CN106367046A - 一种降低钻屑吸油量的油基钻井液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种降低钻屑吸油量的油基钻井液及其制备方法，该钻井液包括白油、硅酸盐和乳化剂。本发明以白油为基油，以硅酸盐为内相，硬脂酸钙作为乳化剂，并加入有机硅表面活性剂，来降低钻屑上的含油量，使钻屑不吸油或者少吸油，避免在油基钻井液使用过程中产生许多含油的钻井废屑，对环境造成严重伤害。

Description

一种降低钻屑吸油量的油基钻井液及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种油基钻井液及其制备方法，特别是一种降低钻屑吸油量的油基钻井液及其制备方法，属于钻井液技术领域。

背景技术

油基钻井液具有稳定性好、润滑性能好、抑制性强、滤失量低等优点，已经成为钻探高温深井、大斜度定向井、大位移水平井等高难度井以及复杂地层所使用的主要钻井液体系。现如今对油基钻井液配方的研究，主要是通过控制钻井液的油(柴油、白油)水(一般为氯化钙溶液)比、有机土的种类及含量和乳化剂、润湿剂、降滤失剂等添加剂，来达到改善油基钻井液抗高温高压性能，增强抑制水化膨胀能力，优化悬浮能力，提高封堵性及润滑性的目的，使油基钻井液能更好的为生产服务。

油基钻井液的使用中产生的含油钻屑的数量非常大，含油钻屑是一种严重的污染物，若不加处理就排放，将会对环境造成严重伤害。目前国家对于环保的监控监管力度越来越大，绿色环保的油基钻井液和良好的后期处理技术成为了研究的重点。

对于含油钻屑，国内外使用比较多的处理技术主要有：热蒸馏、溶剂萃取、超临界流体抽提、坑内密封掩埋、生物修复、化学破乳等方法。但是以上几种处理技术或多或少受到了工艺成本高、技术弱、安全性低、流程时间较长、处理效果差等限制。因此，从经济和环保的角度考虑，寻找一种降低钻屑含油量和提高后期处理效果的技术尤为重要和迫切。

中国专利文件CN102304353A(申请号：201110190509.3)公开了一种环保型全油基钻井液及其制备方法，该环保型全油基钻井液按下述原料制成:基液白油、氯化钙水溶液、乳化剂、润湿剂、钻井液用有机土、复合封堵剂、提切剂、碱度调节剂、降滤失剂，在上述原料混合物中加入加重剂。但是，该钻井液主要针对的白油全油基钻井液封堵能力、悬浮能力差等问题进行改进，没有针对油基钻井液使用产生的含油钻屑对环境造成污染问题进行解决。

中国专利文件CN 104861944A(申请号：201510218323.2)公开了一种适用于海洋深水钻井的恒流变油基钻井液。包括以下质量份的组分：白油70～100份，氯化钙水溶液0～30份，流型调节剂1.5～5份，乳化剂1～4份，润湿剂0.5～2.5份，钻井液用有机土1～3.5份，降滤失剂1.5～5份，氧化钙0.2～0.6份，加重剂0～260份。该专利文件主要提供一种可在深水钻井井筒温度范围内保持流变性稳定的恒流变油基钻井液。仍然没有针对油基钻井液使用产生的含油钻屑对环境造成污染问题进行解决。

发明内容

针对现有技术中油基钻井液污染环境、处理难度大等不足，本发明提供了一种降低钻屑吸油量的油基钻井液及其制备方法。本发明从钻井液的配方入手，在不影响油基钻井液本身的性能的情况下，降低其危害性，减少对环境的污染以及更便捷合理的处理其废弃物。

本发明的技术方案如下：

一种降低钻屑吸油量的油基钻井液，包括白油、硅酸盐和乳化剂。

根据本发明，优选的，所述的油基钻井液还包括有机土和水。

根据本发明，优选的，所述的油基钻井液还包括有机硅表面活性剂；进一步优选的，所述的有机硅表面活性剂为聚醚三硅氧烷(FC-2230)、羟基聚醚改性聚有机硅氧烷(FC-8033)、聚醚改性聚二甲基硅氧烷(FC-2235)或活性全氟烷基酯化物(FC-200)。

根据本发明，优选的，所述的乳化剂为硬脂酸钙，所述的硅酸盐为硅酸钠。

根据本发明，优选的，所述的油基钻井液包括如下重量百分比的组分：

有机土1～3％，硬脂酸钙3％～4％，有机硅表面活性剂聚醚三硅氧烷(FC-2230)0～1％，硅酸钠3～10％，白油65％～80％，水余量。

根据本发明，上述油基钻井液的制备方法，包括步骤如下：

将白油和水混合后，以速率为4000～5000r/min搅拌5min，加入有机土；提高搅拌转速至6000～8000r/min搅拌5min；加入乳化剂及有机硅表面活性剂，再以速率为3000～4000r/min搅拌30min；最后以1000～1500r/min速率搅拌至气泡消失，即得油基钻井液。

