CN104610944A - 一种以植物油为内相的水包油钻井液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种以植物油为内相的水包油钻井液及其制备方法。该钻井液包括植物油、水和处理剂，其中：所述植物油与水的体积比为40:60-60:40；所述处理剂包括主乳化剂、辅乳化剂、降滤失剂Ⅰ、增粘剂、NaOH、提黏切剂、降滤失剂Ⅱ：以100mL植物油+水计，主乳化剂的含量为2-3.5g、辅乳化剂的含量为1-2.5g、降滤失剂Ⅰ的含量为1-3.5g、增粘剂的含量为1-1.5g、NaOH的含量为0.25-0.3g、提黏切剂的含量为0.1-0.2g、降滤失剂Ⅱ的含量为1.5-4g。本发明提供的以植物油为内相的水包油钻井液具有性能稳定、抗钻屑及粘土污染能力强、安全环保，可实现直接排放的优点。

Description

一种以植物油为内相的水包油钻井液及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种以植物油为内相的水包油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。水包油钻井液体系是以水为连续相、油为分散相的水包油乳状液，主要用于解决低孔低渗、缝洞发育易井漏、地层压力系数低的储层保护问题和深井欠平衡技术难题。其油相主要采用高闪点、高燃点和高苯胺点的矿物油，如柴油、白油、原油等，但矿物油的生物毒性较大，且很难生物降解，随着各国环保标准越来越严苛，可直接排放的植物油基水包油体系的需求越来越迫切。

植物油相对于其他矿物油而言有以下优点：①无毒，LC₅₀值大于10⁷，可实现直接排放，环境保护性能好；②芳烃含量极少，对环境对身体伤害小，且对钻井设备的橡胶部件腐蚀小；③闪点燃点高，运输使用安全；④含硫量低，二氧化硫等污染物少；⑤植物油属于可再生资源，使用植物油作为基础油符合国家节能减排战略；⑥目前三到四级植物油的成本在6000元左右，与矿物油相当，比气制油低得多；⑦植物油中含有天然乳化剂磷脂，比矿物油更易乳化。

因此，研发一种以植物油为内相的水包油钻井液成为本领域亟待解决的技术问题之一。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种以植物油为内相的水包油钻井液，该钻井液性能稳定、抗钻屑及粘土污染能力强、安全环保，可实现直接排放。

本发明的目的还在于提供一种制备上述以植物油为内相的水包油钻井液的方法。

为达到上述目的，本发明提供了一种以植物油为内相的水包油钻井液，该钻井液包括植物油、水和处理剂，其中：

所述植物油与水的体积比为40:60-60:40；

所述处理剂包括主乳化剂、辅乳化剂、降滤失剂Ⅰ、增粘剂、NaOH、提黏切剂、降滤失剂Ⅱ：以100mL植物油+水计，主乳化剂的含量为2-3.5g、辅乳化剂的含量为1-2.5g、降滤失剂Ⅰ的含量为1-3.5g、增粘剂的含量为1-1.5g、NaOH的含量为0.25-0.3g、提黏切剂的含量为0.1-0.2g、降滤失剂Ⅱ的含量为1.5-4g。上述处理剂的含量是以100mL的植物油与水的混合物为基准计算的。

在上述钻井液中，优选地，所述钻井液的密度为0.89-0.99g/cm³。

在上述钻井液中，优选地，所述主乳化剂包括烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、烷基磷酸单酯盐中的一种；

更优选地，所述烷基苯磺酸钠的通式为R-C₆H₄-SO₃Na，其中R为C₁₁-C₁₃的烷基；

所述烷基磷酸单酯盐的通式为RO(CH₂CH₂O)_n-PO₃M₂，其中R为C_8-C₁₈的烷基，M为K、Na或二乙醇胺，n＝1-10(优选3-5)。

上述主乳化剂能够在40:60-60:40大范围油水比和50℃-170℃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，所述辅乳化剂包括烷基醇酰胺、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、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的烷基。

