CN104152119A - 一种油基钻井液用配制剂 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种油基钻井液用配制剂，所述配制剂中含有增黏剂、乳化剂、油溶性树脂、流型调节剂、碱度调节剂和防粘接剂；且在所述配制剂中增粘剂为20～30wt%，乳化剂为5～15wt%，油溶性树脂为25～35wt%。本发明成功提供的配制剂集油基钻井液的增粘、降滤失、油水乳化、悬浮稳定、耐温等功能于一体，解决了油基钻井液配方优化困难、配制时间长、成本高等问题。本发明还提供与该配制剂相应的钻井液。本发明得到的油基钻井液的粘度、动切力、API滤失量、滤饼厚度和破乳电压等基本性能以及耐矿化度、加重性能、耐温性和抗粘土污染等性能指标均良好，钻井液的整体性能能达到工业应用的要求。

Description

一种油基钻井液用配制剂

技术领域

本发明涉及油气钻探、开发领域，具体涉及一种油基钻井液用配制剂以及该配制剂相应钻井液的制备方法。

背景技术

石油天然气工业的钻井一般采用旋转钻井技术。旋转钻井技术是利用地面旋转装置带动连接在钻杆上的钻头，以一定压力挤压并旋转破碎岩石，使井眼不断向需要方向延伸的技术。在钻井过程中，钻头破碎岩石所产生大量钻屑由钻井液携带出地面，并且钻井液还起到冷却润滑钻头、维持井壁稳定和减少地层流体流出等作用。在地面循环系统的驱动下，钻井液通过钻杆循环至井底，从钻头的水眼喷出，然后通过钻杆与井壁或套管之间的环形空间返出地面。钻井液在返回地面后，一般要经过多种处理，以清除其中的钻屑、油气，保持其性能稳定，然后再进行循环。

钻井液的性能是油气钻井安全高速的重要保障。由于油气开发钻井面对着很多复杂的地下情况，因此，对钻井液的物性、流变性有很多要求。例如，钻井液应具有适宜的粘度，以便于有效携带井底钻屑返出地面，同时又能在地面清除。钻井液的触变性应较弱，以减少低速流动或循环泵启动的压力。钻井液应具有造壁性，能够在井壁上结成薄而密实的非渗透性滤饼，防止过量的液体从井筒中流入地层。钻井液应对钻头和钻杆与地层间起到一定的润滑和冷却作用，保持旋转钻进的转速。钻井液还应具有一定的比重，以对地层施加压力，防止井壁坍塌或地层中的高压油气流入井筒。

钻井液的性能要求仅用一两种添加剂是无法达到的，需要向钻井液中加入多种添加剂，利用各种添加剂的综合作用，来维持钻井液性能达标。在对复杂地层进行钻井作业时，配制钻井液所使用的添加剂品种、数量和功能等的要求更高，通常钻井液中需要添加十余种不同功能的添加剂，以使整体性能满足工程需要。

通常，钻井液可分为水基钻井液、油基钻井液和空气钻井液等三大类，其中，油基钻井液是指以油相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、抗盐钙侵蚀、有利于井壁稳定、润滑性好、对油气层损害程度小等多种优点。目前，油基钻井液已发展成为高难度钻井，如高温深井、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。

常规油基钻井液体系是以柴油或白油、气制油、合成油等为连续相，按一定的比例和顺序先后加入增粘剂、提切剂、主乳化剂、辅乳化剂、降滤失剂、悬浮稳定剂、水相流度控制剂、粘度控制剂、润湿剂、封堵剂、加重剂等添加剂，在一定条件下配制而成。在配制过程中，加入一种添加剂后，需要等待其完全分散或溶解后，取样测试液体性能，再进行下一步工序的配制，其中部分处理剂要求加酸溶解后添加。

发明内容

针对油基钻井液配制工序和操作难以标准化与规范化的情况，本发明提供了一种新的油基钻井液配制剂。

因此，本发明提供一种油基钻井液用配制剂，所述配制剂中含有增黏剂、乳化剂、油溶性树脂、流型调节剂、碱度调节剂和防粘接剂；且在所述配制剂中增粘剂为20～30wt%，乳化剂为5～15wt%，油溶性树脂为25～35wt%。

