CN106398668A - 一种环保钻井液 - Google Patents

Abstract

本发明创造提供了一种环保钻井液，包括天然高分子强包被抑制剂、天然高分子降滤失剂、聚合醇、无荧光白沥青防塌剂、降粘剂、油层保护暂堵剂等多种环保处理剂，由天然高分子聚合物等环保处理剂为主构成体系，无生物毒性，具有优良的抑制性、防塌性和润滑性，并通过上述多种环保处理剂的复合抑制、防塌、润滑、暂堵的技术优势，性能优良，易于维护处理，抑制能力强，既满足浅井、中深井钻井生产需要，又能有效保护环境。

Description

一种环保钻井液

技术领域

本发明创造属于石油钻探钻井液技术领域，尤其是涉及一种环保钻井液。

背景技术

随着国内环境保护形势日趋严峻，开发出多种新型环保钻井液体系是钻井液技术发展的必然趋势。

为了减少钻井液对环境的污染，上世纪初就产生了环保钻井液理念，为最大限度减轻钻井液对环境的不利影响，人们普遍趋向于开发以天然高分子材料为主的环保钻井液体系。经过不断的努力，这些年来钻井液环保工作取得了长足的进步，但由于历史和技术上的原因，多种在用钻井液体系仍不同程度地存在着对环境的污染。随着经济的发展，油区环境保护的重要性日益突出，以保护人类健康和安全为目的，实施可持续发展战略的经营理念，已成为国际上各大石油公司关注的潮流和主题。

钻井液污染是钻井污染源的一个重要组成部分。目前常规的钻井液体系的处理剂以聚合物大分子包被剂、聚合物中小分子降滤失剂及沥青类防塌剂、磺化类降滤失剂为主。但这些处理剂大部分原料有毒，同时又因为生产工艺的局限，作为终端产品的处理剂仍含部分有毒物质，如聚合物处理剂中残余的丙烯酰胺、丙烯腈、丙烯酸等单体，沥青类处理剂中含有较多的稠环芳烃，酚醛树脂类处理剂中剩留的酚、醛类物质等均有较强的生物毒性，这些物质无疑都会对井场周围环境、地下水等造成污染。

发明内容

有鉴于此，本发明创造结合华北地区地层岩性特征，为了更好地发挥环保钻井液的技术优势，对多种环保钻井液处理剂进行了较为广泛调研和优选实验，提出一种既满足浅井、中深井钻井生产需要，又能有效保护环境的环保钻井液，以解决现有技术存在的问题。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种环保钻井液，包括水和以水的质量计的以下组分：2～5％膨润土浆，0.1～0.3％Na₂CO₃，0.05～0.2％pH调节剂，0.2～0.35％天然高分子强包被抑制剂，0.5～1.5％天然高分子降滤失剂，1～4％聚合醇，1～4％无荧光白沥青防塌剂，0.1～0.3％降粘剂，1～4％油层保护暂堵剂和惰性加重剂余量；

进一步的，所述pH调节剂为氢氧化钠或氢氧化钾。

进一步的，所述天然高分子强包被抑制剂的分子式为〔C_nH_2n-k-2O_n-k-1(NH_xR_4-x)_k〕_ym(OPOH)_y，其中R为碳原子数为1～5烷基，n＝3～5，k＝1～3，x＝0～4，m＝12500～25000，y＝2～4。

进一步的，所述天然高分子降滤失剂的分子式为〔C_nH_2n-k-2O_n-k-1〕_y(CONH)_x(RSO₃Na)_z，其中n＝3～5，k＝1～3，y＝1000～5000，x＝200～300，z＝200～300，R为碳原子数为1～5烷基。

进一步的，所述聚合醇为RO…(-CH₂-CH₂-O)_n…(-CH₂-CH(CH₃)-)_m-OH和RNH…(-CH₂-CH₂-O-)n…(-CH₂-CH(CH₃)-)_m-OH中的至少一种，其中200<m、n<500。

进一步的，所述无荧光白沥青防塌剂为〔C_nH_2n-k+2CO₂C_mH_2m+1OH(NH₂ROH)_k+C_xH_2xO₂，其中m＝2～500，n＝1～30，x＝1～30，k＝1～9〕。

