CN103911129A - 一种油基钻井液润湿剂及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油基钻井液润湿剂及其应用，属于油气田化工技术领域，所述润湿剂按重量百分比计，由60%~90%的松焦油和10%~40%的油酸组成；所述松焦油为植物松焦油；所述油酸为植物油酸；该润湿剂的加量占油基钻井液的重量百分比为1%~3%；本发明润湿剂的组分来源广、价格低廉，该润湿剂易于制备，对多种加重材料具有较好的润湿效果，对油基钻井液基础油的适应性广，应用该润湿剂配制的油基钻井液可以满足非常规油气藏的钻井施工要求。

Description

一种油基钻井液润湿剂及其应用

技术领域

本发明属于油气田化工技术领域，涉及一种油基钻井液润湿剂及其应用，特别涉及一种用植物松焦油和植物油酸配制的润湿剂及其在油基钻井液中的应用。

背景技术

钻井液又称为钻孔冲洗液，是钻探过程中孔内使用的循环冲洗介质。钻井液在钻井过程中主要完成悬浮、压力控制、岩层稳定性、浮力、润滑和冷却的任务。钻井液具有清洁井底、携带岩屑；冷却和润滑钻头及钻柱；平衡井壁岩石侧压力、封闭和稳定井壁；平衡地层压力；降低岩屑沉降速度；在地面能沉除砂子和岩屑；有效传递水力功率；承受钻杆和套管的部分重力；提供所钻地层的大量资料；通过水力破碎岩石等重要作用。钻井液主要由液相、固相和化学处理剂组成。钻井液按分散介质（连续相）可分为油基钻井液、水基钻井液、气体型钻井流体等。

在实际应用中常用的钻井液为油基钻井液和水基钻井液。其中，油基钻井液是一种以油为连续相的热力学不稳定的多相体系。为了保证体系的稳定性和各种性能的调节及控制，要求体系中的各种组分必须具有强的亲油性。随着油气资源勘探开发的不断深入，对钻井液的质量和性能提出了更全面、更高的要求。尤其是国内外对以页岩气为标志的非常规气藏的大规模开发的进行，油基钻井液的应用越来越广泛。与传统的水基钻井液相比，油基钻井液因其良好的抑制性能、润滑性能、流变性能在页岩气钻探中得以广泛应用。

在加重的油基钻井液中，使用各种亲水性加重材料，如重晶石、铁矿粉等，大多数加重材料是亲水的。当重晶石粉和钻屑等亲水的固体颗粒进人油基钻井液时，它们趋向于与水结合并发生聚结，引起高粘度和沉降，从而破坏乳状液的稳定性，尤其是在高密度油基钻井液中导致体系的高密度难以维持，带来了相当大的井控风险。

加重材料在油中不易分散，因此必须将它们的亲水表面转变为亲油表面。随着钻井的进行，地层中的亲水性钻屑不断侵污油基钻井液，大量亲水性物质的存在，导致钻井液流变性控制困难，钻井液滤失量变大，破乳电压大幅度下降。因此，目前油基钻井液体系均使用润湿反转剂。润湿剂是具有两亲结构的表面活性剂，分子中亲水的一端与固体表面有很强的亲合力。当润湿剂分子聚集在油和固体的界面并将亲油端指向油相时，原来亲水的固体表面便转变为亲油，这一过程常被称为润湿反转。

润湿剂的加入使刚进入油基钻井液的重晶石和钻屑颗粒表面迅速转变为亲油性物质，从而保证它们能较好地悬浮在油相中。虽然用做乳化剂的表面活性剂也能够在一定程度上起润湿剂的作用，但其润湿效果不理想。在钻井施工中，常用的润湿效果较好的润湿剂有季铵盐(如十二烷基三甲基溴化铵)、卵磷脂和石油磺酸盐等。国外常用的润湿剂有DV-33、DWA、EZ-Mul和VERSA-WET等，其中DWA和EZ-Mul可同时兼作乳化剂。

需要特别说明的是，国外润湿剂产品润湿效果好，尤其是在高密度油基钻井液中对体系的流变性影响较小，不会导致高密度钻井液增稠，但是价格高，来源有限。国内产品在高密度条件下润湿效果不理想，加重材料因润湿不良而大量沉淀导致密度难以稳定往往大幅提高体系的粘度，导致钻井液过稠，严重影响体系的流变性，给后续钻井施工带来一系列问题，例如起下钻不畅，钻井液粘钻杆等，并且国内产品抗温能力不足。因此，为弥补国内油基钻井液润湿剂产品的缺陷，有必要根据高密度油基钻井液的特性，结合所用的油基钻井液润湿剂特点，亟需开发一种来源广、润湿效果好、价格低廉、抗温性能强的新型油基钻井液润湿剂解决上述难题，满足非常规油气藏的开发过程中对于高密度油基钻井液的要求。