在本发明中，所述配制剂中还可以含有其它组分，如暂堵剂，具体可以是非油溶性的树脂、小塑料、纤维或乳化沥青等物质。

在本发明中，增黏剂在油相中可以提高钻井液中的微观空间网络结构强度，保持油基钻井液具有抗温能力强、增粘效果稳定的特点。乳化剂可以提高油基钻井液的油水乳化稳定性，在有地层水进入后能形成稳定的油包水乳液，维持油基钻井液的乳液性能稳定。油溶性树脂可以提高油相黏度，在岩石表面形成坚实的滤饼以防止钻井液滤失。流型调节剂可以在油相中形成微结构，提高油基钻井液悬浮稳定性。防粘接剂可以帮助配制剂中的各组分分散均匀，保持整体性能稳定。

本发明配制剂中多种成分的添加可以有效地实现增粘、降滤失、油水乳化、悬浮稳定、耐温等功能，很好解决了油基钻井液的配方优化和调制难题，大幅度简化了油基钻井液的配制过程和时间，普通人员经过简单培训即可掌握油基钻井液的配制与调制方法，提高了油基钻井液的现场应用性能。

优选的是，在所述配制剂中流型调节剂为10～30wt%，碱度调节剂为5～10wt%。更优选地，配制剂由增黏剂、乳化剂、油溶性树脂、流型调节剂、碱度调节剂和防粘接剂组成，且在所述配制剂中防粘接剂为余量。本发明中，防粘接剂在配制剂中的重量含量没有严格要求，其可以在一个较大数据范围内变动，因此优选其为配制剂中余量即可，例如为10wt%。

在本发明中，优选地，所述增粘剂为有机土。优选所述乳化剂为选自非离子聚氧乙烯醚类表面活性剂、硬脂酸钙、硬脂酸单甘油酯和石油磺酸钙中的一种或多种，更优选硬脂酸单甘油酯和/或石油磺酸钙。优选所述油溶性树脂为松香树脂、油溶性酚醛树脂和石油树脂中的一种或多种；所述流型调节剂为油溶性纤维；所述碱度调节剂为碱性物质，更优选碳酸钠和/或氢氧化钠；所述防粘接剂选自氧化钙、碳酸钙和二氧化硅。在本发明的一种具体实施方式中，所述防粘接剂为微米级超细材料，优选其平均粒径为1000目以上的材料。微米级的超细材料在本发明中起到两个关键作用，一个是在制备本发明的固体配制剂时，能有效防止配制剂内部各个组分间的粘接；另一个是使得配制剂在油基钻井液中的分散性能更好，溶解速度更高。

本发明还提供所述配制剂在钻井中的应用，具体地，所述配制剂为固体粉末，将所述配制剂加入钻井液中即可完成其应用。优选配制剂为各组分混匀的固体粉末。

在现有技术中，油基钻井液是不能用一种配制剂完成的，配制过程需要依次加入增粘剂、提切剂、主乳化剂、辅乳化剂、降滤失剂、悬浮稳定剂、水相活度控制剂、粘度控制剂、润湿剂、封堵剂、沥青、加重剂等多种物质。油基钻井液配制工艺复杂，如部分沥青要求加温溶解，油基钻井液配制时间长，成本高。而本发明成功提供一种油基钻井液配制剂，该配制剂集油基钻井液的增粘、降滤失、油水乳化、悬浮稳定、耐温等功能为一体，解决了油基钻井液配方优化困难、配制时间长、成本高等问题。

本发明还相应提供一种油基钻井液，它包括本发明中上述任意一种配制剂、油相、和可任意选择的盐水和加重剂。在本发明方案中，优选所述配制剂在油基钻井液中的含量为4～8wt%；优选所述油相为柴油、白油、气制油和合成油中的一种或多种；优选所述盐水为15～30wt%的氯化钠和/或氯化钙水溶液；优选所述加重剂为重晶石粉。

本发明还提供所述油基钻井液的制备方法，即在搅拌状态下将配制剂和可选择的盐水和加重剂加入油相中，搅拌均匀即可。

具体地：在配制油基钻井液前，根据油相的不同，按照钻井设计中对油基钻井液的性能要求，分别计算出需要使用的油基钻井液配制剂、油相和加重剂的加量。在充分循环状态下，向油相中缓慢、分批次加入计量的油基钻井液配制剂，配制剂加完后，保持循环搅拌1小时以上，搅拌至配制剂完全分散到油相中，形成均匀的混合液。在充分循环状态下，向油相中缓慢、分批次加入计量的加重剂，加重剂加完后，保持循环搅拌1小时以上，搅拌至加重剂完全分散到油相中，形成均匀的混合液。

