CN109021940B - 高温高密度高性能环保水基钻井液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于一种高温高密度高性能环保水基钻井液及其制备方法，其高温高密度高性能环保水基钻井液，以重量份数计，包括：水：325‑340份；氢氧化钠：1.5‑2.0份；评价土：10.0‑15.0份；聚合物增粘剂：7.5‑10份；多功能降滤失剂：10‑18份；高温稳定剂：2.0‑4.0份；高效降粘剂：10.0‑12.5份；防塌润滑剂：5.0‑10.0份；氯化钠：40‑50份；氯化钾：10‑15份；封堵剂：5.0‑10.0份；重晶石：450‑485份。本发明的高温高密度高性能环保水基钻井液具有良好的流变性、润滑性和抗污染能力，重金属含量均在指标范围内、无毒环保，适用于深井、超深井及含有大段盐膏层的地区使用。

Description

高温高密度高性能环保水基钻井液及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种钻井技术领域，特别是涉及一种高温高密度高性能环保水基钻井液及其制备方法。
背景技术
随着石油钻探向深井、超深井发展，所钻地层越来越复杂，高温、高压和高含盐地层增多。为了满足钻探对钻井液技术的要求，必须寻求性能稳定，抗温性能好，抗污染能力强，能提高深井钻井速度的高密度钻井液。
为解决这个突出问题，目前国内外普遍采用油基钻井液，但油基钻井液成本较高，油基钻屑处理难度大。随着新《环境保护法》的实施，对油基钻屑的处理提出了更高的要求。因此石油工作者做了大量的工作，研制出了一系列抗高温高密度环保水基钻井液，但现有的环保型钻井液普遍地存在以下问题：1)部分环保钻井液用量大、成本偏高，在一定程度上降低了产品的竞争力，限制了其推广应用；2)部分环保钻井液体系及处理剂抗温能力较差，高温降解速度快，不能满足长时间井下作业需求；3)钻井液处理剂毒性及生物降解性和钻井液性能稳定性的矛盾没有完全解决好。因此，有必要研发一套高温高密度高性能环保水基钻井液，将钻井液性能、钻井成本和环境保护有机结合起来，达到协调统一。
发明内容
本发明的主要目的在于，提供一种新型的高温高密度高性能环保水基钻井液及其制备方法，所要解决的技术问题是使其具有良好的流变性、润滑性和抗污染能力，重金属含量均在指标范围内、无毒环保，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种高温高密度高性能环保水基钻井液，以重量份数计，其包括：
水：325-340份；
氢氧化钠：1.5-2.0份；
评价土：10.0-15.0份；
聚合物增粘剂：7.5-10份；
多功能降滤失剂：10-18份；
高温稳定剂：2.0-4.0份；
高效降粘剂：10.0-12.5份；
防塌润滑剂：5.0-10.0份；
氯化钠：40-50份；
氯化钾：10-15份；
封堵剂：5.0-10.0份；
重晶石：450-485份。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选的，前述的高温高密度高性能环保水基钻井液，其中所述的聚合物增粘剂为高温改性黄原胶和/或高温改性聚阴离子纤维素PAC-LV中。
优选的，前述的高温高密度高性能环保水基钻井液，其中所述的多功能降滤失剂为乙烯基磺酸钠、甲基丙烯酸、丙烯酸钠和甲基丙烯酰胺的四元共聚物。
优选的，前述的高温高密度高性能环保水基钻井液，其中所述的高温稳定剂为改性有机硅。
优选的，前述的高温高密度高性能环保水基钻井液，其中所述的高效降粘剂为改性木质素磺酸盐。
优选的，前述的高温高密度高性能环保水基钻井液，其中所述的防塌润滑剂剂为磺化沥青soltex、植物沥青和白沥青中的至少一种。
优选的，前述的高温高密度高性能环保水基钻井液，其中所述的高温高密度高性能环保水基钻井液中氯离子浓度为140-160g/L。
优选的，前述的高温高密度高性能环保水基钻井液，其中所述的封堵剂为500-800目碳酸钙粉末和/或1000-2000目的碳酸钙粉末。
