CN105086956A - 一种油基钻井液用增粘剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油基钻井液用增粘剂配方，其特征在于由以下重量百分比的原材料：二乙烯三胺：油酸：松香酸＝10～20％：30～40％：40～50％。其中油酸可以是以大豆、棕榈、米糠为代表的植物油酸，也可以是动物油酸。本发明的增粘剂，该增粘剂可改善油基钻井液的流变性能，抗温性强，抗温可达160℃，显著增强高密度油基钻井液的抗高温稠化能力；配制的高密度油基钻井液的流变性更好，突出体现在塑性粘度和终切力较低，油基钻井液未出现稠化现象。应用该产品配制的高密度油基钻井液流变性良好，现场应用时操作维护更加简便。制备方法和所需设备条件简单，易于实施。在页岩气水平井项目中的应用取得了良好效果。

Description

一种油基钻井液用增粘剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种油基钻井液用增粘剂，尤其是一种高密度油基钻井液用增粘剂及其制备方法。

背景技术

随着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。

油基钻井液普遍存在动切力偏低，流变性难以调控的问题。采用有机土调控油基钻井液流变性存在活化慢、易高温稠化失效的弊端，若以油基钻井液增粘剂部分替代有机土可有效解决该问题。尤其是在页岩气勘探开发过程中为了获得较高产量大多采用水平井模式。水平段钻井中的防塌问题成为安全快速施工的关键，为增强防塌性能通常采用高密度油基钻井液钻进。这时油基钻井液在流变性调控方面的问题显得尤为突出，高密度油基钻井液的流变性调控困难，高密度油基钻井液的流变性调控技术成为制约页岩气水平井的关键技术。

早期作为油基钻井液的增黏提切剂，有机土被广泛使用。但是，有机土易高温稠化、降低油基钻井液的使用寿命，减小油基钻井液的固相容量，污染低渗透储层。随着环境保护要求的日益严格，合成基油取代柴油后.这些问题更加突出。页岩气水平井使用的高密度油基钻井液由于自身固相含量高，且井底温度较高，井底钻井液容易稠化，导致起下钻遇阻、下钻到底开泵困难、电测一次成功率低。过多的有机土的加入，导致钻井液中低固相含量高，影响机械钻速的提高。亟需一种新型的油基钻井液增粘剂解决上述难题。

国外的油基钻井液增粘剂研究较早。国外常用的增粘剂有HSV-4、RHEO、DynaMod、PF-MOHSV、Runking、HIRHEOA、HIRHEOB、VersaHRP等。其主要成分为聚脂肪酸与二乙醇胺的缩合物、脂肪酸的低聚甘油酯和马来酸酐接枝三元乙丙橡胶(EPDM)。国外增粘剂产品增粘效果好，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。国内主要采用有机土增粘，在高密度条件下流变性难以控制，塑性粘度高，终切力高，为了防止加重材料大量沉淀导致密度难以稳定往往大幅提高体系的粘度，导致高密度油基钻井液过稠，严重影响体系的流变性，给后续的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。且国内产品抗温能力不足。

因此有必要根据高密度油基钻井液的特性，结合高密度油基钻井液对于油基钻井液增粘剂的特殊要求，亟需开发一种来源广、效果好、价格低廉、抗温性能强的新型油基钻井液增粘剂解决上述难题。

发明内容

为了克服现有的增粘剂抗温性能差的问题，本发明提供一种油基钻井液用增粘剂及其制备方法，本发明结合高密度油基钻井液对于油基钻井液增粘剂的特殊要求，亟需开发一种来源广、效果好、价格低廉、抗温性能强的新型油基钻井液增粘剂解决上述难题。

一种油基钻井液用增粘剂，由以下重量百分比的原材料：二乙烯三胺：油酸：松香酸为10～20％：30～40％：40～50％。

所述的油酸为大豆、棕榈或米糠的植物油酸。

所述的油酸是动物油酸。

所述的松香酸是脂松香或者是浮油松香与木松香的混合物。

一种油基钻井液用增粘剂的制备方法，具体步骤为：

1)在密闭反应釜中加入苯作为溶剂，苯的质量为二乙烯三胺、油酸、松香酸三者质量之和的30％；

2)然后加入10～20％的二乙烯三胺和40～50％的松香酸，充分搅拌，当反应釜温度达到80℃～90℃时，继续搅拌反应3～6h；

3)加入30～40％的油酸，确定温度为80℃～90℃后搅拌继续反应2～3h；

4)步骤3)中反应结束后，蒸馏出溶剂苯，即得到本发明的油基钻井液用增粘剂。

本发明的有益效果为：

(1)流变性好。与以往采用有机土增粘相比，高密度油基钻井液的塑性粘度和终切力均显著下降，流变性更容易控制。配制的高密度油基钻井液抗温性能好，高温下不会导致高密度钻井液稠化。

