CN102304353A - 环保型全油基钻井液及其配制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油钻井全油基钻井液技术领域，是一种环保型全油基钻井液及其制备方法，该环保型全油基钻井液按下述原料制成：基液白油、氯化钙水溶液、乳化剂、润湿剂、钻井液用有机土、复合封堵剂、提切剂、碱度调节剂、降滤失剂,在上述原料混合物中加入加重剂。本发明具有以下优点：封堵性好；粘切高、携岩能力强；钻井液EC₅₀大于3*10⁴mg/L，环境安全好；渗透率恢复值可达到90%至98%，储层损害小，配制工艺简单；主要应用于欠平衡、水平井等特殊施工工艺，水敏性储层及低压低渗油气井中。

Description

环保型全油基钻井液及其配制方法

技术领域

本发明涉及石油钻井全油基钻井液技术领域，是一种环保型全油基钻井液及其制备方法。

背景技术

油基钻井液是指以油作为连续相的钻井液，与水基钻井液相比较油基钻井液具有能抗高温、抗盐钙侵、有利于井壁稳定、润滑性好和对油气层损害程度小等多种优点，目前已发展成为钻高难度的高温深井、大斜度定向井、水平井、欠平衡井和各种复杂地层的重要手段，具有较广阔的应用前景。

全油基钻井液是指以油为连续相，以不大于10%的盐水为分散相的近似无水状态的油包水乳化钻井液。

油基钻井液完井液最早是采用原油、柴油作为连续相配制的，主要用来保护油气层，减少钻井过程中井下各种复杂问题，但存在闪点低，易挥发、腐蚀橡胶件、存在现场施工安全隐患等缺点。

1950年前后出现的油包水乳化钻井液，是以水为分散相（占10%～60%），矿物油为分散介质，配合一定量的乳化剂、钻井液用有机土配制而成，实践证明：它对低压油层的伤害较小，具有防塌防卡能力，不易着火等特点，但机械钻速较低，造成综合钻井成本过高，同时配制条件要求高。1980年出现的低毒油包水钻井液，具有油基钻井液的优点，还具有环保功能，但同样易发生火灾，配制要求高。

近年来国内外采用了低毒的白油作为分散介质，通过调节油水比以及其他处理剂来满足不同地层的性能要求。室内实验采用低毒矿物油为基础油，用20%CaCl₂水溶液为水内相，平衡水相活度，加入一定的乳化剂，在高速剪切作用下，形成稳定乳状液。再通过加入亲油性胶体钻井液用有机土，调节油基钻井液的粘切力、增加油基钻井液的悬浮性，添加降滤失剂进一步降低体系滤失量，使体系达到所需性能要求。克服了易着火、配制条件要求高的缺点。

经文献检索，国内也有以白油为连续相的油基钻井液：

A、长江大学石油工程学院、中国海洋油田有限公司开发生产部钻完井办等单位许明标等人研制了一种简化现场作业的高性能油基钻井液。体系优化配方为：280ml5#白油+4%乳化剂EMF+2.5%CaO+2%-3%钻井液用有机土+120ml（30%CaCl₂水溶液）+1%-2%降虑失剂CLF+加重剂。

B、长江大学和湖北汉科技术股份有限责任公司舒福昌等人研究了以生物低毒的白油为油基的无水全油基钻井液。该油基钻井液体系无水相，主要由基液（白油）、钻井液用有机土、乳化润湿剂、钻井液用有机土增效剂、增粘提切剂、降滤失剂、碱度控制剂（CaO）和加重剂等组成。

C、中海油田服务股份有限公司油田化学事业部胡文军等人进行了强封堵油基钻井液体系在W11-4D油田的应用研究。该研究通过一系列的室内配伍试验，形成了一套具有强封堵能力的油基钻井液体系（4#白油+PF-MOEMUL（主乳化剂）+PF-MOCOAT（辅乳化剂）+PF-MOGEL（钻井液用有机土）+PF-MOTEX（降滤失剂）PF-MOWET（润湿反转剂）+ZD-H+XH-FM+生石灰+CaCl₂。

