CN103710006A - 一种增强油基钻井液乳化稳定性的方法 - Google Patents

一种增强油基钻井液乳化稳定性的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种增强油基钻井液乳化稳定性的方法，在油基钻井液配制时，加完乳化剂后再添加质量为油基钻井液0.1%-5%的亲水纳米材料，且纳米材料与乳化剂的质量比为：1:5~0.5，搅拌均匀后再投入使用。本发明能抗高温、抗盐特点、有利于井壁稳定、润滑性好和对油气层损害程度小，对人体的毒害作用远小于表面活性剂，缓解油基钻井液乳化剂对现场操作人员的伤害。

Description

一种增强油基钻井液乳化稳定性的方法
技术领域
本发明涉及一种增强油基钻井液乳化稳定性的方法，特别适合于油包水油基钻井液，可作为钻深井、超深井、大斜度定向井、水平井和水敏性复杂地层的重要手段。
背景技术
油基钻井液是以油作为连续相的钻井液。全油基钻井液中，含水量不应超过10%；而在油包水钻井液中，水作为必要组分均匀地分散在柴油中，其含水量一般为10-60%。由于钻井液含有油水两相，因此该钻井液需要加入乳化剂使水分散到油相中。油基钻井液乳化稳定性是其运用过程中的重要指标，目前采用表面活性剂作为乳化剂，表面活性剂同时具有亲油和亲水基团，能够吸附在油水界面形成吸附膜从而保护水相在油相的均匀分散。
公开号为CN101287808A和CN102027092A，中国专利文献公开的油基钻井液都只采用表面活性剂作为乳化剂，但有些乳化剂对人体和生态环境影响较大，同时表面活性剂作为乳化剂容易受溶液pH值、盐类型、矿化度及环境温度的影响，影响了油基钻井液的稳定性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有采用表面活性剂作乳化剂稳定性较差的问题，提供一种增强油基钻井液乳化稳定性的方法。本发明能抗高温、抗盐特点、有利于井壁稳定、润滑性好和对油气层损害程度小，对人体的毒害作用远小于表面活性剂，缓解油基钻井液乳化剂对现场操作人员的伤害。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种增强油基钻井液乳化稳定性的方法，其特征在于：在油基钻井液配制时，加完乳化剂后再添加质量为油基钻井液0.1%-5%的亲水纳米材料，且纳米材料与乳化剂的质量比为：1:5~0.5，搅拌均匀后再投入使用。
所述的纳米材料为亲水纳米二氧化硅颗粒、亲水纳米碳酸钙颗粒、亲水纳米二氧化钛中的单组份或相互任意比例的混合物。
所述纳米材料粒径大小为5-100nm。
所述油基钻井液表面活性剂的乳化剂可选用：Span80，油酸，硬脂酸钙，油酸钙中的单组份或相互任意比例混合物。
所述油基钻井液中，油相与水相的重量比为75:25—90:10。
所述油相为柴油、白油或线型α-烯烃、内烯烃或线型石蜡；水相是质量浓度为10%-25%的氯化钙盐水或氯化钾盐水，以所述水相的总重量计。
采用本发明的优点在于：
一、本发明在油基钻井液配制时，加完乳化剂后再添加质量为油基钻井液0.1%-5%的亲水纳米材料，且纳米材料与乳化剂的质量比为：1:5~0.5，搅拌均匀后再投入使用，具有抗高温、抗盐特点、有利于井壁稳定、润滑性好和对油气层损害程度小的优点，可作为钻深井、超深井、大斜度定向井、水平井和水敏性复杂地层的重要手段，另外，纳米材料对人体的毒害作用远小于表面活性剂，缓解油基钻井液乳化剂对现场操作人员的伤害。
二、本发明中采用了纳米材料，纳米材料对环境友好，减少油基钻井液废液处理成本；并且0.1%-5%的纳米材料形成的乳液稳定性强，不易受体系pH值、盐浓度、温度及油相组成等因素的影响，有利于钻井过程中油基钻井液的现场维护，采用的纳米材料比例过高或过低均会影响乳液稳定性。
三、本发明所采用纳米材料增强油基钻井液乳化稳定性机理如下：无机亲水纳米颗粒通常在水介质中是带电的，因此可以通过吸附离子型或非离子型双亲表面活性剂改变其表面润湿性，成为表面活性颗粒，这一过程可以称为纳米材料原位表面活性化，从而增强油基钻井液乳化稳定性。
四、本发明中，所述的纳米材料为亲水纳米二氧化硅颗粒、亲水纳米碳酸钙颗粒、亲水纳米二氧化钛中的单组份或相互任意比例的混合物，采用这些纳米材料应用在油基钻井液乳中，当接触角大于90°时，粒子大部分处于非极性相，使水相分散于非极性相中的效果更好。
五、本发明中，所述纳米材料粒径大小为5~100nm，采用此粒径大小，润湿性能更好。
具体实施方式
实施例1
作为本发明的最佳实施方式，纳米材料与乳化剂的比例为：1:5~0.5，其余部分为油和水，根据需要还可加入有机土，油基降滤失剂、润湿剂、增粘剂、加重剂，但前提是不影响本专利所述性能；
以油基钻井液总质量百分比计，乳化剂1~4%，纳米材料0.1~5%，其余部分为油相和水相。
乳化剂可选用：Span80，油酸钙，硬脂酸钙中的单组份或相互任意比例混合物； 油相和水相比为75:25—90:10。
原料、设备及其来源：
亲水纳米二氧化硅颗粒（30-40nm）：博宇高科新材料技术有限公司。