进一步的，所述降粘剂为(C_nH_mO_l)_x-(CHCH₂SO₃M)_y，其中＝2～4，n＝1～2，l＝1～2，x＝30～50，y＝20～30，M为Na或K。

进一步的，所述油层保护暂堵剂为满足SY/T 5725-1995I型的超细碳酸钙CaCO₃。

进一步的，所述环保钻井液还包括惰性加重剂余量，所述惰性加重剂为BaSO₄、CaCO₃、Fe₂O₃、TiO₂·Fe₂O₃中的至少一种。

本发明还包括一种所述的环保钻井液的制备方法，包括如下步骤：

1)在搅拌状态下采用配方量的水和膨润土配制配方量的膨润土浆，同时加入配方量的纯碱并充分预水化24小时以上；

2)在搅拌状态下加入配方量的酸碱度调节剂，调整pH值大于8；

3)在搅拌状态下依次加入配方量的天然高分子强包被抑制剂、天然高分子降滤失剂、聚合醇、无荧光白沥青防塌剂、降粘剂、油层保护暂堵剂、惰性加重剂，将上述组分混合搅拌均匀并加重至设计要求，即可得到本发明创造所述的环保钻井液。

相对于现有技术，本发明创造所述的环保钻井液具有以下优势：

本发明针对冀中地区浅井、中深井地层特点、钻井施工难点，进行了大量室内试验，研制的环保钻井液体系，创新了冀中浅井、中深井井壁稳定钻井液技术和冀中环保钻井液技术，创新了冀中地区浅井、中深井环保钻井液技术，发挥了天然高分子强包被抑制剂、天然高分子降滤失剂、聚合醇、无荧光白沥青防塌剂、降粘剂、油层保护暂堵剂等多种环保处理剂复合抑制、防塌、润滑、暂堵的技术优势，性能优良，易于维护处理，抑制能力强，既满足浅井、中深井钻井生产需要，又能有效保护环境。除此以外，该体系钻井液成本可接受，社会效益和经济效益可观，为冀中地区钻井提速、保护油气层、井场环保、钻井质量提高以及钻井液技术进步奠定了坚实的基础。

具体实施方式

除非另外说明，本文中所用的术语均具有本领域技术人员常规理解的含义，为了便于理解本发明，将本文中使用的一些术语进行了下述定义。

在说明书和权利要求书中使用的，单数型“一个”和“这个”包括复数参考，除非上下文另有清楚的表述。例如，术语“(一个)细胞”包括复数的细胞，包括其混合物。

所有的数字标识，例如pH、温度、时间、浓度，包括范围，都是近似值。要了解，虽然不总是明确的叙述所有的数字标识之前都加上术语“约”。同时也要了解，虽然不总是明确的叙述，本文中描述的试剂仅仅是示例，其等价物是本领域已知的。

配方中的天然高分子强包被抑制剂天然高分子强包被抑制剂的分子式为〔C_nH_2n-k-2O_n-k-1(NH_xR_4-x)_k〕_ym(OPOH)_y，其中R为碳原子数为1～5烷基，n＝3～5，k＝1～3，x＝0～4，m＝12500～25000，y＝2～4；通过天然植物胶分子自身间的加长反应，使植物胶分子链加长数倍，提高其包被能力；再通过将有抑制性的基团及吸附基团接枝到加长后的植物胶分子链上，提高其抑制能力；然后对加长接枝所得产品进行化学处理，提高其抗温、抗微生物发酵能力，即制得终端产品。其分子量在500万以上，分子链较长，分子链上含有较多的可与粘土结合的基团如羟基、有机铵基、磷羟基等，既能抑制钻屑及粘土颗粒膨胀，又能抑制井壁泥页岩膨胀，防止井眼缩径，且其强抑制性对消除钻头泥包作用明显。经过改性的天然高分子强包被剂较易生物降解，有利于环保。其0.8％的水溶液经生物毒性测试仪检测，其EC₅₀>100000mg/L，说明其无毒且达到可直接排放标准，为环保型钻井液处理剂。

