水合物地层用水基钻井液体系及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及钻井液技术领域，具体涉及一种水合物地层用水基钻井液体系及其制备方法和应用。


背景技术：

2.与常规的陆地与海洋钻井相比，在天然气水合物地层的钻探过程中，会面临一系列特殊问题，如水合物堵塞、海洋工程事故等问题。在海洋深水钻井工程中，井筒内天然气水合物的生成或沉积物地层中水合物的分解是造成井下事故的重要原因之一，其危害主要包括两类：(1)海底浅层含气高压地层被揭穿后，气体一旦进入水基钻井液中，在适当条件下易形成固态水合物，堵塞井筒及防喷器，延迟钻井作业周期，甚至引发安全事故。(2)钻遇天然气水合物地层时，井壁和井底的应力会释放，致使地层有效应力降低；钻头切削破碎岩石，井底钻具与岩心的摩擦会产生大量的热量，而海底沉积物地层中水合物稳定存在的条件是保持低温高压环境，若钻井液温度控制不当，钻井液侵入水合物地层，与含水合物地层发生热交换，会诱发水合物发生分解。水合物分解会产生大量的气体和少量的水，导致沉积物的胶结强度降低，当固态水合物起胶结或骨架支撑作用时，水合物分解会造成井壁坍塌，而分解产生的水增加了井底的含水量，降低地层颗粒间胶结的有效应力，造成井壁岩石失去胶结支撑而垮塌，加剧井壁失稳；释放的气体一旦进入井筒，会降低钻井液性能，影响钻井液携带岩屑和净化井眼的能力，并导致钻井液的密度降低，进而致使钻井液液柱压力减小，井底压力降低，造成水合物的进一步分解；另外，气体随钻井液继续往上循环，可能会对钻杆等设备造成腐蚀，在海底段遇到合适的温度压力条件时会重新生成水合物堵塞钻杆和海底防喷器等，导致钻井液无法进行正常的循环；分解产生大量的气体突然释放，会在钻井平台处引起井涌甚至井喷，若大量的气体进入到海水中，会降低海水的密度，使钻井平台浮力降低甚至失去浮力，有平台倾覆的危险。
3.公告号为cn103146364b的专利公开了一种强抑制水基钻井液，由水100份，聚胺抑制剂0.2-4份，包被抑制剂0.1-1份，水合物抑制剂10-25份，增粘剂0.1-1份，降滤失剂0.5-5份和液体润滑剂0.5-3份组成。该钻井液可抑制深水浅部地层井壁失稳，可解决深水钻井中水合物的生成问题，可适用于3000m水深的钻井作业中。公开号为cn104531106a的专利公开了一种高效水合物抑制性环保钻井液》，由水、膨润土、季胺盐型双子表面活性剂、无机盐、梭甲基淀粉钠、阳离子聚丙烯酞胺、固体防塌润滑剂gfrh组成，可用于陆地或海洋的油气资源开采，有效抑制水合物的生成，并且钻井液组分对环境危害小，具有高效、环保等优点。公开号为cn105018052a的专利公开了一种低固相低温聚合物钻井液，包含基础液和处理剂，其中基础液以钠基膨润土与氯化钠溶液进行复配；处理剂为磺化物阳离子交换树脂与多聚糖作为流型调节剂进行复配。该钻井液在低温条件下分解抑制性强、流变性能好、失水量低。上述钻井液对天然气水合物储藏钻井均有一定的效果，但均未考虑使用复配型水合物抑制剂。
4.综上所述，需要提供一种复配型钻井液体系，能够提高水合物生成和分解的抑制
性。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的上述问题，本发明提供一种水合物地层用水基钻井液体系，该水基钻井液体系的各组分之间配伍性良好，能够应用于水合物地层钻探中，抑制水合物的生成和分解。还提供了一种水基钻井液体系的制备方法和应用。
6.本发明第一方面提供了一种水合物地层用水基钻井液体系，包括钠土浆、增粘剂、降滤失剂、水合物热力学抑制剂和水合物分解抑制剂；
7.其中，所述水合物热力学抑制剂选自乙二醇、氯化钠和氯化钾中的一种或多种。
8.所述水合物分解抑制剂选自卵磷脂和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。
9.根据本发明的一些实施方式，还包括页岩抑制剂。
10.根据本发明的一些实施方式，所述页岩抑制剂选自聚胺类页岩抑制剂、钾盐腐植酸类页岩抑制剂和沥青类页岩抑制剂中的一种或多种。
