CN104497999A - 一种植物油油基钻井液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种植物油油基钻井液及其制备方法。该植物油油基钻井液包括植物油、盐溶液和处理剂，其中：所述植物油与盐溶液的体积比为80:20-95:5；所述处理剂包括乳化剂、润湿剂、有机土、降滤失剂，以100mL植物油+盐溶液计，乳化剂的含量为2.5-3.5g、润湿剂的含量为0.5-0.8g、有机土的含量为0.5-2g、降滤失剂的含量为3-5g；所述钻井液的密度为0.88-1.6g/cm³。本发明提供的植物油油基钻井液由于选用的基础油为大自然生物链中的植物油，其自身可生物降解，同时还具有乳液稳定性好，高温高压滤失量低，抗水、抗土、抗盐钙及抗石膏污染能力好的优点。

Description

一种植物油油基钻井液及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种植物油油基钻井液及其制备方法，属于石油勘探领域。

背景技术

钻井液是指钻井过程中使用的循环工作液。以油为连续相的钻井液为油基钻井液。油基钻井液普遍应用于页岩、高温酸性地层、大段盐膏层、大位移井等。但二个因素制约了其使用：①普通油基钻井液苯环含量高，毒性大。环境敏感或环保条例严苛地区不能用。②含油钻屑处理成本高昂。严苛的环保条例和高昂的钻屑处理成本促进了低芳烃、低毒矿物油基钻井液的发展。矿物油基钻井液在健康和安全性方面要比柴油基钻井液提升很多，但两者的含油钻屑处理措施是一样的，不能直接排放。气制油钻井液毒性低，通过了大部分的毒性测试，对环境影响较小，产生的钻屑在部分海域可以直接排放，但是由于其很难生物降解，EPA及其他组织对气制油钻井液增加了更加严苛的限制条款，使得其钻屑在某些海域不能直接排放。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种植物油油基钻井液，该钻井液具有乳液稳定性好，高温高压滤失量低，抗水、抗土、抗盐钙及抗石膏污染能力好的优点。

本发明另外还提供了一种制备上述植物油油基钻井液的方法。

为达到上述目的，本发明提供了一种植物油油基钻井液，其包括植物油、盐溶液和处理剂，其中：

所述植物油与盐溶液的体积比为80:20-95:5；

所述处理剂包括乳化剂、润湿剂、有机土、降滤失剂，以100mL植物油+盐溶液计：乳化剂的含量为2.5-3.5g、润湿剂的含量为0.5-0.8g、有机土的含量为0.5-2g、降滤失剂的含量为3-5g；

所述钻井液的密度为0.88-1.6g/cm³。

上述处理剂的含量是以100mL的植物油与盐溶液的混合物为基准计算的。

在上述钻井液中，优选地，所述处理剂还包括加重剂。

在上述钻井液中，优选地，所述植物油包括椰子油、棉籽油、蓖麻油、菜籽油、大豆油中的一种或几种的组合，当采用几种植物油的组合时，各组分可以以任意比混合；所述盐溶液包括氯化钠溶液、氯化钙溶液、甲酸钠溶液、甲酸钾溶液、氯化钾溶液中的一种；更优选地，所述盐溶液的质量浓度为20-40％。

在上述钻井液中，优选地，所述乳化剂包括烷基醇酰胺、失水山梨醇脂肪酸酯、高级脂肪酸钙中的一种；更优选地，所述烷基醇酰胺的通式为RCON(CH₂CH₂OH)₂，其中R＝C₁₂-C₁₈烷基；所述高级脂肪酸钙的碳链长度为C₁₂-C₁₈。上述乳化剂具有优异的乳化性能，能够在80:20-95:5的油水比例范围和50℃-150℃的温度范围内长期使用，乳化稳定性和高温稳定性高。

在上述钻井液中，优选地，所述润湿剂包括烷基醇酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚中的一种；更优选地，所述烷基醇酰胺的通式为RCON(CH₂CH₂OH)₂，其中R＝C₁₂-C₁₈烷基，所述的脂肪醇聚氧乙烯醚的通式为RO(CH₂CH₂O)nH，n＝2-20，R＝C_mH_2m+1，m＝12-18。

在上述钻井液中，优选地，所述有机土包括亲油粘土；更优选地，所述亲油粘土是由蒙脱土经分散、提纯、改性后，用十六烷基三甲基氯化铵取代蒙脱土层间的金属离子，最后经脱水、干燥、研磨得到的。所述十六烷基三甲基氯化铵取代蒙脱土层间的金属离子时，能够使层间距扩大至1.7-4.8nm，形成疏水有机膨润土。

