CN106967395A - 一种高密度、低粘度油基钻井液 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高密度、低粘度油基钻井液，包含主乳化剂、辅乳化剂、润湿稀释剂、碱度调节剂、有机彭润土、降滤失剂、重晶石、无机氯盐和水和油组分。本发明提供的油基钻井液在具有高密度的前提下还具有低粘度特性。由实施例的实验结果可知，本发明提供的高密度、低粘度油基钻井液的密度均大于等于2.0g/cm3，属于高密度钻井液，且钻井液的比重最高能够达到2.5g/cm3。然而，钻井液的漏斗粘度最低却能够达到44s，塑性粘度最低能够达到28mPa·s。此外，本发明提供的高密度、低粘度油基钻井液还具有优异的老化温度，最高老化温度可达到200℃。
Description
技术领域
本发明涉及钻井技术领域，尤其涉及一种高密度、低粘度油基钻井液。
背景技术
随着世界能源需求的不断增长和浅层油气资源的渐次枯竭，未来油气勘探的重心将逐步转向深部地层或超深地层，深井和超深井钻探已经成为今后钻探工业发展的一个重要方向。确保深井和超深井顺利开发的一项关键技术就是高性能钻井液。
高密度钻井液是高性能钻井液的一种，是指实验室内的密度高于2.2g/cm3的钻井液。高密度钻井液能够解决深井高温、高压、高盐、多套压力系统环境的各种复杂问题，目前已成为解决盐膏层、高压盐水层、页岩气钻井的重要技术。
在高密度条件下，钻井液的流变性会变差，如何解决高密度和流变性的矛盾问题，一直以来都是高密度钻井液的技术难点。然而，现有技术虽然能够在一定程度上降低高密度钻井液的粘度，但是其效果仍不理想。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高密度、低粘度油基钻井液，本发明提供的油基钻井液在具有高密度的前提下还具有低粘度特性。
本发明提供了一种高密度、低粘度油基钻井液，包含以下质量含量的组分：
其中，所述无机氯盐和水的质量比为(20～35):(65～80)。
优选的，所述主乳化剂包含油酸、二聚酸和妥儿油脂肪酸，所述油酸、二聚酸和妥儿油脂肪酸的质量比为(20～40):(10～40):(20～40)。
优选的，所述辅乳化剂由包含油酸、妥儿油脂肪酸、二乙醇胺和三乙醇胺的原料制备得到，所述油酸、妥儿油脂肪酸、二乙醇胺和三乙醇胺的质量比为(15～25):(20～30):(25～35):(20～30)。
优选的，所述碱度调节剂为氧化钙、氧化镁、氢氧化钙和氢氧化镁中的一种或几种。
优选的，所述降滤失剂为磺化沥青、天然沥青和腐殖酸酰胺树脂中的一种或几种。
优选的，所述无机氯盐为碱金属氯化物和/或碱土金属氯化物。
优选的，所述无机氯盐为氯化钙、氯化钠和氯化钾中的一种或几种。
优选的，所述油为白油、柴油和气制油中的一种或几种。
优选的，还包含(0,3]的润湿稀释剂。
优选的，所述润湿稀释剂由包含环烷酸、芥酸、二乙醇胺、三聚酸和白油的原料制备得到，所述环烷酸、芥酸、二乙醇胺、三聚酸和白油的质量比为(20～30):(15～25):(25～35):(20～35):(5～15)。
本发明提供了一种高密度、低粘度油基钻井液，包含主乳化剂、辅乳化剂、润湿稀释剂、碱度调节剂、有机彭润土、降滤失剂、重晶石、无机氯盐和水和油组分。本发明提供的油基钻井液在具有高密度的前提下还具有低粘度特性。由实施例的实验结果可知，本发明提供的油基钻井液的密度均大于等于2.0g/cm3，属于高密度钻井液，且钻井液的比重最高能够达到2.5g/cm3；然而，钻井液的漏斗粘度最低却能够达到44s，塑性粘度最低能够达到28mPa·s。此外，本发明提供的油基钻井液还具有优异的老化温度，实施例结果表明，最高老化温度可达到200℃。
具体实施方式
本发明提供了一种高密度、低粘度油基钻井液，包含以下质量含量的组分：
其中，所述无机氯盐和水的质量比为(20～35):(65～80)。