(2)解决了以往为了防止加重材料大量沉淀导致密度难以稳定往往大幅提高体系的粘度，导致高密度油基钻井液过稠的难题。油基钻井液增粘剂制备方法简单，来源广、价格低廉，现场操作维护简便。

(3)油基钻井液增粘剂对于基础油的适应广泛，可用于一般矿物油(如白油、柴油)和以气质油为代表的合成基油。

具体实施方式

实施例1：

为了克服现有的增粘剂抗温性能差的问题，本发明提供一种油基钻井液用增粘剂及其制备方法，本发明结合高密度油基钻井液对于油基钻井液增粘剂的特殊要求，亟需开发一种来源广、效果好、价格低廉、抗温性能强的新型油基钻井液增粘剂解决上述难题。

一种油基钻井液用增粘剂，由以下重量百分比的原材料：二乙烯三胺：油酸：松香酸为10～20％：30～40％：40～50％。

油酸为以大豆、棕榈或米糠为代表的植物油酸，或者是动物油酸。

松香酸是脂松香或者是浮油松香与木松香的混合物。

本实施例中选取二乙烯三胺：油酸：松香酸＝15％：40％：45％。其中油酸是以大豆为原料的植物油酸。松香酸是脂松香。在密闭反应釜中加入苯作为溶剂，苯的质量为二乙烯三胺、油酸、松香酸三者质量之和的30％，然后依次按比例加入二乙烯三胺、松香酸，充分搅拌，当反应釜温度达到80℃～90℃时，搅拌反应4h，按比例加入油酸，80℃～90℃搅拌继续反应2h，蒸馏出溶剂苯。即制得本发明的油基钻井液用增粘剂。

油酸亦可为亚油酸，亚油酸与油酸的混合物，动物油酸与植物油酸的混合物，亚油酸与动物油酸的混合物。使用该增粘剂配制的无土相油基钻井液体系性能如下：密度：1.0-2.5g/cm3，高温高压滤失量≤4ml，6rpm：5-20，3rpm：3-15，破乳电压>800V。

实施例2：

基于实施例1的基础上，本实施例中选取二乙烯三胺：油酸：松香酸＝10％：40％：50％。其中油酸是以大豆为原料的植物油酸。松香酸是脂松香。在密闭反应釜中加入苯作为溶剂，苯的质量为二乙烯三胺、油酸、松香酸三者质量之和的30％，然后依次按比例加入二乙烯三胺、松香酸，充分搅拌，当反应釜温度达到80℃～90℃时，搅拌反应4h，按比例加入油酸，80℃～90℃搅拌继续反应2h，蒸馏出溶剂苯。即制得本发明的油基钻井液用增粘剂。

使用该增粘剂配制的无土相油基钻井液体系性能如下：密度：1.0-2.5g/cm3，高温高压滤失量≤4ml，6rpm：5-20，3rpm：3-15，破乳电压>800V。

实施例3：

基于上述两个实施例的基础上，本实施例中本实施例中选取二乙烯三胺：油酸：松香酸＝20％：40％：40％。其中油酸是以大豆为原料的植物油酸。松香酸是脂松香。在密闭反应釜中加入苯作为溶剂，苯的质量为二乙烯三胺、油酸、松香酸三者质量之和的30％，然后依次按比例加入二乙烯三胺、松香酸，充分搅拌，当反应釜温度达到80℃～90℃时，搅拌反应4h，按比例加入油酸，80℃～90℃搅拌继续反应2h，蒸馏出溶剂苯。即制得本发明的油基钻井液用增粘剂。

使用该增粘剂配制的无土相油基钻井液体系性能如下：密度：1.0-2.5g/cm3，高温高压滤失量≤4ml，6rpm：5-20，3rpm：3-15，破乳电压>800V。

实施例4：

基于上述几个实施例的基础上，本发明提供一种油基钻井液用增粘剂的制备方法，具体步骤为：

1)在密闭反应釜中加入苯作为溶剂，苯的质量为二乙烯三胺、油酸、松香酸三者质量之和的30％；

2)然后加入10～20％的二乙烯三胺和40～50％的松香酸，充分搅拌，当反应釜温度达到80℃～90℃时，继续搅拌反应3～6h；

3)加入30～40％的油酸，确定温度为80℃～90℃后搅拌继续反应2～3h；

4)步骤3)中反应结束后，蒸馏出溶剂苯，即得到本发明的油基钻井液用增粘剂。

该增粘剂配制的高密度油基钻井液的流变性好，抗温性强，原料来源广，价格低廉，制备方法和所需设备条件简单，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，为以页岩气为代表的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。