在上述钻井液中，优选地，所述降滤失剂包括腐殖酸酰胺、褐煤树脂中的一种。

在上述钻井液中，优选地，所述加重剂包括石灰石、重晶石、微锰、微粉重晶石的一种或几种的组合；当采用几种加重剂的组合时，各组分可以以任意比混合。

为达到上述目的，本发明另外还提供了一种制备上述植物油油基钻井液的方法，其包括以下步骤：

搅拌条件下，向植物油中依次加入有机土、乳化剂、润湿剂、盐溶液、降滤失剂，得到植物油油基钻井液。

在上述方法中，优选地，该方法还包括按需加入加重剂以及在加重剂加入前测定钻井液的密度的步骤。加重剂可以在加入降滤失剂之后加入。

本发明的有益效果为：

1)本发明以椰子、大豆等廉价植物油为基础油，代替柴油、白油等矿物油，研制出了植物油油基钻井液，植物油全油基钻井液密度从0.88-1.6g/cm³热滚前后塑性粘度、动切力、动塑比、静切力均能维持在合理范围内，能保持较好的流变性，破乳电压高(≥2000V)，乳液稳定性好，高温高压滤失量低(≤5.5mL)，能够满足不同条件下的钻井需要。

2)加入自来水、搬土粉、氯化钠、石膏及氯化钙以后，植物油钻井液体系热滚前后的塑性粘度和动切力小幅上升，静切力变化幅度不大，高温高压滤失量均有不同程度的增加，但是能控制在15mL以内，表明植物油全油基钻井液具有很好的抗水、抗土、抗盐钙及抗石膏污染能力。

3)本发明选用的基础油为大自然生物链中的植物油，不仅自身可生物降解，而且由于自身即为乳化剂，配套处理剂的用量少，且所用的处理剂均为环保型处理剂，所配置的油基钻井液为环境友好、储层友好的双保型钻井液体系。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例1

本实施例提供了一种植物油油基钻井液，该植物油油基钻井液包括植物油、盐溶液、乳化剂、润湿剂、有机土、降滤失剂；植物油与盐溶液的体积比为95:5；以100mL植物油+盐溶液计：乳化剂的含量为3.5g、润湿剂的含量为0.5g、有机土的含量为2g、降滤失剂的含量为3g，其中：

所述植物油为大豆油，盐溶液为20wt％的氯化钙溶液；

所述乳化剂为Span-80；

所述润湿剂为烷基醇酰胺，其通式为RCON(CH₂CH₂OH)₂，其中R＝C₁₂烷基；

所述有机土为亲油粘土，该亲油粘土是由蒙脱土经分散、提纯、改性后，用十六烷基三甲基氯化铵取代蒙脱土层间的金属离子，使层间距扩大至1.7-4.8nm，形成疏水有机膨润土，最后经脱水、干燥、研磨成粉状产品；

所述降滤失剂为腐殖酸酰胺；

由上述给出的组分及含量按以下工艺制备钻井液：

①将植物油加入搅拌杯，并启动高速搅拌机以12000r/min的转速高速搅拌；②在高速搅拌下加入有机土，搅拌5min；③用注射器加入乳化剂继续高速搅拌5min；④加入润湿剂并高速搅拌5min；⑤缓慢地加入盐溶液，继续高速搅拌20分钟；⑥在高速搅拌下加入降滤失剂，然后高速搅拌20min，即得到植物油油基钻井液，该钻井液密度为0.88g/cm³。

现场应用时的配制过程如下：①洗净并准备好二个混合罐(分别标记为1号罐和2号罐)；②用泵将配浆用植物油打入1号罐内，开启罐面搅拌器、剪切泵、泥浆枪等搅拌剪切设备，按照预先计算的量加入所需的有机土、乳化剂和润湿剂，加料完成后继续剪切2小时或更长时间，将油预热或剧烈搅拌可以缩短溶解的时间；③按需要的水量将水加入2号罐中，并让其溶解所需盐量的70％。④在钻井液枪等专门设备强有力的搅拌下，将内相盐溶液缓慢加入油相中。⑤在搅拌下继续加入适量降滤失剂，当乳状液形成后，应全面测定其性能，如流变性能、pH值、破乳电压和HPHT滤失量等。⑥加入剩余的盐，最后进行充分搅拌，得到钻井液。