发明内容

本发明的目的是开发一种来源广、润湿效果好、价格低廉的新型油基钻井液润湿剂，并满足在非常规油气藏的开发过程中对高密度油基钻井液的性能要求，为此，本发明提供了一种油基钻井液润湿剂及其应用。

本发明采取的技术方案是：

一种油基钻井液润湿剂，按重量百分比计，由如下成分组成：60%~90%的松焦油、10%~40%的油酸。

所述松焦油为植物松焦油。

所述油酸为植物油酸，所述植物油酸以大豆、棕榈、米糠为原料制得。

作为优选，所述油基钻井液润湿剂的组分按重量百分比计，由60%~80%的植物松焦油、20%~40%的植物油酸组成。

更进一步地，所述油基钻井液润湿剂的组分按重量百分比计，由60%植物松焦油和40%植物油酸组成。

一种油基钻井液润湿剂的应用，向油基钻井液中加入润湿剂，润湿剂占油基钻井液的重量百分比为1%~3%。

前述油基钻井液润湿剂的应用，向油基钻井液中加入润湿剂，润湿剂占油基钻井液的重量百分比为2%~3%。

本发明的有益效果是：

1.本发明的油基钻井液润湿剂润湿效果好，有利于加重材料在油基钻井液中的悬浮，在高密度油基钻井液中无需升高钻井液体系的粘切，对高密度油基钻井液流变性影响小，配制的高密度油基钻井液流变性好，表现在塑性粘度低，静切力低。

2.本发明的油基钻井液润湿剂配方简单，润湿剂组分来源广、价格低廉、抗温性能强，现场操作及维护简便。

3.本发明的油基钻井液润湿剂对于基础油具有广泛的适应性，可用于一般矿物油（如白油、柴油）和以气制油为代表的合成基础油。

4、本发明的油基钻井液润湿剂的制备方法所需设备条件简单，易于实施，既能满足高压地层钻进施工过程中对油基钻井液的要求，为非常规气藏的开发提供技术支持，又能显著降低油基钻井液成本，获得良好的经济效益和社会效益，值得推广应用。

以下将结合实施例对本发明做进一步详细阐述。

具体实施方式

本发明结合目前非常规气藏开发对油基钻井液的性能要求，针对国内外油基钻井液使用润湿剂的现状，提供了一种新型的油基钻井液润湿剂。本发明所述的油基钻井液润湿剂由以下重量百分比的原材料制备而成：60%~90%的松焦油和10%~40%的油酸。所述润湿剂的制备方法简单，无需特殊的设备，配制时，按照比例在容器中加入松焦油和油酸，搅拌混合30min左右，即制得本发明的油基钻井液用润湿剂。

需要强调的是，本发明所述的松焦油是植物松焦油，没有选用矿物松焦油或常压渣油合成松焦油；所述的油酸是植物油酸；这样可以显著的降低润湿剂配制成本，同时也为制备价位较低的油基钻井液提供了物质保障。此外，还需说明的是，通过多次的钻井施工经验获知，以大豆、棕榈、米糠作为植物油酸的来源，可以配制出润湿性能优良的润湿剂，并均能适用于多种油基钻井液基础油（如3#白油、0#柴油、气制油等）。

下面结合润湿剂相关性能试验对本发明所述润湿剂及其应用进行详细说明。

实施例1：

润湿剂的润湿性能试验。为了筛选出润湿剂组分的合理配比，本实施例配制了多种润湿剂，并对其分别编号；同时，为简化试验，选用大豆为原料的植物油酸为例说明。本实施例对润湿剂的润湿性能的评价方法参照中国专利：公开号CN102053045A，申请号CN201010521882.8；公开号CN 102816556A，申请号201210335309.7说明书中所记载的内容。