D、中国海洋石油总公司徐绍诚等公开了一种全油合成基钻井液（专利申请号：2008100055656.8），其主要包括：基液100份、钻井液用有机土2-5份、增粘剂0.5-3份、降滤失剂2-5份、润湿剂0.5-2份、乳化剂1-3份、氧化钙0.5份和加重剂27-180份。

上述A、C配方为油包水乳化钻井液（水相含量10%-40%），存在以下缺陷：为保持油包水钻井液体系电稳定性，使用了大量的乳化剂，会改变孔隙内岩石表面的亲水亲油性，造成储层损害;钻井液水相活度很难通过随时调节来满足易塌地层活度变化的需求，难免会发生因易塌层水化而井壁失稳。

上述B、D配方存在封堵能力差、携带不完全、钻屑中油相残留的缺点。

发明内容

本发明提供了一种环保型全油基钻井液及其制备方法，其克服了现有技术之不足，解决了白油全油基钻井液封堵能力、悬浮能力差等问题,其提高了封堵能力和携岩能力、具有安全环保和保护油气层的特性。

本发明的技术方案之一是这样来实现的：一种环保型全油基钻井液按下述原料重量份而制成：基液白油90份至100份、氯化钙水溶液0至10份、乳化剂2份至4份、润湿剂1份至3份、钻井液用有机土2份至4份、复合封堵剂3份至5份、提切剂0.5份至1.5份、碱度调节剂2.5份、降滤失剂2份至3份,每100毫升上述原料混合物中加入0至137克的加重剂；其中，氯化钙水溶液的重量百分比浓度为常温下5%至饱和浓度；复合封堵剂为改性天然沥青粉、活性超细碳酸钙、橡胶粉、聚丙烯纤维四种原料按复配而成，其重量份配比依次为60份至65份、30份、3份、7份至2份。

下面对上述技术方案之一作进一步优化或/和选择：

上述改性天然沥青的软化点为80℃至120℃。

上述提切剂为可溶性橡胶或树脂类。

上述提切剂为聚异丁烯、聚氯乙烯、辛基酚醛树脂、丁基酚醛树脂中的一种或一种以上的混合物。

上述白油采用3#白油、4#白油、5#白油、10#白油中的一种或一种以上的混合物；或/和，加重剂为轻钙、重钙、活化石灰石粉中的一种或一种以上的混合物；或/和，润湿反转剂为烷基苯磺酸盐、高级脂肪酰胺磺酸盐、油酸、环烷酸酰胺中的一种或一种以上的混合物；或/和，碱度调节剂为氧化钙、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或一种以上的混合物。

上述乳化剂为SP-80、2,2-二（4-烷氧基-3-苯磺酸钠）丙烷、油酸二乙醇胺按重量份3:6:1混合而成;或/和，降滤失剂为改性栲胶树脂、改性橡胶树脂、腐植酸改性树脂中的一种或一种以上的混合物。

本发明的技术方案之二是这样来实现的：一种上述环保型全油基钻井液的制备方法，其按下述制备步骤进行：

第一步，将所需要量的乳化剂、润湿剂、白油加入搅拌容器中搅拌15分钟至20分钟；

第二步，在第一步后再加入所需要量的氯化钙水溶液并搅拌20分钟至30分钟；

第三步，在第二步后再加入所需要量的钻井液用有机土并搅拌10分钟至15分钟；

第四步，在第三步后再加入所需要量的复合封堵剂、碱度调节剂、降滤失剂并搅拌30分钟至35分钟；

第五步，在第四步后再加入所需要量的提切剂搅拌10分钟至15分钟；

第六步，在第五步后再加入所需要量的加重剂并搅拌30分钟至35分钟得到环保型全油基钻井液; 

其中：搅拌速度为8000r/min至10000r/min，制备步骤中溶液的温度控制在45℃至50℃。

本发明具有以下优点：封堵性好；粘切高、携岩能力强；钻井液EC₅₀大于3*10⁴mg/L，环境安全好；渗透率恢复值可达到90%至98%，储层损害小，配制工艺简单；主要应用于欠平衡水平井等特殊施工工艺；水敏性储层及低压低渗油气井中。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据上述本发明的技术方案和实际情况来确定具体的实施方式。下面结合具体实施例对本发明做进一步描述。

