CN102925121B

CN102925121B - 一种多功能钻井液处理剂及其制备方法

Info

Publication number: CN102925121B
Application number: CN201210438285.8A
Authority: CN
Inventors: 吕开河; 任冠龙; 韩立国; 刘天科
Original assignee: SIXTH EXPLORATION COMPANY TARIM PETROLEUM EXPLORATION AND DEVELOPMENT HEADQUARTERS; China University of Petroleum East China; Huanghe Drilling Co of Sinopec Shengli Petroleum Engineering Corp
Current assignee: SIXTH EXPLORATION COMPANY TARIM PETROLEUM EXPLORATION AND DEVELOPMENT HEADQUARTERS; China University of Petroleum East China; Huanghe Drilling Co of Sinopec Shengli Petroleum Engineering Corp
Priority date: 2012-11-06
Filing date: 2012-11-06
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2032-11-06
Also published as: CN102925121A

Abstract

本发明提供一种多功能钻井液处理剂及其制备方法。该钻井液处理剂是按以下方法制得：将水升温至35-70℃，搅拌条件下分别加入阳离子氟碳表面活性剂、醇胺类化合物、非离子表面活性剂，全部加完后继续搅拌0.5-2h；降温至30~34℃，加入消泡剂，搅拌，放料，即得。本发明工艺简单，成本低廉；所得产品具有润滑、防塌、降滤失及降低表面张力等多种功能，抗温能力达180℃，可用于深井及超深井；与钻井液配伍性好，对钻井液性能无不良影响。

Description

一种多功能钻井液处理剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种多功能钻井液处理剂及其制备方法，属于石油钻井过程中的钻井液用处理剂技术领域。

技术背景

在石油钻井过程中，为了保证钻井的顺利进行及保护油气层，钻井液需要具备多种功能：为了保持井壁稳定，钻井液应具有较好的防塌性能；为了降低钻具及钻头在旋转过程中的摩擦力和扭矩，钻井液应具有较好的润滑性能；为了降低钻井液侵入低渗透油气层后的水锁损害，钻井液应具有较好的降滤失作用及低表面张力,等等。

钻井液性能的调整和维护时通过加入合适的钻井液用处理剂来实现的，为了使钻井液具有良好的综合性能，钻井液中往往同时加入多种处理剂：为了使钻井液具有良好的防塌性能，需要加入无机盐、有机胺、多元醇、改性沥青等防塌剂；为了保证钻井液具有良好的润滑性，需要加入原油、植物油、合成基油、表面活性剂等润滑剂；为了使钻井液具有良好的降滤失性能，需要加入褐煤类、淀粉类、烯类单体聚合物类、树脂类等降滤失剂；为了使钻井液具有良好的防水锁性能，需要加入阴离子或阳离子或非离子的表面活性剂等；为了使钻井液具有良好的流变性能，需要加入聚丙烯酰胺、钠羧甲基纤维素、生物聚合物等增粘剂。

多种处理剂同时加入钻井液既增加了钻井液成本,又增加了工人的劳动强度,同时使钻井液成分复杂,维护处理难度增加。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种较低成本的同时具有润滑、防塌、降滤失及保护油气层等多种功能的钻井液处理剂，目的是减少配制钻井液时处理剂的使用种类和数量，降低钻井液成本,减轻工人的劳动强度,使钻井液维护处理简单。

本发明的技术方案如下：

一种钻井液处理剂，按原料总量1000质量份计，原料的质量配比为：

非离子表面活性剂100～400份，阳离子氟碳表面活性剂50～100份，醇胺类化合物10～50份，消泡剂0.5～3份，余量为水；所述的非离子表面活性剂是司盘20、司盘60或司盘80；所述的醇胺类化合物是一乙醇胺、二乙醇胺或三乙醇胺。按以下方法制得：

将水升温至35-70℃，搅拌条件下分别加入阳离子氟碳表面活性剂、醇胺类化合物、非离子表面活性剂，全部加完后继续搅拌0.5-2h；降温至30～34℃，加入消泡剂，搅拌，放料，即得。

所述的阳离子氟碳表面活性剂为市购产品。本发明优选的，所述的阳离子氟碳表面活性剂选自JSC2170T或JSC2180T(上海久士城化学有限公司)、AF4018-SJ（上海亚孚化工科技有限公司）或FCY（杭州仁杉科技有限公司）。

根据本发明优选的，所述的醇胺类化合物是三乙醇胺。

根据本发明优选的，所述的消泡剂选自聚二甲基硅氧烷、10%聚乙烯醇1788溶液、正辛醇或磷酸三丁酯。

根据本发明，一种钻井液处理剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）将水加入反应釜，升温至35-70℃，加入阳离子氟碳表面活性剂，搅拌30-60分钟；