在上述钻井液中，优选地，所述降滤失剂Ⅰ包括氧化沥青、天然沥青、腐殖酸酰胺中的一种。

在上述钻井液中，优选地，所述增粘剂包括羧甲基淀粉、羟乙基淀粉、羟乙基纤维素中的一种。

在上述钻井液中，优选地，所述提黏切剂包括黄原胶、膨润土中的一种。

在上述钻井液中，优选地，所述降滤失剂Ⅱ包括磺甲基酚醛树脂、磺化褐煤树脂、磺化沥青中的一种。

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；更优选为几种植物油的组合，各组分可以是以任意比混合的。

在上述钻井液中，优选地，所述水为淡水。

为达到上述目的，本发明还提供了一种制备上述以植物油为内相的水包油钻井液的方法，其包括以下步骤：

先量取植物油，向其中依次加入主乳化剂、辅乳化剂、降滤失剂Ⅰ，然后在10000-11000r/min下搅拌20-30分钟，得到油相；

再量取水，向其中依次加入增黏剂、NaOH、提黏切剂，在10000-11000r/min下搅拌15-20分钟后，再加入降滤失剂Ⅱ，在10000-11000r/min下搅拌15-20分钟，得到水相；

最后将油相加入到水相中，继续搅拌至乳状液乳化完全，得到以植物油为内相的水包油钻井液。

本发明提供的以植物油为内相的水包油钻井液具有以下有益效果：

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，研制出了以植物油为内相的水包油钻井液，钻井液的密度范围为0.89-0.99g/cm³。该钻井液可抗170℃高温，热滚16小时前后均能保持乳状液性能稳定，流变性能良好，高温高压滤失量低；抗钻屑及粘土污染能力强，能保持10天不发酵腐败，渗透率恢复值高达90％，储层保护效果突出。微观结构呈紧密排列大小不一的球型结构，界面膜厚乳状液稳定，常温及170℃高温下乳状液中部粒径变化非常小，乳液整体稳定，未发现澄清层及破乳现象，TSI稳定系数低。生物毒性实验结果表明，该钻井液没有毒性，安全环保，可实现直接排放。

2、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。

3、本发明采用的基础油来源广，价格便宜，且配套处理剂加量少，能够有效降低油基钻井液成本，且其含油钻屑可直接排放、废弃钻井液处理成本超低，综合成本低，经济效益突出。

附图说明

图1为实施例1的以植物油为内相的水包油钻井液的显微镜图。

图2为普通水包油钻井液的显微镜图。

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

本实施例提供一种制备以植物油为内相的水包油钻井液的方法，具体步骤如下：

油水体积比为60/40，先量取240mL椰子油，依次加入12g十二烷基苯磺酸钠、7.2g烷基醇酰胺(RCON(CH₂CH₂OH)₂，其中R为C₁₂烷基)、4g氧化沥青，在11000r/min下高速搅拌30分钟，得到油相。

量取160mL清水，分别加入6g羧甲基淀粉、1g NaOH、0.4g黄原胶，在11000r/min下高速搅拌20分钟后，再依次加入16g磺甲基酚醛树脂，在11000r/min下高速搅拌20分钟，得到水相。

最后一边高速搅拌一边缓缓地将油相加入到水相中，继续在11000r/min下高速搅拌30分钟，使得乳状液乳化完全，形成的界面膜稳定，乳状液稳定，得到以植物油为内相的水包油钻井液。

实施例2

本实施例提供一种制备以植物油为内相的水包油钻井液的方法，具体步骤如下：

油水体积比为50/50，先量取200mL大豆油，依次加入10g tween-60(上海沪试化工有限公司)、6gOP-4(天津雄冠科技发展有限公司)、6g天然沥青，在11000r/min下高速搅拌30分钟，得到油相。

量取200mL清水，分别加入5g羟乙基淀粉、1g NaOH、0.6g膨润土，在11000r/min下高速搅拌20分钟后，再依次加入14g磺化褐煤树脂，在11000r/min下高速搅拌20分钟，得到水相。

最后一边高速搅拌一边缓缓地将油相加入到水相中，继续在11000r/min下高速搅拌30分钟，使得乳状液乳化完全，形成的界面膜稳定，乳状液稳定，得到以植物油为内相的水包油钻井液。

