CN103820086B - 一种复合改性有机土及含有该组分的全矿物油基钻井液 - Google Patents

一种复合改性有机土及含有该组分的全矿物油基钻井液 Download PDF

Info

Publication number
CN103820086B
CN103820086B CN201310669914.2A CN201310669914A CN103820086B CN 103820086 B CN103820086 B CN 103820086B CN 201310669914 A CN201310669914 A CN 201310669914A CN 103820086 B CN103820086 B CN 103820086B
Authority
CN
China
Prior art keywords
mineral oil
composite modified
drilling fluid
modified organoclay
based drilling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201310669914.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103820086A (zh
Inventor
张现斌
黄达全
王伟忠
马运庆
郭剑梅
管恩翠
张向明
孙双
尹丽
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China National Petroleum Corp
CNPC Bohai Drilling Engineering Co Ltd
Original Assignee
CNPC Bohai Drilling Engineering Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CNPC Bohai Drilling Engineering Co Ltd filed Critical CNPC Bohai Drilling Engineering Co Ltd
Priority to CN201310669914.2A priority Critical patent/CN103820086B/zh
Publication of CN103820086A publication Critical patent/CN103820086A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103820086B publication Critical patent/CN103820086B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/02—Well-drilling compositions
    • C09K8/03—Specific additives for general use in well-drilling compositions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/02—Well-drilling compositions
    • C09K8/04—Aqueous well-drilling compositions
    • C09K8/14—Clay-containing compositions
    • C09K8/18—Clay-containing compositions characterised by the organic compounds
    • C09K8/20—Natural organic compounds or derivatives thereof, e.g. polysaccharides or lignin derivatives
    • C09K8/206—Derivatives of other natural products, e.g. cellulose, starch, sugars
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/02—Well-drilling compositions
    • C09K8/04—Aqueous well-drilling compositions
    • C09K8/14—Clay-containing compositions
    • C09K8/18—Clay-containing compositions characterised by the organic compounds
    • C09K8/22—Synthetic organic compounds
    • C09K8/24—Polymers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Lubricants (AREA)

Abstract

本发明公开了一种复合改性有机土及含有该组分的全矿物油基钻井液，该复合改性有机土，包括钠基膨润土或钠化钙基膨润土、有机阳离子表面活性剂和非离子的烷氧基脂肪胺；其中，膨润土的阳离子交换容量为80～110毫克当量/100克；所述有机阳离子表面活性剂中的阳离子和烷氧基脂肪胺中的胺基总量为膨润土的阳离子交换容量的75%～125%。该复合改性有机土极易在矿物油中分散，能提高全矿物油基钻井液的在低剪切速率下的粘度。本发明提供的全矿物油基钻井液，包括矿物油、前述复合改性有机土、油性润湿反转剂、碱度控制剂、降滤失剂、水和加重材料。该钻井液在180℃高温时动塑比达到0.5以上，低剪切速率（5.1s-1）时粘度高达1169.5mPa·s，具有良好的流变性。

