CN107267131B - 一种油基钻井液固井用冲洗液及其资源再利用方法及应用 - Google Patents

一种油基钻井液固井用冲洗液及其资源再利用方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种油基钻井液固井用冲洗液，包括非离子表面活性剂及盐类助洗剂，所述非离子表面活性剂的HLB值为7‑15。本发明还提供了一种油基钻井液，包括基础油、主乳化剂、使用后的油基钻井液固井用冲洗液、有机土以及降滤失剂的混合物。所述冲洗液组分简单，在保证良好冲洗效率的前提下，使用后的冲洗液可以完全资源化，有利于环境保护，所述油基钻井液性能稳定，破乳电压较高，具有良好的流变性能，完全可以满足再次钻井的性能要求。

Description

一种油基钻井液固井用冲洗液及其资源再利用方法及应用
技术领域
本发明涉及一种油基钻井液固井用冲洗液，更具体地涉及一种可完全资源化的油基钻井液固井用冲洗液。
背景技术
油基钻井液是钻井行业钻遇泥岩、页岩等深井复杂地层和长水平井、大位移定向井等特殊工艺井的重要技术保障，是应对上述地层与工况的首选钻井液技术。随着页岩油气资源和复杂深层油气资源的开发，油基钻井液的应用范围与应用规模大幅提升。与水基钻井液不同，使用油基钻井液钻井施工后，其对应会在施工井段的井壁和套管壁产生致密的泥饼和油膜，这将会严重影响固井水泥环在两个界面的胶结强度。为了充分保障固井质量，必须首先采用大量的高效冲洗液将井壁的油基泥饼与套管壁吸附的油基泥浆充分冲洗，实现上述界面润湿性由油润湿向水润湿的翻转，然后再进行固井施工。目前国内外可用于油基钻井液固井用冲洗液有多种。大量现场应用表明，经10-30m3冲洗液冲洗后，基本可以保障井壁与套管的冲洗效果，为后续固井质量提供了有效保障。但是冲洗液使用后在冲洗液中溶解了大量的油基泥饼与油基钻井液，使其含油量增幅达5-30％，其冲洗油基泥饼的能力也大幅降低，无法再次作为冲洗液重复使用；同时，上述专利中所述的冲洗液由于含有多种亲水性的阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂、成分复杂，其使用后直接混入油基钻井液中会严重破坏油基钻井液的乳化稳定性，甚至使的油基钻井液破乳，因此上述发明中的冲洗液使用后也无法混入油基钻井液中。综上所述，目前上述专利使用后的冲洗液只能直接排放或者通过环境保护技术彻底无害化处理。然而，由于使用后的冲洗液溶解了大量的油基钻井液和油基泥饼，如果直接排放不仅会造成严重的环境污染，而且会造成冲洗液中表面活性剂、溶解的油品等有用资源的严重浪费；但如果进行专门的环保处理到达国家工业废液的排放标准，则不仅成本高，而且难度大。因此，随着环境保护和低碳环保要求的日益提高，迫切需要一种可完全资源化再利用的油基钻井液固井用冲洗液。
发明内容
根据现有技术中的不足，本发明提供了一种油基钻井液固井用冲洗液，所述油基钻井液固井用冲洗液组成简单，冲洗效果好，并且其使用后的废液能够被资源再利用为油基钻井液，实现油基钻井液固井用冲洗液废液的零排放，所制备的油基钻井液破乳电压很高，完全可以满足再次钻井的性能要求。
根据本发明的一个方面，提供了一种油基钻井液固井用冲洗液，包括水、非离子表面活性剂及盐类助洗剂，所述非离子表面活性剂的HLB值为7-15，优选为9-11。
根据本发明，所述非离子表面活性剂的HLB值(亲水亲油平衡值)为7-15，在此范围内的非离子表面活性剂与本领域中常见的油基钻井液的主乳化剂如胺类主乳化剂、脂肪磺酸钙类主乳化剂或脂肪酸钙类主乳化剂均均有良好的配伍性，且分布在常见的油基钻井液用辅乳化剂的亲油亲水值要求区间，保障了使用后的冲洗液的油相与水相的乳化稳定，还进一步地节约了后续配置油基钻井液中辅乳化剂的使用量。