在本发明中，所述油基钻井液包含1.2～3份主乳化剂，优选为1.5～2.5份，更优选为1.8～2.3份。在本发明中，所述主乳化剂优选包含油酸、二聚酸和妥儿油脂肪酸，所述油酸、二聚酸和妥儿油脂肪酸的质量比优选为(20～40):(10～40):(20～40)，更优选为(25～35):(15～35):(25～35)，最优选为(28～32):(20～30):(28～32)。
以1.2～3份主乳化剂为基准，本发明提供的高密度、低粘度油基钻井液包含0.3～1份辅乳化剂，优选为0.5～0.8份，更优选为0.6～0.7份。本发明中，所述辅乳化剂优选为长链脂肪酸酰胺类表面活性剂。在本发明中，所述辅乳化剂的制备方法优选包括以下步骤：
在真空条件下，将油酸、妥儿油脂肪酸、二乙醇胺和三乙醇胺进行热混合，得到热混合物；
对热混合物进行加热处理，得到辅乳化剂。
本发明在真空条件下，将油酸、妥儿油脂肪酸、二乙醇胺和三乙醇胺进行热混合，得到热混合物。在本发明中，所述热混合过程为几种原料物质的酰胺化过程。本发明优选先将油酸和妥儿油脂肪酸混合，再与二乙醇胺和三乙醇胺进行混合。在本发明中，所述真空条件的真空度优选的小于等于-0.1MPa，更优选的小于等于-0.2MPa，最优选的小于等于-0.3MPa。在本发明中，所述热混合的温度优选为110～130℃，更优选为115～125℃，最优选为118～123℃；所述加热处理的时间优选为2～8小时，更优选为3～7小时，最优选为4～6小时。
在本发明中，所述油酸、妥儿油脂肪酸、二乙醇胺和三乙醇胺的质量比优选为(15～25):(20～30):(25～35):(20～30)，更优选为(17～23):(22～28):(27～33):(22～28)，最优选为(19～21):(24～26):(29～31):(24～26)。
得到热混合物后，本发明对所述热混合物进行加热处理，得到辅乳化剂。在本发明中，所述加热处理为热混合物的环化过程。在本发明中，所述加热处理的温度优选为350～370℃，更优选为355～365℃，最优选为358～363℃；所述加热处理的时间优选为2～8小时，更优选为3～7小时，最优选为4～6小时。
以1.2～3份主乳化剂为基准，本发明提供的高密度、低粘度油基钻井液包含1～3份碱度调节剂，优选为1.5～2.5份，更优选为1.8～2.3份。在本发明中，所述碱度调节剂优选为氧化钙、氧化镁、氢氧化钙和氢氧化镁中的一种或几种。在本发明中，当所述碱度调节剂为氧化钙、氧化镁、氢氧化钙和氢氧化镁中的两种时，两种组分(较大分子量组分:较小分子量组分)的质量分配优选为1:1、2:1、1:2、1:3或3:1。在本发明中，当所述碱度调节剂为氧化钙、氧化镁、氢氧化钙和氢氧化镁中的三种时，三种组分(较大分子量组分:较小分子量组分:最小分子量组分)的质量比例优选为(1～5):(1～5):(1～5)，更优选为(2～4):(2～3):(2～3)，最优选为1:1:1。在本发明中，当所述碱度调节剂优选为氧化钙、氧化镁、氢氧化钙和氢氧化镁四种物质的混合物时，氧化钙、氧化镁、氢氧化钙和氢氧化镁的质量比例优选为1:1:1:1。
以1.2～3份主乳化剂为基准，本发明提供的高密度、低粘度油基钻井液包含0.5～2份有机膨润土，优选为0.8～1.8份，更优选为1～1.5份。本发明对所述有机膨润土的来源没有特殊要求，具体的可以为市售的有机膨润土。
以1.2～3份主乳化剂为基准，本发明提供的高密度、低粘度油基钻井液包含1～5份降滤失剂，优选为2～4份，更优选为2.5～3.5份。在本发明中，所述降滤失剂优选为磺化沥青、天然沥青和腐殖酸酰胺树脂中的一种或几种。在本发明中，当所述降滤失剂为磺化沥青、天然沥青和腐殖酸酰胺树脂中的两种时，两种组分(较大分子量组分:较小分子量组分)的质量分配优选为1:1、2:1、1:2、1:3或3:1。在本发明中，当所述降滤失剂为磺化沥青、天然沥青和腐殖酸酰胺树脂中的三种时，磺化沥青、天然沥青和腐殖酸酰胺树脂的质量比例优选为(1～5):(1～5):(1～5)，更优选为(2～4):(2～3):(2～3)，最优选为1:1:1。