实施例1，该环保型全油基钻井液按下述原料重量份而制成：基液白油90份至100份、氯化钙水溶液0至10份、乳化剂2份至4份、润湿剂1份至3份、钻井液用有机土2份至4份、复合封堵剂3份至5份、提切剂0.5份至1.5份、碱度调节剂2.5份、降滤失剂2份至3份,每100毫升上述原料混合物中加入0至137克的加重剂；其中，氯化钙水溶液的重量百分比浓度为常温下5%至饱和浓度；复合封堵剂为改性天然沥青粉、活性超细碳酸钙、橡胶粉、聚丙烯纤维四种原料按复配而成，其重量份配比依次为60份至65份、30份、3份、7份至2份。

实施例2，该环保型全油基钻井液按下述原料重量份而制成：基液白油90份或100份、氯化钙水溶液0或10份、乳化剂2份或4份、润湿剂1份或3份、钻井液用有机土2份或4份、复合封堵剂3份或5份、提切剂0.5份或1.5份、碱度调节剂2.5份、降滤失剂2份或3份,每100毫升上述原料混合物中加入0或137克的加重剂；其中，氯化钙水溶液的重量百分比浓度为常温下5%或饱和浓度；复合封堵剂为改性天然沥青粉、活性超细碳酸钙、橡胶粉、聚丙烯纤维四种原料按复配而成，其重量份配比依次为60份或65份、30份、3份、7份或2份。

实施例3，该环保型全油基钻井液按下述原料重量份而制成：基液白油90份、氯化钙水溶液0份、乳化剂2份、润湿剂1份、钻井液用有机土2份、复合封堵剂3份、提切剂0.5份、碱度调节剂2.5份、降滤失剂2份,每100毫升上述原料混合物中加入0克的加重剂；其中，复合封堵剂为改性天然沥青粉、活性超细碳酸钙、橡胶粉、聚丙烯纤维四种原料按复配而成，其重量份配比依次为60份、30份、3份、7份。

实施例4，该环保型全油基钻井液按下述原料重量份而制成：基液白油100份、氯化钙水溶液10份、乳化剂4份、润湿剂3份、钻井液用有机土4份、复合封堵剂5份、提切剂1.5份、碱度调节剂2.5份、降滤失剂3份,每100毫升上述原料混合物中加入137克的加重剂；其中，氯化钙水溶液的重量百分比浓度为常温下5%；复合封堵剂为改性天然沥青粉、活性超细碳酸钙、橡胶粉、聚丙烯纤维四种原料按复配而成，其重量份配比依次为65份、30份、3份、2份。

实施例5，该环保型全油基钻井液按下述原料重量份而制成：基液白油90份、氯化钙水溶液10份、乳化剂2份、润湿剂3份、钻井液用有机土2份、复合封堵剂5份、提切剂0.5份、碱度调节剂2.5份、降滤失剂3份,每100毫升上述原料混合物中加入137克的加重剂；其中，氯化钙水溶液的重量百分比浓度为常温下饱和浓度；复合封堵剂为改性天然沥青粉、活性超细碳酸钙、橡胶粉、聚丙烯纤维四种原料按复配而成，其重量份配比依次为60份、30份、3份、2份。

实施例6，该环保型全油基钻井液按下述原料重量份而制成：基液白油100份、氯化钙水溶液0份、乳化剂4份、润湿剂1份、钻井液用有机土4份、复合封堵剂3份、提切剂1.5份、碱度调节剂2.5份、降滤失剂2份,每100毫升上述原料混合物中加入0克的加重剂；其中，氯化钙水溶液的重量百分比浓度为常温下5%；复合封堵剂为改性天然沥青粉、活性超细碳酸钙、橡胶粉、聚丙烯纤维四种原料按复配而成，其重量份配比依次为65份、30份、3份、7份。