实施例3

本实施例提供一种制备以植物油为内相的水包油钻井液的方法，具体步骤如下：

油水体积比为40/60，先量取160mL菜籽油，依次加入8g十六烷基三甲基溴化铵、4.8g油酸二乙醇酰胺、14g腐殖酸酰胺，在11000r/min下高速搅拌25分钟，得到油相。

再量取240mL清水，分别加入4g羟乙基纤维素、1.2g NaOH、0.4g黄原胶，在11000r/min下高速搅拌20分钟后，再依次加入6g磺化沥青，在11000r/min下高速搅拌20分钟，得到水相。

最后一边高速搅拌一边缓缓地将油相加入到水相中，继续在11000r/min下高速搅拌30分钟，使得乳状液乳化完全，形成的界面膜稳定，乳状液稳定，得到以植物油为内相的水包油钻井液。

上述实施例钻井液性能如下：

(1)抗温性能

表1 抗温性能测试结果

从表1中可以看出：不同油水比的植物油基水包油钻井液在热滚前及170℃热滚16小时后的流变性均良好，根据GBT 16783.1-2006石油天然气工业钻井液现场测试，第1部分：水基钻井液测试标准(抗温性能测试按照该标准的相关内容进行)，高温高压滤失量低(<10ml)，密度低(<1g/cm³)，能够满足高温低压地层的钻井需要。

(2)乳液微观结构

取1-2滴实施例1的乳液放置在高倍显微镜下观察其微观结构，并与稳定性不好的水包油乳状液进行对比，其结果如下图1及图2所示。

实验结果表明：本发明实施例1的乳状液稳定性好(如图1，放大倍数为200倍)，没有游离的水或者油，水包裹着油形成紧密排列大小不一的球型结构，很多小球吸附在大球上形成混合界面膜，这些混合界面膜有利于乳液的稳定。而稳定性不好的水包油乳状液的微观结构呈现片状(如图2，放大倍数为200倍)，没有明显的球形结构。

(3)抗盐性能

对实施例2的水包油钻井液进行了抗盐性能测试，测试结果如表2所示。

表2 抗盐钙污染测试结果

从表2中可以看出：热滚前，电解质CaCl₂及NaCl能够小幅提高表观粘度，小幅提高API滤失量，大幅提高动塑比以及静切力。但是热滚后，水包油钻井液的粘切下降，滤失量上升但是均能控制在可以接受的范围内(<15mL)，表明该水包油钻井液的抗盐钙能力较强。

(4)抗污染性能

对实施例2的水包油钻井液进行了抗污染性能测试，测试过程中所用膨润土为淮安土，钻屑为潜山千米桥灰岩钻屑，其结果如表3所示。

表3 抗污染性能测试结果

从表3中可以看出：随着膨润土及钻屑加量增加到合适范围，水包油钻井液的粘度及切力变化幅度不大，流变性能良好，表明：该水包油钻井液具有很好的抗粘土及钻屑污染的能力，抗粘土污染达到2％，抗钻屑污染达到10％。

(5)抗发酵性能评价

对实施例2的水包油钻井液进行了抗发酵性能测试，取30mL实施例2的水包油钻井液装入培养皿中，并将培养皿放入生化培养器中恒温50℃培养10天，每48小时观察一下乳状液的形状与气味的变化，并记录下实验现象，结果如表4所示。

表4 抗发酵性能评价测试结果

时间(h)	外观变化	气味
			48	无	无
96	无	无
			144	无	无
192	无	无
			240	无	无

从表4中可以看出：实施例2的水包油钻井液能够在50℃下恒温10天保持不发酵腐败，性能稳定。实施例2的水包油钻井液之所以能长时间保持不发酵，主要原因是：①乳化剂中含有阻止发酵抗腐的成分，可以大幅减缓植物油生物降解的速率；②乳状液稳定。显微镜下微观结构表明：植物油并不是游离态的，而是被水包裹在大小紧密的球形结构中，形成了稳定的结构，这样最大限度的隔绝了植物油与空气的接触。所以，植物油基水包油钻井液体系的抗发酵腐败能力强，能够满足钻井的需要。