以1.2～3份主乳化剂为基准，本发明提供的高密度、低粘度油基钻井液包含10～300份重晶石，优选为50～250份，更优选为100～200份。本发明对所述重晶石的来源没有特殊要求，具体的可以为市售的重晶石。
以1.2～3份主乳化剂为基准，本发明提供的高密度、低粘度油基钻井液包含10～25份无机氯盐和水，优选为12～23份，更优选为15～20份。在本发明中，所述所述无机氯盐为碱金属氯化物和/或碱土金属氯化物，更优选为氯化钙、氯化钠和氯化钾中的一种或几种。在本发明中，所述无机氯盐和水的质量比为(20～35):(65～80)，优选为(22～33):(77～88)，更优选为(25～30):(70～75)。在本发明中，所述无机氯盐和水优选以无机氯盐水溶液的形式进行添加，所述无机氯盐和水的质量浓度优选为20～35％，更优选为22～33％，最优选为25～30％。
以1.2～3份主乳化剂为基准，本发明提供的高密度、低粘度油基钻井液包含75～90份油，优选为78～88份，更优选为80～85份。在本发明中，所述油为白油、柴油和气制油中的一种或几种。
以1.2～3份主乳化剂为基准，本发明提供的高密度、低粘度油基钻井液优选还包含0～3份润湿稀释剂，更优选为0.5～2.5份，最优选为1～2份。本发明中，所述润湿稀释剂优选为自制产品。在本发明中，所述润湿稀释剂的制备方法优选包括以下步骤：
对环烷酸和芥酸进行一级加热处理，得到一级热混物；
对所述一级热混物和二乙醇胺进行二级加热处理，得到二级热混物；
对所述二级热混物和三聚酸进行三级加热处理，得到三级热混物；
对所述三级热混物和白油热混合，得到润湿稀释剂。
本发明对环烷酸和芥酸进行一级加热处理，得到一级热混物。在本发明中，所述一级加热处理为环烷酸和芥酸的接枝过程。在本发明中，所述一级加热处理的温度优选为150～170℃，更优选为155～165℃，最优选为158～163℃；所述一级加热处理的时间优选为50～70分钟，更优选为55～65分钟，最优选为58～63分钟。在本发明中，所述环烷酸和芥酸的质量比优选为(20～30):(15～25)，更优选为(22～28):(17～23)，最优选为(24～26):(19～21)。
得到一级热混物后，本发明对所述一级热混物和二乙醇胺进行二级加热处理，得到二级热混物。在本发明中，所述二级加热处理为一级热混物和二乙醇胺的酰胺化过程。在本发明中，所述二级加热处理的温度优选为150～170℃，更优选为155～165℃，最优选为158～163℃；所述二级加热处理的时间优选为100～140分钟，更优选为110～130分钟，最优选为115～125分钟。在本发明中，所述环烷酸和二乙醇胺的质量比优选为(20～30):(25～35)，更优选为(22～28):(27～33)，最优选为(24～26):(29～31)。
得到二级热混物后，本发明对所述二级热混物和三聚酸进行三级加热处理，得到三级热混物。在本发明中，所述三级加热处理为二级热混物和三聚酸的进一步酰胺化过程和进一步的混合。在本发明中，所述三级加热处理的温度优选为270～290℃，更优选为275～285℃，最优选为278～283℃；所述三级加热处理的时间优选为170～190分钟，更优选为175～185分钟，最优选为178～183分钟。在本发明中，所述环烷酸和三聚酸的质量比优选为(20～30):(20～35)，更优选为(22～28):(23～33)，最优选为(24～26):(25～30)。
得到三级热混物后，本发明对所述三级热混物和白油热混合，得到润湿稀释剂。在本发明中，所述热混合的温度优选为80～100℃，更优选为85～95℃，最优选为88～93℃。在本发明中，所述环烷酸和白油的质量比优选为(20～30):(5～15)，更优选为(22～28):(8～13)，最优选为(24～26):(9～11)。
本发明对所述高密度、低粘度油基钻井液的制备方法没有特殊要求，直接将各组分混合后使用即可。
下面结合实施例对本发明提供的高密度、低粘度油基钻井液进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