实施例7，该环保型全油基钻井液按下述原料重量份而制成：基液白油95份、氯化钙水溶液5份、乳化剂3份、润湿剂2份、钻井液用有机土3份、复合封堵剂4份、提切剂1.0份、碱度调节剂2.5份、降滤失剂2.5份,每100毫升上述原料混合物中加入65克的加重剂；其中，氯化钙水溶液的重量百分比浓度为常温下饱和浓度；复合封堵剂为改性天然沥青粉、活性超细碳酸钙、橡胶粉、聚丙烯纤维四种原料按复配而成，其重量份配比依次为63份、30份、3份、5份。

实施例8，与上述实施例的不同之处在于：实施例8的改性天然沥青的软化点为80℃或120℃。

实施例9，与上述实施例的不同之处在于：实施例9的提切剂为可溶性橡胶或树脂类。

实施例10，与上述实施例的不同之处在于：实施例10的提切剂为聚异丁烯、聚氯乙烯、辛基酚醛树脂、丁基酚醛树脂中的一种或一种以上的混合物。

实施例11，与上述实施例的不同之处在于：实施例11的白油采用3#白油、4#白油、5#白油、10#白油中的一种或一种以上的混合物。

实施例12，与上述实施例的不同之处在于：实施例12的加重剂为轻钙、重钙、活化石灰石粉中的一种或一种以上的混合物。

实施例13，与上述实施例的不同之处在于：实施例13的润湿反转剂为烷基苯磺酸盐、高级脂肪酰胺磺酸盐、油酸、环烷酸酰胺中的一种或一种以上的混合物。

实施例14，与上述实施例的不同之处在于：实施例14的碱度调节剂为氧化钙、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或一种以上的混合物。

实施例15，与上述实施例的不同之处在于：实施例15的乳化剂为SP-80、2,2-二（4-烷氧基-3-苯磺酸钠）丙烷、油酸二乙醇胺按重量份3:6:1混合而成。

实施例16，与上述实施例的不同之处在于：实施例16的降滤失剂为改性栲胶树脂、改性橡胶树脂、腐植酸改性树脂中的一种或一种以上的混合物。

实施例17，上述实施例1至16的制备方法按下述制备步骤进行：

第一步，将所需要量的乳化剂、润湿剂、白油加入搅拌容器中搅拌15分钟至20分钟；

第二步，在第一步后再加入所需要量的氯化钙水溶液并搅拌20分钟至30分钟；

第三步，在第二步后再加入所需要量的钻井液用有机土并搅拌10分钟至15分钟；

第四步，在第三步后再加入所需要量的复合封堵剂、碱度调节剂、降滤失剂并搅拌30分钟至35分钟；

第五步，在第四步后再加入所需要量的提切剂搅拌10分钟至15分钟；

第六步，在第五步后再加入所需要量的加重剂并搅拌30分钟至35分钟得到环保型全油基钻井液; 

其中：搅拌速度为8000r/min至10000r/min，制备步骤中溶液的温度控制在45℃至50℃。

实施例18，上述实施例1至16的制备方法按下述制备步骤进行：

第一步，将所需要量的乳化剂、润湿剂、白油加入搅拌容器中搅拌15分钟或20分钟；

第二步，在第一步后再加入所需要量的氯化钙水溶液并搅拌20分钟或30分钟；

第三步，在第二步后再加入所需要量的钻井液用有机土并搅拌10分钟或15分钟；

第四步，在第三步后再加入所需要量的复合封堵剂、碱度调节剂、降滤失剂并搅拌30分钟或35分钟；

第五步，在第四步后再加入所需要量的提切剂搅拌10分钟或15分钟；

第六步，在第五步后再加入所需要量的加重剂并搅拌30分钟或35分钟得到环保型全油基钻井液; 

其中：搅拌速度为8000r/min或10000r/min，制备步骤中溶液的温度控制在45℃或50℃。

在本发明中：百分比%都为重量百分比；钻井液用有机土采用符合石油行业标准SY/ZQ 003—89标准的钻井液用有机土；“中的一种以上的混合物”是指“中的两种的混合物”和“中的两种以上的混合物”。