在使用本发明中配制剂配制油基钻井液时，油基钻井液性能的调节方法如下。若需要提高油基钻井液黏度，则增加油基钻井液配制剂的用量，另外，根据钻井工程需要可以适当加大盐水的用量；若需要降低油基钻井液黏度，则添加适量的油相稀释；若需要控制油基钻井液滤失量时，则在增加油基钻井液配制剂用量的同时，可适量加入乳化沥青或超细材料等。若需要提高破乳电压，则可以降低盐水的加量。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明。

实施例1～5

油基钻井液配制剂的制备：按配制1000g配制剂来计算，配制剂中使用的各组分用量见表1。取2500ml塑料烧杯，安装悬臂式搅拌器，使搅拌棒位于烧杯底部2-3厘米之上，开启搅拌，搅拌转速50～200r/min。按实施例中的各组成用量，依次加入增黏剂、乳化剂、油溶性树脂、流形调节剂、碱度调节剂和防粘接剂，搅拌至各组分分散均匀后，即得到油基钻井液配制剂。

表1

使用配制剂配制油基钻井液：取1000克白油放入2500ml塑料烧杯中，安装悬臂式搅拌器，使搅拌棒位于烧杯底部2-3厘米之上，然后开启搅拌机搅拌，转速400～800rpm，慢慢分别加入实施例1～5中的60克油基钻井液配制剂，搅拌4～6小时后，再加入200克25wt%的氯化钠盐水，搅拌2～4小时后，加入40克重晶石粉作为加重剂，使其密度达到设计要求，持续搅拌1h后，油基钻井液即配制完成。

油基钻井液的基本性能测试：将新配制的油基钻井液放置20h后，搅拌2h，再测试其性能；测试结果见表2。

表2

由表2中测试结果表明，随油基钻井液配制剂配方的不同，所配制的油基钻井液的粘度、动切力、API滤失量有所变化，滤饼厚度和破乳电压保持稳定，钻井液的整体性能完全达到要求。

实施例6～10

油基钻井液配制剂的制备：按配制1000g配制剂来计算，配制剂中使用的各组分用量见表3。取2500ml塑料烧杯，安装悬臂式搅拌器，使搅拌棒位于烧杯底部2-3厘米之上，开启搅拌，搅拌转速50～200r/min。按实施例中的各组成用量，依次加入增黏剂、乳化剂、油溶性树脂、流形调节剂、碱度调节剂和防粘接剂，搅拌至各组分分散均匀后，即得到油基钻井液配制剂。

表3

使用配制剂配制油基钻井液：取1000克柴油放入2500ml塑料烧杯中，安装悬臂式搅拌器，使搅拌棒位于烧杯底部2-3厘米之上，然后开启搅拌机搅拌，搅拌机转速400～800rpm，慢慢分别加入实施例6～10中的60克油基钻井液配制剂，搅拌4～6小时后，再加入200克25wt%的氯化钠盐水，搅拌2～4小时后，加入40克重晶石粉作为加重剂，使其密度达到设计要求，持续搅拌1h后，油基钻井液即配制完成。

油基钻井液的基本性能测试：将新配制的油基钻井液放置20h后，搅拌2h，再测试其性能。测试结果见表4。

表4

表4中得到的结果和规律与表2中相似；即据钻井液配制剂配方的不同，所配制的油基钻井液的粘度、动切力、API滤失量有所变化，滤饼厚度和破乳电压保持稳定，钻井液的整体性能完全达到要求。

通常表征油基钻井液性能的指标除了上述粘度、动切力、API滤失量、滤饼厚度和破乳电压等基本性能外；钻井液的性能还包括诸如耐矿化度、加重性能、耐温性和抗粘土污染等性能指标，本发明通过以下实施例详细说明。

实施例11～15

实施例11～15中使用实施例2中制备的配制剂，用以考察本发明中钻井液的耐矿化度。在400ml气制油中加入6wt%油基钻井液配制剂，搅拌4h，放置20h后，在搅拌状态下，加入如表5所示不同数量的25wt%的Cacl₂（盐水）溶液，搅拌4h后，测试性能，结果见表5。

表5

表5相应的试验结果表明，随盐水加量增加，油基钻井液的塑性粘度升高较大，破乳电压下降，在一定的盐水浓度范围内API滤失量存在最小值；因此，根据钻井工程施工要求，一般控制盐水加量为20～30wt%较合适。