亲水纳米碳酸钙颗粒（40-60nm）：博宇高科新材料技术有限公司。
亲水纳米二氧化钛（20-30nm）：博宇高科新材料技术有限公司。
Span80，油酸钙，硬脂酸钙：成都科龙化工有限公司。
质量浓度20%氯化钙水溶液：质量为20%（以氯化钙水溶液所述水相的总重量计）的氯化钙溶解到水相中配置而成。
高速搅拌器：青岛森欣机电设备有限公司
Fann23E电稳定性测定仪：北京探矿工程研究所
加热滚子炉：青岛森欣机电设备有限公司
配置和测试方法：
在高速搅拌器高搅下（速度>10000r/min）加入油相后加入乳化剂高搅五分钟，然后加入纳米材料再高速搅拌五分钟，最后加入质量浓度20%氯化钙水溶液高搅半小时以上，采用Fann23E电稳定性测定仪测定破乳电压稳定性，在设定一定温度条件下的加热滚子炉热滚12小时后，冷却常温，再采用Fann23E电稳定性测定仪测定破乳电压稳定性。
实施例2
作为本发明的另一较佳实施方式，其组分及配比为：
乳化剂Span80：2%，亲水纳米碳酸钙颗粒：0.5%，氯化钙水溶液：15%，柴油82.5%，高速搅拌后形成油基钻井液，测定破乳电压为245V，在80℃热滚后测定破乳电压为340V。若没有加亲水纳米碳酸钙颗粒，其他条件相同的油基钻井液热滚前破乳电压为143V，热滚后破乳电压为183V。其余同实施例1。
实施例3
作为本发明的另一较佳实施方式，其组分及配比为：
乳化剂硬脂酸钙：2%，亲水纳米碳酸钙颗粒：0.5%，氯化钙水溶液：15%，柴油82.5%，高速搅拌后形成油基钻井液，测定破乳电压为155V，在80℃热滚后测定破乳电压为386V。若没有加亲水纳米碳酸钙颗粒，其他条件相同的油基钻井液热滚前破乳电压为117V，热滚后破乳电压为125V。其余同实施例1。
实施例4
作为本发明的另一较佳实施方式，其组分及配比为：
乳化剂硬脂酸钙：2%，亲水纳米二氧化硅颗粒：0.5%，氯化钙水溶液：15%，柴油82.5%，高速搅拌后形成油基钻井液，测定破乳电压为534V，在80℃热滚后测定破乳电压为683V。若没有加亲水纳米二氧化硅颗粒，其他条件相同的油基钻井液热滚前破乳电压为117V，热滚后破乳电压为125V。其余同实施例1。
实施例5
作为本发明的另一较佳实施方式，其组分及配比为：
乳化剂油酸钙：2%，亲水纳米二氧化硅颗粒：0.5%，氯化钙水溶液：15%，柴油82.5%，高速搅拌后形成油基钻井液，测定破乳电压为57V，在80℃热滚后测定破乳电压为284V。若没有加亲水纳米二氧化硅颗粒，其他条件相同的油基钻井液热滚前破乳电压为37V，热滚后破乳电压为16V。其余同实施例1。
实施例6
作为本发明的另一较佳实施方式，其组分及配比为：
乳化剂油酸钙：2%，亲水纳米碳酸钙颗粒：0.5%，氯化钙水溶液：15%，柴油82.5%，高速搅拌后形成油基钻井液，测定破乳电压为56V，在80℃热滚后测定破乳电压为64V。若没有加亲水纳米碳酸钙颗粒，其他条件相同的油基钻井液热滚前破乳电压为37V，热滚后破乳电压为16V。其余同实施例1。
实施例7
作为本发明的另一较佳实施方式，其组分及配比为：
乳化剂油酸钙：2%，亲水纳米二氧化钛颗粒：0.5%，氯化钙水溶液：15%，柴油82.5%，高速搅拌后形成油基钻井液，测定破乳电压为107V，在80℃热滚后测定破乳电压为143V。若没有加亲水纳米二氧化钛颗粒，其他条件相同的油基钻井液热滚前破乳电压为37V，热滚后破乳电压为16V。其余同实施例1。
实施例8
一种增强油基钻井液乳化稳定性的方法，在油基钻井液配制时，加完乳化剂后再添加质量为油基钻井液0.1%的亲水纳米材料，且纳米材料与乳化剂的质量比为：1:5，搅拌均匀后再投入使用。
本实施例中，所述的纳米材料为亲水纳米二氧化硅颗粒、亲水纳米碳酸钙颗粒、亲水纳米二氧化钛中的单组份或相互任意比例的混合物。
本实施例中，所述纳米材料粒径大小为5nm。
本实施例中，所述油基钻井液表面活性剂的乳化剂可选用：Span80（山梨糖醇酐油酸酯），油酸，硬脂酸钙，油酸钙中的单组份或相互任意比例混合物。
本实施例中，所述油基钻井液中，油相与水相的重量比为75:25。
本实施例中，所述油相为柴油、白油或线型α-烯烃、内烯烃或线型石蜡；水相是质量浓度为10%的氯化钙盐水或氯化钾盐水，以所述水相的总重量计。
实施例9
一种增强油基钻井液乳化稳定性的方法，在油基钻井液配制时，加完乳化剂后再添加质量为油基钻井液5%的亲水纳米材料，且纳米材料与乳化剂的质量比为：1: 0.5，搅拌均匀后再投入使用。
本实施例中，所述纳米材料粒径大小为100nm。
本实施例中，所述油基钻井液中，油相与水相的重量比为90:10。水相是质量浓度为25%的氯化钙盐水或氯化钾盐水，以所述水相的总重量计。
实施例10
一种增强油基钻井液乳化稳定性的方法，在油基钻井液配制时，加完乳化剂后再添加质量为油基钻井液3%的亲水纳米材料，且纳米材料与乳化剂的质量比为：1:2，搅拌均匀后再投入使用。
本实施例中，所述纳米材料粒径大小为30nm。所述油基钻井液中，油相与水相的重量比为80:20。水相是质量浓度为15%的氯化钙盐水或氯化钾盐水，以所述水相的总重量计。

