一种无土相钻井液的制作方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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°C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°C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°C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】
[0003] 本发明针对现有的无土相钻井液在大于120°C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°C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°C。
[0004] 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。
[0005] 优选本发明所述无土相钻井液还包括碱和/或盐。
[0006] 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。
[0007] 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。
[0008] 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4-1 lwt%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°C下反应1~48h，然后加入剩余的催化剂溶液在40~ 70°C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。
[0009] 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。
[0010] 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°C。
[0011] 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Specl3A IS0135002009标准做评价时，分别在130°C、135°C和140°C的16小 时老化评价时，其滤失量均小于l〇ml。
[0012] 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。
[0013] 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。
[0014] 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-lg 和还原剂l-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-lg和亚硫酸钠 l_2g。
[0015] 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。
[0016] 在本发明的一个优选实施例中，搅拌条件下向水中依次加入氯化钠和氧化镁，充 分溶解后加入黄原胶，搅拌20-30min后加入抗高温改性淀粉，搅拌20-30min后依次加入粒 径为5-20微米的碳酸钙和粒径为30-60微米的碳酸钙，最后加入亚硫酸钠。优选将每种组 分的加料时间控制在〇. 5-lmin，并在加入下一组分前充分搅拌，保证各组分充分溶解或混 合均匀。
[0017] 本发明提供了一种无土相钻井液，其中黄原胶提供较好的钻井液悬浮稳定性，抗 高温改性淀粉提高降失水能力，将钻井液的使用温度提高到140°c。两种粒径的碳酸钙起到 良好架桥的效果，使粒径级配更为合理。亚硫酸钠在除氧的同时对钻井液具有一定的稳定 作用。氧化镁调节钻井液的PH值，使其保持在7. 5-9. 5之间更利于发挥功效。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。但本发明并不仅限于下述实施例。
[0019] 其中，实施例和对比例中的数据采用国外的API13I标准测试得到。
[0020] 实施例1-19中的抗高温改性淀粉的制备方法为：将100g的玉米原淀粉溶于甲醇 中，配置成浓度为20wt%玉米淀粉悬浮液；将氯乙酸配置成浓度为5. 5wt%氯乙酸甲醇溶液； 将催化剂氢氧化钾配置成浓度为7wt%的水溶液。取175g上述玉米淀粉悬浮液倒入三口瓶 中，依次加入70g上述氯乙酸溶液和共130g中1/4质量的上述催化剂氢氧化钾溶液，在恒 温水浴中控温为65°C，并控制搅拌速度为750rpm下反应3h，然后同温同搅拌速度下投入剩 余的3/4氢氧化钾溶液反应3h。反应结束后用盐酸中和溶液pH值到7. 5-9，并用甲醇洗涤， 抽滤，在50°C下鼓风干燥得产品。
[0021] 实施例1-3
[0022] 各组分用量：以每500ml水中加入量计算，氯化钠80g、黄原胶（lg, I. 5g, 2. 5g)、抗 高温改性淀粉5g、粒径为5-20微米的碳酸钙25g、粒径为30-60微米的碳酸钙25g、氧化镁 0. 75g和亚硫酸钠 I. 5g。
[0023] 配料顺序：称取3份500ml水倒入到3个高搅杯中，开启搅拌3000-5000rpm依次分 别加入氯化钠80g (加料时间控制在0. 5min)后搅拌3min，分别加入氧化镁0. 75g (加料时 间控制在0. 5min)并在3000-5000rpm下搅拌3min，分别加入黄原胶lg、I. 5g和2. 5g (加料 时间控制在lmin)并在4000-6000rpm下搅拌20min，分别加入抗高温改性淀粉5g (加料时 间控制在Imin)并在4000-6000rpm下搅拌20min，加入粒径为5-20微米的碳酸钙25g (加 料时间控制在0. 5min)并在4000-6000rpm下搅拌3min，加入粒径为30-60微米的碳酸钙 25g (加料时间控制在0. 5min)并在4000-6000rpm下搅拌3min，加入亚硫酸钠 I. 5g (加料 时间控制在0. 5min)并在4000-6000rpm下搅拌3min，所有料加完后并在4000-6000rpm下 搅拌15min，测试结果见表1 :
[0024] 表1不同黄原胶用量下，无土相钻井液的流变性和失水性比较
[0025]
[0026] 备注：基浆：500ml水+氯化钠80g+氧化镁0. 75g+抗高温改性淀粉5g+粒径为 5-20微米的碳酸钙25g+粒径为30-60微米的碳酸钙25g+亚硫酸钠 I. 5g
[0027] 从上面的实验可以看出，随着黄原胶用量增加，动切力、表观粘度和塑性粘度明显 增大，说明流变性随着黄原胶用量增加而增大。但当黄原胶用量在I. 5g后继续增加，滤失 量和HTHP (高温高压失水）的变化较小，说明对失水性能的影响降低。
[0028] 实施例4-6
[0029] 各组分用量：以每500ml水中加入量计算，氯化钠80g、黄原胶I. 5g、抗高温改性淀 粉（2. 5g，5g，7. 5g)、粒径为5-20微米的碳酸钙25g、粒径为30-60微米的碳酸钙25g、氧化 镁0. 75g和亚硫酸钠 I. 5g。
[0030] 配料顺序与实施例1-3相同，区别在于改变抗高温改性淀粉的用量，结果见表2 :
[0031] 表2不同抗高温改性淀粉用量下，无土相钻井液的流变性和失水性比较
[0032]
[0033] 备注：基浆：500ml水+氯化钠80g+氧化镁0· 75g+黄原胶L 5g+粒径为5-20微 米的碳酸钙25g+粒径为30-60微米的碳酸钙25g+亚硫酸钠 I. 5g
[0034] 从上面的实验可以看出，随着抗高温改性淀粉用量增加，流变性稍有增大，但抗高 温改性淀粉用量在5g后对HTHP的影响小，流变性略有增加。
[0035] 实施例7-9
[0036] 各组分用量：以每500ml水中加入量计算，氯化钠80g、黄原胶I. 5g、抗高温改性淀 粉5g、粒径为5-20微米的碳酸钙（15g，25g，35g)、粒径为30-60微米的