实施例2

本实施例提供了一种植物油油基钻井液，该植物油油基钻井液包括植物油、盐溶液、乳化剂、润湿剂、有机土、降滤失剂、加重剂；植物油与盐溶液的体积比为95:5；以100mL植物油+盐溶液计：乳化剂的含量为3g、润湿剂的含量为0.8g、有机土的含量为2g、降滤失剂的含量为3g，其中：

所述植物油为菜籽油，盐溶液为20wt％的甲酸钾溶液；

所述乳化剂为油酸钙；

所述润湿剂为C₁₂H₂₅O(CH₂CH₂O)nH，n＝8；

所述有机土为亲油粘土，该亲油粘土是由蒙脱土经分散、提纯、改性后，用十六烷基三甲基氯化铵取代蒙脱土层间的金属离子，使层间距扩大至1.7-4.8nm，形成疏水有机膨润土，最后经脱水、干燥、研磨成粉状产品；

所述降滤失剂为腐殖酸酰胺；

所述加重剂为微粉重晶石。

由上述给出的组分及含量按以下工艺制备钻井液：

①将植物油加入搅拌杯，并启动高速搅拌机以12000r/min的转速高速搅拌；②在高速搅拌下加入有机土，搅拌5min；③用注射器加入乳化剂继续高速搅拌5min；④加入润湿剂并高速搅拌5min；⑤缓慢地加入盐溶液，继续高速搅拌20分钟；⑥在高速搅拌下加入降滤失剂，然后高速搅拌20min，再加入加重剂以使钻井液的密度为1.3g/cm³，继续高速搅拌40min，即得到植物油油基钻井液。

现场应用时的配制过程如下：①洗净并准备好二个混合罐(分别标记为1号罐和2号罐)；②用泵将配浆用植物油打入1号罐内，开启罐面搅拌器、剪切泵、泥浆枪等搅拌剪切设备，按照预先计算的量加入所需的有机土、乳化剂和润湿剂，加料完成后继续剪切2小时或更长时间，将油预热或剧烈搅拌可以缩短溶解的时间；③按需要的水量将水加入2号罐中，并让其溶解所需盐量的70％。④在钻井液枪等专门设备强有力的搅拌下，将内相盐溶液缓慢加入油相中。⑤在搅拌下继续加入适量降滤失剂，当乳状液形成后，应全面测定其性能，如流变性能、pH值、破乳电压和HPHT滤失量等。⑥如性能符合要求，可加入加重剂以达到所要求的钻井液密度；⑦当体系达到所需的密度后，加入剩余的盐，最后进行充分搅拌，得到钻井液。

实施例3

本实施例提供了一种植物油油基钻井液，该植物油油基钻井液包括植物油、盐溶液、乳化剂、润湿剂、有机土、降滤失剂、加重剂；植物油与盐溶液的体积比为80:20；以100mL植物油+盐溶液计：乳化剂的含量为3g、润湿剂的含量为0.5g、有机土的含量为2g、降滤失剂的含量为3g，其中：

所述植物油为椰子油，盐溶液为20wt％的甲酸钠溶液；

所述乳化剂为烷基醇酰胺，其通式为RCON(CH₂CH₂OH)₂，其中R＝C₁₂烷基；

所述润湿剂为烷基醇酰胺，其通式为RCON(CH₂CH₂OH)₂，其中R＝C₁₈烷基；

所述有机土为亲油粘土，该亲油粘土是由蒙脱土经分散、提纯、改性后，用十六烷基三甲基氯化铵取代蒙脱土层间的金属离子，使层间距扩大至1.7-4.8nm，形成疏水有机膨润土，最后经脱水、干燥、研磨成粉状产品；

所述降滤失剂为褐煤树脂；

所述加重剂为微锰。

由上述给出的组分及含量按以下工艺制备钻井液：

①将植物油加入搅拌杯，并启动高速搅拌机以12000r/min的转速高速搅拌；②在高速搅拌下加入有机土，搅拌5min；③用注射器加入乳化剂继续高速搅拌5min；④加入润湿剂并高速搅拌5min；⑤缓慢地加入盐溶液，继续高速搅拌20分钟；⑥在高速搅拌下加入降滤失剂，然后高速搅拌20min，再加入加重剂以使钻井液的密度为1.6g/cm³，继续高速搅拌40min，即得到植物油油基钻井液。

