CN108034413A - 一种低油水比油基钻井液 - Google Patents

一种低油水比油基钻井液 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低油水比油基钻井液。它包括油相、水相、一体化高性能乳化剂、石灰、有机土、液体降滤失剂、液体沥青、重晶石；油相按体积份数计为41‑59份，水相按体积份数计为41‑59份，所述油相和水相的体积份为100份，一体化高性能乳化剂按重量份数计为2‑4份，石灰按重量份数计为1‑2份，有机土按重量份数计为1‑2份，液体降滤失剂按重量份数计为1‑3份，液体沥青按重量份数计为2‑3份，重晶石按重量份数计为0‑180份。本发明具有油水比较低，在低油水比的前提下，具有较低的粘度、乳液稳定性，能够加重至2.2g/cm3；具有较好的抗温性能、较低的高温高压滤失量，较高的电稳定性，较好的流变性的优点。

Description

一种低油水比油基钻井液
技术领域
本发明涉及石油钻井技术领域，更具体地说它是一种低油水比油基钻井液。
背景技术
钻井液作为钻井工程的重要组成部分，其性能直接关系到深井、超深井的钻井质量、钻井成本和钻井周期。油基钻井液是指以油作为连续相的钻井液，与水基钻井液相比，其具有抗高温、抗盐侵、抗钙侵、有利于井壁稳定、润滑性好和对油气层损害程度较小等多种优点，目前已成为钻高难度的高温深井、大斜度定向井、水平井和各种复杂地层的重要手段。
油基钻井液以柴油或白油等作为连续相，水相作为分散相，通过乳化剂来维持乳化稳定性。目前油基钻井液的油水体积比通常为80︰20-90︰10。水相比例的增加，会破坏体系的乳化稳定性，以及导致体系粘度、滤失量的大幅增加，从而导致整个钻井液体系的性能失控。
油基钻井液的油水比从80︰20-90︰10降低至50︰50，能大幅降低油基钻井液配制成本。20世纪80年代开始，国外研究者就致力于低油水比油基钻井液的研究，Daynes等采用多种乳化剂协作并增加乳化剂的加量研制成油水比50︰50的油基乳化钻井液，但尚未完善。MarkLuyster等采用自制新型乳化剂研制成油水比50︰50～80︰20的油基钻井液，但体系的稳定性欠佳；近年来林永学等对低油水比油基钻井液进行了研究，但油水比最低仅为60：40，且密度仅能达到2.0g/cm3；中国专利“一种40：60的超低油水比的油基乳化钻井液”，申请号：201510479605.8，公开了一种超低油水比油基钻井液，油水比可以达到40：60，但其仅限定了油水比为40：60的情况，并且其耐温仅为120℃，并从给出的实施例来看，其稳定性较差，且钻井液粘切非常高，实施的难度较大。其电稳定性甚至达不达400V的行业标准。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的不足，而提供一种低油水比油基钻井液，油水比较低，在低油水比的前提下，具有较低的粘度，能够加重至2.2g/cm3，具有较好的乳液稳定性，较好的抗温性能，较低的高温高压滤失量，较高的电稳定性，较好的流变性。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种低油水比油基钻井液，其特征在于：包括油相、水相、一体化高性能乳化剂、石灰、有机土、液体降滤失剂、液体沥青、重晶石，油相按体积份数计为41-59份，水相按体积份数计为41-59份，所述油相和水相的体积份数为100份，一体化高性能乳化剂按重量份数计为2-4份，石灰按重量份数计为1-2份，有机土按重量份数计为1-2份，液体降滤失剂按重量份数计为1-3份，液体沥青按重量份数计为2-3份，重晶石按重量份数计为0-180份。
在上述技术方案中，所述钻井液由油相按体积份数计为45-59份，水相按体积份数计为55-41份，所述油相和水相的体积份数为100份，一体化高性能乳化剂按重量份数计为2-4份，石灰按重量份数计为1.5-2份，有机土按重量份数计为1-2份，液体降滤失剂按重量份数计为1-3份，液体沥青按重量份数计为2-3份，重晶石按重量份数计为40-180份组成。