在下述实施例中，所述份如无特殊说明均为质量份。
实施例1
将油酸、二聚酸和妥儿油脂肪酸按照质量比20:40:20进行混合，得到主乳化剂。
20份的油酸和25份的妥儿油脂肪酸加热至120℃，密闭抽真空(真空度-0.1MPa)吸入30份二乙醇胺和25份三乙醇胺，保温反应2h后，再继续升温至360℃(加热时间为2h)，保温反应6h，冷却出料得到辅乳化剂。
将25份的环烷酸和20份的芥酸升温至160℃，反应1h后，加入30份的二乙醇胺反应2h，继续加热至280℃，加入三聚酸继续反应3h后，冷却至90℃加入10份的白油，冷却出料即得润湿稀释剂。
将300mL柴油、2.4份的主乳化剂、0.6份的辅乳化剂、1.0份的氧化钙水溶液、2份的彭润有机土、2.5份的磺化沥青、100mL 26％的氯化钙、160份的加重剂混合，得到ρ＝2.00g/cm3的高密度、低粘度油基钻井液。
实施例2
将油酸、二聚酸和妥儿油脂肪酸按照质量比20:10:20进行混合，得到主乳化剂。
15份的油酸和20份的妥儿油脂肪酸加热至120℃，密闭抽真空(真空度-0.1MPa)吸入35份二乙醇胺和30份三乙醇胺，保温反应2h后，再继续升温至360℃(加热时间为2h)，保温反应6h，冷却出料得到辅乳化剂。
将20份的环烷酸和25份的芥酸升温至160℃，反应1h后，加入30份的二乙醇胺反应2h，继续加热至280℃，加入三聚酸继续反应3h后，冷却至90℃加入10份的白油，冷却出料即得润湿稀释剂。
将320mL白油、2.4份的主乳化剂、0.6份的辅乳化剂、0.5份的润湿稀释剂、1.5份的氧化镁、1.5份的彭润有机土、3份的天然沥青、80mL 26％的氯化钙水溶液、200份的加重剂混合，得到ρ＝2.20g/cm3的高密度、低粘度油基钻井液。
实施例3
将油酸、二聚酸和妥儿油脂肪酸按照质量比20:20:20进行混合，得到主乳化剂。
25份的油酸和30份的妥儿油脂肪酸加热至120℃，密闭抽真空(真空度-0.1MPa)吸入30份二乙醇胺和25份三乙醇胺，保温反应2h后，再继续升温至360℃(加热时间为2h)，保温反应6h，冷却出料得到辅乳化剂。
将25份的环烷酸和20份的芥酸升温至160℃，反应1h后，加入25份的二乙醇胺反应2h，继续加热至280℃，加入三聚酸继续反应3h后，冷却至90℃加入15份的白油，冷却出料即得润湿稀释剂。
将320mL气制油、2份的主乳化剂、1份的辅乳化剂、1份的润湿稀释剂、1.0份的氢氧化钙、1份的彭润有机土、3份的腐殖酸酰胺树脂、80mL 26％的氯化钾水溶液、215份的加重剂混合，得到ρ＝2.30g/cm3的高密度、低粘度油基钻井液。
实施例4
将油酸、二聚酸和妥儿油脂肪酸按照质量比20:30:20进行混合，得到主乳化剂。
20份的油酸和25份的妥儿油脂肪酸加热至120℃，密闭抽真空(真空度-0.1MPa)吸入35份二乙醇胺和20份三乙醇胺，保温反应2h后，再继续升温至360℃(加热时间为2h)，保温反应6h，冷却出料得到辅乳化剂。
将22份的环烷酸和20份的芥酸升温至160℃，反应1h后，加入28份的二乙醇胺反应2h，继续加热至280℃，加入三聚酸继续反应3h后，冷却至90℃加入10份的白油，冷却出料即得润湿稀释剂。
将320mL柴油、2份的主乳化剂、0.8份的辅乳化剂、1份的润湿稀释剂、1.5份的氢氧化镁水溶液、1.5份的彭润有机土、2.5份的磺化沥青、80mL26％的氯化钙、240份的加重剂混合，得到ρ＝2.40g/cm3的高密度、低粘度油基钻井液。
实施例5
将油酸、二聚酸和妥儿油脂肪酸按照质量比40:10:30进行混合，得到主乳化剂。
22份的油酸和23份的妥儿油脂肪酸加热至120℃，密闭抽真空(真空度-0.1MPa)吸入32份二乙醇胺和28份三乙醇胺，保温反应2h后，再继续升温至360℃(加热时间为2h)，保温反应6h，冷却出料得到辅乳化剂。
将25份的环烷酸和22份的芥酸升温至160℃，反应1h后，加入30份的二乙醇胺反应2h，继续加热至280℃，加入三聚酸继续反应3h后，冷却至90℃加入8份的白油，冷却出料即得润湿稀释剂。
