CN108239527A - 一种环保型天然气水合物抑制钻井液及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种环保型天然气水合物抑制钻井液及制备方法。包括水、纯碱、烧碱、膨润土、改性淀粉、生物聚合物、丙烯酰胺类聚合物、生物质油、表面活性剂。制备方法是选择带有搅拌器、水力加料漏斗的钻井液配浆罐;计量配浆罐中水的体积和碱类重量,开启搅拌,将碱类加入水中,充分搅拌至完全溶解;将计量好的膨润土粉加入碱水溶液,搅拌水化16小时以上;将计量好的改性淀粉、丙烯酰胺类聚合物、生物聚合物加入上述溶液,搅拌水化6小时以上;将计量好的表面活性剂、生物质油,加入上述溶液,搅拌2小时以上。本钻井液使用环保材料,避免矿物油的污染,因此尤其适用于海上钻井,满足日益严格的海洋环保要求,且降低钻井液成本。

Description

一种环保型天然气水合物抑制钻井液及制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种环保型天然气水合物抑制钻井液体系,具体说在深水石油钻井液 中钻遇天然气,为避免天然气水合物生成,需要选用具有水合物抑制的钻井液体系。
背景技术
[0002] 天然气水合物是水与天然气分子形成的一种笼形晶体化合物。这种笼形化合物在 一定条件下形成,聚结在一起,能堵塞管道,阻碍天然气的开采与运输。在深水油气钻探过 程中,节流压井管线、隔水管、防喷器及海底井口等部位在钻遇天然气层后均易聚集天然气 水合物,给深水油气钻探开发安全带来不利影响。
[0003] 为了抑制水合物的形成,国内外学者不断探索天然气水合物的生成机理、分布规 律和防治技术。天然气水合物预防技术主要包括除水法、加热法、降压控制法、添加热力学 抑制剂法、添加动力学抑制剂法,其中添加热力学抑制剂法是目前应用最广的水合物抑制 方法。早期主要采用注入甲醇、乙二醇等醇类或加入电解质以改变水合物平衡条件。但是采 用此种方法加入量大,防止水合物生成的费用高,同时对环境也有危害。另外,部分矿物油 基钻井液体系具有较好的抑制水合物生成能力,但是由于众所周知的成本高、污染重的原 因,实际应用受到极大限制。
[0004] 生物质油是生物能源的一种,是植物的秸杆通过快速高温裂解生成的醇、醚、纤维 素等成分的混合物。生物质油(Bio-Oil)是纤维素、半纤维素和木质素的各种降解物所组成 的一种混合物。生物质主要包括薪炭林、经济林、用材林、农作物秸杆和农林产品加工残余 物如甘渣、木屑等。生物质油的关键技术环节是快速热解,这一技术理论提出于20世纪70年 代末。即将经粉碎后的农作物秸杆快速加热至500多度,促使其由大分子热解裂变为小分 子形成油离蒸气,再快速冷凝生成生物质油。
[0005] 生物质油用于处理大量的农作物秸杆(比如棉花秸杆),原始目的同样是为替代化 石能源,但是目前研究距离直接作为发动机用油尚远,只能作为简单的燃烧油料。生物质油 不同于生物柴油,生物柴油的主要成分是脂肪酸甲酯,是通过将植物油、动物油进行酯化生 成的,目的是处理餐饮业废油,并替代化石能源用于柴油发动机。相比之下,生物质油原料 广泛,特别是北方棉花秸秆产量十分丰富,其价格远远低于石油、生物柴油等油类。
发明内容
[0006] 本发明的目的是针对现有深水钻井天然气水合物抑制水基、油基钻井液体系成本 高、污染大之不足,提供了一种环保型天然气水合物抑制钻井液及制备方法。该方法利用生 物质油的可再生、环保的特性,配合另外一些环保型钻井液处理剂,解决生物质油与其它钻 井液处理剂的配伍性问题,满足深水钻井要求、促进海洋资源开发。