实施例5：

基于上述几个实施例的基础上，本实施例中提供6个采用本发明的增粘剂做以下六个测试。

测试1：实施例1的油基钻井液增粘剂不同用量下的增粘性能。

油基钻井液配方如下：基础油和氯化钙盐水，基础油与CaCl₂盐水的质量百分比比例80：20，以所述基础油和盐水的总重量计的3.0％乳化剂+2.0％氢氧化钙+2.0％降滤失剂+增粘剂+2.0％润湿剂+加重材料，评价了本发明实施例1的增粘剂不同用量下的增粘性能。配制密度在2.0g/cm³的油基钻井液，钻井液150℃×16h热滚后，按GB/T16783.2—2012中的规定测定基浆及试验浆(65±1)℃的表观粘度。按式(1)计算表观粘度增加值。结果见表1。

$N=\frac{{\mathrm{AV}}_1-{\mathrm{AV}}_0}{{\mathrm{AV}}_0}\×\mathrm{100...}\left(1\right)$

式中：N——表观粘度增加率，％；

AV₁——试样浆的表观粘度，mPa.s；

AV₀——基浆的表观粘度，mPa.s，基浆不加增粘剂。

表1

序号	增粘剂加量，％	表观粘度增加率，％
			1	0.5	50
2	1.0	90
			3	2.0	150

4

3.0

200

表1为增粘剂的增粘性能，增粘剂加量月大，粘度增大。

测试2：实施例1的油基钻井液增粘剂在不同油水比的增粘性能。

油基钻井液配方如下：基础油和氯化钙盐水，基础油与CaCl₂盐水的质量百分比比例80：20，以所述基础油和盐水的总重量计的3.0％乳化剂+2.0％氢氧化钙+2.0％降滤失剂+2.0％增粘剂+2.0％润湿剂+加重材料，评价了本发明实施例1的增粘剂对油基钻井液性能的影响。配制不同油水比的密度在2.0g/cm³的油基钻井液，钻井液150℃×16h热滚后，按GB/T16783.2—2012中的规定测定基浆及试验浆(65±1)℃的表观粘度。按式(1)计算表观粘度增加值。结果见表2。

$N=\frac{{\mathrm{AV}}_1-{\mathrm{AV}}_0}{{\mathrm{AV}}_0}\×\mathrm{100...}\left(1\right)$

式中：N——表观粘度增加率，％；

AV₁——试样浆的表观粘度，mPa.s；

AV₀——基浆的表观粘度，mPa.s，基浆不加增粘剂。

表2

序号	油水比	表观粘度增加率，％
			1	90/10	80
2	80/20	90
			3	70/30	120

4

60/40

130

表2为不同油水比条件下的增粘性能，油水比越大，表观粘度增加率月小。

测试3：实施例1的油基钻井液增粘剂的抗温性能。

油基钻井液配方如下：基础油和氯化钙盐水，基础油与CaCl₂盐水的质量百分比比例80：20，以所述基础油和盐水的总重量计的3.0％乳化剂+2.0％氢氧化钙+2.0％降滤失剂+0.5％提切剂+1.0％增粘剂+2.0％润湿剂+加重材料，评价了本发明实施例1的增粘剂对油基钻井液性能的影响。配制密度在2.0g/cm³的油基钻井液，钻井液分别在140℃、160℃、180℃及200℃热滚后，按GB/T16783.2—2012中的规定测定基浆及试验浆(65±1)℃的表观粘度，结果见表3。

表3

序号	热滚温度，℃	表观粘度增加率，％
			1	140	95
2	160	90
			3	180	70
4	200	35

表3为增粘剂的抗温性能，在一定温度范围内，温度越高，表观粘度越低由上述结果可知，该增粘剂抗温可达160℃。

测试4：实施例1的油基钻井液增粘剂不同密度下的增粘性能。

油基钻井液配方如下：基础油和氯化钙盐水，基础油与CaCl₂盐水的质量百分比比例80：20，以所述基础油和盐水的总重量计的3.0％乳化剂+2.0％氢氧化钙+2.0％降滤失剂+0.5％提切剂+1.0％增粘剂+2.0％润湿剂+加重材料，评价了本发明实施例1的增粘剂对油基钻井液性能的影响。分别配制密度在1.8g/cm³、2.0g/cm³、2.2g/cm³及2.4g/cm³的油基钻井液，钻井液150℃×16h热滚后，测试了钻井液样品的破乳电压、流变性及高温高压滤失量，结果见表4。