根据本发明的一个具体实施例，所述非离子表面活性剂选自胺类非离子表面活性剂，优选选自山梨醇脂肪酸酯、失水山梨醇脂肪酸酯、脂肪酸单乙醇酰胺、脂肪酸二乙醇酰胺和脂肪酸三乙醇酰胺中的至少一种。
根据本发明，所述盐类助洗剂不仅可以有效增强了对油基泥饼的洗脱能力，而且冲洗后的冲洗液由于溶解了大量的盐类，具有较低的活度，保障了后续配置的油基钻井液也具有低活度、强抑制的特征，可有效保证油基钻井液在复杂泥页岩施工时的井壁稳定，阻止钻井液中的水向地层运移。
根据本发明的另一个具体实施例，所述盐类助洗剂选自钠盐类助洗剂，优选选自偏硅酸钠、聚磷酸钠、无定形硅酸钠、层状硅酸钠、4A分子筛、三聚磷酸钠、次氨基三乙酸钠、1-羟基亚乙基-1，1-二磷酸四钠、氨基三亚甲基磷酸五钠和二亚乙基三胺五亚甲基磷酸七钠中的至少一种。
根据本发明，所述水可选自淡水和海水中至少一种。
根据本发明的一个具体实施例，所述水、非离子表面活性剂和盐类助洗剂的配比如下：
水70-92重量份；
非离子表面活性剂5-20重量份；
盐类助洗剂3-10重量份。
根据本发明，所述油基钻井液固井用冲洗液优选仅包括上述组分，但在不影响上述各组分的各自功能的前提下还可以添加其他助剂，例如氯化钙、氯化铁或氯化钠，以进一步调整盐水相的活度，以满足实钻地层井壁稳定的需求。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种油基钻井液固井用冲洗液的资源再利用方法，包括如下步骤：
1)配制所述的冲洗液，然后使用所述冲洗液进行冲洗钻井井壁和/或套管壁，得到使用后的冲洗液；
2)将基础油与主乳化剂混合后，加入所述使用后的冲洗液中，然后加入有机土以及降滤失剂混合，得到油基钻井液；
3)将油基钻井液用于钻井施工。
根据本发明，所述使用后的上述油基钻井液固井用冲洗液，具有较高的含油量以及随着冲洗掺入的油基钻井液和固相组分，所述固相组分包括油基泥饼，例如根据本发明的一个具体实施例，以使用后的上述油基钻井液固井用冲洗液为总体积计，其含油量的体积比为5-25％；和/或以所述使用后的油基钻井液固井用冲洗剂为总重量计，固相含量为3-20wt％。但是通过所述油基钻井液固井用冲洗液中组分所起的作用，使得所述使用后的所述油基钻井液固井用冲洗液可以代替本领域人员制备油基钻井液常规方法中的水相的作用，将其利用在油基钻井液的制备中，并且在利用了以往的废弃资源的同时，减少了常规制备油基钻井液方法中所需组分。
根据本发明，所述基础油与在使用所述冲洗液冲洗过的钻井井壁和/或套管壁上的附着的油基钻井液中的基础油组分相同，所述油基钻井液中的基础油为本领域常见的基础油，例如为柴油、白油及聚α-烯烃。
根据本发明，所述主乳化剂与在使用所述冲洗液冲洗过的钻井井壁和/或套管壁上的附着的油基钻井液中的主乳化剂组分相同，所述油基钻井液中的主乳化剂为本领域常见的主乳化剂，例如离子型主乳化剂、非离子型主乳化剂、有机酸脂类主乳化剂以及有机酸酰胺类主乳化剂。
根据本发明，所述有机土与在使用所述冲洗液冲洗过的钻井井壁和/或套管壁上的附着的油基钻井液中的有机土组分相同，所述油基钻井液中的有机土为本领域常见的有机土，例如柴油用有机土、矿物油用有机土以及合成基有机土。
根据本发明，所述降滤失剂与在使用所述冲洗液冲洗过的钻井井壁和/或套管壁上的附着的油基钻井液中的降滤失剂组分相同，所述油基钻井液中的降滤失剂为本领域常见的降滤失剂，例如沥青类降滤失剂、腐植酸类降滤失剂以及聚合物类降滤失剂。
根据本发明的一个具体实施例，以所述基础油为100重量份计，所述主乳化剂为5-8重量份；所述使用后的油基钻井液固井用冲洗液为10-40质量份；所述有机土为2-4重量份；所述降滤失剂为2-4重量份。