[0007] 本发明的一种环保型天然气水合物抑制钻井液包括: 1) 水,1000ml; 2) 纯碱,与水体积重量比为0.01〜0.1%; 3) 烧碱,与水体积重量比为〇• 01〜〇• 3%; 4) 膨润土,与水体积重量比为〇〜15%; 5) 改性淀粉,与水体积重量比为〇〜15%; 6) 生物聚合物,与水体积重量比为〇〜5%; 7) 丙烯酰胺类聚合物,与水体积重量比为0.1〜5%; 8) 生物质油,与水体积重量比为1〜50%; 9) 表面活性剂,与水体积重量比为〇 • 1〜5%。
[0008] 所述环保型天然气水合物抑制钻井液的制备方法包括: 1) 选择带有搅拌器、水力加料漏斗的钻井液配浆罐; 2) 计量配浆罐中水的体积,计量纯碱和烧碱重量,开启搅拌,将纯碱和烧碱通过水力加 料漏斗加入水中,充分搅拌,至完全溶解; 3) 继续搅拌,将计量好的膨润土粉通过水力加料漏斗,加入碱水溶液,搅拌水化16小时 以上; 4) 继续搅拌,将计量好的改性淀粉、丙烯酰胺类聚合物、生物聚合物,通过水力加料漏 斗,加入上述溶液,搅拌水化6小时以上; 5) 继续搅拌,将计量好的表面活性剂、生物质油,加入上述溶液,搅拌2小时以上。
[0009] 本发明所述的环保型天然气水合物抑制钻井液进一步包括: 10) 加重材料,与水体积重量比为0〜15% ; 11) 润滑剂,与水体积重量比为0.05〜2 • 5%; 12) 杀菌剂,与水体积重量比为0.05〜1 • 5%。
[0010] 所述的环保型天然气水合物抑制钻井液的制备方法进一步优化: 1) 选择带有搅拌器、水力加料漏斗的钻井液配浆罐; 2) 计量配浆罐中水的体积,计量纯碱和烧碱重量,开启搅拌,将纯碱和烧碱通过水力加 料漏斗加入水中,充分搅拌,至完全溶解; 3) 继续搅拌,将计量好的膨润土粉通过水力加料漏斗,加入碱水溶液,搅拌水化16小时 以上; 4) 继续搅拌,将计量好的改性淀粉、丙烯酰胺类聚合物、生物聚合物,通过水力加料漏 斗,加入上述溶液,搅拌水化6小时以上; ’ 5) 继续搅拌,将计量好的表面活性剂、生物质油,加入上述溶液,搅拌2小时以上; 6) 将计量好的加重材料、润滑剂和杀菌剂加入上述溶液中,搅拌1小时以上。
[0011]所述改性淀粉包括预胶化淀粉、羧甲基淀粉钠、玉米淀粉、蜡质玉米淀粉或羟丙基 淀粉的一种或几种复配;所述丙烯酰胺类聚合物包括丙烯酰胺均聚物、水解丙烯酰胺均聚 物、以丙烯酰胺为部分单体的共聚物、以丙烯酰胺衍生物为部分单体的共聚物或丙烯酰胺 衍生物的均聚物的一种或几种复配;所述表面活性剂包括烷基苯磺酸盐、烷基硫酸盐、吐 温、司盘或聚乙二醇的一种或几种复配;所述生物质油是以生物质为原料采用高温裂解法 生产的生物质油。
[0012]所述加重材料包括重晶石粉、石灰石粉、铁矿粉或方铅矿粉的一种或几种复配;所 述杀菌剂包括甲醛、聚甲醛或戊二醛、石灰的一种或几种复配;所述润滑剂包括矿物油、植 物油及其油脚的改性产物或合成脂类的一种或几种复配。
[0013] 所述生物质原料包括薪炭林、经济林、用材林、农作物秸秆和农林产品加工残余物 的一种或几种复配。
[0014] 所述农林产品加工残余物包括甘渣、木屑。
[0015] 本发明的环保型天然气水合物抑制钻井液及制备方法体系,满足深水钻井性能要 求,对天然气水合物的生成具备较强的抑制作用。钻井液为水基体系,除水、碱类、粘土、加 重材料之外,主要处理剂为生物质油、表面活性剂、改性淀粉、丙烯酰胺类聚合物、生物聚合 物等。粘土主要提供钻井液的粘切力,可以用其他提高粘切材料替代,从而形成无粘土体 系,用于特定区域、目的。
[0016]
具体实施方式
[0017] —种环保型天然气水合物抑制钻井液 1) 水(以 1000ml计) 2) 纯碱与水体积重量比为0.01〜0.1% 3) 烧碱与水体积重量比为0.01〜0.3% 4) 膨润土与水体积重量比为0〜15% 5) 改性淀粉与水体积重量比为0〜15% 6) 生物聚合物与水体积重量比为0〜5% 7) 丙烯酰胺类聚合物与水体积重量比为0.1〜5% 8) 生物质油与水体积重量比为1〜50% 9) 表面活性剂与水体积重量比为0.1〜5% 10) 加重材料根据需求 11) 其它材料润滑剂、杀菌剂等,适量 上述钻井液制备方法: 1)选择带有搅拌器、水力加料漏斗的钻井液配浆罐。