Description

一种复合改性有机土及含有该组分的全矿物油基钻井液
技术领域
本发明属于石油和天然气行业中钻井液领域，涉及一种复合改性有机土及含有该组分的全矿物油基钻井液。
背景技术
长期以来，油基钻井液具有良好的抑制性、润滑性、抗温性等特点，在国外广泛地应用。目前正在使用的基础油主要是低毒、环境友好的矿物油和合成基础油。在这类基础油中芳烃含量较低，传统有机土难以在其中分散，不能有效提高钻井液的粘度，难以悬浮钻屑和加重材料。
目前，应用于油基钻井液中的有机土主要是由蒙脱石含量高的钠基膨润土或钠化钙基膨润土表面包覆阳离子表面活性剂制得的，其中阳离子表面活性剂主要是十八烷基三甲基氯化铵、双十八烷基二甲基氯化铵、十八烷基苄基二甲基氯化铵、牛脂基三甲基氯化铵等。这类有机土在芳烃含量高的柴油中能够有效分散，形成触变性流体。但在低毒、环境友好的矿物油、尤其是在水分含量低于10%的全矿物油基钻井液中难以分散。目前，应用于矿物油基钻井液中的商品有机土中往往添加了丙烯酸酯类聚合物和丁苯聚合物，这类聚合物易溶于油相，可增加油相粘度，但是这类聚合物在高温和高剪切条件下会产生热氧化降解和机械降解。
强化钻井液携岩效率的重要技术措施是提高钻井液在低剪切速率下的粘度，尤其是在大位移井、大斜度井和长水平段水平井中。目前，在全矿物油基钻井液中，由于其水分含量低，通常低于10%，有的甚至低于5%，缺少被乳化液滴，低剪切速率时钻井液粘度很低。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种复合改性有机土，特别适用于矿物油基钻井液，该复合改性有机土的添加可提高矿物油基钻井液在低剪切速率下的粘度和动切力。
本发明的另一个目的是提供一种全矿物油基钻井液，其在低剪切速率下即具有较大粘度，且在180℃高温下具有良好的流变性。
为此，本发明的技术方案为：
一种复合改性有机土，包括钠基膨润土或钠化钙基膨润土、有机阳离子表面活性剂和非离子的烷氧基脂肪胺；
其中，所述钠基膨润土或钠化钙基膨润土的阳离子交换容量为80～110毫克当量/100克；
所述有机阳离子表面活性剂中的阳离子和所述烷氧基脂肪胺中的胺基总量为所述钠基膨润土或钠化钙基膨润土的阳离子交换容量的75%～125%，优选90%～110%，最优选95～100%。
所述有机阳离子表面活性剂是含有至少一个C16～C18烷基的季铵盐。
所述有机阳离子表面活性剂是二甲基双脂肪烷基季铵盐、苄基甲基双脂肪烷基季铵盐或甲基三脂肪烷基季铵盐，优选二甲基双十八烷基氯化铵。
所述烷氧基脂肪胺的通式为：
其中，R=C12～C30的直链或支链、饱和或不饱和烃基，优选C12～C22的直链或支链、饱和或不饱和烃基，更优选C16～C18的直链或支链、饱和或不饱和烃基，最优选的R为C16～C18烃基；R1=R2=-(CR3R4-CR5R6O)yH，其中R3、R4、R5和R6是H或-CH3，优选地，R3、R4、R5和R6是H且y=2～15，最优为y=5～7.5。
所述烷氧基脂肪胺为含有C16～C18脂肪烃基的脂肪胺聚氧乙烯醚；优选烷氧基脂肪胺为含有10～15个聚氧乙烯单元的十六胺聚氧乙烯醚、十八胺聚氧乙烯醚，优选十八胺聚氧乙烯醚（10）、十八胺聚氧乙烯醚（12）或十八胺聚氧乙烯醚（15）。
本发明所述的复合改性有机土可通过湿法或干法制备，只需将阳离子表面活性剂和烷氧基脂肪胺全部或绝大部分包覆在钠基膨润土或钠化钙基膨润土的表面即可。
本发明制得的复合改性有机土极易在矿物油中分散，能提高全矿物油基钻井液的在低剪切速率下的粘度。
一种含本发明所述复合改性有机土的全矿物油基钻井液，包括矿物油、所述复合改性有机土、油性润湿反转剂、碱度控制剂、降滤失剂、水和加重材料；以矿物油体积为基准，所述复合改性有机土的含量为5～50g/L；所述油性润湿反转剂的含量为20～30g/L；所述碱度控制剂的含量为20～30g/L；所述降滤失剂含量为20～40g/L；水的含量为30～50g/L；所述加重材料在每升所述全矿物油基钻井液中的含量为425～2000g。