11.根据本发明的一些实施方式，所述降滤失剂选自磺化酚醛树脂、磺化褐煤树脂和羧甲基淀粉中的一种或多种。
12.根据本发明的一些具体实施方式，所述降滤失剂优选为降滤失剂sd-102、降滤失剂jls-1中的一种或两种。
13.根据本发明的一些实施方式，所述增粘剂选自复合离子性聚丙烯酸钾盐、聚丙烯酰胺、羟丙基瓜尔胶和羧甲基纤维素中的一种或多种。
14.根据本发明的一些实施方式，所述钻井液体系还包括润滑剂。
15.根据本发明的一些实施方式，所述润滑剂选自润滑脂、聚亚烷基二醇和十二烷基苯磺酸三乙醇胺中的一种或多种。
16.根据本发明的一些实施方式，包括以下重量份组分：
17.钠土浆80-100份、增粘剂0.05-0.5份、降滤失剂0.05-2.5份、水合物热力学抑制剂1-30份和水合物分解抑制剂0.1-2份。
18.根据本发明的一些实施方式，还包括页岩抑制剂1-5份。
19.根据本发明的一些实施方式，还包括润滑剂1-5份。
20.根据本发明的一些实施方式，所述水合物热力学抑制剂的含量可以为1份、5份、10份、15份、25份、30份。
21.根据本发明的一些实施方式，所述水合物分解抑制剂的含量可以为0.1份、0.5份、1份、1.5份、2份。
22.根据本发明的一些实施方式，所述钠土浆包括水和钠土，所述水和钠土的重量比为100:(2-8)，优选为100:2。
23.根据本发明的一些实施方式，所述钻井液的ph值为8-9。
24.根据本发明的一些实施方式，还包括ph调节剂。
25.根据本发明的一些实施方式，所述ph调节剂为碳酸钠、氢氧化钠中的一种或两种。
26.根据本发明的一些实施方式，以重量份数计，还包括碳酸钠0-0.5份，氢氧化钠0-0.5份。
27.本发明第二方面提供第一方面所述的钻井液体系的制备方法，将钠土浆、增粘剂、
降滤失剂、水合物热力学抑制剂、水合物分解抑制剂、任选的页岩抑制剂、任选的润滑剂和任选的ph调节剂混合。
28.本发明第三方面提供第一方面所述的钻井液体系在水合物地层作业中的应用。
29.将本发明的钻井液体系应用于水合物地层中的油气及天然气水合物钻探工程中，在模拟水合物储层2℃、10mpa条件下至少20h水合物不发生分解，可有效抑制水合物分解，同时在2℃、10mpa条件下模拟井筒环境，至少20h无水合物生成。
30.与现有技术相比，本发明包括以下有益效果：
31.(1)本发明的钻井液体系与各类钻井液处理剂之间具有良好的配伍性，在海底低温(2℃)条件下仍保持良好的流变性和滤失性。
32.(2)本发明的钻井液体系包括水合物热力学抑制剂和水合物分解抑制剂，水合物热力学抑制剂能够改变水合物生成的条件，使得水合物的形成条件更加严苛；水合物分解抑制剂能够影响水合物晶体形成，同时水合物分解抑制剂含有的高分子链与水合物结构之间产生相互作用，导致水合物在分解时阻力变大，二者协同作用能够有效抑制水合物生成和分解。可显著提高水合物地层井壁稳定性，并解决天然气水合物生成引起的井筒及管线堵塞问题以及井底水合物分解导致井壁失稳问题。
33.(3)本发明的钻井液体系具有较强的抑制水化膨胀性能，可有效防止因粘土水化而造成井壁不稳定的情况。
34.(4)本发明的钻井液体系配制方便，使用简单，价格便宜，环保无毒，满足水合物地层现场施工的具体要求。
附图说明
35.图1为测试例2的不同钻井液配方条件下水合物分解气体摩尔数变化；
36.图2为测试例3的钻井液抑制水合物生成性能评价实验曲线；
37.图3为测试例4的水合物地层用钻井液页岩膨胀实验曲线。
具体实施方式
38.为使本发明更加容易理解，下面将结合实施例来详细说明本发明，这些实施例仅起说明性作用，并不局限于本发明的应用范围。
39.在本发明中，复合离子性聚丙烯酸钾盐(fa-367，重均分子量为1200万)、聚丙烯酰胺(pam，重均分子量为1200万)、羟丙基瓜尔胶(grj)和羧甲基纤维素(hv-cmc)购自金久化工有限公司；