（2）加入醇胺类化合物，搅拌5-10分钟；

（3）加入非离子表面活性剂，全部加入完成后继续搅拌30-120分钟；

（4）降温至30～34℃，加入消泡剂，搅拌10-30分钟放料即可。

本发明所述方法制得的多功能钻井液处理剂，外观为乳白色液体，无异味，在水中具有很好的分散和溶解作用。

本发明的多功能钻井液处理剂的应用，可直接加入各种水基钻井液中使用，加量为钻井液的1%-5%体积比。

本发明的技术特点：本发明采用非离子表面活性剂和阳离子表面活性剂为主要原料，产品具有润滑、防塌、降滤失、降低表面张力及保护油气层等多种功能；醇胺类化合物有利于产品的稳定及改善产品的润滑性能；消泡剂具有良好的消泡作用，消除生产过程中产生的气泡，便于放料及产品包装。

与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：

1）制备工艺简单，成本较低；

2）产品具有润滑、防塌、降滤失及降低表面张力等多种功能，具有一剂多用的特点；

3）抗温能力达180℃，可用于深井及超深井；

4）与钻井液配伍性好，对钻井液性能无不良影响；

5）无荧光，有利于在探井使用。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述，但不限于此。各实施例中组分的含量以重量份表示。各实施例中的原料均为市购产品。

本发明涉及的多种功能钻井液处理剂的性能测试方法如下：

（1）API滤失量的测定

基浆配制：取400ml蒸馏水，加入20.0g钠膨润土、1.0g纯碱，在高速搅拌器上搅拌20min,期间至少暂停2次，把杯壁和叶片上的钠膨润土刮入搅拌杯中，然后在室温下密闭养护24h。在基浆中加入8.0ml多种功能钻井液处理剂，然后高速搅拌10min，按GB/T16783.1-2006的规定测其API滤失量。

（2）润滑系数降低率的测定

在400mL蒸馏水中加入24.0g钠膨润土高速搅拌搅拌20min后，在密闭的容器中养护24h作为基浆；取400mL基浆加入4.0ml多种功能钻井液处理剂，用搅拌器搅拌5min；在极压润滑仪上分别测定基浆及基浆加入样品后的润滑系数，按SY/T6094-94中4.2进行测定。按式计算润滑系数降低率：

R = \frac{K_{0} - K_{1}}{K_{0}} \times 100 %

式中：

R--润滑系数降低率；

K₀--基浆的润滑系数

K₁--基浆加入样品后的润滑系数。

（3）岩屑稳定性提高率测定

称取50g（称准至0.1g）2.0mm～5.0mm（6～10目）的已风干的泥页岩岩屑（清水回收率为20%～40%）试样两份，分别装入已盛入350mL蒸馏水和加入8ml多种功能钻井液处理剂的350mL溶液的高温罐中盖紧。放入77℃的滚子炉中滚动16h，取出冷却至室温。然后倒入0.45mm标准筛（40目）中用清水漂洗后，收集筛余物置于表面皿中，在105±3℃恒温烘干4h，取出冷却，并在空气中放置24h后称量。按下式计算岩屑稳定性提高率。

F = \frac{R_{H} - R_{W}}{R_{W}} \times 100

式中：

F──岩屑稳定性提高率，%；

R_H──样品的岩屑回收率，%；

R_W──蒸馏水的岩屑回收率，%。

（4）相对抑制性测定

称取(105±3)℃下烘4h的钻井液试验用钠膨润土10.00g装入页岩膨胀筒中，在压力机上加4MPa压力，并保持5min，取下安装在页岩膨胀仪上，分别测定5％KCl溶液和2％多种功能钻井液处理剂溶液浸泡岩心7h的膨胀高度。按下式计算相对抑制性：

Y = \frac{h_{1}}{h_{2}}

式中：Y——相对抑制性；

h₁——2％制备产品溶液浸泡后岩心膨胀高度，mm；

h₂——5％KCl溶液浸泡后岩心膨胀高度，mm。

（5）表面张力测定

用蒸馏水配制质量分数为1%的多种功能钻井液处理剂水溶液，在室温下按GB/T5549-1990的规定测定溶液的表面张力。每个样品做三个平行样,取算术平均值为测定结果。每个测定值与算术平均值之差不大于1mN/m,测试结果的数值修约依据GB/T8170-2008进行。