优选的，前述的高温高密度高性能环保水基钻井液，所述的重晶石的密度大于4.3g/cm3。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种高温高密度高性能环保水基钻井液的制备方法，其包括：
1)将氢氧化钠、评价土和水混合，搅拌均匀，得到基浆；
2)在所述的基浆中依次加入聚合物增粘剂、多功能降滤失剂、高温稳定剂、高效降粘剂、防塌润滑剂、氯化钠、氯化钾和封堵剂并搅拌均匀，得到胶液；
3)在所述的胶液中加入重晶石，搅拌至密度为2.30-2.40g/cm3，得到高温高密度高性能环保水基钻井液；
其中高温高密度高性能环保水基钻井液为前述的高温高密度高性能环保水基钻井液；
搅拌的速率为10000-12000r/min。
借由上述技术方案，本发明高温高密度高性能环保水基钻井液及其制备方法至少具有下列优点：
1)本发明的钻井液密度高，在2.30-2.40g/cm3下，仍具有良好的流动性能；
2)本发明的钻井液抗高温能力强，在160℃以上，钻井液增稠或者减稠现象不明显，高温高压滤失量低，均能控制在10mL以内，有利于井壁稳定性；
3)本发明的钻井液具有良好的抗饱和盐水、石膏和岩屑等污染能力；
4)本发明的钻井液为白色或者灰色流体；钻井液的重金属全部在指标范围内，无毒、环保；生物毒性EC50大于2.0×104mg/L，属于一般废弃物，可直接排放；
5)本发明的钻井液配置和维护简单，废弃钻井液处理工艺简单；
6)本发明的钻井液适用于深井、超深井及含有大段盐膏层的地区使用。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的高温高密度高性能环保水基钻井液及其制备方法其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
本发明的一个实施例提出的一种高温高密度高性能环保水基钻井液，以重量份数计，其包括：
水：325-340份；
氢氧化钠：1.5-2.0份；
评价土：10.0-15.0份；
聚合物增粘剂：7.5-10份；
多功能降滤失剂：10-18份；
高温稳定剂：2.0-4.0份；
高效降粘剂：10.0-12.5份；
防塌润滑剂：5.0-10.0份；
氯化钠：40-50份；
氯化钾：10-15份；
封堵剂：5.0-10.0份；
重晶石：450-485份。
优选的，聚合物增粘剂为高温改性黄原胶和/或高温改性聚阴离子纤维素PAC-LV。聚合物增粘剂通过化学改性，其抗温能力达到160℃。
优选的，多功能降滤失剂为乙烯基磺酸钠、甲基丙烯酸、丙烯酸钠和甲基丙烯酰胺的四元共聚物。
多功能降滤失剂的制备方法包括：
1)将10g乙烯基磺酸钠加入含有300mL水的反应器中，搅拌乙烯基磺酸钠，使其充分溶解于水；
2)向乙烯基磺酸钠水溶液中加入15g甲基丙烯酸，再加入氢氧化钠溶液调节pH值至7-8，得到第一混合溶液；
3)加热反应器，使反应器中第一混合溶液的温度保持在60℃，然后向第一混合溶液中加入5g甲基丙烯酰胺和4g丙烯酸钠，搅拌均匀得到第二混合溶液；
4)向第二混合溶液中加入0.5g过硫酸钾引发剂，在60℃的条件下反应60min，得到反应产物；将反应产物105℃真空干燥6小时粉碎得到白色粉末状的产物，即为多功能降滤失剂。
多功能降滤失剂在控制滤失的同时，可调节钻井液的粘度。
优选的，高温稳定剂为改性有机硅。
优选的，高效降粘剂为改性木质素磺酸盐，不含铬。
优选的，防塌润滑剂剂为磺化沥青soltex、植物沥青和白沥青中的至少一种。
优选的，氯化钠为一般工业级氯化钠，氯化钾为一般工业级氯化钾，高温高密度高性能环保水基钻井液中氯离子浓度为140-160g/L。
优选的，封堵剂为500-800目碳酸钙粉末和/或1000-2000目的碳酸钙粉末。
优选的，重晶石的密度大于4.3g/cm3。
本发明的另一实施例提出一种高温高密度高性能环保水基钻井液的制备方法，其包括：