在上述技术方案中，所述油相选自柴油、白油、气制油；石灰选自生石灰、熟石灰；所述有机土为有机膨润土；所述重晶石的密度大于4.2g/cm3；水相为25-35％重量份数的氯化钙水溶液。
在上述技术方案中，所述一体化高性能乳化剂合成工艺为：
将15-20份的妥尔油脂肪酸和15-20份的芥酸混合升温至180℃，抽真空至-0.1MPa反应1.5h后，加入3-5份的十八碳三烯酸和1-3份的二十碳四烯酸继续升温至330℃反应3h后，降温至220℃加入8-10份的牛脂胺继续反应2h后，降温至80℃，加入15-20份三油酸甘油酯，搅拌反应1.5h冷却后即得一体化高性能乳化剂。
在上述技术方案中，所述液体降滤失剂为改性苯乙烯丙烯酸乳液，所述液体降滤失剂的具体合成工艺为：在70份的水中加入5份的烷基苯磺酸钠、3份5000目的碳酸钙，搅拌均匀后，加入10份的丙烯酸和20份的苯乙烯，持续搅拌使其乳化后，加热至90℃，在持续通氮气的情况下反应2h后，加入5份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，降低温度至70℃，继续反应2h后即得液体降滤失剂。
在上述技术方案中，所述液体沥青的合成工艺为：将40-50份的白油升温至150℃，加入0.5-1份的纳米石墨，保温搅拌1h后，加入30-40份的石油沥青或天然沥青使其溶解和分散，持续搅拌4-5h后，冷却至室温即得液体沥青。
在上述技术方案中，所述油水比：41:59，41份柴油，25％重量份数的氯化钙水溶液59份，一体化高性能乳化剂按重量份数计为3份，生石灰按重量份数计为2份，有机膨润土按重量份数计为1份，液体降滤失剂按重量份数计为1份，液体沥青按重量份数计为2份，密度：1.4g/cm3。
在上述技术方案中，所述油水比：59:41，59份油相，35％重量份数的氯化钙水溶液41份，一体化高性能乳化剂按重量份数计为3份，生石灰按重量份数计为1.5份，有机膨润土按重量份数计为1.5份，液体降滤失剂按重量份数计为2份，液体沥青按重量份数计为3份，重晶石按重量份数计为180份，密度：2.2g/cm3。
在上述技术方案中，所述油水比：50:50，50份油相，30％重量份数的氯化钙水溶液50份，一体化高性能乳化剂按重量份数计为2份，生石灰按重量份数计为2份，有机膨润土按重量份数计为2份，液体降滤失剂按重量份数计为3份，液体沥青按重量份数计为2份，重晶石按重量份数计为100份，密度：1.8g/cm3。
本发明具有如下优点：
(1)本发明的低油水比油基钻井液油水比可以低于60:40，最低达到41:59；
(2)本发明的低油水比油基钻井液在低油水比的前提下，具有较低的粘度；
(3)本发明的低油水比油基钻井液在低油水比的前提下，能够加重至2.2g/cm3；
(4)本发明的低油水比油基钻井液具有较好的抗温性能，最高温度可达180℃；
(5)本发明的低油水比油基钻井液在低油水比的条件下，具有较好的乳液稳定性；
(6)本发明的低油水比油基钻井液具有较低的高温高压滤失量，较高的电稳定性，较好的流变性。
具体实施方式
下面结合实施例详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点更加清楚和容易理解,在本专利中油和水为体积份，其它均为重量份。
一种低油水比油基钻井液，其特征在于：包括油相、水相、一体化高性能乳化剂、石灰、有机土、液体降滤失剂、液体沥青、重晶石，油相按体积份数计为41-59份，水相按体积份数计为41-59份，所述油相和水相的体积份数为100份，一体化高性能乳化剂按重量份数计为2-4份，石灰按重量份数计为1-2份，有机土按重量份数计为1-2份，液体降滤失剂按重量份数计为1-3份，液体沥青按重量份数计为2-3份，重晶石按重量份数计为0-180份。