润湿剂制备：

1#润湿剂：植物松焦油与植物油酸的配制为90?10（重量百分比），搅拌混合30min。

2#润湿剂：植物松焦油与植物油酸的配制为85?15（重量百分比），搅拌混合30min。

3#润湿剂：植物松焦油与植物油酸的配制为80?20（重量百分比），搅拌混合30min。

4#润湿剂：植物松焦油与植物油酸的配制为75?25（重量百分比），搅拌混合30min。

5#润湿剂：植物松焦油与植物油酸的配制为70?30（重量百分比），搅拌混合30min。

6#润湿剂：植物松焦油与植物油酸的配制为65?35（重量百分比），搅拌混合30min。

7#润湿剂：植物松焦油与植物油酸的配制为60?40（重量百分比），搅拌混合30min。

8#润湿剂：植物松焦油与植物油酸的配制为50?50（重量百分比），搅拌混合30min。

9#润湿剂：植物松焦油与植物油酸的配制为30?70（重量百分比），搅拌混合30min。

10#润湿剂：植物松焦油与植物油酸的配制为10?90（重量百分比），搅拌混合30min。

11#润湿剂：润湿剂均为植物油酸。

12#润湿剂：植物松焦油与植物油酸的配制为95?5（重量百分比），搅拌混合30min。

13#润湿剂：润湿剂均为植物松焦油。

试验操作：

向150ml 3#白油中加入1.5mL上述配制的润湿剂中一种，10000rpm下搅拌20min，然后加入10g重晶石（重晶石粒度为20μm），10000rpm下搅拌20min，倒入250ml量筒中静置1h，根据上层分出清油的体积V(ml)计算其润湿率。润湿率的计算公式如下：

润湿率（%）=［（150-V）/150］×100%

表1 实施例1配制的润湿剂的润湿率测定结果

润湿剂	组分配比	润湿率（%）
			1#	90/10	71
2#	85/15	75
			3#	80/20	78
4#	75/25	80
			5#	70/30	85
6#	65/35	87
			7#	60/40	93
8#	50/50	65
			9#	30/70	59
10#	10/90	54
			11#	植物油酸	61
12#	95/5	63
			13#	植物松焦油	47

本实施例配制的13种润湿剂的润湿率测定结果如表1所示，从表1看出，选用植物松焦油与植物油酸中的任一种单独作为润湿剂使用，均不能取得较好的润湿效果；以植物松焦油与植物油酸的混合物作为润湿剂，其组合的润湿性能明显优于单一组分（11#润湿剂、13#润湿剂）的润湿性能，当60%~90%（重量百分比）的植物松焦油与10%~40%（重量百分比）的植物油酸组合成润湿剂的润湿性能较好，润湿率均超过70%；本实施例优选出由60%~80%（重量百分比）的植物松焦油、20%~40%（重量百分比）的植物油酸组成的润湿剂，润湿率均超过78%，特别是按重量百分比计，由60%植物松焦油和40%植物油酸组成的润湿剂的润湿效果最佳，润湿率达到93%。

实施例2：

为进一步说明本发明所述的油基钻井液润湿剂的润湿性能，选取常用的三种润湿剂进行润湿性能的比较试验。本实施例选用的润湿剂是实施例1配制的7#润湿剂，三种对比润湿剂为十二烷基三甲基溴化铵、SPAN-80和TWEEN-80。试验方法参照实施例1。本实施例测得的单独使用十二烷基三甲基溴化铵、SPAN-80和TWEEN-8作为润湿剂的润湿率分别为68%、75%和73%，低于7#润湿剂的润湿率（93%），说明采用本发明方法配制的7#润湿剂的润湿性能优于常用的三种润湿剂，可以作为常用润湿剂的良好的替代品用于油基钻井液。

实施例3：

为了验证实施例1筛选出的最优润湿剂配方（7#润湿剂）是否对多种加重材料均具有较好的润湿效果的，本实施例在实施例1和实施例2的基础上，对7#润湿剂的润湿性能进了综合性评价。供试加重材料（粒度均为20μm）为重晶石、铁矿粉、石灰石粉、四氧化锰；供试润湿剂为7#润湿剂、十二烷基三甲基溴化铵、SPAN-80和TWEEN-80。试验方法参照实施例1。本实施例的测定结果见表2。

表2 几种润湿剂对不同加重材料的润湿性能

从表2可以看出，7#润湿剂对重晶石、铁矿粉、石灰石粉、四氧化锰的润湿性能优于常用的润湿剂十二烷基三甲基溴化铵、SPAN-80和TWEEN-80，说明实施例1筛选出的润湿剂组合7#润湿剂对多种加重材料具有良好的润湿性能，可以对多种加重材料进行润湿。