根据本发明油基钻井液的制备方法，优选的，白油和水的体积比为8:2和7:3。

本发明以白油为基油，以硅酸盐为内相，硬脂酸钙作为乳化剂，并加入有机硅表面活性剂，来降低钻屑上的含油量，使钻屑不吸油或者少吸油，避免在油基钻井液使用过程中产生许多含油的钻井废屑，对环境造成严重伤害。

本发明以白油为钻井液基油，在不考虑岩样内部微观孔隙差别的情况下，页岩在白油基钻井液中的吸液量明显要低于柴油基钻井液，而且吸收的主要是水。以硅酸盐为内相配制的油基钻井液中总体吸液量较高，但吸收的主要是水。有机硅表面活性剂可以1,1,1,3,5,5,5-七甲基三硅氧烷(MDHM)和烯丙基环氧基聚醚(APEE)为原料，在H2PtCl6催化下，通过硅氢加成法合成环氧基聚醚改性三硅氧烷(EPETS)。特殊的分子结构使其含有亲水和憎水的两个部分，能改变液体表面张力或两相间界面张力。既有利于形成稳定的油包水乳状液，又能使憎水一段吸附在页岩表面，而水的长直碳链舒展在外侧，从而改善岩石的吸油情况。

本发明以硬脂酸钙为乳化剂，在老化前后流变性，破乳电压变化都不太大，说明这个乳状液配方有较好的抗高温性能。

本发明的有益效果是：

本发明的油基钻井液，针对油基钻井液使用过程中所产生的废弃物钻屑含油量过高的问题，通过改善现有的油基钻井液的配方，使得泥页岩在油基钻井液中总体吸液量降低，并且吸水量大于吸油量，减少油田钻井后期环境污染的负担和处理成本。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步说明，但不限于此。

实施例中所用原料均为常规市购产品。

实施例1

160ml白油与40ml质量浓度为20％的氯化钙溶液于高搅杯，并在速率为4000～5000r/min下搅拌5min至均匀；加入4g有机土，并提高转速至6000～8000r/min继续搅拌5min后，取下，加入6g硬脂酸钙，再进行30min速率为3000～4000r/min的搅拌，最后以1000～1500r/min速率搅拌直至气泡消失。取下测量油基钻井液破乳电压及初始溶液密度，并进行页岩吸液实验，计算吸液实验前后油基钻井液的密度差。

实施例2

160ml白油与40ml质量浓度为3％的硅酸钠溶液于高搅杯，并在速率为4000～5000r/min下搅拌5min至均匀；加入4g有机土，并提高转速至6000～8000r/min继续搅拌5min后，取下，加入6g硬脂酸钙，再进行30min速率为3000～4000r/min的搅拌，最后以1000～1500r/min速率搅拌直至气泡消失。取下测量油基钻井液破乳电压及初始溶液密度，并进行页岩吸液实验，计算吸液实验前后油基钻井液的密度差。

实施例3

160ml白油与40ml质量浓度为10％的硅酸钠溶液于高搅杯，并在速率为4000～5000r/min下搅拌5min至均匀；加入4g有机土，并提高转速至6000～8000r/min继续搅拌5min后，取下，加入6g硬脂酸钙，再进行30min速率为3000～4000r/min的搅拌，最后以1000～1500r/min速率搅拌直至气泡消失。取下测量油基钻井液破乳电压及初始溶液密度，并进行页岩吸液实验，计算吸液实验前后油基钻井液的密度差。

实施例4

140ml白油与60ml质量浓度为3％的硅酸钠溶液于高搅杯，并在速率为4000～5000r/min下搅拌5min至均匀；加入4g有机土，并提高转速至6000～8000r/min继续搅拌5min后，取下，加入6g硬脂酸钙及2g聚醚三硅氧烷(FC-2230)；再进行30min速率为3000～4000r/min的搅拌；最后以1000～1500r/min速率搅拌直至气泡消失。取下测量油基钻井液破乳电压及初始溶液密度，并进行页岩吸液实验，计算吸液实验前后油基钻井液的密度差。

实施例5

160ml白油与40ml质量浓度为10％的硅酸钠溶液于高搅杯，并在速率为4000～5000r/min下搅拌5min至均匀；加入4g有机土，并提高转速至6000～8000r/min继续搅拌5min后，取下，加入6g硬脂酸钙及2g羟基聚醚改性聚有机硅氧烷(FC-2033)，再进行30min速率为3000～4000r/min的搅拌，最后以1000～1500r/min速率搅拌直至气泡消失。取下测量油基钻井液破乳电压及初始溶液密度，并进行页岩吸液实验，计算吸液实验前后油基钻井液的密度差。

对比例1

160ml白油与40ml质量浓度为20％的氯化钙溶液于高搅杯，并在速率为4000～5000r/min下搅拌5min至均匀；加入4g有机土，并提高转速至6000～8000r/min继续搅拌5min后，取下，加入6g硬脂酸钙，再进行30min速率为3000～4000r/min的搅拌，最后以1000～1500r/min速率搅拌直至气泡消失。取下测量油基钻井液破乳电压及初始溶液密度，并进行页岩吸液实验，计算吸液实验前后油基钻井液的密度差。