所述钻井液由油相按体积份数计为45-59份，水相按体积份数计为55-41份，所述油相和水相的体积份数为100份，一体化高性能乳化剂按重量份数计为2-4份，石灰按重量份数计为1.5-2份，有机土按重量份数计为1-2份，液体降滤失剂按重量份数计为1-3份，液体沥青按重量份数计为2-3份，重晶石按重量份数计为40-180份组成。
所述油相选自柴油、白油、气制油；石灰选自生石灰、熟石灰；所述有机土为有机膨润土；所述重晶石的密度大于4.2g/cm3；水相为25-35％重量份数的氯化钙水溶液。
所述一体化高性能乳化剂合成工艺为：
将15-20份的妥尔油脂肪酸和15-20份的芥酸混合升温至180℃，抽真空至-0.1MPa反应1.5h后，加入3-5份的十八碳三烯酸和1-3份的二十碳四烯酸继续升温至330℃反应3h后，降温至220℃加入8-10份的牛脂胺继续反应2h后，降温至80℃，加入15-20份三油酸甘油酯，搅拌反应1.5h冷却后即得一体化高性能乳化剂。
所述液体降滤失剂为改性苯乙烯丙烯酸乳液，所述液体降滤失剂的具体合成工艺为：在70份的水中加入5份的烷基苯磺酸钠、3份5000目的碳酸钙，搅拌均匀后，加入10份的丙烯酸和20份的苯乙烯，持续搅拌使其乳化后，加热至90℃，在持续通氮气的情况下反应2h后，加入5份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，降低温度至70℃，继续反应2h后即得液体降滤失剂。
所述液体沥青的合成工艺为：将40-50份的白油升温至150℃，加入0.5-1份的纳米石墨，保温搅拌1h后，加入30-40份的石油沥青或天然沥青使其溶解和分散，持续搅拌4-5h后，冷却至室温即得液体沥青。
实施例1
一种低油水比油基钻井液，油水比：41:59，柴油按重量份数计为41份，25％重量份数的氯化钙水溶液按重量份数计为59份，一体化高性能乳化剂按重量份数计为3份，生石灰按重量份数计为2份，有机膨润土按重量份数计为1份，液体降滤失剂按重量份数计为1份，液体沥青按重量份数计为2份。
所述一体化高性能乳化剂合成工艺为：将15份的妥尔油脂肪酸和20份的芥酸混合升温至180℃，抽真空至-0.1MPa反应1.5h后，加入5份的十八碳三烯酸和1份的二十碳四烯酸继续升温至330℃反应3h后，降温至220℃加入8份的牛脂胺继续反应2h后，降温至80℃，加入20份三油酸甘油酯，搅拌反应1.5h冷却后即得一体化高性能乳化剂。
所述液体降滤失剂为改性苯乙烯丙烯酸乳液，所述液体降滤失剂的具体合成工艺为：在70份的水中加入5份的烷基苯磺酸钠、3份5000目的碳酸钙，搅拌均匀后，加入10份的丙烯酸和20份的苯乙烯，持续搅拌使其乳化后，加热至90℃，在持续通氮气的情况下反应2h后，加入5份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，降低温度至70℃，继续反应2h后即得液体降滤失剂。
所述液体沥青的合成工艺为：将40份的白油升温至150℃，加入0.5份的纳米石墨，保温搅拌1h后，加入30份的石油沥青或天然沥青使其溶解和分散，持续搅拌4h后，冷却至室温即得液体沥青。
实施例2
一种低油水比油基钻井液，油水比：45:55，气制油为45份，35％重量份数的氯化钙水溶液为55份，一体化高性能乳化剂按重量份数计为3份，熟石灰按重量份数计为1.5份，有机膨润土按重量份数计为1.5份，液体降滤失剂按重量份数计为1份，液体沥青按重量份数计为3份，重晶石按重量份数计为40份，密度：1.4g/cm3。
所述一体化高性能乳化剂合成工艺为：将20份的妥尔油脂肪酸和15份的芥酸混合升温至180℃，抽真空至-0.1MPa反应1.5h后，加入3份的十八碳三烯酸和3份的二十碳四烯酸继续升温至330℃反应3h后，降温至220℃加入10份的牛脂胺继续反应2h后，降温至80℃，加入15份三油酸甘油酯，搅拌反应1.5h冷却后即得一体化高性能乳化剂。
液体降滤失剂的合成同实施例1。
