CN104194746A

CN104194746A - 一种生物降解钻井液

Info

Publication number: CN104194746A
Application number: CN201410428353.1A
Authority: CN
Inventors: 王茂仁; 冯建建; 王晨; 魏宏; 王军; 肖达士; 张梁; 肖露
Original assignee: Karamay Jinxin Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Karamay Jinxin Science & Technology Co Ltd
Priority date: 2014-08-27
Filing date: 2014-08-27
Publication date: 2014-12-10

Abstract

本发明涉及一种生物降解钻井液技术领域。包括如下重量百分比的组成，百分比基准为钻井液体系总重：2%～6%膨润土、0.5%～1%页岩抑制剂、0.1%～0.6%纤维素、1.5%～3%改性淀粉、0.1%～0.2%植物蛋白、0.1%～1%流型调节剂、0.1%～0.5%pH调节剂、0.1%～0.3%碳酸钠、其余为水。钻井完成后，在一定的条件下，可自动生物降解，节约了钻井液完井后环保处理成本，处理剂种类简单、加量少、成本低，适合中浅井、快速钻进的井及在环境脆弱区域施工的井。

Description

一种生物降解钻井液

技术领域

本发明涉及石油化工中钻井液与完井液技术领域，是一种生物降解钻井液。

背景技术

随着极端气候的频繁发生，人们对于环境保护的意识不断加强，控制碳排放量，减少固相废物和废液污染等各种措施都在逐步实施中，对于石油钻井行业而言，大量的钻井液与完井液在钻井完成后留在了钻井现场或直接排放到海洋里，少数钻井液废渣废液被回收集中处理，即使这样集中处理，也可能受成本的影响，难以普及，少量地区甚至以罚代管，简单罚款了事。如何实现石油开采的同时防止环境污染，合理开发，综合利用，是当前石油勘探开发必须面临的问题。如果能从钻井液配方的处理剂筛选源头入手，选择可以生物降解的天然物质或其改性物质配制钻井液，在一定的条件下，就可以自动生物降解，既能满足钻井的需求，也能较好的解决环境污染，不增加综合成本，是钻井液与完井液当前主要的研究方向之一。

文献CN102851004A公布了一种钻井液用生物降解润滑剂及其配制方法，按重量份数含有原料油70份至90份、低碳醇8份至15份、催化剂0.5份至3份、表面活性剂3份至15份，原料油为植物油或动物油或餐饮垃圾油。文献CN103820087A公布了一种可降解聚合物钻井液，属煤层气钻井水平井开采应用技术领域，其特征在于其组成为:水、降解型稠化剂（植物瓜胶或田菁胶）、水基润滑剂（水溶性聚乙二醇PEG400）、防水锁剂（壬基酚聚氧乙烯醚OP-10）、碱度调节剂（工业纯碱Na ₂ C0 ₃ ）;其中各组分的重量百分比为以100%的水的重量为基准，各添加剂占水的重量的百分比为：降解型稠化剂1～1. 5%、水基润滑剂1～3%、防水锁剂0.5～1.0%、碱度调节剂0.1～0.2%。以上文献公布的发明内容也都是采用了可生物降解的单体助剂组成的钻井液，但与本发明配方和技术方案完全不同。

文献CN101942294A公布了一种海洋钻井液体系，包括如下重量百分比的组分，0.5%～1.0%环保型包被剂coater-10、2.0%～3.0%弱凝胶增粘剂SDL-30、1.5%～2.5%环保型降滤失剂CMS-L、2.0%～3.0%环保型防塌剂SDE-1、2.0%～4.0%抗高温防塌剂SDA-25、余量为海水；SDL-30由黄原胶、OP-10、HV-CMC、甲酸钾复配物、CMS-L为羧甲基纤维素CMS、SDE-1为乙二醇、聚乙二醇、三乙醇胺、KCL混合物、SDA-25由聚丙烯腈钾盐、磺化酚醛树脂、油溶性树脂、超细碳酸钙组成。该文献公布的发明内容与本发明主要存在以下区别：（1）该体系在海水中配制，处理剂均要求抗海水污染，且无膨润土；（2）处理剂加量大，使用成本高；（3）处理剂种类较多，各功能处理剂多为简单的复配，无实质化学反应，类同于多种处理剂分别加入钻井液体系，现场配制、维护较为复杂；（4）过多聚合物，易形成聚合物堵塞油气通道，不利于储层保护。