对比例2

160ml柴油与40ml质量浓度为3％的硅酸钠溶液于高搅杯，并在速率为4000～5000r/min下搅拌5min至均匀；加入4g有机土，并提高转速至6000～8000r/min继续搅拌5min后，取下，加入6g硬脂酸钙，再进行30min速率为3000～4000r/min的搅拌，最后以1000～1500r/min速率搅拌直至气泡消失。取下测量油基钻井液破乳电压及初始溶液密度，并进行页岩吸液实验，计算吸液实验前后油基钻井液的密度差。

对比例3

140ml柴油与60ml质量浓度为3％的硅酸钠溶液于高搅杯，并在速率为4000～5000r/min下搅拌5min至均匀；加入4g有机土，并提高转速至6000～8000r/min继续搅拌5min后，取下，加入6g硬脂酸钙及2g聚醚三硅氧烷(FC-2230)，再进行30min速率为3000～4000r/min的搅拌，最后以1000～1500r/min速率搅拌直至气泡消失。取下测量油基钻井液破乳电压及初始溶液密度，并进行页岩吸液实验，计算吸液实验前后油基钻井液的密度差。

对比例4

160ml柴油与40ml质量浓度为3％的硅酸钠溶液于高搅杯，并在速率为4000～5000r/min下搅拌5min至均匀；加入4g有机土，并提高转速至6000～8000r/min继续搅拌5min后，取下，加入6g硬脂酸钙及2g聚醚三硅氧烷(FC-2230)，再进行30min速率为3000～4000r/min的搅拌，最后以1000～1500r/min速率搅拌直至气泡消失。取下测量油基钻井液破乳电压及初始溶液密度，并进行页岩吸液实验，计算吸液实验前后油基钻井液的密度差。

试验例

将实施例和对比例进行性能测试，实验结果如表1所示。

注：所研究油基钻井液为油包水乳状液体系，泥页岩浸泡其中会吸收液体。如果泥页岩吸收的水量大于吸收的油量，则体系密度下降，反之密度上升。

表1实施例和对比例实验结果

由表1可知：

1、在其它条件相同的情况下，泥页岩在白油钻井液中的吸液量小于在柴油钻井液中的吸液量且在白油钻井液中的吸油量下降(实施例1/对比例1，实施例2/对比例2)，原因可能是白油(C_16～38)分子量大于柴油(C_10～22)，白油对泥页岩的浸润能力低于柴油。

2、与目前国内外使用的氯化钙溶液内相相比，以硅酸盐溶液为内相，可以降低泥页岩在油基钻井液中的吸液量和吸油量(实施例1/实施例2，对比例1/对比例2等)。硅酸盐能够在泥页岩表面强烈吸附和沉积，封堵了泥页岩表面的微孔隙，阻止液体向泥页岩内部的浸入，并使泥页岩表面亲水性增强。

3、有机硅表面活性剂的加入有助于进一步降低泥页岩的吸液量。

以上实验结果说明，本发明相较于其他类型的油基钻井液，能够在不妨碍钻井生产工作的同时，有效地降低钻屑上的含油量，既能减少钻井液的浪费，又能减轻钻井液废弃物后处理的压力。

Claims (9)

1.一种降低钻屑吸油量的油基钻井液，其特征在于，该钻井液包括白油、硅酸盐和乳化剂。

2.根据权利要求1所述的降低钻屑吸油量的油基钻井液，其特征在于，所述的油基钻井液还包括有机土和水。

3.根据权利要求1所述的降低钻屑吸油量的油基钻井液，其特征在于，所述的油基钻井液还包括有机硅表面活性剂。

4.根据权利要求3所述的降低钻屑吸油量的油基钻井液，其特征在于，所述的有机硅表面活性剂为聚醚三硅氧烷、羟基聚醚改性聚有机硅氧烷、聚醚改性聚二甲基硅氧烷或活性全氟烷基酯化物。

5.根据权利要求1所述的降低钻屑吸油量的油基钻井液，其特征在于，所述的乳化剂为硬脂酸钙。

6.根据权利要求1所述的降低钻屑吸油量的油基钻井液，其特征在于，所述的硅酸盐为硅酸钠。

7.根据权利要求1所述的降低钻屑吸油量的油基钻井液，其特征在于，所述的油基钻井液包括如下重量百分比的组分：

有机土1～3％，硬脂酸钙3％～4％，有机硅表面活性剂聚醚三硅氧烷(FC-2230)0～1％，硅酸钠3～10％，白油65％～80％，水余量。

8.一种权利要求1-7任一项所述的油基钻井液的制备方法，包括步骤如下：

将白油和水混合后，以速率为4000～5000r/min搅拌5min，加入有机土；提高搅拌转速至6000～8000r/min搅拌5min；加入乳化剂及有机硅表面活性剂，再以速率为3000～4000r/min搅拌30min；最后以1000～1500r/min速率搅拌至气泡消失，即得油基钻井液。

9.根据权利要求8所述的油基钻井液的制备方法，其特征在于，白油和水的体积比为8:2和7:3。