配方中的天然高分子降滤失剂天然高分子强包被抑制剂的分子式为〔C_nH_{2n-k- 2}O_n-k-1〕_y(CONH)_x(RSO₃Na)_z，其中n＝3～5，k＝1～3，y＝1000～5000，x＝200～300，z＝200～300，R为碳原子数为1～5烷基，其中R为碳原子数为1～5烷基，n＝3～5，k＝1～3，x＝0～4，m＝12500～25000，y＝2～4；是利用改性瓜胶、改性植物胶、改性魔芋胶、改性淀粉等天然材料加工而成的，具有良好地抗温能力、防发酵能力。经过改性后较易生物降解，有利于环保。其1％的水溶液经生物毒性测试仪检测，EC₅₀>100000mg/L，说明其无毒且达到可直接排放标准，为环保型钻井液处理剂。

配方中的聚合醇为RO…(-CH₂-CH₂-O)_n…(-CH₂-CH(CH₃)-)_m-OH或RNH…(-CH₂-CH₂-O-)n…(-CH₂-CH(CH₃)-)_m-OH中的至少一种，其中200<m、n<500；是由起始剂与BO(环氧乙烷)、PO(环氧丙烷)开环聚合而成的非离子表面活性剂。其浊点在30-50度之间，在钻井液中可始终保持“亲油疏水分散于水”的状态，通过分子链中胺基、羟基、烷氧基吸附于钻屑及粘土颗料表面，抑制其水化分散与膨胀，可通过氢键吸附在井壁表面，抑制微裂缝的产生，稳定井壁；通过烷氧基、氧金属键在钻具表面形成极压润滑膜，起到润滑、降摩阻及扭矩的作用；可吸附于钻井液中的胶体颗粒表面，使胶体颗粒为电中性，从而保持较好的护胶稳定性；可吸附于油气层孔道表面及油水界面，降低界面张力，减少水锁，保护油气层效果好；抗污染能力强；无荧光，不干扰地质录井。聚合醇较易降解，有利于环保。5％的聚合醇水溶液经生物毒性测试仪检测，EC₅₀>70000mg/L，说明其无毒且达到可直接排放标准，为环保型钻井液处理剂。

配方中的无荧光白沥青防塌剂〔C_nH_2n-k+2CO₂C_mH_2m+1OH(NH₂ROH)_k+C_xH_2xO₂，其中m＝2～500，n＝1～30，x＝1～30，k＝1～9〕：是由油溶性的多元脂肪醇树脂改性而成，既含有油溶性组份C_xH_2xO₂，又含有水溶性组份-CO-O-R(NH₂ROH)_x，无荧光，能与水、土乳化形成可压缩泥饼，起到防塌、润滑和降低高温高压失水的作用，其油溶性组份在温度作用下产生塑形变形，封堵页岩微裂缝，可实现屏蔽暂堵，起到保护油气层和降失水作用。无荧光白沥青防塌剂可降解，有利于环保，其3％的水溶液经生物毒性测试仪检测，EC₅₀>30000mg/L，说明其无毒且达到可直接排放标准，为环保型钻井液处理剂。

配方中的降粘剂为(C_nH_mO_l)_x-(CHCH₂SO₃M)_y，其中m＝2～4，n＝1～2，l＝1～2，x＝30～50，y＝20～30，M为Na或K：是由天然小分子物质与乙烯磺酸盐共聚得到的产物，主要含有-CHCHSO₃ ^-、RO-等官能团，具有较强的吸附能力，水溶性强，具有较强的抗盐、降粘能力。

配方中的油层保护暂堵剂超细碳酸钙：主要成分为CaCO₃，微溶于水，对微小空隙具有优良的封堵防渗漏作用，还具有润滑作用，能保护井壁和钻具；在油气层段可以起到屏蔽暂堵作用，酸溶后解堵，对油气层有优良的保护作用。

配方中的惰性加重剂可提高钻井液密度，平衡地层压力，在井浅时可不加或少加，井深时根据实际需求增加或变换组分添加。配制时，在淡水中按照配方以一定的搅拌速度依次加入相应组份，即得到本发明的钻井液。

下面结合实施例来详细说明本发明创造。

实施例1

水+4.5％土+0.27％Na₂CO₃+0.05％NaOH+0.27％高分子强包被抑制剂+0.9％天然高分子降滤失剂+3.6％聚合醇+1.8％无荧光白沥青防塌剂+0.27％降粘剂+1.8％超细CaCO₃