发明内容

本发明提供了一种生物降解钻井液，以植物蛋白、改性淀粉、聚醚多元醇、纤维素等为主要有机处理剂，均为天然生物或其改性物质，易生物降解，钻井完成后，在一定的条件下，可自动生物降解，处理剂种类简单、加量少、成本低，适合中浅井、快速钻进的井及在环境脆弱区域施工的井。节约了钻井液完井后环保处理成本，同时该钻井液具有强抑制性、低API中压滤失量、保护储层等优点。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

包括如下重量百分比的组成，百分比基准为钻井液体系总重：

2%～6%膨润土；

0.5%～1%页岩抑制剂；

0.1%～0.6%纤维素；

1.5%～3%改性淀粉；

0.1%～0.2%植物蛋白

0.1%～1%流型调节剂

0.1%～0.5%PH调节剂

0.1%～0.3%碳酸钠

其余为水

其中，页岩抑制剂为聚胺改性的聚醚多元醇类；纤维素为低粘羧甲基纤维素、中粘羧甲基纤维素、低粘聚阴离子纤维素中的一种；流型调节剂为生物聚合物XC、羟乙基纤维素HEC中的一种，PH调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种。

该体系根据现场钻井需要添加可溶性加重剂，可溶性加重剂为水溶性加重剂、酸溶性加重剂一种或一种以上混合，水溶性加重剂为甲酸钾、甲酸钠、甲酸铯、甲酸溴中的一种或一种以上混合，酸溶性加重剂为石灰石。

该体系根据现场钻井需要添加3%～9%KCL增强钻井液的抑制性和防塌能力。

该体系根据现场钻井需要可添加亚硫酸钠、硫脲中的一种延缓其高温下的生物降解速度。

一种生物降解钻井液的制备方法按如下步骤进行，以重量百分比计算，百分比基准为钻井液体系总重：

（1）将0.1%～0.3%碳酸钠加入水中，搅拌0.5h至1h后，加入2%～6%膨润土，搅拌16h至24h。

（2）将0.1%～0.5%PH调节剂加入第（1）所得悬浮液中，搅拌0.5h至1h后，依次加入0.1%～0.6%纤维素、1.5%～3%改性淀粉、0.1%～0.2%植物蛋白，搅拌1h至2h。

（3）将0.5%～1%页岩抑制剂配制成水溶液，加入第（2）所得悬浮液中，搅拌0.5h至1h，加入0.1%～1%流型调节剂，即得一种生物降解钻井液。

根据现场需要，若需要添加KCL或加重剂时，则在第（3）步加入流型调节剂后再加入，搅拌0.5h至1h即可。

以上配制方法中搅拌转速均为2000r/min至10000r/min。

现场维护过程汇总，以纤维素和改性淀粉调节钻井液滤失量，以页岩抑制剂调整钻井液的钻屑抑制能力，以流型调节剂维护钻井液的流变性，增强钻井液的携岩能力，以植物蛋白调节钻井液的润滑能力，减少钻头泥包几率，提高机械钻速。根据密度上限和储层保护需求，选择加重剂种类。

本发明的积极效果为：

1、室内评价主要处理剂及钻井液体系生物降解性好。

、钻井液抑制性、润滑性好，API滤失量低。

、使用成本低，中浅井及快速钻进中效果更好。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。本发明中所使用的水均为自来水，拌转速均为2000r/min至10000r/min。