实施例16～20

实施例16～20中使用实施例2中制备的配制剂，用以考察本发明中钻井液的加重性能。在400ml合成油中加入6wt%油基钻井液配制剂，搅拌4h，放置20h后，在搅拌状态下加入120ml浓度为25wt%的Cacl₂溶液，最后加入如表6所示不同量的加重剂，搅拌1h稳定后，测试性能，结果见表6。

表6

表6相应的试验结果表明，随着加重剂用量增加，油基钻井液的塑性粘度升高，API滤失量变化不大，钻井液总体性能稳定。

实施例21～22

实施例21～22中使用实施例2中制备的配制剂，用以考察本发明中钻井液的耐温性能。在400ml白油中加入6wt%油基钻井液配制剂，搅拌4h后，在搅拌状态下加入120ml浓度为25wt%的Cacl₂溶液，再加入200克重晶石粉作为加重剂，搅拌1h稳定后，测试油基钻井液在120℃（实施例21）和150℃（实施例22）下滚动24h后的性能，结果见表7。

表7

从表7的测试结果中可以看出，采用本发明提供的油基钻井液在120℃和150℃下滚动24h后性能变化不大，其具有很好的热稳定性。

实施例23～26

实施例23～26中使用实施例1中制备的配制剂，用以考察本发明中钻井液的抗粘土污染性能。在400ml白油中加入6wt%油基钻井液配制剂，搅拌4h后，在搅拌状态下加入120ml浓度为25wt%的Cacl₂溶液，再加入200克重晶石粉作为加重剂，搅拌1h稳定后，测试油基钻井液在加入不同量的明化镇土后的性能，结果见表8。

表8

从表8的测试结果中可以看出，采用本发明的油基钻井液在明化镇土加量高达20wt%时，其性能也基本变化不大，说明其具有很好的抗黏土污染性能。

从上述表格和实施例中的结果表明，随油基钻井液配制剂的不同，所配制的油基钻井液的粘度、动切力、API滤失量有所变化，而滤饼厚度和破乳电压保持稳定，钻井液的整体性能完全达到要求。现场配制油基钻井液时，本发明提供的油基钻井液配制剂用量在4～8wt%时，即可配制出性能良好的油基钻井液。

Claims (10)

1.一种油基钻井液用配制剂，其特征在于，配制剂中含有增黏剂、乳化剂、油溶性树脂、流型调节剂、碱度调节剂和防粘接剂；且在所述配制剂中增粘剂为20～30wt%，乳化剂为5～15wt%，油溶性树脂为25～35wt%。

2.根据权利要求1所述的配制剂，其特征在于，在所述配制剂中流型调节剂为10～30wt%，碱度调节剂为5～10wt%；优选地，配制剂由增黏剂、乳化剂、油溶性树脂、流型调节剂、碱度调节剂和防粘接剂组成，且在所述配制剂中防粘接剂为余量。

3.根据权利要求1或2所述的配制剂，其特征在于，所述增粘剂为有机土。

4.根据权利要求1或2所述的配制剂，其特征在于，所述乳化剂为选自非离子聚氧乙烯醚类表面活性剂、硬脂酸钙、硬脂酸单甘油酯和石油磺酸钙中的一种或多种，优选硬脂酸单甘油酯和/或石油磺酸钙。

5.根据权利要求1或2所述的配制剂，其特征在于，所述油溶性树脂为松香树脂、油溶性酚醛树脂和石油树脂中的一种或多种；所述流型调节剂为油溶性纤维；所述碱度调节剂为碱性物质，优选碳酸钠和/或氢氧化钠；所述防粘接剂选自氧化钙、碳酸钙和二氧化硅。

6.根据权利要求5所述的配制剂，其特征在于，所述防粘接剂为微米级超细材料，优选其平均粒径为1000目以上的材料。

7.一种如权利要求1～6中任意一项所述配制剂在钻井中的应用，其特征在于，所述配制剂为固体粉末，将所述配制剂加入钻井液中即可完成其应用；优选配制剂为各组分混匀的固体粉末。

8.一种油基钻井液，它包括权利要求1～6中任意一项所述的配制剂、油相、和可任意选择的盐水和加重剂。

9.根据权利要求8所述的油基钻井液，其特征在于，所述配制剂在油基钻井液中的含量为4～8wt%；优选所述油相为柴油、白油、气制油和合成油中的一种或多种；优选所述盐水为15～30wt%的氯化钠和/或氯化钙水溶液；优选所述加重剂为重晶石粉。

10.一种如权利要求8或9所述油基钻井液的制备方法，其特征在于，在搅拌状态下将配制剂和可选择的盐水和加重剂加入油相中，搅拌均匀即可。