实施例2

水+5％土+0.3％Na₂CO₃+0.15％NaOH+0.3％高分子强包被抑制剂+1％天然高分子降滤失剂+3％聚合醇+2％无荧光白沥青防塌剂+0.3％降粘剂+2％超细CaCO₃+BaSO₄

表1：实施例1和2在130℃下热滚16h后性能测试

性能参数	实施例1	实施例2
			密度(g/cm3)	1.07	1.38
粘度(S)	66	57
			API(ml)	2	1
HTHP(130℃)	11.2/2	4/2
			PH	8.5	10
MBT(g/L)	22.88	25.74
			AV(mPa.s)	37	44
PV(mPa.s)	29	37
			YP(Pa)	8	7
Gel(10′/10″)	1/2	1.5/2.5
			YP/PV	0.28	0.19
45′摩阻系数	0.050	0.105
			130℃，16h回收率	79.8	90.6

分析以上实施例可见，该环保钻井液具有优良的页岩抑制性、较低的失水、较强的悬浮携带能力和润滑能力，抗温能力强，沉降稳定性好，密度可实施范围较广。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种环保钻井液，其特征在于，包括水和以水的质量计的以下组分：2～5％膨润土浆，0.1～0.3％Na₂CO₃，0.05～0.2％pH调节剂，0.2～0.35％天然高分子强包被抑制剂，0.5～1.5％天然高分子降滤失剂，1～4％聚合醇，1～4％无荧光白沥青防塌剂，0.1～0.3％降粘剂，1～4％油层保护暂堵剂。

2.根据权利要求1所述的环保钻井液，其特征在于：所述pH调节剂为氢氧化钠或氢氧化钾。

3.根据权利要求1所述的环保钻井液，其特征在于：所述天然高分子强包被抑制剂的分子式为〔C_nH_2n-k-2O_n-k-1(NH_xR_4-x)_k〕_ym(OPOH)_y，其中R为碳原子数为1～5烷基，n＝3～5，k＝1～3，x＝0～4，m＝12500～25000，y＝2～4。

4.根据权利要求1所述的环保钻井液，其特征在于：所述天然高分子降滤失剂的分子式为(C_nH_2n-k-2O_n-k-1)_y(CONH)_x(RSO₃Na)_z，其中n＝3～5，k＝1～3，y＝1000～5000，x＝200～300，z＝200～300，R为碳原子数为1～5烷基。

5.根据权利要求1所述的环保钻井液，其特征在于：所述聚合醇为RO…(-CH₂-CH₂-O)_n…(-CH₂-CH(CH₃)-)_m-OH和RNH…(-CH₂-CH₂-O-)n…(-CH₂-CH(CH₃)-)_m-OH中的至少一种，其中200<m、n<500。

6.根据权利要求1所述的环保钻井液，其特征在于：所述无荧光白沥青防塌剂为C_nH_{2n-k+ 2}CO₂C_mH_2m+1OH(NH₂ROH)_k+C_xH_2xO₂，其中m＝2～500，n＝1～30，x＝1～30，k＝1～9。

7.根据权利要求1所述的环保钻井液，其特征在于：所述降粘剂为(C_nH_mO_l)_x-(CHCH₂SO₃M)_y，其中m＝2～4，n＝1～2，l＝1～2，x＝30～50，y＝20～30，M为Na或K。

8.根据权利要求1所述的环保钻井液，其特征在于：所述油层保护暂堵剂为满足SY/T5725-1995I型的超细碳酸钙CaCO₃。

9.根据权利要求1所述的环保钻井液，其特征在于：还包括惰性加重剂余量，所述惰性加重剂为BaSO₄、CaCO₃、Fe₂O₃、TiO₂·Fe₂O₃中的至少一种。

10.根据权利要求1-9任一项所述的环保钻井液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)在搅拌状态下采用配方量的水和膨润土配制配方量的膨润土浆，同时加入配方量的纯碱并充分预水化24小时以上；

2)在搅拌状态下加入配方量的酸碱度调节剂，调整pH值大于8；

3)在搅拌状态下依次加入配方量的天然高分子强包被抑制剂、天然高分子降滤失剂、聚合醇、无荧光白沥青防塌剂、降粘剂、油层保护暂堵剂、惰性加重剂，将上述组分混合搅拌均匀并加重至设计要求，即可得到本发明创造所述的环保钻井液。