一种抗高温水基钻井液及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种钻井液及其制备方法，特别是含有高软化点浙青组合物钻井液， 属于石油钻井开采技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着石油勘探与开发的发展，钻井深度不断加深，钻遇地层愈来愈复杂，定向井、 水平井等特殊工艺井的数量逐渐增多。这使钻井工程对钻井液的使用性能，特别是抗高温 能力提出了更高的要求。浙青类产品作为重要的钻井液处理剂，具有良好的防塌、润滑、降 低滤失和高温稳定等综合效能。然而一般软化点浙青会因为过度软化甚至流淌而无法满足 深井下的高温作业要求。
[0003] 高软化点浙青是指软化点在100°C以上，尤其是在120°C以上的浙青。高软化点浙 青因其出色的抗高温能力而有着比较广泛的应用。高软化点浙青可以用于深层油气田的钻 井作业中，作为钻井液的重要组成部分，可以在高温条件下起到封堵、防塌，稳定井壁，降低 滤失量的作用。
[0004] 为了提高钻井液用浙青类产品的使用性能，国内外先后公开了很多方法对浙青进 行改性。其中最主要的方法就对浙青进行磺化。如US3485745、CN99109453、CN201010250241 等。这种方法虽然能够增加产品的水溶性，但是油溶率较低。浙青经磺化后主要生成了磺 酸盐，产品的软化点几乎测不出来，只能在较低的温度条件下使用。而且其颗粒没有弹性、 变形能力差，不能任意嵌入井内的孔道，特别是不规则形孔道，不能很好地起到封堵和降滤 失的作用。同时，这种工艺较复杂，对环境容易造成污染。
[0005] 钻井液以其连续相分为油基钻井液和水基钻井液。高软化点石油浙青主要以油溶 性为主，所以在油基钻井液中分散性好，应用不成问题。但是在水基钻井液中，由于其水溶 性很小，存在分散困难、不易稳定的问题。这也是制约高软化点浙青在水基钻井液中广泛应 用的一个主要因素。
[0006] 高软化点浙青在钻井液中使用时，要求以极小的颗粒分散到泥浆体系中，这样既 可以保证浙青分散均匀，又可以避免聚结成大的块状物堵塞振动筛而造成无法使用等问题 的发生。通常情况下，浙青颗粒的粒径要求在150 μ m以下，甚至120 μ m以下方具有良好的 使用效果。
[0007] 然而，浙青属于热敏性材料，在粉碎或超细粉碎时，会增加很大成本。即使能够得 到细小的浙青颗粒，要想在水基钻井液中稳定分散也是很不容易的。如果不能稳定分散就 无法在井下起到封堵和降滤失的作用。
【发明内容】
[0008] 针对现有技术在高软化点浙青不易粉碎，粉碎后的颗粒在水基钻井液中难于稳定 分散等方面存在的问题，本发明提供一种抗高温水基钻井液及其制备方法，本发明水基钻 井液中，高软化点浙青颗粒分散均匀、稳定，钻井液抗高温滤失能力强，制备方法简便，节约 成本，适用范围广。
[0009] 本发明的抗高温水基钻井液，以质量百分含量计，包括如下组分： 基浆：85%?97% ; 高软化点浙青液：3%?15%。
[0010] 本发明钻井液中，所述的基浆是本领域常规的水基钻井液基浆，可以按照现有技 术制备，基浆的组成及制备过程为本领域技术人员熟知；如按照以下制备过程进行：在水 中加入无水碳酸钠，再加入钙膨润土，高速搅拌并养护一定时间后得到。
[0011] 本发明方法中，高软化点浙青液按质量百分比计，包括下列组分：高软化点浙青： 30%?70%，稳定分散剂：1%?10%，水：20%~60%。其中高软化点浙青液中，优选加入胶乳，胶 乳的加入量占高软化点浙青液质量的10%?30%，高软化点浙青液各组分含量之和为100%。