[0018] 2)计量配浆罐中水的体积,计量碱类重量,开启搅拌,将碱类通过水力加料漏斗加 入水中,充分搅拌,至完全溶解。
[0019] 3)继续搅拌,将计量好的膨润土粉通过水力加料漏斗,加入碱水溶液,搅拌水化16 小时以上。
[0020] 4)继续搅拌,将计量好的改性淀粉、丙烯酰胺类聚合物、生物聚合物,通过水力加 料漏斗,加入上述溶液,搅拌水化6小时以上。
[0021] 5)继续搅拌,将计量好的表面活性剂、生物质油,加入上述溶液,搅拌2小时以上。
[0022] 6)根据需要,加入其它材料(如加重材料、润滑剂、杀菌剂等),搅拌丨小时以上。
[0023]上述实施方案中所述改性淀粉从预胶化淀粉、羧甲基淀粉钠、玉米淀粉、蜡质玉米 淀粉或羟丙基淀粉中任选一种或几种复配;所述丙烯酰胺类聚合物从丙烯酰胺均聚物、水 解丙烯酰胺均聚物、以丙烯酰胺为部分单体的共聚物、以丙烯酰胺衍生物为部分单体的共 聚物或丙稀f先胺衍生物的均聚物中任选一种或几种复配;所述表面活性剂从烷基苯磺酸 盐、烧基硫^盐、吐温、司盘或聚乙二醇中任选一种或几种复配;所述生物质油选择以生物 质为原料米用尚温裂解法生产的生物质油;所述加重材料从重晶石粉、石灰石粉、铁矿粉或 万%矿柺中任选一种或几种复配;所述杀菌剂从甲醛、聚甲醛或戊二醛、石灰中任选一种或 几种复配;所述润滑剂从矿物油、植物油及其油脚的改性产物或合成脂类中任选一种或几 种复配;所述生物质原料包括薪炭林、经济林、用材林、农作物秸秆和农林产品加工残余物 (如甘渣、木屑)的一种或几种复配。
[0024] 实施例1: 配方1:水+0.01%纯碱+〇. 02烧碱+5%膨润土+0.5%改性淀粉+〇. 1%生物聚合物+〇 • 1%聚丙 烯酰胺类聚合物+15%生物质油+〇. 5%表面活性剂+0 • 1%杀菌剂。
[0025]以上配方在85°C滚动老化16小时,冷却至室温,测量其性能为:密度1.01以挪3、漏 斗粘度40s、六速31/19/12/8/3/2、初终切3.5/8、塑性粘度12mPa.s、动切力3_5Pa、API滤失 4 • 8ml。天然气水合物抑制能力:初始温度/压力为3〇 • rc/3〇 • 2Mpa、开始生成水合物温度〆 压力为2_3t:/26.6 MPa、从降温到开始生成的时间uimin。 ^〇26]天然气水合物抑制能力评价方法:将钻井液置于高压釜,定速搅拌;通天然气至一 疋初始压力,计量初始温度;尚压爸通冷却液降温,记录温度、压力变化(压力突降说明水合 物开始生成)。以下数据同此方法。
[0027]实施例2: 配方2:水+〇 • 01%纯碱+〇 • 〇2烧碱+5%改性淀粉+〇 • 5%生物聚合物+〇 • 5%聚丙烯酰胺类聚 合物+15%生物质油+0.5%表面活性剂+0.1%杀菌剂。 _8]以上配方在85°C滚动老化16小时,冷却至室温,测量其性能为:密度〇.96g/cm3、漏 斗粘度38s、六速30/16/11/8/3/2、初终切0.5/4、塑性粘度l4mPa_s、动切力1Pa、API滤失 5.8ml。天然气水合物抑制能力:初始温度/压力为28 • i c/30. 〇Mpa、开始生成水合物温度/ 压力为1.3°C/27_6 MPa、从降温到开始生成的时间233min。
[0029]实施例3: 配方3:水+0 • 01%纯碱+0 • 02烧碱+5%改性淀粉+1%生物聚合物+0 •孤聚丙烯酰胺类聚合 物+2f5%生物质油+0 • 5%表面活性剂+〇 • 1%杀菌剂。