其中，所述矿物油为工业5#白油；所述复合改性有机土含量为30～45g/L。
所述油性润湿反转剂为BZ-OWA油性润湿反转剂，其主要作用是将加重材料和地层岩屑表面由亲水性表面转变为亲油性表面；选用由渤海钻探泥浆技术服务公司生产的产品名称为BZ-OWA的油性润湿反转剂。
所述降滤失剂为氧化沥青类、亲有机改性腐植酸酰胺或苯乙烯聚合物类油基钻井液降滤失剂，本发明优先选用氧化沥青类油基钻井液降滤失剂，产品为渤海钻探泥浆技术服务公司生产的BZ-OFL-II的降滤失剂。
所述加重材料为以任意比混合的石灰石粉和重晶石。
所述加重材料在使用时，优先利用石灰石粉将所述全矿物油基钻井液密度调节为1.1g/cm3，然后用重晶石粉加重钻井液密度到1.3～1.8g/cm3。
该钻井液（1.3g/cm3）在180℃高温时动塑比达到0.5以上，低剪切速率（5.1s-1）时粘度高达1169.5mPa·s，具有良好的流变性。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
以下采用湿法制备，将2～7%的钠基膨润土或钠化钙基膨润土分散到去离子水中，用离心法去除膨润土分散液中砂质杂质，然后将二甲基双十八烷基氯化铵和十八胺聚氧乙烯醚（15）溶于乙醇中，优选地在21℃～100℃范围内保持一段时间，反应温度更优选地在40℃～85℃内，使有机表面活性剂和钠基膨润土或钠化钙基膨润土充分反应。反应完成后对复合改性有机土进行过滤、洗涤、干燥和研磨。本发明中复合改性有机土制备工艺与传统工艺相比，无特别之处。
实施例1～3
按照上述工艺，制备了三种复合改性有机土，具体比例见表1。
表1复合改性有机土
利用上述复合改性有机土制备全矿物油基钻井液，具体配方见表2，测试其在高温老化前后的流变性和高温高压滤失量，测试结果见表3。
表2全矿物油基钻井液
组分 配方-1 配方-2 配方-3
5#白油,mL 400 400 400
BZ-OWA，g 8 8 8
OC-1，g 18 — —
OC-2，g — 18 —
OC-3，g — — 18
氢氧化钙，g 10 10 10
BZ-GLS-II，g 16 16 16
水，g 20 20 20
石灰石粉，g 170 170 170
重晶石，g 150 150 150
表3表2中全矿物油基钻井液的性能
注：①流变参数测试温度为50℃；
②老化条件为150℃×16h；
③高温高压滤失FLHTHP条件为150℃，压差为3.5MPa；
④其中Φ600、Φ300、Φ200、Φ100、Φ6、Φ3分别代表600转/分、300转/分、200转/分、100转/分、6转/分、3转/分的读数。
由以上结果可知，本发明制得的全矿油基钻井液，老化前后的表观粘度（AV）、塑性粘度（PV）和动切力（YP）变化较小，并且，低剪切速率流变性较高（6转/分和3/分转时的读数），初切（Gel10s）和终切（Gel10min）差值较小，钻井液流变性抗温性能良好；在老化后的高温高压滤失量（FLHTHP）低于5.0mL，最低至2.8mL。本发明制得的复合改性有机土能使该全矿物油基钻井液具良好的悬浮性和明显的“快速的弱凝胶”性质。
将上述配方-3老化后的全矿油基钻井液用高温高压流变仪Fann50SL测试剪切速率为1022s-1、511s-1、340s-1、170s-1、10.2s-1和5.1s-1的流变性，用塑性流体流变模式（宾汉模式）计算50℃、65℃、100℃、120℃、150℃和180℃时的表观粘度（AV）、塑性粘度（PV）、动切力（YP）和动塑比（YP/PV），结果见表4。
表4配方-3钻井液不同温度条件下的流变性
注：LSRV-低剪切速率粘度。
随着温度升高，按照配方-3配制的全矿物油基钻井液流变参数均降低，动塑比上升，由0.16（50℃）升高至0.53（180℃），表明全矿物油基钻井液的剪切稀释性随温度升高得到大大地改善，在180℃高温下低剪切速率（5.1s-1）保持在1169.5mPa·s，表明该体系具有较高的低剪切速率粘度。上述结果表明，在高温180℃时全矿物油基钻井液在低剪切速率时具有较高粘度。