所述液体沥青的合成工艺为：将50份的白油升温至150℃，加入1份的纳米石墨，保温搅拌1h后，加入40份的石油沥青或天然沥青使其溶解和分散，持续搅拌5h后，冷却至室温即得液体沥青。
实施例3
一种低油水比油基钻井液，油水比：50:50，白油为50份，30％重量份数的氯化钙水溶液为50份，一体化高性能乳化剂按重量份数计为2份，生石灰重量份数计为0.3份，熟石灰按重量份数计为1.7份，有机膨润土按重量份数计为2份，液体降滤失剂按重量份数计为3份，液体沥青按重量份数计为2份，重晶石按重量份数计为100份，密度：1.8g/cm3。
一体化高性能乳化剂合成同实施例1，液体降滤失剂的合成同实施例1，液体沥青的合成同实施例2。
实施例4
一种低油水比油基钻井液，油水比：55:45，气制油为55份，25％重量份数的氯化钙水溶液为45份，一体化高性能乳化剂按重量份数计为4份，生石灰按重量份数计为2份，有机膨润土按重量份数计为1份，液体降滤失剂按重量份数计为2份，液体沥青按重量份数计为3份，重晶石按重量份数计为150份，密度：2.0g/cm3。
一体化高性能乳化剂合成同实施例2，液体降滤失剂的合成同实施例1，液体沥青的合成同实施例1。
实施例5
一种低油水比油基钻井液，油水比：59:41，白油为59份，35％重量份数的氯化钙水溶液为41份，一体化高性能乳化剂按重量份数计为3份，熟石灰按重量份数计为1份，有机膨润土按重量份数计为1.5份，液体降滤失剂按重量份数计为2份，液体沥青按重量份数计为3份，重晶石按重量份数计为180份，密度：2.2g/cm3。
一体化高性能乳化剂合成同实施例1，液体降滤失剂的合成同实施例1，液体沥青的合成同实施例1。
对上述实施例的性能进行检测，检测结果如表1所示。
表1 实施例的性检测结果表
钻井液 T ρ FV PV YP Φ3 HTHP ES
实施例1 100 0.97 49 20 8 9 1.6 576
实施例2 130 1.4 52 27 11 10 2.0 643
实施例3 180 1.8 56 37 9 9 4.6 721
实施例4 150 2.0 61 46 12 11 4.2 753
实施例5 120 2.2 69 60 11 10 3.0 819
由表1可知，本发明所述的一种低油水比油基钻井液与现有的油基钻井液相比，在低油水比的前提下，具有较低的粘度，能够加重至2.2g/cm3，具有较好的乳液稳定性；具有较好的抗温性能，最高温度可达180℃；具有较低的高温高压滤失量，较高的电稳定性，较好的流变性。
对实施例2制得的一种低油水比油基钻井液的抗污染性能进行分析，分析结果如表2所示：
表2 实施例2制得的一种低油水比油基钻井液的抗污染性能分析表
钻井液 ρ T 抗污染 PV YP Φ3 HTHP ES
实施例2 1.4 130 8％钠膨润土 36 12 11 1.7 613
实施例2 1.4 130 5％氯化钙盐水 40 13 12 1.4 598
实施例2 1.4 130 2％硫酸钙 33 10 10 2.6 677
实施例2 1.4 130 8％页岩粉 35 11 11 2.4 512
其中，ρ：钻井液密度，g/cm3；
T：钻井液老化温度，℃；
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：钻井液电稳定性，V
从表2可以看出，本发明所述的一种低油水比油基钻井液具有较好的基础性能和抗污染性能以及抗温性能。即使受到外来污染后，其电稳定性依然大于行业规定的400V，并且流变性稳定，未突变。该体系能够适应钻井作业的需要。
其它实施例的实验结果显示其效果与实施例2基本相同。
其它未说明的部分均属于现有技术。

Claims (9)