下面结合实施例对本发明作进一步描述：

实施例1：

取0.8g碳酸钠加入380ml水中，搅拌0.5h至1h后，加入16.0g膨润土，搅拌16h至24h，加入0.8gPH调节剂，搅拌0.5h至1h后，依次加入1.2g纤维素、8.0g改性淀粉、0.6g植物蛋白，搅拌1h至2h，加入2.0g页岩抑制剂溶于20ml水中配制成的胶液，搅拌0.5h至1h，加入2.0g流型调节剂，搅拌0.5h至1h即得一种生物降解钻井液。

实施例2：

取0.4g碳酸钠加入380ml水中，搅拌0.5h至1h后，加入8.0g膨润土，搅拌16h至24h，加入0.4gPH调节剂，搅拌0.5h至1h后，依次加入2.4g纤维素、12.0g改性淀粉、0.4g植物蛋白，搅拌1h至2h，加入2.0g页岩抑制剂溶于20ml水中配制成的胶液，搅拌0.5h至1h，加入4.0g流型调节剂，搅拌0.5h至1h即得一种生物降解钻井液。

实施例3：

取0.4g碳酸钠加入380ml水中，搅拌0.5h至1h后，加入8.0g膨润土，搅拌16h至24h，加入0.4gPH调节剂，搅拌0.5h至1h后，依次加入2.4g纤维素、12.0g改性淀粉、0.4g植物蛋白，搅拌1h至2h，加入2.0g页岩抑制剂溶于20ml水中配制成的胶液，搅拌0.5h至1h，加入2.0g流型调节剂，搅拌0.5h至1h即得一种生物降解钻井液。

实施例4：

取0.4g碳酸钠加入380ml水中，搅拌0.5h至1h后，加入8.0g膨润土，搅拌16h至24h，加入0.4gPH调节剂，搅拌0.5h至1h后，依次加入0.4g纤维素、4.0g改性淀粉、0.4g植物蛋白，搅拌1h至2h，加入2.0g页岩抑制剂溶于20ml水中配制成的胶液，搅拌0.5h至1h，加入2.0g流型调节剂，搅拌0.5h至1h即得一种生物降解钻井液。

实施例5：

取0.8g碳酸钠加入380ml水中，搅拌0.5h至1h后，加入24.0g膨润土，搅拌16h至24h，加入0.8gPH调节剂，搅拌0.5h至1h后，依次加入1.2g纤维素、8.0g改性淀粉、0.6g植物蛋白，搅拌1h至2h，加入2.0g页岩抑制剂溶于20ml水中配制成的胶液，搅拌0.5h至1h，加入2.0g流型调节剂，搅拌0.5h至1h即得一种生物降解钻井液。

实施例6：

取0.8g碳酸钠加入380ml水中，搅拌0.5h至1h后，加入24.0g膨润土，搅拌16h至24h，加入0.8gPH调节剂，搅拌0.5h至1h后，依次加入2.4g纤维素、12.0g改性淀粉、0.6g植物蛋白，搅拌1h至2h，加入2.0g页岩抑制剂溶于20ml水中配制成的胶液，搅拌0.5h至1h，加入2.0g流型调节剂，搅拌0.5h至1h即得一种生物降解钻井液。

实施例7：

取0.8g碳酸钠加入380ml水中，搅拌0.5h至1h后，加入24.0g膨润土，搅拌16h至24h，加入0.8gPH调节剂，搅拌0.5h至1h后，依次加入1.2g纤维素、8.0g改性淀粉、0.6g植物蛋白，搅拌1h至2h，加入2.0g页岩抑制剂溶于20ml水中配制成的胶液，搅拌0.5h至1h，加入2.0g流型调节剂，加入12.0gKCL, 搅拌0.5h至1h即得一种生物降解钻井液。