40.磺化酚醛树脂(smp-1)、磺化褐煤树脂(sd-102)、羧甲基淀粉(cms)、聚胺类页岩抑制剂(sdja)、钾盐腐植酸类页岩抑制剂(khm)和沥青类页岩抑制剂购自东营市石大创新科技有限责任公司；
41.润滑脂(pf-lube)、聚亚烷基二醇(pag，重均分子量10000)和十二烷基苯磺酸三乙醇胺(absn)购自中海油服化学有限公司；
42.乙二醇(eg)、氯化钠(nacl)、氯化钾(kcl)、卵磷脂(lecithin)和聚乙烯吡咯烷酮(pvp-k90)购自阿拉丁试剂(上海)有限公司。
43.钠土购自山东华潍膨润土有限公司。
44.本发明中，钻井液体系的流变性、滤失性由六速旋转粘度计和中压滤失仪进行测定。
45.在本发明中，钻井液体系的水化抑制性通过滚动分散实验和粘土水化膨胀实验进行测定，实验方法参照石油行业标准sy-t 5613-2000泥页岩理化性能试验方法。
46.制备例
47.制备钠土浆，将100重量份的水和2重量份的钠土混合，搅拌均匀。
48.实施例1
49.配制的水合物地层用水基钻井液，该钻井液含有：钠土浆100重量份，增粘剂fa-367 0.25重量份，降滤失剂sd-102 2重量份，降滤失剂smp-1 0.5重量份，碳酸钠0.2重量份，氯化钾5重量份，氯化钠10重量份，氢氧化钠0.25重量份，pvp-k90 0.5重量份，卵磷脂0.5重量份。
50.实施例2
51.配制的水合物地层用水基钻井液，该钻井液含有：钠土浆100重量份，增粘剂fa-367 0.25重量份，降滤失剂sd-102 2重量份，降滤失剂smp-1 0.5重量份，碳酸钠0.2重量份，氯化钾5重量份，氯化钠10重量份，氢氧化钠0.25重量份，润滑剂lube 3重量份，页岩抑制剂sdja 1重量份，pvp-k90 0.25重量份，卵磷脂1重量份，乙二醇10重量份。
52.实施例3
53.配制的水合物地层用水基钻井液，该钻井液含有：钠土浆100重量份，增粘剂grj 0.3重量份，降滤失剂sd-102 2重量份，降滤失剂smp-1 0.5重量份，润滑剂pag 3重量份，页岩抑制剂sdja 3重量份，乙二醇1重量份，卵磷脂1重量份。
54.实施例4
55.配制的水合物地层用水基钻井液，该钻井液含有：钠土浆100重量份，增粘剂grj 0.3重量份，降滤失剂sd-102 2重量份，降滤失剂smp-1 0.5重量份，降滤失剂cms 1重量份，润滑剂pag 3重量份，页岩抑制剂khm 3重量份，氯化钠15重量份，乙二醇15重量份，卵磷脂1重量份。
56.实施例5
57.配制的水合物地层用水基钻井液，该钻井液含有：钠土浆100重量份，增粘剂grj 0.3重量份，降滤失剂sd-102 2重量份，降滤失剂smp-1 0.5重量份，降滤失剂jls-1 1重量份，润滑剂absn 3重量份，沥青类页岩抑制剂3重量份，氯化钠0.1重量份，卵磷脂1重量份。
58.实施例6
59.配制的水合物地层用水基钻井液，该钻井液含有：钠土浆100重量份，增粘剂hv-cmc 0.25重量份，降滤失剂sd-102 2重量份，降滤失剂smp-1 0.5重量份，碳酸钠0.2重量份，氯化钾5重量份，氯化钠10重量份，氢氧化钠0.25重量份，润滑剂lube 3重量份，页岩抑制剂sdja 3重量份，pvp-k90 0.1重量份，乙二醇10重量份。
60.实施例7
61.配制的水合物地层用水基钻井液，该钻井液含有：钠土浆100重量份，增粘剂pam 0.25重量份，降滤失剂sd-102 2重量份，降滤失剂smp-1 0.5重量份，碳酸钠0.2重量份，氯化钾5重量份，氯化钠10重量份，氢氧化钠0.25重量份，润滑剂lube 3重量份，页岩抑制剂sdja 3重量份，pvp-k90 1重量份，卵磷脂1重量份，乙二醇10重量份。
62.实施例8
63.配制的水合物地层用水基钻井液，该钻井液含有：钠土浆100重量份，增粘剂hv-cmc 0.25重量份，降滤失剂sd-102 2重量份，降滤失剂jls-1 0.5重量份，碳酸钠0.2重量份，氯化钾5重量份，氯化钠10重量份，氢氧化钠0.25重量份，润滑剂lube 3重量份，页岩抑制剂sdja 3重量份，pvp-k90 0.05重量份，乙二醇10重量份。