实施例4：

依实施例1配制7#润湿剂，将7#润湿剂加入油基钻井液中，探讨7#润湿剂加入量对油基钻井液的性能影响。为了更好的说明问题，本实施例配制3种油基钻井液，3种油基钻井液的编号分别为1#油基钻井液、2#油基钻井液和3#油基钻井液。7#润湿剂往每种油基钻井液的加入量（7#润湿剂占油基钻井液的重量百分比）设置为0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%、4%和5%。热滚试验条件：热滚温度150℃，热滚时间16h，测试温度49℃。热滚后测定7#润湿剂对3种油基钻井液的破乳电压ES、表观黏度AV、塑性黏度PV、动切力YP及高温高压滤失量HTHP FL，测定结果见表3、表4和表5。

本实施例所述3种油基钻井液的配方为：

1#油基钻井液各组分按重量百分比的配方为：3#白油60%、CaCl₂盐水6%、十二烷基苯磺酸钙（乳化剂）2%、腐植酸酰胺（降滤失剂）3%、氢氧化钙2%、异辛酸铝（提切剂）1%、硬脂酸（增粘剂）1%、十二烷基三甲基溴化铵（润湿剂）1%、余量为重晶石。

2#油基钻井液各组分按重量百分比的配方为：0#柴油60%、CaCl₂盐水6%、十二烷基苯磺酸钙（乳化剂）2%、腐植酸酰胺（降滤失剂）3%、氢氧化钙2%、异辛酸铝（提切剂）1%、硬脂酸（增粘剂）1%、十二烷基三甲基溴化铵（润湿剂）1%、余量为重晶石。

3#油基钻井液各组分按重量百分比的配方为：气制油（Saraline 185V）60%、CaCl₂盐水6%、十二烷基苯磺酸钙（乳化剂）2%、腐植酸酰胺（降滤失剂）3%、氢氧化钙2%、异辛酸铝（提切剂）1%、硬脂酸（增粘剂）1%、十二烷基三甲基溴化铵（润湿剂）1%、余量为重晶石。

需要说明的是，3种油基钻井液配方中的CaCl₂盐水的质量百分比浓度为32%。

表3 7#润湿剂不同加量对1#油基钻井液的影响

表4 7#润湿剂不同加量对2#油基钻井液的影响

表5 7#润湿剂不同加量对2#油基钻井液的影响

综合表3至表5可以看出，就破乳电压而言，7#润湿剂的加量对3种油基钻井液的影响存在着一定的规律性，即在7#润湿剂的加量在1%~3%的递增范围内，尤其在2%~3%递增范围内，可以有效的提高钻井液的破乳电压，有利于维持钻井液体系稳定，但7#润湿剂的加量不是越多越好，加量达到5%的效果与加量只有0.5%时的效果基本等同；从流变性参数的测定结果得出，在7#润湿剂的加量在1%~3%的范围内的表观黏度、塑性黏度、动切力数值较高，说明加入7#润湿剂后油基钻井液的流变性可靠，利于加重材料在钻井液中悬浮；此外高温高压滤失量数据显示，7#润湿剂的加量在1%~3%的范围内，高温高压滤失量值较低，可以满足钻井施工的要求。

在本实施的基础上，综合考虑成本因素，筛选出的7#润湿剂油基钻井液的加入量（7#润湿剂占油基钻井液的重量百分比）为1%~3%，加入量优选为2%~3%。所述7#润湿剂为植物松焦油与植物油酸的组合物，其中植物松焦油占其总量的60%（重量百分比），植物油酸占其总量的40%（重量百分比）。

上面结合实施例对本发明做了进一步的叙述，但本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (7)

1.一种油基钻井液润湿剂，按重量百分比计，由如下成分组成：60%~90%的松焦油、10%~40%的油酸。

2.根据权利要求1所述的油基钻井液润湿剂，其特征在于：所述松焦油为植物松焦油。

3.根据权利要求1所述的油基钻井液润湿剂，其特征在于：所述油酸为植物油酸，所述植物油酸以大豆、棕榈、米糠为原料制得。

4.根据权利要求1所述的油基钻井液润湿剂，其特征在于：按重量百分比计，由60%~80%的植物松焦油、20%~40%的植物油酸组成。

5.根据权利要求4所述的油基钻井液润湿剂，其特征在于：按重量百分比计，由60%植物松焦油和40%植物油酸组成。

6.一种油基钻井液润湿剂的应用，其特征在于：向油基钻井液中加入润湿剂，润湿剂占油基钻井液的重量百分比为1%~3%。

7.根据权利要求6所述的油基钻井液润湿剂的应用，其特征在于：向油基钻井液中加入润湿剂，润湿剂占油基钻井液的重量百分比为2%~3%。