实施例8：

取0.8g碳酸钠加入380ml水中，搅拌0.5h至1h后，加入24.0g膨润土，搅拌16h至24h，加入0.8gPH调节剂，搅拌0.5h至1h后，依次加入1.2g纤维素、8.0g改性淀粉、0.6g植物蛋白，搅拌1h至2h，加入2.0g页岩抑制剂溶于20ml水中配制成的胶液，搅拌0.5h至1h，加入2.0g流型调节剂，加入36.0gKCL, 搅拌0.5h至1h即得一种生物降解钻井液。

对上述实施例产品进行性能测试：

1、钻井液的常规性能测试

在室温下测量其性能，结果见表1：

表1：一种生物降解钻井液常规性能测试

注：表1中AV指表观粘度，PV指塑性粘度，YP指动切力，GEL指动静切力， API指API中压滤失量，以上数据测量标准执行GB/T16783.1-2006。

由表1可以看出，实施例均有较好的流变性能、加入9%KCL后API滤失量可以控制在5ml以内，可以较好的满足现场施工需求。

、生物降解性评价

根据现有文献对比分析，采用累积耗氧物量法作为有机物添加剂生物降解性指标，具体操作方法，为：

（1）取一定质量分数样品溶于水中形成溶液，均匀后分别装入带盖瓶中，用溶氧仪测定小瓶中的溶解氧，其余小瓶放入恒温箱中培养，培养温度为25℃±2℃。

（2）每一个样品定时测一次溶解氧，其步骤为：连接测氧仪电源，进行调满度及调零，连接测氧仪测氧电极，把电极测头放在水表面待读数等于气温下空气中的饱和溶解值，从恒温箱中取出带盖小瓶，拔掉瓶盖，迅速放入搅拌棒并插上测氧电极，然后把锥形瓶放到磁力搅拌器上，开动磁力搅拌器，待读数稳定后可记录溶解氧值。同时作空白试验。

根据以上步骤，测量本发明主要有机物处理剂生物降解性数据如表2

表2：处理剂的生物降解性

时间/d	页岩抑制剂	纤维素	植物蛋白	流型调节剂	空白
						0	7.50	7.50	7.50	7.50	7.50
4	4.21	4.20	3.88	4.12	4.23
						8	3.06	2.98	2.12	2.63	3.27
12	2.11	2.06	0.38	0.50	2.21

从表2看出，页岩抑制剂、纤维素、植物蛋白、流型调节剂4种有机处理剂的溶解氧值始终低于空白试样中的溶解氧值，表明他们的累计耗氧量始终高于空白试样中的累计耗氧量，他们对微生物无抑制作用，能生物降解。

根据累计耗氧物量法步骤测量本发明实施例1至实施例8所得生物降解钻井液的生物降解性数据如表3：

表3：生物降解钻井液的生物降解性

从表2看出，实施例1至实施例8所得的生物降解钻井液的溶解氧值始终低于空白试样中的溶解氧值，表明他们的累计耗氧量始终高于空白试样中的累计耗氧量，他们对微生物无抑制作用，能生物降解。

Claims

1.一种生物降解钻井液，包括如下重量百分比的组成，百分比基准为钻井液体系总重：

2%～6%膨润土；

0.5%～1%页岩抑制剂；

0.1%～0.6%纤维素；

1.5%～3%改性淀粉；

0.1%～0.2%植物蛋白

0.1%～1%流型调节剂

0.1%～0.5%PH调节剂

0.1%～0.3%碳酸钠

其余为水

2.根据权利要求1所述的一种可生物降解的钻井液，其特征在于该体系根据现场钻井需要添加可溶性加重剂，可溶性加重剂为水溶性加重剂、酸溶性加重剂一种或一种以上混合，水溶性加重剂为甲酸钾、甲酸钠、甲酸铯、甲酸溴中的一种或一种以上混合，酸溶性加重剂为石灰石。

3.根据权利要求1所述的一种可生物降解的钻井液，其特征在于该体系根据现场钻井需要添加3%～9%KCL增强钻井液的抑制性和防塌能力。