表4

测试5：实施例1的油基钻井液增粘剂与其它增粘剂的增粘性能对比。

油基钻井液配方如下：基础油和氯化钙盐水，基础油与CaCl₂盐水的质量百分比比例80：20，以所述基础油和盐水的总重量计的3.0％乳化剂+2.0％氢氧化钙+2.0％降滤失剂+0.5％提切剂+1.0％增粘剂+2.0％润湿剂+加重材料。使用不同的增粘剂分别配制密度2.0g/cm³的油基钻井液，钻井液150℃×16h热滚后，对比了表观粘度增加率，结果见表5。

表5

序号	增粘剂	表观粘度增加率，％
			1	本发明增粘剂	90
2	VersaHRP	90
			3	DynaMod	85
4	有机土	70

本发明增粘剂增粘效果达到了国外产品的水平，优于目前使用的有机土。

测试6：实施例1的油基钻井液增粘剂在不同基础油中的增粘性能。

油基钻井液配方如下：基础油和氯化钙盐水，基础油与CaCl₂盐水的质量百分比比例80：20，以所述基础油和盐水的总重量计的3.0％乳化剂+2.0％氢氧化钙+2.0％降滤失剂+0.5％提切剂+1.0％增粘剂+2.0％润湿剂+加重材料。使用不同的基础油分别配制密度2.0g/cm³的油基钻井液，钻井液150℃×16h热滚后，对比了表观粘度增加率，结果见表6。

表6

目前常用的油基钻井液基础油是白油，柴油和气制油，其中使用柴油的环保压力较大，气制油价格昂贵，国内目前使用最多的是白油。本发明增粘剂在白油和柴油中增粘效果最佳。

应用该方法制备的油基钻井液用增粘剂可改善油基钻井液的流变性能，抗温性强，抗温可达180℃，显著增强高密度油基钻井液的抗高温稠化能力；与国外产品相比具有来源广、价格低廉的优势；与国内产品相比在高密度条件下增粘效果好，配制的高密度油基钻井液的流变性更好，突出体现在塑性粘度和终切力较低，油基钻井液未出现稠化现象。应用该产品配制的高密度油基钻井液流变性良好，现场应用时操作维护更加简便。制备方法和所需设备条件简单，易于实施。在页岩气水平井项目中的应用取得了良好效果。

本发明可应用于油基钻井液，尤其是钻进地层压力较高、井底温度较高的抗高温高密度油基钻井液，有效解决了以往为了防止加重材料大量沉淀导致密度难以稳定往往大幅提高体系的粘度，导致高密度油基钻井液过稠、流变性难以控制的问题。

本发明为解决油基钻井液增粘难题提供了一种新方法。该增粘剂配制的高密度油基钻井液的流变性好，抗温性强，原料来源广，价格低廉，制备方法和所需设备条件简单，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，为以页岩气为代表的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。

Claims (5)

1.一种油基钻井液用增粘剂，其特征在于：由以下重量百分比的原材料：二乙烯三胺：油酸：松香酸为10～20％：30～40％：40～50％。

2.根据权利要求1所述的其中一种油基钻井液用增粘剂配方，其特征在于：所述的油酸为大豆、棕榈或米糠的植物油酸。

3.根据权利要求1所述的其中一种油基钻井液用增粘剂配方，其特征在于：所述的油酸是动物油酸。

4.根据权利要求1所述的其中一种油基钻井液用增粘剂配方，其特征在于：所述的松香酸是脂松香或者是浮油松香与木松香的混合物。

5.根据权利要求1—4所述的任意一种油基钻井液用增粘剂提供一种油基钻井液用增粘剂的制备方法，其特征在于：具体步骤为：

1)在密闭反应釜中加入苯作为溶剂，苯的质量为二乙烯三胺、油酸、松香酸三者质量之和的30％；

2)然后加入10～20％的二乙烯三胺和40～50％的松香酸，充分搅拌，当反应釜温度达到80℃～90℃时，继续搅拌反应3～6h；

3)加入30～40％的油酸，确定温度为80℃～90℃后搅拌继续反应2～3h；

4)步骤3)中反应结束后，蒸馏出溶剂苯，即得到本发明的油基钻井液用增粘剂。