[0012] 其中，所述的高软化点浙青的软化点为120?220°C，选自氧化浙青、溶脱浙青或 天然浙青中的一种或几种混合。
[0013] 所述的稳定分散剂为硫酸盐、季铵盐或木质素磺酸盐中的一种或几种，其中硫酸 盐为改性月桂醇基硫酸钠、仲醇基硫酸钠和混合脂肪醇硫酸钠等中的一种或几种；季铵盐 为十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵等中的一种或 几种；木质素磺酸盐为木质素磺酸钠或木质素磺酸钙。
[0014] 所述的胶乳是天然胶乳、丁苯胶乳、丁腈胶乳、氯丁胶乳、聚苯乙烯胶乳或聚丁二 烯胶乳中的一种或几种。
[0015] 本发明钻井液中，优选加入改性淀粉或水溶性纤维中的一种或几种性能调节剂， 以钻井液重量为基准，加入量为〇. 1%?5%，钻井液重量各组分之和为100% ;其中所述的改 性淀粉为磷酸酯淀粉、羧甲基淀粉或阳离子淀粉等中的一种或几种；所述的水溶性纤维为 羧甲基纤维素（CMC)、聚乙烯醇纤维和水溶性PVA纤维中的一种或几种。
[0016] 本发明的抗高温水基钻井液的制备方法，包括如下内容：（1)将高软化点浙青原 料加入到水中进行粉碎，然后加入稳定分散剂，混合均匀，得到高软化点浙青液；（2)将高 软化点浙青液、性能调节剂和基浆混合均匀，得到抗高温水基钻井液。
[0017] 其中，步骤（1)所述的高软化点浙青液中浙青颗粒平均粒径< 120 μ m。所述的粉 碎设备可以是高速剪切乳化机、胶体磨或研磨机中的一种，粉碎时间3(Γ60分钟。高软化点 浙青液制备过程中，优选加入胶乳，胶乳和稳定分散剂可以共同加入，也可以先后加入；优 选先加入胶乳混合均匀，再加入稳定分散剂混合均匀，混合过程可以在粉碎设备中进行，也 可以转移至具有混合功能的设备中进行，混合时间一般为5~30分钟。整个过程可以在常温 下进行，水温一般不高于40°C。所述的胶乳是天然胶乳、丁苯胶乳、丁腈胶乳、氯丁胶乳、聚 苯乙烯胶乳或聚丁二烯胶乳中的一种或几种，固含量为20wt%?60wt%。
[0018] 步骤（2)中的混合过程可以采用普通机械搅拌、高剪切、胶体磨或超声分散等技术 手段，混合时间根据物料体系的均匀程度，一般为5~30分钟。
[0019] 本发明与现有技术相比，具有以下优点： (1)由于浙青其特殊的物性，普通的机械粉碎方式都会在粉碎的过程中放出大量的热， 会使浙青随着温度的升高变软、变粘，已被粉碎的小颗粒很容易重新粘结成大的颗粒。目 前，一般采用冷冻粉碎，并加入大量的惰性材料，不仅增加成本，而且容易在钻井液中引入 杂质。本发明采用在水中进行粉碎的方法，水可以作为冷却介质，防止粉碎过程放热造成浙 青粘结等问题的发生。另外，水本身就是钻井液的重要组成部分，所以在以浙青液配置钻井 液时不会带来任何杂质。
[0020] (2)本发明高软化点浙青液，引入了胶乳作为改性剂。一方面，胶乳与浙青颗粒有 较好的亲和能力，可以均匀地附着在浙青颗粒表面，使浙青颗粒更容易稳定地分散在水中； 同时增强了颗粒的可变形能力，即增加颗粒的粘弹使用范围。另一方面，在钻井作业中，颗 粒在压力和其它外力的作用下，少部分胶乳可以在井壁和泥饼之间形成薄膜，提高了泥饼 的致密性，起到了很好的降低高温高压滤失量的作用。
[0021] (3)本发明高软化点浙青液，加入的稳定分散剂，均为带有表面活性的物质，可使 粉碎好的浙青颗粒均匀稳定地分散到液相当中，而且在配制钻井液过程中也会起到稳定整 个钻井液体系的作用，增加钻井液的使用性能；本发明水基钻井液，还加入了性能调节剂， 可以在钻井液体系当中配合其他组分有利于形成胶体形式分散，可以一定程度上改变体系 的流变学性质。
[0022] 本发明通过先将高软化点浙青制成浙青液后再制备钻井液的方法，不仅解决了浙 青常温粉