[发明专利]一种无土相钻井液

说明书

技术领域

本发明涉及一种无土相钻井液，特别涉及一种以抗高温改性淀粉为主剂的无土相钻井液，属于石油钻井工程领域。

背景技术

无土相钻井液是指在钻井液配方中不含土相的钻井液，由于其组分中不含土相对储层损害少，在储层保护、抑制粘土造浆、抗污染以及环境保护方面都有显著优点，特别适合用在中高渗地层水平井特别是大位移水平井储层段使用。而钻井液中通常是以土为连续相分散在钻井液中提高体系的塑性粘度、静切力和动切力，在增强钻井液对钻屑的悬浮和携带能力的同时降低滤失量，形成致密泥饼。因而，土是钻井液的骨架材料。当使用温度在120℃以上时，现有的无土相钻井液主要存在失水大、钻井液稳定性差等问题。而在温度大于120℃的高温、高压水平井、大位移延伸井和鱼骨型水平井等复杂地质条件中，对盐-水体系无土相钻井液的需求越来越多。因此需要开发一种在大于120℃的使用温度下失水性低、稳定性高的无土相钻井液。

发明内容

本发明针对现有的无土相钻井液在大于120℃的使用温度下存在的失水大和钻井液稳定性差等问题，通过引入可抗140℃高温的改性淀粉及其它辅助材料，将无土相钻井液的使用温度提高到140℃。

本发明提供一种无土相钻井液，包括水、黄原胶、抗高温改性淀粉、超细碳酸钙和还原剂。

优选本发明所述无土相钻井液还包括碱和/或盐。

在本发明的一个优选实施例中，所述盐为氯化钠和/或氯化钾，作用为提高钻井液的防塌能力和抗盐能力，从价格考虑更优选使用氯化钠。

在本发明的一个优选实施例中，所述碱为氧化镁和/或氧化钙，作用为调节钻井液的pH值。由于强碱的pH值太高，影响钻井液的作用发挥，而氧化钙遇水后生成微溶的氢氧化钙，对泥浆性能有影响，因此优选使用氧化镁。

在本发明的一个优选实施例中，所述抗高温改性淀粉通过如下方法制备得到：包括将原淀粉溶于低碳醇中制备得到15-25wt%淀粉悬浮液，在3～4重量份的淀粉悬浮液中先加入1～2重量份的3-10wt%氯乙酸溶液，后分两次加入共2～3重量份的4-11wt%的催化剂溶液，且首次加入的催化剂溶液重量占催化剂溶液总重量的1/8～3/8，在首次加入催化剂溶液后将混合物在40～70℃下反应1～48h，然后加入剩余的催化剂溶液在40～70℃下继续反应0.5～24h；反应结束后用酸将溶液pH值中和至7.5～9，用低碳醇洗涤后干燥即得产品。

优选地，所述原淀粉选自玉米淀粉、土豆淀粉和木薯淀粉中的至少一种。所述低碳醇选自甲醇、乙醇和异丙醇中的至少一种。所述氯乙酸溶液为氯乙酸的水溶液或醇溶液。所述催化剂为氢氧化钠或氢氧化钾，所述催化剂溶液为催化剂水溶液或醇溶液。添加催化剂后的催化反应过程在搅拌下进行，且搅拌速度为500-1000rpm。

优选首次加入催化剂后的反应时间为3～6h，加入剩余催化剂后的反应时间为2～4h。另外，所述酸为盐酸、硫酸和乙酸中的一种或多种。所述干燥温度为50-60℃。

所述抗高温改性淀粉在工业应用中不添加任何除氧剂和杀菌剂时使用API改性淀粉的标准即Spec13A ISO135002009标准做评价时，分别在130℃、135℃和140℃的16小时老化评价时，其滤失量均小于10ml。

在本发明的一个优选实施例中，所述超细碳酸钙的粒径为5-60微米，更优选同时使用两种粒径为5-20微米和30-60微米的碳酸钙。所述超细碳酸钙的作用为配合淀粉类物质维持钻井液体系良好的粘度和降失水能力。采用两种粒径的碳酸钙主要是进行粒径搭配，起到架桥的效果。

在本发明的一个优选实施例中，所述还原剂选自亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、硫代硫酸钠、四甲基乙二胺、氯化亚铁和氯化亚铜中的一种或多种，作用为除去钻井液中的氧。更优选亚硫酸钠，在除氧的同时在钻井液中还有磺化的作用，提高产品使用的长效性。

在本发明的一个优选实施例中，所述钻井液各组分含量以每500ml水中加入量计算，盐20-150g、黄原胶1-2.5g、抗高温改性淀粉2.5-7.5g、超细碳酸钙30-70g、碱0.5-1g和还原剂1-2g，优选氯化钠20-150g、黄原胶1-2.5g、抗高温改性淀粉2.5-7.5g、粒径为5-20微米的碳酸钙15-35g、粒径为30-60微米的碳酸钙15-35g、氧化镁0.5-1g和亚硫酸钠1-2g。

本发明还提供上述无土相钻井液的制备方法，包括向水中可选择地加入盐和/或碱，然后依次加入黄原胶和抗高温改性淀粉，充分溶胀后加入超细碳酸钙和亚硫酸钠，最后搅拌混合均匀。