CN107629767A - 一种钻井用油基润滑防卡剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钻井用油基润滑防卡剂及其制备方法和应用，其由80‑100份的基础油，10‑20份的低荧光磺化沥青，10‑20份的琥珀酸钠，10‑15份的润滑剂，3‑5份的润湿分散剂，2‑4份的促进剂，3‑6份的纳米颗粒，4‑6份的甲酸盐，按照一定的顺序通过混合、搅拌制成。与传统产品，本发明的产品其稳定性高，润滑性能优异，解卡速度快，且更适合高温地层下的防卡和解卡，并且易于配制，方便现场施工。
Description
技术领域
本发明涉及一种油基润滑防卡剂，特别涉及该油基润滑防卡剂在页岩油气钻井中的应用，属于石油钻井技术领域。
背景技术
在钻井实践中，由于井结构的变化、泥浆性能的变化以及地层特性等因素常引发卡钻事故。特别是在页岩油气钻井中，使用空气-雾化钻井或者泡沫钻井经常遇到水敏性页岩地层，泥页岩岩屑容易粘结成团从而造成卡钻。
发生卡钻后，一般可采用化学处理的方法进行解卡：一是采用清水、胶液或低密度钻井液对卡点进行冲洗。二是泡酸，一般适用于碳酸盐地层，且地层不易井漏。三是泡解卡剂，此方法作业方便，解卡快捷。
现有的解卡剂，大致可分两类。一类是水溶性的聚合物、树脂作为增粘剂，加入渗透剂、润滑剂、辅助剂等表面活性物质配成基液，用重晶石作为加重剂配制的低固相水基解卡液。另一类是用柴油、聚醚等作为分散剂，复配渗透剂等其他功能助剂配制成油基或乳液状解卡剂。常见的液体解卡剂主要有SJK-1、DJK-1等。
现有的解卡剂，虽然在渗透剂的作用下，基础油能够进入泥饼与钻具之间从而实现解卡，但是这种解卡剂由于润滑性能低，导致一次解卡后，很容易再次可钻，从而解卡效率低。并且，采用重晶石进行加重，对钻井液的流变性提出了较高要求，而采用水基解卡液，对泥页岩地层卡钻的解卡结果效果差。
本发明提供了一种钻井用油基润滑防卡剂及其制备方法和应用，克服了上述现有技术存在的问题，其稳定性高，润滑性能优异，解卡速度快，且更适合高温地层下的防卡和解卡，并且易于配制，方便现场施工。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明所要解决的问题是提供一种钻井用油基润滑防卡剂及其制备方法和应用。
根据本发明的第一方面，提供一种钻井用油基润滑防卡剂，其特征在于，该润滑防卡剂按质量份组成为：80-100份的基础油，10-20份的低荧光磺化沥青，10-20份的琥珀酸钠，10-15份的润滑剂，4-6份的甲酸盐，3-5份的润湿分散剂，2-4份的促进剂，3-6份的纳米颗粒。
其中：
所述基础油为低荧光或无荧光的矿物油、植物油的任意一种，优选植物油。
所述润滑剂由以下方法制备：将植物油、浓硫酸和二乙醇胺按照重量比60-90∶1-11∶1-10进行混合，反应温度控制在110-140℃，反应3-5小时后，继续加入重量比为60-180∶5-20的脂肪酸甲酯和硝酸，反应温度控制在90-120℃，反应1-3小时后，冷却至室温得液体润滑剂。
所述植物油可任意选自棕榈油、蓖麻油、豆油中的一种。
所述润湿分散剂为聚氧乙烯烷基醚磷酸酯、聚氧丙烯烷基醚磷酸酯中的至少一种。
所述甲酸盐为甲酸钾、甲酸钠中的任意一种，优选甲酸钾。
所述促进剂为氟碳表面活性剂，其结构式为：
CF3CF2CF2OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COO(CH2)nCH3，n为11、15或17。
所述纳米颗粒为ZnO、LiTaO3、BaTiO3、PbTiO3、SrTiO3、KNbO3、BiFeO3中的至少一种。
根据本发明的第二方面，提供一种钻井用油基润滑防卡剂的制备方法，其特征在于，常温下将低荧光磺化沥青溶解于基础油中，充分搅拌后，再依次加入润滑剂、促进剂、润湿分散剂，充分溶解后，依次加入琥珀酸钠、纳米颗粒，继续搅拌，最后加入甲酸盐，搅拌、静置后即得稳定体系。