根据本发明，所述混合，可以通过本领域人员常用的方法或仪器实现，根据本发明的一个具体实施例，先将100重量份的所述基础油加入到5-8重量份的所述主乳化剂，在12000rpm下搅拌15-30分钟；再加入10-50重量份的所述使用后的油基钻井液固井用冲洗液，在12000rpm下搅拌30-60分钟；再加入2-4重量份的所述有机土、2-4重量份的所述降滤失剂的混合物，在12000rpm下搅拌30-60分钟。
根据本发明，在步骤2)中还可以进一步混合有辅乳化剂和加重材料，所述辅乳化剂与在使用所述冲洗液冲洗过的钻井井壁和/或套管壁上的附着的油基钻井液中的辅乳化剂组分相同，所述油基钻井液中的辅乳化剂为本领域常见的辅乳化剂，例如离子型辅乳化剂、非离子型辅乳化剂、醇酯类辅乳化剂、醇胺类辅乳化剂以及胺类辅乳化剂，所述加重剂也是本领域常见材料,例如石灰石,根据本发明的一个具体实施例，以所述基础油为100重量份计，所述辅乳化剂为1-3重量份，所述加重材料的加入量按照设计密度确定。
根据本发明，所述油基钻井液固井用冲洗液的组分简单，制备容易，成本较低，在油基井中具有良好的冲洗效果，可以应用在页岩气大位移井和长距离水平井以及复杂深层地层的钻探中，且使用后的所述油基钻井液固井用冲洗液可以再进行资源化利用，实现了工业废液的零排放，满足了对于环境保护的要求。另外，通过所述油基钻井液固井用冲洗液制备的所述油基钻井液破乳电压很高，完全可以满足再次钻井用的性能要求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步说明，但并不构成对本发明的任何限制。
(1)采用“GB/T 16783.2-2012石油天然气工业钻井液现场测试第2部分油基钻井液”规定的方法与仪器测定密度；
(2)采用“GB/T 16783.2-2012石油天然气工业钻井液现场测试第2部分油基钻井液”规定的方法与仪器测定塑性粘度；
(3)采用“GB/T 16783.2-2012石油天然气工业钻井液现场测试第2部分油基钻井液”规定的方法与仪器测定切力；
(4)采用“GB/T 16783.2-2012石油天然气工业钻井液现场测试第2部分油基钻井液”规定的方法与仪器测定破乳电压；
(5)采用“GB/T 16783.2-2012石油天然气工业钻井液现场测试第2部分油基钻井液”规定的方法与仪器测定含油量；
(6)采用“GB/T 16783.2-2012石油天然气工业钻井液现场测试第2部分油基钻井液”规定的方法与仪器测定固相含量。
在下述本实施例中，使用的清水为自来水(取自北京海淀区自来水供水)、淡水湖湖水(取自北京怀柔雁西湖)或海水(取自天津塘沽地区渤海湾)；
使用的非离子表面活性剂为失水山梨醇月桂酸酯SP-20(HLB值8.6)、月桂酸单乙醇酰胺(HLB值7.2)、油酸二乙醇酰胺(HLB值10.4)和椰子油酸三乙醇酰胺(HLB值13.2)，失水山梨醇三油酸酯SP-85(HLB值1.8)、乙二醇脂肪酸酯Emcol EL-50(HLB值3.6)和失水山梨醇单棕榈酸酯SP-40(HLB值6.7)，均购自北京化学试剂公司；
所述HLB值均查询于《表面活性剂作用原理》，中国轻工业出版社，赵国玺、朱
Figure BDA0000961218190000051
瑶著。
使用的助洗剂为偏硅酸钠、三聚磷酸钠、次氨基三乙酸钠和二亚乙基三胺五亚甲基磷酸七钠，均购自北京化学试剂公司。
冲洗液效果评价中使用的油基钻井液的组成如下：
柴油基钻井液(焦页54-1HF井，简称OBM-1，所用材料均来自中国石化石油工程技术研究院)：0#柴油+2.0％SMGEL(有机土)+2.5％SMEMUL-1(主乳化剂)+1.5％SMEMUL-2(辅乳化剂)+20％盐水(CaCl2重量分数25％)+2％CaO+3％SMFLA-O(降滤失剂)+3％SMRPA-O(封堵剂)+加重至1.50g/cm3。