Claims (6)

1.一种增强油基钻井液乳化稳定性的方法，其特征在于：在油基钻井液配制时，加完乳化剂后再添加质量为油基钻井液0.1%-5%的亲水纳米材料，且纳米材料与乳化剂的质量比为：1:5~0.5，搅拌均匀后再投入使用。
2.根据权利要求1所述的一种增强油基钻井液乳化稳定性的方法，其特征在于：所述的纳米材料为亲水纳米二氧化硅颗粒、亲水纳米碳酸钙颗粒、亲水纳米二氧化钛中的单组份或相互任意比例的混合物。
3.根据权利要求1或2所述的一种增强油基钻井液乳化稳定性的方法，其特征在于：所述纳米材料粒径大小为5-100nm。
4.根据权利要求3所述的一种增强油基钻井液乳化稳定性的方法，其特征在于：所述油基钻井液表面活性剂的乳化剂选用：Span80，油酸，硬脂酸钙，油酸钙中的单组份或相互任意比例混合物。
5.根据权利要求1、2或4所述的一种增强油基钻井液乳化稳定性的方法，其特征在于：所述油基钻井液中，油相与水相的重量比为75:25—90:10。
6.根据权利要求5所述的一种增强油基钻井液乳化稳定性的方法，其特征在于：所述油相为柴油、白油或线型α-烯烃、内烯烃或线型石蜡；水相是质量浓度为10%-25%的氯化钙盐水或氯化钾盐水，以所述水相的总重量计。
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