上述实施例1至19所得环保型全油基钻井液的试验平均结果如下：

试验1，在100℃下热滚16小时， 然后测定流变性、API失水量(FL)、电稳定性（Es）及120℃*3.5MPa下高温高压失水（HTHP），结果见表1。

试验2，本发明环保型全油基钻井液在封堵能力评价的试验

采用FA无渗透滤失仪，垫入40目至60目之间的砂床，按照API测试标准，试验数据如表2。

试验3,本发明环保型全油基钻井液对粘切影响的试验，效果如表3。

试验4,本发明环保型全油基钻井液在生物毒性评价的试验:依据国家标准GB/T 15441—1995《水质急性毒性的测定发光细菌法》对4种钻井液的毒性进行测定比较;采用BOD₅/COD_Cr法比较了这4种钻井液的生物可降解性, 使用DXY-2型生物急性毒性测试仪，参照美国国家环保局确认的糠虾生物毒性分级标准，实验结果见表4。可以看出 ,本发明环保型全油基钻井液可达到实际无毒标准,其生物降解性程度为易,达到排放标准。

试验5,本发明环保型全油基钻井液在储层保护评价的试验:根据达西定律，在实验设定的条件下注入各种与地层损害有关的流体，或改变渗流条件（流速、净围压等），测定岩样的渗透率及其变化，从而评价储层渗透率的损害程度。参照中国石油天然气行业标准SY/T6540-2002《钻井液完井液损害油层室内评价方法》来评价其储层保护性能。实验条件:围压为3.5MPa,压差为3.0MPa,速度梯度为300 s-1,损害时间为125 min。采用人造岩心测得其渗透率恢复值可达到90%至98%。

试验6,本发明环保型全油基钻井液在试验井中应用的效果:本发明环保型全油基钻井液在某油田某井中的成功应用：1）全井使用密度低于0.97g/cm³，3711m点火到4250m完钻,实现了“边喷边钻”,真正意义上实现了欠平衡负压钻进,最大限度的减少了钻井过程中对天然气层的损害；2）与邻井相比，提高了约20%机械钻速，实现了综合成本降低；3）试油最大日产气13万方，较邻井提高了约30%。

综上所述，同现有技术相比，本发明具有以下特点：

1、配制的环保型全油基钻井液在满足井眼清洁的前提下，密度最低可达到0.85 g/cm³，对于低压低渗地层、欠平衡工艺的使用范围更广，负压更大。

2、本发明采用的乳化剂为复配乳化剂，代替了现有的主乳化剂和辅乳化剂之分，降低了乳化剂的含量，一方面可以减少过剩的乳化剂对地层孔隙岩石的伤害，另一方面简化了配方中主要添加剂的种类和配制工艺，节约了配制成本。

3、本发明中氯化钙水溶液加入量为0至10份，氯化钙水溶液的重量百分比浓度为常温下5%至饱和浓度，而加量取决于所钻地层水中活度，从而规避了因井壁两侧活度差导致的井壁失稳风险。

4、本发明中使用的复合封堵剂，具有刚性粒径与柔性粒径相结合的特点，弥补全油基钻井液封堵能力差的缺点。

5、普通油基钻井液用提切类产品主要是沥青类或亲水性材料，提切效果与水相含量密切相关，只有当水相较大时提切效果较好。本发明中提切剂不受水相含量影响，提切效果均好。

6、本发明集传统油基泥浆及现有白油基钻井液的各项优点，同时还具有：封堵性好；粘切高、携岩能力强；密度下限低；环境安全好；储层损害小；配制工艺简单。

 

Claims (10)

1.一种环保型全油基钻井液，其特征在于按下述原料重量份而制成：基液白油90份至100份、氯化钙水溶液0至10份、乳化剂2份至4份、润湿剂1份至3份、钻井液用有机土2份至4份、复合封堵剂3份至5份、提切剂0.5份至1.5份、碱度调节剂2.5份、降滤失剂2份至3份,每100毫升上述原料混合物中加入0至137克的加重剂；其中，氯化钙水溶液的重量百分比浓度为常温下5%至饱和浓度；复合封堵剂为改性天然沥青粉、活性超细碳酸钙、橡胶粉、聚丙烯纤维四种原料按复配而成，其重量份配比依次为60份至65份、30份、3份、7份至2份。