白油基钻井液(取自塔河油田顺9-1H井，该钻井液简称OBM-2，所用材料均来自Schlumberger公司)：3#白油+1.5％VG PLUS(有机土)+2.0％Versamul(主乳化剂)+1.5％Versacoat HF(辅乳化剂)+25％盐水(CaCl2重量分数25％)+2.5％CaO+2.5％Versatrol(降滤失剂)+0.5％Soltex(封堵剂)+3％CARB 40(封堵剂)+加重至1.50g/cm3。
合成基钻井液(简称OBM-3，所用材料均来自Halliburton公司)：聚α-烯烃+2.0％Tao Mod(有机土)+3.0％EZ Mul NT(主乳化剂)+1.2％Factant(辅乳化剂)+20％盐水(CaCl2重量分数20％)+2.5％CaO+3％Adapta(降滤失剂)+加重至1.20g/cm3。
上述钻井液的性能参数见表1
表1钻井液性能
Figure BDA0000961218190000061
实施例1
在70份海水中加入20重量份的椰子油酸三乙醇酰胺，搅拌30min，溶解30min；再加入10重量份的偏硅酸钠，搅拌28min，溶解60min，得到所述冲洗液，将冲洗液性能表示在表2。
使用冲洗液对OBM-1、OBM-2和OBM-3进行冲洗试验，将冲洗效果表示在表3，同时得到使用后冲洗液，将冲洗后的冲洗液性能及组分含量表示在表4。
将100重量份的OBM-1～OBM-3对应使用的基础油，5重量份的OBM-1～OBM-3对应使用的主乳化剂，0.5重量份的OBM-1～OBM-3对应使用的辅乳化剂，在10000rpm下搅拌20分钟，再加入50重量份上述使用后冲洗液，搅拌40分钟，再加入OBM-1～OBM-3对应使用的2重量份的有机土、2重量份的降滤失剂，搅拌40分钟，加重，将得到的油基钻井液性能表示在表5。
实施例2
在92份自来水中加入5重量份的SP-20，搅拌10min，溶解30min；再加入3重量份的二亚乙基三胺五亚甲基磷酸七钠，搅拌10min，溶解30min，得到所述冲洗液，将冲洗液性能表示在表2。
使用冲洗液对OBM-1、OBM-2和OBM-3进行冲洗试验，将冲洗效果表示在表3，同时得到使用后冲洗液，将冲洗后的冲洗液性能及组分含量表示在表4。
将100重量份的OBM-1～OBM-3对应使用的基础油，6重量份的OBM-1～OBM-3对应使用的主乳化剂，1重量份的OBM-1～OBM-3对应使用的辅乳化剂，在10000rpm下搅拌20分钟，再加入50重量份上述使用后冲洗液，搅拌40分钟，再加入OBM-1～OBM-3对应使用的3重量份的有机土、3重量份的降滤失剂，搅拌40分钟，加重，将得到的油基钻井液性能表示在表5。
实施例3
在80份湖水中加入12重量份的月桂酸单乙醇酰胺，搅拌20min，溶解45min；再加入8重量份的偏硅酸钠，搅拌20min，溶解50min，得到所述冲洗液，将冲洗液性能表示在表2。
使用冲洗液对OBM-1、OBM-2和OBM-3进行冲洗试验，将冲洗效果表示在表3，同时得到使用后冲洗液，将冲洗后的冲洗液性能及组分含量表示在表4。
将100重量份的OBM-1～OBM-3对应使用的基础油，7重量份的OBM-1～OBM-3对应使用的主乳化剂，2重量份的OBM-1～OBM-3对应使用的辅乳化剂，在10000rpm下搅拌20分钟，再加入50重量份上述使用后冲洗液，搅拌40分钟，再加入OBM-1～OBM-3对应使用的4重量份的有机土、4重量份的降滤失剂，搅拌40分钟，加重，将得到的油基钻井液性能表示在表5。
实施例4
在85份自来水中加入10重量份的油酸二乙醇酰胺，搅拌12min，溶解32min；再加入5重量份的次氨基三乙酸钠，搅拌10min，溶解30min，得到所述冲洗液，将冲洗液性能表示在表2。
使用冲洗液对OBM-1、OBM-2和OBM-3进行冲洗试验，将冲洗效果表示在表3，同时得到使用后冲洗液，将冲洗后的冲洗液性能及组分含量表示在表4。
将100重量份的OBM-1～OBM-3对应使用的基础油，8重量份的OBM-1～OBM-3对应使用的主乳化剂，3重量份的OBM-1～OBM-3对应使用的辅乳化剂，在10000rpm下搅拌20分钟，再加入50重量份上述使用后冲洗液，搅拌40分钟，再加入OBM-1～OBM-3对应使用的4重量份的有机土、4重量份的降滤失剂，搅拌40分钟，加重，将得到的油基钻井液性能表示在表5。
实施例5
将100重量份的OBM-1～OBM-3对应使用的基础油，8重量份的OBM-1～OBM-3对应使用的主乳化剂，3重量份的OBM-1～OBM-3对应使用的辅乳化剂，在10000rpm下搅拌20分钟，再加入40重量份实施例4使用后冲洗液，搅拌40分钟，再加入OBM-1～OBM-3对应使用的4重量份的有机土、4重量份的降滤失剂，搅拌40分钟，加重，将得到的油基钻井液性能表示在表5。
实施例6
将100重量份的OBM-1～OBM-3对应使用的基础油，8重量份的OBM-1～OBM-3对应使用的主乳化剂，3重量份的OBM-1～OBM-3对应使用的辅乳化剂，在10000rpm下搅拌20分钟，再加入30重量份实施例4使用后冲洗液，搅拌40分钟，再加入OBM-1～OBM-3对应使用的4重量份的有机土、4重量份的降滤失剂，搅拌40分钟，加重，将得到的油基钻井液性能表示在表5。
表2进行冲洗实验前的冲洗液性能
Figure BDA0000961218190000081
表3冲洗液的冲洗效果
Figure BDA0000961218190000091
表4进行冲洗实验后的冲洗液性能及组分
Figure BDA0000961218190000092
Figure BDA0000961218190000101
表5利用使用后的冲洗液制备的油基钻井液性能
Figure BDA0000961218190000102
Figure BDA0000961218190000111
对比例1
分别在85份自来水中加入10重量份的SP-85，搅拌12min，溶解32min；再加入5重量份的次氨基三乙酸钠，搅拌10min，溶解30min，得到所述冲洗液。使用冲洗液对OBM-1、OBM-2和OBM-3进行冲洗试验，将冲洗效果表示在表6。
将100重量份的OBM-1～OBM-3对应使用的基础油，8重量份的OBM-1～OBM-3对应使用的主乳化剂，3重量份的OBM-1～OBM-3对应使用的辅乳化剂，在10000rpm下搅拌20分钟，再加入50重量份上述使用后冲洗液，搅拌40分钟，再加入OBM-1～OBM-3对应使用的4重量份的有机土、4重量份的降滤失剂，搅拌40分钟，加重，将得到的油基钻井液性能表示在表7。
对比例2
分别在85份自来水中加入10重量份的Emcol EL-50，搅拌12min，溶解32min；再加入5重量份的次氨基三乙酸钠，搅拌10min，溶解30min，得到所述冲洗液。使用冲洗液对OBM-1、OBM-2和OBM-3进行冲洗试验，将冲洗效果表示在表6。
将100重量份的OBM-1～OBM-3对应使用的基础油，8重量份的OBM-1～OBM-3对应使用的主乳化剂，3重量份的OBM-1～OBM-3对应使用的辅乳化剂，在10000rpm下搅拌20分钟，再加入50重量份上述使用后冲洗液，搅拌40分钟，再加入OBM-1～OBM-3对应使用的4重量份的有机土、4重量份的降滤失剂，搅拌40分钟，加重，将得到的油基钻井液性能表示在表7。
对比例3
分别在85份自来水中加入10重量份的SP-40，搅拌12min，溶解32min；再加入5重量份的次氨基三乙酸钠，搅拌10min，溶解30min，得到所述冲洗液。使用冲洗液对OBM-1、OBM-2和OBM-3进行冲洗试验，将冲洗效果表示在表6。
将100重量份的OBM-1～OBM-3对应使用的基础油，8重量份的OBM-1～OBM-3对应使用的主乳化剂，3重量份的OBM-1～OBM-3对应使用的辅乳化剂，在10000rpm下搅拌20分钟，再加入50重量份上述使用后冲洗液，搅拌40分钟，再加入OBM-1～OBM-3对应使用的4重量份的有机土、4重量份的降滤失剂，搅拌40分钟，加重，将得到的油基钻井液性能表示在表7。
表6冲洗液的冲洗效果
Figure BDA0000961218190000121
表7利用使用后的冲洗液制备的油基钻井液性能
Figure BDA0000961218190000122
从以上实验结果可以看出，相比对比例，使用本发明所述组分的冲洗液，在保证良好冲洗效率(100％)的前提下，对于使用后的冲洗液可以充分利用，完全资源化，利用使用后的冲洗液配置的油基钻井液性能良好，破乳电压最高可以到达800V，具有良好的流变性能，完全可以满足再次钻井使用的性能要求。
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (9)

1.一种油基钻井液固井用冲洗液，由水、非离子表面活性剂及盐类助洗剂的混合物组成，所述非离子表面活性剂的HLB值为7-15，所述非离子表面活性剂为胺类非离子表面活性剂，所述盐类助洗剂选自偏硅酸钠和次氨基三乙酸钠中的至少一种；所述胺类非离子表面活性剂选自脂肪酸单乙醇酰胺、脂肪酸二乙醇酰胺和脂肪酸三乙醇酰胺中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的冲洗液，其特征在于，所述非离子表面活性剂的HLB值为9-11。
3.根据权利要求1或2所述的冲洗液，其特征在于，在所述冲洗液中，各组分的配比如下：
水 70-92重量份；
非离子表面活性剂 5-20重量份；
盐类助洗剂 3-10重量份。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述冲洗液在钻井施工中的应用。
5.一种油基钻井液固井用冲洗液的资源再利用方法，包括以下步骤：
1）配制权利要求1-3中任意一项所述的冲洗液，然后使用所述冲洗液对钻井井壁和/或套管壁进行冲洗，得到使用后的冲洗液；
2）将基础油与主乳化剂混合后，加入所述使用后的冲洗液中，然后加入有机土、降滤失剂混合，加入加重材料至预期密度，得到油基钻井液；
3）将油基钻井液用于钻井施工。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，以所述使用后的冲洗液为总体积计，所述使用后的冲洗液中的油量的体积含量为5-25%；以所述使用后的冲洗液为总重量计，所述使用后的冲洗液中的固相含量为3-20wt%。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，以所述基础油为100重量份计，所述主乳化剂为5-8重量份；所述使用后的冲洗液为10-50质量份；所述有机土为2-4重量份；所述降滤失剂为2-4重量份。
8.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，在所述步骤2）中还可以进一步混合有辅乳化剂。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，以所述基础油为100重量份计，所述辅乳化剂为0.5-3重量份。
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