64.实施例9
65.配制的水合物地层用水基钻井液，该钻井液含有：钠土浆100重量份，增粘剂pam 0.25重量份，降滤失剂sd-102 2重量份，降滤失剂smp-1 0.5重量份，碳酸钠0.2重量份，氯化钾5重量份，氯化钠10重量份，氢氧化钠0.25重量份，润滑剂lube 3重量份，pvp-k90 0.25重量份，卵磷脂1重量份，乙二醇10重量份，页岩抑制剂khm 1重量份，沥青类页岩抑制剂1重量份。
66.对比例1
67.配制的水合物地层用水基钻井液，该钻井液含有：钠土浆100重量份，增粘剂fa-367 0.25重量份，降滤失剂sd-102 2重量份，降滤失剂smp-1 0.5重量份，碳酸钠0.2重量份，氯化钾5重量份，氯化钠10重量份，氢氧化钠0.25重量份，页岩抑制剂sdja 1重量份，润滑剂lube 3重量份。
68.对比例2
69.配制的水合物地层用水基钻井液，该钻井液含有：钠土浆100重量份，增粘剂fa-367 0.25重量份，降滤失剂sd-102 2重量份，降滤失剂smp-1 0.5重量份，碳酸钠0.2重量份，氢氧化钠0.25重量份，页岩抑制剂sdja 1重量份，润滑剂lube 3重量份，乙二醇10重量份。
70.测试例1
71.低温流变性和滤失性能测试：
72.对实施例制备得到的钻井液体系进行流变滤失等基本性能评价，实验结果如表1所示。其中，av表示表观粘度，pv表示漏斗粘度，yp表示动切力，gel表示切力，f
l
表示失水量。
73.表1
[0074][0075][0076]
根据表1测试结果，可以发现相比于对比例1和对比例2，实施例1-9的钻井液体系的粘度、切力、动速比以及滤失都比较适中，有利于携带岩屑，清洁井眼，且在低温下体系的粘度增幅较小，保证了钻井液在低温条件下的流变性能。
[0077]
测试例2
[0078]
根据专利cn108301816a公开的天然气分解特性影响评级的方法进行水合物分解抑制性测试。
[0079]
图1为实施例1和实施例2所述的水基钻井液体系条件下水合物分解的气体摩尔数变化量曲线。实施例3在14h后达到平衡，气体摩尔数变化量为2.9；实施例4在15h后达到平衡，气体摩尔数变化量为2.8；实施例5在12h后达到平衡，气体摩尔数变化量为2.95；实施例
6在14.5h后达到平衡，气体摩尔数变化量为2.85；实施例7在17h后达到平衡，气体摩尔数变化量为2.8；实施例8在13h后达到平衡，气体摩尔数变化量为2.9；实施例9在18h后达到平衡，气体摩尔数变化量为2.75；对比例2在11h后达到平衡，气体摩尔数变化量为2.9。可以看出，与对比例1不加热力学抑制剂、对比例2不加分解抑制剂的深水水基钻井液相比，在本发明的钻井液体系条件下水合物分解气体摩尔数上升缓慢，系统达到平衡时间明显增加，显现出良好的延缓水合物分解性能。
[0080]
测试例3
[0081]
根据专利cn108301816a公开的天然气分解特性影响评级的方法进行水合物生成抑制性能测试。
[0082]
图2为实施例2制备的钻井液抑制水合物生成性能评价实验曲线，可以看出在钻井液体系中反应釜内压力24h下降仅约0.4mpa，且温度仅有微小的波动，实施例1～9制备的钻井液在反应釜内24h压力下降测试结果如表2所示。
[0083]
表2
[0084][0085][0086]
与对比例1和2相比，实施例1～9的钻井液压力均仅有微小下降，表明体系中未有水合物的生成，而下降的压力为气体部分溶解于钻井液中导致，且在打开反应釜后，未观察到水合物的生成，显现出本发明的钻井液体系具有良好的延缓水合物生成性能。
[0087]
测试例4
[0088]
对实施例1-9制备得到的水基钻井液进行水化膨胀实验，考察钻井液体系的水化抑制性。表3为岩屑回收率实验结果。
[0089]
表3
[0090]
试液回收率/％清水3.9实施例185实施例292.76实施例390.32