2.根据权利要求1所述的环保型全油基钻井液，其特征在于改性天然沥青的软化点为80℃至120℃。

3.根据权利要求1或2所述的环保型全油基钻井液，其特征在于提切剂为可溶性橡胶或树脂类。

4.根据权利要求3所述的环保型全油基钻井液，其特征在于提切剂为聚异丁烯、聚氯乙烯、辛基酚醛树脂、丁基酚醛树脂中的一种或一种以上的混合物。

5.根据权利要求1或2所述的环保型全油基钻井液，其特征在于白油采用3#白油、4#白油、5#白油、10#白油中的一种或一种以上的混合物；或/和，加重剂为轻钙、重钙、活化石灰石粉中的一种或一种以上的混合物；或/和，润湿反转剂为烷基苯磺酸盐、高级脂肪酰胺磺酸盐、油酸、环烷酸酰胺中的一种或一种以上的混合物；或/和，碱度调节剂为氧化钙、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或一种以上的混合物。

6.根据权利要求3所述的环保型全油基钻井液，其特征在于白油采用3#白油、4#白油、5#白油、10#白油中的一种或一种以上的混合物；或/和，加重剂为轻钙、重钙、活化石灰石粉中的一种或一种以上的混合物；或/和，润湿反转剂为烷基苯磺酸盐、高级脂肪酰胺磺酸盐、油酸、环烷酸酰胺中的一种或一种以上的混合物；或/和，碱度调节剂为氧化钙、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或一种以上的混合物。

7.根据权利要求4所述的环保型全油基钻井液，其特征在于白油采用3#白油、4#白油、5#白油、10#白油中的一种或一种以上的混合物；或/和，加重剂为轻钙、重钙、活化石灰石粉中的一种或一种以上的混合物；或/和，润湿反转剂为烷基苯磺酸盐、高级脂肪酰胺磺酸盐、油酸、环烷酸酰胺中的一种或一种以上的混合物；或/和，碱度调节剂为氧化钙、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或一种以上的混合物。

8.根据权利要求1或2或3所述的环保型全油基钻井液，其特征在于乳化剂为SP-80、2,2-二（4-烷氧基-3-苯磺酸钠）丙烷、油酸二乙醇胺按重量份3:6:1混合而成;或/和，降滤失剂为改性栲胶树脂、改性橡胶树脂、腐植酸改性树脂中的一种或一种以上的混合物。

9.根据权利要求7所述的环保型全油基钻井液，其特征在于乳化剂为SP-80、2,2-二（4-烷氧基-3-苯磺酸钠）丙烷、油酸二乙醇胺按重量份3:6:1混合而成;或/和，降滤失剂为改性栲胶树脂、改性橡胶树脂、腐植酸改性树脂中的一种或一种以上的混合物。

10.一种根据权利要求1至9中任意权利要求所述的环保型全油基钻井液的制备方法，其特征在于按下述制备步骤进行：

第一步，将所需要量的乳化剂、润湿剂、白油加入搅拌容器中搅拌15分钟至20分钟；

第二步，在第一步后再加入所需要量的氯化钙水溶液并搅拌20分钟至30分钟；

第三步，在第二步后再加入所需要量的钻井液用有机土并搅拌10分钟至15分钟；

第四步，在第三步后再加入所需要量的复合封堵剂、碱度调节剂、降滤失剂并搅拌30分钟至35分钟；

第五步，在第四步后再加入所需要量的提切剂搅拌10分钟至15分钟；

第六步，在第五步后再加入所需要量的加重剂并搅拌30分钟至35分钟得到环保型全油基钻井液； 

其中：搅拌速度为8000r/min至10000r/min，制备步骤中溶液的温度控制在45℃至50℃。