[0030]以上配方在85°C滚动老化16小时,冷却至室温,测量其性能为:密度〇.94g/cm3、漏 斗粘度45s、六速38/24/19/12/5/4、初终切1.5/6.5、塑性粘度14mPa_S、动切力5Pa、API滤失 3 • 8ml。天然气水合物抑制能力:初始温度/压力为27 • 51/30 • 〇Mpa、开始生成水合物温度/ 压力为l.(TC/26.8 MPa、从降温到开始生成的时间3〇lmin。

Claims (8)

1. 一种环保型天然气水合物抑制钻井液,其特征在于包括: 1) 水,1000ml; 2) 纯碱,与水体积重量比为〇.01〜0.1%; 3) 烧碱,与水体积重量比为〇.01〜0.3%; 4) 膨润土,与水体积重量比为〇〜15%; 5) 改性淀粉,与水体积重量比为〇〜15%; 6) 生物聚合物,与水体积重量比为0〜5%; 7) 丙烯酰胺类聚合物,与水体积重量比为〜5%; 8) 生物质油,与水体积重量比为1〜50%; 9) 表面活性剂,与水体积重量比为〇 • 1〜5%。
2. 根据权利要求1所述的环保型天然气水合物抑制钻井液,其特征在于还包括: 10) 加重材料,与水体积重量比为〇〜15% ; 11) 润滑剂,与水体积重量比为〇 • 05〜2.5%; 12) 杀菌剂,与水体积重量比为〇. 05〜1 • 5%。
3. 根据权利要求1所述的环保型天然气水合物抑制钻井液,其特征在于:所述改性淀粉 包括预胶化淀粉、羧甲基淀粉钠、玉米淀粉、蜡质玉米淀粉或羟丙基淀粉的一种或几种复 配;所述丙烯酰胺类聚合物包括丙烯酰胺均聚物、水解丙烯酰胺均聚物、以丙烯酰胺为部分 单体的共聚物、以丙烯酰胺衍生物为部分单体的共聚物或丙烯酰胺衍生物的均聚物的一种 或几种复配;所述表面活性剂包括烷基苯磺酸盐、烷基硫酸盐、吐温、司盘或聚乙二醇的一 种或几种复配;所述生物质油是以生物质为原料采用高温裂解法生产的生物质油。
4. 根据权利要求2或3所述的环保型天然气水合物抑制钻井液,其特征在于:所述加重 材料包括重晶石粉、石灰石粉、铁矿粉或方铅矿粉的一种或几种复配;所述杀菌剂包括甲 醛、聚甲醛或戊二醛、石灰的一种或几种复配;所述润滑剂包括矿物油、植物油及其油脚的 改性产物或合成脂类的一种或几种复配。
5. 根据权利要求3所述的环保型天然气水合物抑制钻井液,其特征在于:所述生物质原 料包括薪炭林、经济林、用材林、农作物秸杆和农林产品加工残余物的一种或几种复配。
6. 根据权利要求5所述的环保型天然气水合物抑制钻井液,其特征在于:所述农林产品 加工残余物包括甘渣、木屑。
7.根据权利要求1所述的环保型天然气水合物抑制钻井液的制备方法,其特征在于: 1) 选择带有搅拌器、水力加料漏斗的钻井液配浆罐; 2) 计量配浆罐中水的体积,计量纯碱和烧碱重量,开启搅拌,将纯碱和烧碱通过水力加 料漏斗加入水中,充分搅拌,至完全溶解; 3) 继续搅拌,将计量好的膨润土粉通过水力加料漏斗,加入碱水溶液,搅拌水化16小时 以上; 4) 继续搅拌,将计量好的改性淀粉、丙烯酰胺类聚合物、生物聚合物,通过水力加料漏 斗,加入上述溶液,搅拌水化6小时以上; 5) 继续搅拌,将计量好的表面活性剂、生物质油,加入上述溶液,搅拌2小时以上。
8.根据权利要求2所述的环保型天然气水合物抑制钻井液的制备方法,其特征在于: 1)选择带有搅拌器、水力加料漏斗的钻井液配浆罐; ’ 2) 计量配浆罐中水的体积,计量纯碱和烧碱重量,开启搅拌,将纯碱和烧碱通过水力加 料漏斗加入水中,充分搅拌,至完全溶解•, 3) 继续搅拌,将计量好的膨润土粉通过水力加料漏斗,加入碱水溶液,搅拌水化16小时 以上; 4) 继续搅拌,将计量好的改性淀粉、丙烯酰胺类聚合物、生物聚合物,通过水力加 斗,加入上述溶液,搅拌水化6小时以上; 5) 继续搅拌,将计量好的表面活性剂、生物质油,加入上述溶液,搅拌2小时以上. 6) 将计量好的加重材料、润滑剂和杀菌剂加入上述溶液中,搅拌i小时以上。’
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