将340mL柴油、3份的主乳化剂、1份的辅乳化剂、1.5份的润湿稀释剂、1.5份的氧化钙、0.5份的彭润有机土、3份的腐殖酸酰胺树脂、60mL 26％的氯化钠水溶液、260份的加重剂混合，得到ρ＝2.50g/cm3的高密度、低粘度油基钻井液。
本发明分别对实施例1～5得到的高密度、低粘度油基钻井液进行了性能检测，结果如表1所示。
表1实施例1～5得到的高密度、低粘度油基钻井液的性能指标
由表1可知，本发明实施例1～5得到的高密度、低粘度油基钻井液的密度均大于等于2.0g/cm3，属于高密度钻井液，且钻井液的比重最高能够达到2.5g/cm3。然而，钻井液的漏斗粘度最低却能够达到44s，塑性粘度最低能够达到28mPa·s。此外，本发明实施例1～5得到的高密度、低粘度油基钻井液还具有优异的老化温度，最高老化温度可达到200℃。
本发明还对实施例4得到的高密度、低粘度油基钻井液的抗污染性能进行了性能检测，结果如表2所示。
表2实施例4得到的高密度、低粘度油基钻井液的抗污染性
注，表1和表2中：
ρ：钻井液密度，g/cm3；
T：钻井液老化温度，℃；
FV：漏斗粘度，s；
PV：钻井液塑性粘度，mPa·s；
YP：钻井液动切力，Pa；
Φ3：六速旋转粘度计3转读数，无量纲；
HTHP：钻井液高温高压失水(3.5MPa，T，30min)，mL；
ES：钻井液破乳电压，V。
由表2可知，本发明得到的高密度、低粘度油基钻井液具有较好的基础性能和抗污染性能。在受到外来污染后，其破乳电压依然保持较高水平，并且流变性稳定，未突变。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高密度、低粘度油基钻井液，包含以下质量含量的组分：
其中，所述无机氯盐和水的质量比为(20～35):(65～80)。
2.根据权利要求1所述的高密度、低粘度油基钻井液，其特征在于，所述主乳化剂包含油酸、二聚酸和妥儿油脂肪酸，所述油酸、二聚酸和妥儿油脂肪酸的质量比为(20～40):(10～40):(20～40)。
3.根据权利要求1所述的高密度、低粘度油基钻井液，其特征在于，所述辅乳化剂由包含油酸、妥儿油脂肪酸、二乙醇胺和三乙醇胺的原料制备得到，所述油酸、妥儿油脂肪酸、二乙醇胺和三乙醇胺的质量比为(15～25):(20～30):(25～35):(20～30)。
4.根据权利要求1所述的高密度、低粘度油基钻井液，其特征在于，所述碱度调节剂为氧化钙、氧化镁、氢氧化钙和氢氧化镁中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的高密度、低粘度油基钻井液，其特征在于，所述降滤失剂为磺化沥青、天然沥青和腐殖酸酰胺树脂中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的高密度、低粘度油基钻井液，其特征在于，所述无机氯盐为碱金属氯化物和/或碱土金属氯化物。
7.根据权利要求6所述的高密度、低粘度油基钻井液，其特征在于，所述无机氯盐为氯化钙、氯化钠和氯化钾中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的高密度、低粘度油基钻井液，其特征在于，所述油为白油、柴油和气制油中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的高密度、低粘度油基钻井液，其特征在于，还包含(0,3]的润湿稀释剂。
10.根据权利要求9所述的高密度、低粘度油基钻井液，其特征在于，所述润湿稀释剂由包含环烷酸、芥酸、二乙醇胺、三聚酸和白油的原料制备得到，所述环烷酸、芥酸、二乙醇胺、三聚酸和白油的质量比为(20～30):(15～25):(25～35):(20～35):(5～15)。
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