(6)储层保护性能评价

在100℃高温、3.5MPa压力下，采用大港油田潜山气藏岩心，结合储层段地层水资料，按照SY/T 6540-2002《钻井液完井液损害油层室内评价方法》，进行钻井液损害储层室内评价实验，实验结果如表5所示。

表5 储层保护性能

实验结果表明：经本发明提供的以植物油为内相的水包油钻井液污染后，岩心的渗透率恢复值都大于90％，最高实可达到93.8％，高温高压动态滤失量很低，说明本发明提供的以植物油为内相的水包油钻井液体系可以起到很好的保护该目的层的效果。

(7)生物毒性实验

根据油田化学剂及钻井液的生物毒性容许值规定，如果生物毒性检验结果不小于20000mg/L，便符合生物毒性要求。根据SY/T6788/2010《水溶性油田化学剂环境保护技术评价方法》对实施例1中的以植物油为内相的水包油钻井液进行了发光杆菌生物毒性试验，结果表明：其EC₅₀为45000mg/L，没有毒性，符合一级海区和二级海区生物毒性要求。

Claims (10)

1.一种以植物油为内相的水包油钻井液，该钻井液包括植物油、水和处理剂，其中：

所述植物油与水的体积比为40:60-60:40；

所述处理剂包括主乳化剂、辅乳化剂、降滤失剂Ⅰ、增粘剂、NaOH、提黏切剂、降滤失剂Ⅱ：以100mL植物油+水计，主乳化剂的含量为2-3.5g、辅乳化剂的含量为1-2.5g、降滤失剂Ⅰ的含量为1-3.5g、增粘剂的含量为1-1.5g、NaOH的含量为0.25-0.3g、提黏切剂的含量为0.1-0.2g、降滤失剂Ⅱ的含量为1.5-4g。

2.根据权利要求1所述的钻井液，其中：所述钻井液的密度为0.89-0.99g/cm³。

3.根据权利要求1所述的钻井液，其中：所述主乳化剂包括烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、烷基磷酸单酯盐中的一种；

优选地，所述烷基苯磺酸钠的通式为R-C₆H₄-SO₃Na，其中R为C₁₁-C₁₃的烷基；

所述烷基磷酸单酯盐的通式为RO(CH₂CH₂O)_n-PO₃M₂，其中R为C₈-C₁₈的烷基，M为K、Na或二乙醇胺，n＝1-10；

更优选地，所述烷基磷酸单酯盐的通式中n＝3-5。

4.根据权利要求1所述的钻井液，其中：所述辅乳化剂包括烷基醇酰胺、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、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的烷基。

5.根据权利要求1所述的钻井液，其中：所述降滤失剂Ⅰ包括氧化沥青、天然沥青、腐殖酸酰胺中的一种。

6.根据权利要求1所述的钻井液，其中：所述增粘剂包括羧甲基淀粉、羟乙基淀粉、羟乙基纤维素中的一种。

7.根据权利要求1所述的钻井液，其中：所述提黏切剂包括黄原胶、膨润土中的一种。

8.根据权利要求1所述的钻井液，其中：所述降滤失剂Ⅱ包括磺甲基酚醛树脂、磺化褐煤树脂、磺化沥青中的一种。

9.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。

10.一种制备权利要求1-9中任一项所述的以植物油为内相的水包油钻井液的方法，其包括以下步骤：

先量取植物油，向其中依次加入主乳化剂、辅乳化剂、降滤失剂Ⅰ，然后在10000-11000r/min下搅拌20-30分钟，得到油相；

再量取水，向其中依次加入增黏剂、NaOH、提黏切剂，在10000-11000r/min下搅拌15-20分钟后，再加入降滤失剂Ⅱ，在10000-11000r/min下搅拌15-20分钟，得到水相；

最后将油相加入到水相中，继续搅拌至乳状液乳化完全，得到以植物油为内相的水包油钻井液。