根据本发明的第三方面，将本发明的油基润滑防卡剂用于页岩油气钻井。
本发明的有益效果是：
(1)本发明将润湿分散剂和促进剂复配使用，充分利用了润湿分散剂的分散、润湿作用，促进剂的低表面张力性质，两者不仅提高了油基防卡剂的稳定性，并且促使防卡剂更容易渗入泥饼与管住界面，提高了解卡效率。
(2)对植物油进行酯化改性和消光处理，生成的脂肪酸醇胺酯具有润滑性，并且其具有的乳化能力促使其无需添加额外的乳化剂便可稳定分散在钻井液中，其具有的阳离子特性对泥页岩具有一定的抑制作用，不易滤失，消光后对录井干扰小。
(3)甲酸盐能够在较低用量下提高钻井液密度；甲酸根与地层水配伍性良好，遇钙镁离子不会沉淀，同时可有效使泥饼或井壁岩层脱水，产生微裂缝，润滑性物质将渗入管柱与泥饼或井壁之间传递，提高了解卡效率。
(4)纳米颗粒本身具有一定的润滑作用，本发明选择的热释电纳米材料，在地层温度下容易产生极化，从而导致在泥饼和金属表面都具有良好的吸附性，进一步提高了润滑性，降低了卡钻风险。
(5)本发明的润滑防卡剂，稳定性可达90天，常温下解卡时间约40min，可耐100℃高温，且高温下具有更优异的解卡性能，并且其优异的润滑性能有利于钻井过程中的防卡。
具体实施方式
实施例1
步骤一：将蓖麻油、浓硫酸和二乙醇胺按照重量比60∶1∶3进行混合，反应温度控制在110℃，反应3小时后，继续加入重量比为60∶5的脂肪酸甲酯和硝酸，反应温度控制在100℃，反应2小时后，冷却至室温得液体润滑剂。
步骤二：常温下将低荧光磺化沥青10份溶解于蓖麻油80份中，充分搅拌后，再依次加入步骤一制备的润滑剂12份、促进剂2份、聚氧乙烯烷基醚磷酸酯3份，充分溶解后，依次加入琥珀酸钠10份、ZnO纳米颗粒3份，继续搅拌，最后加入甲酸盐4份，搅拌、静置后即得稳定体系。
实施例2
步骤一：将棕榈油、浓硫酸和二乙醇胺按照重量比80∶6∶5进行混合，反应温度控制在130℃，反应4小时后，继续加入重量比为100∶10的脂肪酸甲酯和硝酸，反应温度控制在110℃，反应2小时后，冷却至室温得液体润滑剂。
步骤二：常温下将低荧光磺化沥青15份溶解于棕榈油90份中，充分搅拌后，再依次加入步骤一制备的润滑剂14份、促进剂3份、聚氧丙烯烷基醚磷酸酯4份，充分溶解后，依次加入琥珀酸钠15份、LiTaO3纳米颗粒5份，继续搅拌，最后加入甲酸盐4份，搅拌、静置后即得稳定体系。
实施例3
步骤一：将豆油、浓硫酸和二乙醇胺按照重量比90∶11∶10进行混合，反应温度控制在140℃，反应5小时后，继续加入重量比为160∶20的脂肪酸甲酯和硝酸，反应温度控制在120℃，反应3小时后，冷却至室温得液体润滑剂。
步骤二：常温下将低荧光磺化沥青20份溶解于豆油100份中，充分搅拌后，再依次加入步骤一制备的润滑剂15份、促进剂4份、聚氧乙烯烷基醚磷酸酯5份，充分溶解后，依次加入琥珀酸钠20份、KNbO3纳米颗粒6份，继续搅拌，最后加入甲酸盐5份，搅拌、静置后即得稳定体系。
对比例1
将实施例1中的ZnO纳米颗粒替换为CaO纳米颗粒，其余不变。
对比例2
实施例1中不添加促进剂，其余不变。
对比例3
实施例1中不添加润湿分散剂，其余不变。
对比例4
实施例1中不添加纳米颗粒，其余不变。
试验例1
油基润滑防卡剂稳定性测试：
把试样充分搅匀后，在室温条件下进行静置，分别观察静置1、10、15、30、90、120天后的液体分层状况，并按GB/T16783-1997中密度测试方法在室温条件下测试液体上部和下部密度，并计算沉降密度差。
表1油基润滑防卡剂的沉降密度差
由表1可以看出，本发明的油基润滑防卡剂，在静置90天后，沉降密度差不超过0.3g/cm3，120天后出现明显分层，可见本发明的的润滑防卡剂具有优异的稳定性。并且，不添加促进剂或者不添加润湿分散剂，油基润滑防卡剂，在静置30天后，沉降密度差超过了0.4g/cm3，静置90天后已经出现明显分层，稳定性较差。
试验例2