实施例491.23实施例592.37实施例692.46实施例791.04实施例892.24实施例991.86对比例190.15对比例290.35
[0091]
根据表3可以看出，岩屑在清水中的回收率仅为3.9％，而在实施例1-9制备的水基钻井液中回收率均超过90％，表明所述的水基钻井液体系具有较强的抑制岩石水化分散性能。图3所示为清水和实施例2制备的水基钻井液条件下的膨胀率实验，可以发现清水中岩心8h的膨胀率达41.2％，而实施例1-9制备的水基钻井液的膨胀率均未超过20％，表明所述的水基钻井液体系具有较强的抑制岩石水化膨胀性能，可有效的防止井壁失稳。
[0092]
综上所述，以上所述的仅是本发明的优选实例。应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，作为本领域的公知常识，还可以做出其它等同变型和改进，也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种水合物地层用水基钻井液体系，其特征在于，包括钠土浆、增粘剂、降滤失剂、水合物热力学抑制剂和水合物分解抑制剂；其中，水合物热力学抑制剂选自乙二醇、氯化钠和氯化钾中的一种或多种；所述水合物分解抑制剂选自卵磷脂和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的钻井液体系，其特征在于，还包括页岩抑制剂；优选地，所述页岩抑制剂选自聚胺类页岩抑制剂、钾盐腐植酸类页岩抑制剂和沥青类页岩抑制剂中的一种或多种。3.根据权利要求1或2所述的钻井液体系，其特征在于，所述降滤失剂选自磺化酚醛树脂、磺化褐煤树脂和羧甲基淀粉中的一种或多种；和/或所述增粘剂选自复合离子性聚丙烯酸钾盐、聚丙烯酰胺、羟丙基瓜尔胶和羧甲基纤维素中的一种或多种。4.根据权利要求1-3中任一项所述的钻井液体系，其特征在于，所述钻井液体系还包括润滑剂；优选地，所述润滑剂选自润滑脂、聚亚烷基二醇和十二烷基苯磺酸三乙醇胺中的一种或多种。5.根据权利要求1-4中任一项所述的钻井液体系，其特征在于，包括以下重量份组分：钠土浆80-100份、增粘剂0.05-0.5份、降滤失剂0.05-2.5份、水合物热力学抑制剂1-30份和水合物分解抑制剂0.1-2份；优选地，还包括页岩抑制剂1-5份；优选地，还包括润滑剂1-5份。6.根据权利要求1-5中任一项所述的钻井液体系，其特征在于，所述钠土浆包括水和钠土，所述水和钠土的重量比为100:(2-8)。7.根据权利要求1-6中任一项所述的钻井液体系，其特征在于，所述钻井液体系的ph值为8-9。8.根据权利要求1-7中任一项所述的钻井液体系，其特征在于，还包括ph调节剂；优选地，所述ph调节剂为碳酸钠、氢氧化钠中的一种或两种；优选地，以重量份数计，还包括碳酸钠0-0.5份，氢氧化钠0-0.5份。9.权利要求1-8中任一项所述的钻井液体系的制备方法，其特征在于，将钠土浆、增粘剂、降滤失剂、水合物热力学抑制剂、水合物分解抑制剂、任选的页岩抑制剂、任选的润滑剂和任选的ph调节剂混合。10.权利要求1-8中任一项所述的钻井液体系在水合物地层作业中的应用。

技术总结
本发明涉及钻井液领域，公开了一种水合物地层用水基钻井液体系及其制备方法和应用。本发明提供的水合物地层用水基钻井液体系，包括钠土浆、增粘剂、降滤失剂、水合物热力学抑制剂和水合物分解抑制剂；其中，水合物热力学抑制剂选自乙二醇、氯化钠和氯化钾中的一种或多种；所述水合物分解抑制剂选自卵磷脂和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。本发明的水基钻井液体系具有良好的低温流变性、滤失性、水化抑制性，可有效抑制水合物地层井底水合物分解以及井筒中水合物再生成，能够应用于水合物地层钻探中。探中。探中。


技术研发人员：牛成成 侯绪田 何青水 田璐 何汉平 于玲玲 王瑞瑶
受保护的技术使用者：中石化石油工程技术研究院有限公司
技术研发日：2022.03.25
技术公布日：2023/10/7