现场应用配制方法同实施例2。

根据GBT 16783.2-2012石油天然气工业钻井液现场测试，第2部分：油基钻井液测试标准进行植物油油基钻井液基本性能及抗污染性能评价测试及数据分析，结果如下表1-2所示。

1)测试了上述实施例1-3制得的植物油油基钻井液热滚前及150℃热滚16h后的性能，测试结果如表1所示。

表1 植物油油基钻井液基本性能

由表1可知：植物油全油基钻井液密度从0.88-1.6g/cm³热滚前后、动塑比(0.13-0.91)、静切力(1.5-4.5/3-6)较好，能保持较好的流变性，破乳电压高(≥2000V)，乳液稳定性好，高温高压滤失量低(≤5.5mL)，能够满足不同条件下的钻井需要。

2)对实施例2的植物油油基钻井液进行了抗污染性能测试，并比较了植物油油基钻井液与加入各种污染物(5％自来水、10％自来水、5％搬土、5％氯化钠、5％石膏、5％氯化钙)后热滚前及150℃热滚后性能，评价结果如表2所示。

表2 植物油油基钻井液抗污染性能

由表2可知：与空白样相比，加入自来水、搬土粉、氯化钠、石膏及氯化钙以后，植物油钻井液体系热滚前后的塑性粘度和动切力小幅上升，静切力变化幅度不大，高温高压滤失量均有不同程度的增加，但是能控制在15mL以内，表明植物油全油基钻井液具有很好的抗水、抗土、抗盐钙及抗石膏污染能力。

Claims (10)

1.一种植物油油基钻井液，该植物油油基钻井液包括植物油、盐溶液和处理剂，其中：

所述植物油与盐溶液的体积比为80:20-95:5；

所述处理剂包括乳化剂、润湿剂、有机土、降滤失剂，以100mL植物油+盐溶液计：乳化剂的含量为2.5-3.5g、润湿剂的含量为0.5-0.8g、有机土的含量为0.5-2g、降滤失剂的含量为3-5g；

所述钻井液的密度为0.88-1.6g/cm³。

2.根据权利要求1所述的钻井液，其中：所述处理剂还包括加重剂。

3.根据权利要求1所述的钻井液，其中：所述植物油包括椰子油、棉籽油、蓖麻油、菜籽油、大豆油中的一种或几种的组合；所述盐溶液包括氯化钠溶液、氯化钙溶液、甲酸钠溶液、甲酸钾溶液、氯化钾溶液中的一种；

优选地，所述盐溶液的质量浓度为20-40％。

4.根据权利要求1所述的钻井液，其中：所述乳化剂包括烷基醇酰胺、失水山梨醇脂肪酸酯、高级脂肪酸钙中的一种；

优选地，所述烷基醇酰胺的通式为RCON(CH₂CH₂OH)₂，其中R＝C₁₂-C₁₈烷基；所述高级脂肪酸钙的碳链长度为C₁₂-C₁₈。

5.根据权利要求1所述的钻井液，其中：所述润湿剂包括烷基醇酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚中的一种；

优选地，所述烷基醇酰胺的通式为RCON(CH₂CH₂OH)₂，其中R＝C₁₂-C₁₈烷基，所述的脂肪醇聚氧乙烯醚的通式为RO(CH₂CH₂O)nH，n＝2-20，R＝C_mH_2m+1，m＝12-18。

6.根据权利要求1所述的钻井液，其中：所述有机土为亲油粘土；

优选地，所述亲油粘土是由蒙脱土经分散、提纯、改性后，用十六烷基三甲基氯化铵取代蒙脱土层间的金属离子，最后经脱水、干燥、研磨得到的。

7.根据权利要求1所述的钻井液，其中：所述降滤失剂包括腐殖酸酰胺、褐煤树脂中的一种。

8.根据权利要求2所述的钻井液，其中：所述加重剂包括石灰石、重晶石、微锰、微粉重晶石的一种或几种的组合。

9.一种制备权利要求1-8中任一项所述的植物油油基钻井液的方法，其包括以下步骤：

搅拌条件下，向植物油中依次加入有机土、乳化剂、润湿剂、盐溶液、降滤失剂，得到植物油油基钻井液。

10.根据权利要求9所述的方法，其中：该方法还包括按需加入加重剂以及在加重剂加入前测定钻井液的密度的步骤。