在500ml蒸馏水中加入15g的钠基膨润土，充分搅拌静置24h，得到3wt％的淡水基浆。测量时向基浆中加入1wt％的评价样品，搅拌均匀，对加入样品前后基浆的粘附性、摩阻性分别采用NF型粘附系数测定仪，E-P型极压润滑仪进行测试，对加入样品后基浆的流变性、解卡性采用JK型解卡仪进行测试，其中老化实验条件为：100℃，16h。
表2油基润滑防卡剂的流变性、解卡性、润滑性测试
由表2可知，本发明的油基润滑防卡剂，利用了润湿分散剂和促进剂的协同作用，有效地降低了油基润滑防卡剂的粘度和解卡时间，减少了因防卡剂的添加对钻井液流变性带来的影响，同时提高了解卡效率。热滚前后，其粘度、切力、滤失量变化不大，表明了本发明的油基润滑防卡剂具有较好的流变性能和耐高温能力。并且100℃老化后，其解卡时间可以从约40分钟减少到约30分钟，粘附系数降低率可以从约75％增大到约85％，摩阻系数降低率可以从约70％左右增大到80％，可见温度升高后，相比常见的纳米材料，由于热释电纳米颗粒的极化作用，导致本发明的基润滑防卡剂具有更高的解卡效率，更加优异的润滑性能，有利于高温、深井钻探中的防卡、解卡。
综上所述，以上实施例仅为举例说明本发明，在不偏离本发明实质的前提下，在本发明的保护范围内所做的替换或者改变，均应被理解为在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种钻井用油基润滑防卡剂，其特征在于按质量份组成为：80-100份的基础油，10-20份的低荧光磺化沥青，10-20份的琥珀酸钠，10-15份的润滑剂，3-5份的润湿分散剂，2-4份的促进剂，3-6份的纳米颗粒，4-6份的甲酸盐。
2.根据权利要求1所述的钻井用油基润滑防卡剂，其特征在于基础油为低荧光或无荧光的矿物油、植物油的任意一种，优选植物油。
3.根据权利要求2所述的钻井用油基润滑防卡剂，其特征在于润滑剂的制备方法为：将植物油、浓硫酸和二乙醇胺按照重量比60-90∶1-11∶1-10进行混合，反应温度控制在110-140℃，反应3-5小时后，继续加入重量比为60-180∶5-20的脂肪酸甲酯和硝酸，反应温度控制在90-120℃，反应1-3小时后，冷却至室温得液体润滑剂。
4.根据权利要求2-3任一项所述的钻井用油基润滑防卡剂，其特征在于植物油为棕榈油、蓖麻油、豆油中的任意一种。
5.根据权利要求4所述的钻井用油基润滑防卡剂，其特征在于润湿分散剂为聚氧乙烯烷基醚磷酸酯、聚氧丙烯烷基醚磷酸酯中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的钻井用油基润滑防卡剂，其特征在于甲酸盐为甲酸钾、甲酸钠中的任意一种，优选甲酸钾。
7.根据权利要求6所述的钻井用油基润滑防卡剂，其特征在于促进剂为氟碳表面活性剂，其结构式为：CF3CF2CF2OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COO(CH2)nCH3，n为11、15或17。
8.根据权利要求7所述的钻井用油基润滑防卡剂，其特征在于纳米颗粒为ZnO、LiTaO3、BaTiO3、PbTiO3、SrTiO3、KNbO3、BiFeO3中的至少一种。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述的钻井用油基润滑防卡剂的制备方法，其特征在于，常温下将低荧光磺化沥青溶解于基础油中，充分搅拌后，再依次加入润滑剂、促进剂、润湿分散剂，充分溶解后，依次加入琥珀酸钠、纳米颗粒，继续搅拌，最后加入甲酸盐，搅拌、静置后即得稳定体系。
10.一种根据权利要求1-9所述的钻井用油基润滑防卡剂在页岩油气钻井中的应用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180126 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |