[发明专利]一种深海和冻土区钻探用超低温钻井液

说明书

本发明公开了一种深海和冻土区钻探用超低温钻井液。它包括以下质量份的组分：水100份，“封堵‑抑制”型井壁稳定剂2～7份，增粘剂0.05～0.8份，包被抑制剂0.05～0.5份，降滤失剂1～10份，水合物抑制剂10～40份，卵磷脂0～1份，配浆土0～4份，润滑剂0～3份，加重剂0～150份。本发明的钻井液利用“封堵‑抑制”型井壁稳定剂的物理化学特性封堵井壁与抑制泥页岩水化的协同作用，能有效阻缓孔隙压力传递并抑制泥页岩水化，可在深海和冻土区钻探中保持优良的井壁稳定性；在低至‑10℃时仍可保持良好的流变性和滤失性；可有效抑制天然气水合物生成；润滑性优良。

技术领域

本发明涉及一种石油、天然气以及天然气水合物钻探用钻井液，特别涉及一种深海和冻土区超低温地层钻井使用的水基钻井液。

背景技术

深海油气及天然气水合物资源极为丰富，冻土区同样蕴藏着丰富的天然气水合物资源。与陆地或浅海钻井相比，深海及冻土区超低温地层钻井面临着许多特殊的技术问题，要求钻井液具有以下性能。(1)优良的低温流变性。墨西哥湾、我国南海及西非海域海底温度最低为2～4℃，低温造成钻井液粘度、切力大幅度上升，油基钻井液甚至出现显著的胶凝现象，影响钻井作业顺利进行。而北海海域最低温度接近-5℃，冻土区地层温度甚至低于-5℃，超低温环境对钻井液流变性的调控提出了更严格的要求。(2)优良的井壁稳定性能。深海浅部地层胶结性差，安全作业密度窗口窄，容易发生井壁坍塌或漏失；深海或冻土区可能存在的水敏性泥页岩极易水化膨胀、分散，造成井壁失稳。而常规的提高井壁稳定性的处理剂的加入，可能对钻井液流变性造成负面影响，造成低温严重增稠。因此，如何同时保持优良的井壁稳定性和低温流变性对钻井液提出了巨大技术挑战。(3)优良的天然气水合物抑制性。深海海底或冻土区低温高压环境中极易导致钻井液中形成天然气水合物，堵塞导管和防喷器等，造成严重的安全事故。(4)无生物毒性。严格的海洋环保法规要求钻井液无生物毒性，因此，一些陆地钻井使用的钻井液处理剂无法在海洋钻井中使用。(5)优良的滤失造壁性和润滑性。

油基/合成基钻井液具有优异的井壁稳定性等优点，是复杂地层钻进的首选，但其成本高且存在环保问题。水基钻井液具有成本低以及环保等优点，但常规水基钻井液难以解决深海浅部地层的井壁失稳问题，并且存在水合物抑制能力差，低温下流变性差等缺点，难以满足深海及冻土区超低温地层钻井工程技术要求。

通过文献检索，国内外针对钻井液低温流变特性的研究报道较多，但是对深海和冻土区超低温地层(-5℃甚至更低)钻井液体系研制方面的研究很少。

中国专利CN 105018052A(申请号：201510416782.1，名称：一种低固相低温聚合物钻井液)公开了一种低固相低温聚合物钻井液，包含基础液为在水中加入钠基膨润土基浆与氯化钠；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。该钻井液在凝固点可达到-15℃，低温下流变性能好。但是在深海和冻土区钻探工程中，不仅要求钻井液具有良好的低温流变性，还要求钻井液具有良好的井壁稳定性、滤失性、抑制天然气水合物生成性能等。该发明专利公开的钻井液未考虑上述性能要求，也未加入相应的钻井液处理剂，无法得知其综合性能能否满足深海和冻土区钻井工程技术要求。

中国专利CN103834371A(申请号：201410079465.0，名称：一种冻土层或严寒地区钻探用耐超低温钙基低固相钻井液)公开了一种适用于超低温环境的耐低温低固相钻井液，由水100份、氯化钙10～30份、多功能复合剂1～10份、降粘剂0.5～2.0份、降滤失剂0.1～10份、润滑剂1～5份、消泡剂1～3份组成。该钻井液在-5℃下塑性粘度为15mPa·s，API滤失量为5.0mL，在-35℃下仍具有流动性。该发明专利公开的钻井液同样仅关注钻井液流变性，未考虑井壁稳定性、水合物抑制性等关键性能。要实现现场应用，钻井液必须具有良好的流变性、滤失性、井壁稳定性、水合物抑制性、润滑性等。