1.一种低油水比油基钻井液，其特征在于：包括油相、水相、一体化高性能乳化剂、石灰、有机土、液体降滤失剂、液体沥青、重晶石，油相按体积份数计为41-59份，水相按体积份数计为41-59份，所述油相和水相的体积份数为100份，一体化高性能乳化剂按重量份数计为2-4份，石灰按重量份数计为1-2份，有机土按重量份数计为1-2份，液体降滤失剂按重量份数计为1-3份，液体沥青按重量份数计为2-3份，重晶石按重量份数计为0-180份。
2.根据权利要求1所述的一种低油水比油基钻井液，其特征在于：所述钻井液由油相按体积份数计为45-59份，水相按体积份数计为55-41份，所述油相和水相的体积份数为100份，一体化高性能乳化剂按重量份数计为2-4份，石灰按重量份数计为1.5-2份，有机土按重量份数计为1-2份，液体降滤失剂按重量份数计为1-3份，液体沥青按重量份数计为2-3份，重晶石按重量份数计为40-180份组成。
3.根据权利要求1所述的一种低油水比油基钻井液，其特征在于：所述油相选自柴油、白油、气制油；石灰选自生石灰、熟石灰；所述有机土为有机膨润土；所述重晶石的密度大于4.2g/cm3；水相为25-35％重量份数的氯化钙水溶液。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种低油水比油基钻井液，其特征在于：所述一体化高性能乳化剂合成工艺为：
将15-20份的妥尔油脂肪酸和15-20份的芥酸混合升温至180℃，抽真空至-0.1MPa反应1.5h后，加入3-5份的十八碳三烯酸和1-3份的二十碳四烯酸继续升温至330℃反应3h后，降温至220℃加入8-10份的牛脂胺继续反应2h后，降温至80℃，加入15-20份三油酸甘油酯，搅拌反应1.5h冷却后即得一体化高性能乳化剂。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种低油水比油基钻井液，其特征在于：所述液体降滤失剂为改性苯乙烯丙烯酸乳液，所述液体降滤失剂的具体合成工艺为：在70份的水中加入5份的烷基苯磺酸钠、3份5000目的碳酸钙，搅拌均匀后，加入10份的丙烯酸和20份的苯乙烯，持续搅拌使其乳化后，加热至90℃，在持续通氮气的情况下反应2h后，加入5份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，降低温度至70℃，继续反应2h后即得液体降滤失剂。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种低油水比油基钻井液，其特征在于：所述液体沥青的合成工艺为：将40-50份的白油升温至150℃，加入0.5-1份的纳米石墨，保温搅拌1h后，加入30-40份的石油沥青或天然沥青使其溶解和分散，持续搅拌4-5h后，冷却至室温即得液体沥青。
7.根据权利要求6所述的一种低油水比油基钻井液，其特征在于：所述油水比：41:59，41份柴油，25％重量份数的氯化钙水溶液59份，一体化高性能乳化剂按重量份数计为3份，生石灰按重量份数计为2份，有机膨润土按重量份数计为1份，液体降滤失剂按重量份数计为1份，液体沥青按重量份数计为2份，密度：1.4g/cm3。
8.根据权利要求6所述的一种低油水比油基钻井液，其特征在于：所述油水比：59:41，59份油相，35％重量份数的氯化钙水溶液41份，一体化高性能乳化剂按重量份数计为3份，生石灰按重量份数计为1.5份，有机膨润土按重量份数计为1.5份，液体降滤失剂按重量份数计为2份，液体沥青按重量份数计为3份，重晶石按重量份数计为180份，密度：2.2g/cm3。
9.根据权利要求6所述的一种低油水比油基钻井液，其特征在于：所述油水比：50:50，50份油相，30％重量份数的氯化钙水溶液50份，一体化高性能乳化剂按重量份数计为2份，生石灰按重量份数计为2份，有机膨润土按重量份数计为2份，液体降滤失剂按重量份数计为3份，液体沥青按重量份数计为2份，重晶石按重量份数计为100份，密度：1.8g/cm3。
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