Claims (10)

1.一种复合改性有机土，其特征在于：包括钠基膨润土或钠化钙基膨润土、有机阳离子表面活性剂和非离子的烷氧基脂肪胺；
其中，所述钠基膨润土或钠化钙基膨润土的阳离子交换容量为80～110毫克当量/100克；
所述有机阳离子表面活性剂中的阳离子和所述非离子的烷氧基脂肪胺中的胺基总量为所述钠基膨润土或钠化钙基膨润土的阳离子交换容量的75％～125％；
所述有机阳离子表面活性剂是含有至少一个C16～C18烷基的季铵盐；
所述非离子的烷氧基脂肪胺为含有10～15个聚氧乙烯单元的十六胺聚氧乙烯醚、十八胺聚氧乙烯醚。
2.如权利要求1所述的复合改性有机土，其特征在于：所述有机阳离子表面活性剂中的阳离子和所述非离子的烷氧基脂肪胺中的胺基总量为所述钠基膨润土或钠化钙基膨润土的阳离子交换容量的90％～110％。
3.如权利要求1所述的复合改性有机土，其特征在于：所述有机阳离子表面活性剂中的阳离子和所述非离子的烷氧基脂肪胺中的胺基总量为所述钠基膨润土或钠化钙基膨润土的阳离子交换容量的95～100％。
4.如权利要求1所述的复合改性有机土，其特征在于：所述含有至少一个C16～C18烷基的季铵盐的有机阳离子表面活性剂是二甲基双脂肪烷基季铵盐、苄基甲基双脂肪烷基季铵盐或甲基三脂肪烷基季铵盐。
5.如权利要求1所述的复合改性有机土，其特征在于：所述有机阳离子表面活性剂是二甲基双十八烷基氯化铵。
6.如权利要求1所述的复合改性有机土，其特征在于：所述非离子的烷氧基脂肪胺为十八胺聚氧乙烯醚(10)、十八胺聚氧乙烯醚(12)或十八胺聚氧乙烯醚(15)。
7.一种含有权利要求1所述复合改性有机土的全矿物油基钻井液，其特征在于：包括矿物油、所述复合改性有机土、油性润湿反转剂、碱度控制剂、降滤失剂、水和加重材料；以矿物油体积为基准，所述复合改性有机土的含量为5～50g/L；所述油性润湿反转剂的含量为20～30g/L；所述碱度控制剂的含量为20～30g/L；所述降滤失剂含量为20～40g/L；水的含量为30～50g/L；所述加重材料在每升所述全矿物油基钻井液中的含量为425～2000g。
8.如权利要求7所述的全矿物油基钻井液，其特征在于：所述矿物油为工业5#白油；所述油性润湿反转剂为BZ-OWA油性润湿反转剂。
9.如权利要求7所述的全矿物油基钻井液，其特征在于：所述降滤失剂为氧化沥青类降滤失剂、亲有机改性腐植酸酰胺降滤失剂或苯乙烯聚合物类降滤失剂。
10.如权利要求7所述的全矿物油基钻井液，其特征在于：所述加重材料为以任意比混合的石灰石粉和重晶石。
CN201310669914.2A 2013-12-10 2013-12-10 一种复合改性有机土及含有该组分的全矿物油基钻井液 Active CN103820086B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310669914.2A CN103820086B (zh) 2013-12-10 2013-12-10 一种复合改性有机土及含有该组分的全矿物油基钻井液

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310669914.2A CN103820086B (zh) 2013-12-10 2013-12-10 一种复合改性有机土及含有该组分的全矿物油基钻井液

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103820086A CN103820086A (zh) 2014-05-28
CN103820086B true CN103820086B (zh) 2016-05-18

Family

ID=50755388

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310669914.2A Active CN103820086B (zh) 2013-12-10 2013-12-10 一种复合改性有机土及含有该组分的全矿物油基钻井液

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103820086B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2545110B (en) * 2014-09-25 2022-02-23 Halliburton Energy Services Inc Composition including a curable resin and organophilically-modified clay for subterranean oil well applications
CN104710970A (zh) * 2015-03-30 2015-06-17 中国石油大学(华东) 一种棕榈油用有机土及其制备方法
CN112218932B (zh) * 2018-05-21 2023-08-22 米尼克斯Crc有限公司 钻井液及其应用
CN116410709A (zh) * 2021-12-31 2023-07-11 中国石油天然气集团有限公司 一种具有平板流型特征的合成基钻井液及制备方法
CN115260592B (zh) * 2022-08-02 2023-07-18 浙江丰虹新材料股份有限公司 一种聚合物用纳米有机粘土复合物的制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101624515A (zh) * 2009-08-05 2010-01-13 湖北汉科新技术股份有限公司 白油中高成胶率有机土及其制备方法
CN102827591A (zh) * 2012-09-19 2012-12-19 中国石油集团长城钻探工程有限公司 一种有机膨润土及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7867953B2 (en) * 2005-01-25 2011-01-11 Halliburton Energy Services Inc. Methods of using drilling fluids containing biodegradable organophilic clay

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101624515A (zh) * 2009-08-05 2010-01-13 湖北汉科新技术股份有限公司 白油中高成胶率有机土及其制备方法
CN102827591A (zh) * 2012-09-19 2012-12-19 中国石油集团长城钻探工程有限公司 一种有机膨润土及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN103820086A (zh) 2014-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Saleh et al. Advances in functionalized Nanoparticles based drilling inhibitors for oil production
CN103820086B (zh) 一种复合改性有机土及含有该组分的全矿物油基钻井液
Fink Petroleum engineer's guide to oil field chemicals and fluids
DK1212385T3 (en) Quaternary ammonium salts as thickeners for aqueous systems
Xie et al. Intercalation behavior of branched polyethyleneimine into sodium bentonite and its effect on rheological properties
Hamed et al. Rheological properties of biopolymers drilling fluids
CN102796498B (zh) 泡沫钻井液
CN101935519B (zh) 一种钻井液及其制备方法
CN103320104B (zh) 一种油包水型生物柴油基钻井液及其制备方法
GB2336865A (en) Oil based drilling fluids
CN101326259A (zh) 用于低和高密度盐水粘度改性的高温胶凝剂
CN103589407A (zh) 低表面张力无固相储层保护钻井液
CN113337261B (zh) 一种有机-无机纳米复合凝胶及油基钻井液
CN109337657B (zh) 适用于水基钻井液用氟碳活性剂类超双疏携屑剂的改性二氧化硅材料及其制备方法和应用
CA2807700C (en) Drilling fluid composition
CN104610940A (zh) 一种低伤害储层保护钻井液及其制备方法
CN107573911A (zh) 一种高性能水基钻井液配方
CN101693825A (zh) 钻井液或完井液用凝胶型提切剂及其制备方法
Jia et al. The potential study of ultra-high density heteropolysate solid free brine as well completion fluid for deep reservoir development
CN106147728A (zh) 一种页岩水平井水基钻井液及其制备方法
CN104419389B (zh) 一种用于稳定泥页岩地层的微纳米钻井液及其应用
CN104893692B (zh) 一种耐高温可循环泡沫钻井液及其配制方法
CN105199689B (zh) 一种低粘高切油包水钻井液
Warren et al. Application of amphoteric cellulose ethers in drilling fluids
CN105385425A (zh) 一种棕榈油基钻井液及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20210726

Address after: 100007 No. 9 North Main Street, Dongcheng District, Beijing, Dongzhimen

Patentee after: CHINA NATIONAL PETROLEUM Corp.

Patentee after: CNPC Bohai Drilling Engineering Co.,Ltd.

Address before: 300457 Tianjin Binhai New Area Development Zone Huanghai Road 106, Bohai Drilling Engineering Co., Ltd. science and Technology Development Office

Patentee before: CNPC Bohai Drilling Engineering Co.,Ltd.

TR01 Transfer of patent right