn)滑劑，攪拌20min；

23、s4、步驟s3完成后，在高速電動(dòng)攪拌下，加入可溶性加重材料，攪拌30min；

24、s5、步驟s4完成后，在高速電動(dòng)攪拌下，加入惰性加重材料，攪拌40min，即得密度1.20～1.80g/cm3的鉆井工程用系列化高效水基鉆井液。

25、優(yōu)選地，在步驟s1～s5中，高速電動(dòng)攪拌的速度為11000±300r/min。

26、密度1.81～2.44g/cm3的多系列化有機(jī)鹽高效水基鉆井液的制備方法，步驟如下：

27、s1、量取重量為100份的溶劑水，在高速電動(dòng)攪拌下，加入提切劑及占提切劑用量4wt.％的無(wú)水碳酸鈉，攪拌20min；

28、s2、步驟s1完成后，在高速電動(dòng)攪拌下，加入占用量50％的可溶性加重材料，攪拌20min；

29、s3、步驟s2成后，在高速電動(dòng)攪拌下，緩慢加入降濾失劑，攪拌30min；

30、s4、步驟s3成后，在高速電動(dòng)攪拌下，緩慢加入封堵防塌劑和抑制潤(rùn)滑劑，攪拌20min；

31、s5、步驟s4完成后，在高速電動(dòng)攪拌下，加入占用量50％的可溶性加重材料，攪拌30min；

32、s6、步驟s5完成后，在高速電動(dòng)攪拌下，加入惰性加重材料，攪拌40min，即得密度1.81～2.44g/cm3的鉆井工程用系列化高效水基鉆井液。

33、優(yōu)選地，在步驟s1～s6中，高速電動(dòng)攪拌的速度為11000±300r/min。

34、綜合上述技術(shù)方案，本發(fā)明所能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)效果在于：

35、通過(guò)上述方法配制得到的多系列化有機(jī)鹽高效水基鉆井液的密度為1.20～2.44g/cm3、抗溫150℃～200℃。

36、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的多系列化有機(jī)鹽高效水基鉆井液具有如下優(yōu)點(diǎn)：①形成密度1.20～2.44g/cm3、抗溫150℃～200℃多系列化有機(jī)鹽鉆井液。體系性能穩(wěn)定，適用范圍廣泛，彌補(bǔ)了當(dāng)前的技術(shù)空白。②該體系通過(guò)多系列化形成數(shù)據(jù)庫(kù)，供現(xiàn)場(chǎng)工程師作為模板使用，降低了應(yīng)用效果的不確定性和井控風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的統(tǒng)一。