实施例1：

将759份水加入反应釜，升温至40℃，加入60份阳离子氟碳表面活性剂JSC2170T，搅拌30分钟；加入30份三乙醇胺，搅拌10分钟；慢慢加入150份司盘-20，加完后继续搅拌60分钟；降温至30℃，加入1份磷酸三丁酯，搅拌10分钟放料即可。

取上述方法制备的多种功能钻井液处理剂，考察其性能，结果如表1所示。

表1

项目	指标
		外观	乳白色粘稠液体
API滤失量，mL	15.2
		润滑系数降低率，%	91.2
岩屑稳定性提高率，%	80.7
		相对抑制性	0.65
表面张力，mN/m	35.6

实施例2：

将679份水加入反应釜，升温至50℃，加入80份阳离子氟碳表面活性剂JSC2180T，搅拌30分钟；加入40份三乙醇胺，搅拌10分钟；慢慢加入200份司盘-60，加完后继续搅拌90分钟；降温至30℃，加入1份正辛醇，搅拌20分钟放料即可。

取上述方法制备的多种功能钻井液处理剂，考察其性能，结果如表2所示。

表2

项目	指标
		外观	乳白色粘稠液体
API滤失量，mL	14.3
		润滑系数降低率，%	85.2
岩屑稳定性提高率，%	120.5
		相对抑制性	0.75
表面张力，mN/m	33.8

实施例3：

将633份水加入反应釜，升温至45℃，加入70份阳离子氟碳表面活性剂AF4018-SJ，搅拌30分钟；加入45份三乙醇胺，搅拌10分钟；慢慢加入250份司盘-80，加完后继续搅拌80分钟；降温至30℃，加入2份聚二甲基硅氧烷，搅拌15分钟放料即可。

取上述方法制备的多种功能钻井液处理剂，考察其性能，结果如表3所示。

表3

项目	指标
		外观	乳白色粘稠液体
API滤失量，mL	14.8
		润滑系数降低率，%	93.5
岩屑稳定性提高率，%	95.3
		相对抑制性	0.62
表面张力，mN/m	37.8

实施例4：

将628.5份水加入反应釜，升温至50℃，加入50份阳离子氟碳表面活性剂FCY，搅拌30分钟；加入20份三乙醇胺，搅拌5分钟；慢慢加入300份司盘-20，加完后继续搅拌90分钟；降温至30℃，加入1.5份10%聚乙烯醇1788溶液，搅拌30分钟放料即可。

取上述方法制备的多种功能钻井液处理剂，考察其性能，结果如列表4所示。

表4

项目	指标
		外观	乳白色粘稠液体
API滤失量，mL	16.5
		润滑系数降低率，%	85.6
岩屑稳定性提高率，%	97.2
		相对抑制性	0.58
表面张力，mN/m	35.3

Claims

1.一种钻井液处理剂，按原料总量1000质量份计，原料的质量配比为：

非离子表面活性剂100～400份，阳离子氟碳表面活性剂50～100份，醇胺类化合物10～50份，消泡剂0.5～3份，余量为水；所述的非离子表面活性剂是司盘20、司盘60或司盘80；所述的醇胺类化合物是一乙醇胺、二乙醇胺或三乙醇胺；

按以下方法制得：

将水升温至35-70℃，搅拌条件下分别加入阳离子氟碳表面活性剂、醇胺类化合物、非离子表面活性剂，全部加完后继续搅拌0.5-2h；降温至30~34℃，加入消泡剂，搅拌，放料，即得。

2. 根据权利要求1所述的钻井液处理剂，其特征在于，所述的阳离子氟碳表面活性剂选自：上海久士城化学有限公司的阳离子氟碳表面活性剂JSC2170T或JSC2180T，上海亚孚化工科技有限公司的阳离子氟碳表面活性剂AF4018-SJ；或者，杭州仁杉科技有限公司的阳离子氟碳表面活性剂FCY。

3. 根据权利要求1所述的钻井液处理剂，其特征在于，所述的醇胺类化合物是三乙醇胺。

4. 根据权利要求1所述的钻井液处理剂，其特征在于，所述的消泡剂选自聚二甲基硅氧烷、10%聚乙烯醇1788溶液、正辛醇或磷酸三丁酯。

5. 权利要求1~4任一项所述的钻井液处理剂的制备方法，包括如下步骤：

（2）加入醇胺类化合物，搅拌5-10分钟；

（4）降温至30~34℃，加入消泡剂，搅拌10-30分钟放料即可。

6. 权利要求1~4任一项所述的钻井液处理剂的应用，直接加入水基钻井液中使用，加量为钻井液的1%-5%体积比。