1)将氢氧化钠、评价土和水混合，搅拌均匀，得到基浆；
2)在所述的基浆中依次加入聚合物增粘剂、多功能降滤失剂、高温稳定剂、高效降粘剂、防塌润滑剂、氯化钠、氯化钾和封堵剂并搅拌均匀，得到胶液；每种原料分别加入后搅拌，待溶解或者分散均匀后再加入下一种原料，直至全部加完；
3)在所述的胶液中加入重晶石，搅拌至密度为2.30-2.40g/cm3，得到高温高密度高性能环保水基钻井液；
其中高温高密度高性能环保水基钻井液为前述的高温高密度高性能环保水基钻井液；
搅拌的速率为10000-12000r/min。
实施例1
本发明的一个实施例提出一种高温高密度高性能环保水基钻井液的制备方法，其包括：
1)取330mL水，在11000r/min高速搅拌的情况下，加入1.6g氢氧化钠，溶解后加入10g评价土，搅拌10min，得到基浆；
2)在基浆中分别加入7.5g高温改性黄原胶、12.0g多功能降滤失剂、3.0g改性有机硅、11.0g改性木质素磺酸盐、5.0g植物沥青、45.0g氯化钠、12.0g氯化钾、10.0g碳酸钙(500-800目和1000-2000目各5.0g)；每种原料高速搅拌5min，若原料溶解或者分散不充分时，可适当延长搅拌时间，待溶解或者分散均匀后再加入下一种原料，直至全部加完，得到胶液；
3)在胶液中加入460g重晶石，搅拌至密度为2.38g/cm3，得到高温高密度高性能环保水基钻井液；钻井液总体积为500mL。
本发明的另一实施例提出一种高温高密度高性能环保水基钻井液，由实施例1的方法制备而得。
实施例2
本发明的一个实施例提出一种高温高密度高性能环保水基钻井液的制备方法，其包括：
1)取340mL水，在12000r/min高速搅拌的情况下，加入2.0g氢氧化钠，溶解后加入15g评价土，搅拌10min，得到基浆；
2)在基浆中分别加入10g高温改性聚阴离子纤维素PAC-LV、10.0g多功能降滤失剂、2.0g改性有机硅、10.0g改性木质素磺酸盐、10.0g白沥青、50.0g氯化钠、10.0g氯化钾、5.0g碳酸钙(500-800目和1000-2000目各2.5g)；每种原料高速搅拌5min，若原料溶解或者分散不充分时，可适当延长搅拌时间，待溶解或者分散均匀后再加入下一种原料，直至全部加完，得到胶液；
3)在胶液中加入450g重晶石，搅拌至密度为2.35g/cm3，得到高温高密度高性能环保水基钻井液；钻井液总体积为500mL。
本发明的另一实施例提出一种高温高密度高性能环保水基钻井液，由实施例2的方法制备而得。
实施例3
本发明的一个实施例提出一种高温高密度高性能环保水基钻井液的制备方法，其包括：
1)取325mL水，在10000r/min高速搅拌的情况下，加入1.5g氢氧化钠，溶解后加入12g评价土，搅拌10min，得到基浆；
2)在基浆中分别加入10g高温改性黄原胶、10.0g多功能降滤失剂、4.0g改性有机硅、12.5g改性木质素磺酸盐、5.0g磺化沥青soltex、50.0g氯化钠、10.0g氯化钾、8.0g碳酸钙(500-800目和1000-2000目各4g)；每种原料高速搅拌5min，若原料溶解或者分散不充分时，可适当延长搅拌时间，待溶解或者分散均匀后再加入下一种原料，直至全部加完，得到胶液；
3)在胶液中加入485g重晶石，搅拌至密度为2.40g/cm3，得到高温高密度高性能环保水基钻井液；钻井液总体积为500mL。
本发明的另一实施例提出一种高温高密度高性能环保水基钻井液，由实施例3的方法制备而得。
实施例1-3的高温高密度高性能环保水基钻井液在160℃下热滚16h后测试钻井液各项性能。流变性、滤失量和润滑性等基础性能实验数据见表1，其中ρ为密度，AV为表观粘度，PV为塑性粘度，YP为动切力，G10〞/10ˊ为静切力，API为常温中压失水，HTHP为高温高压失水，Kf为粘滞系数。
钻井液性能测定方法按照以下石油行业标准进行执行：石油天然气工业钻井液现场测试第一部分水基钻井液，GB/T16783.1-2014。其中，流变性测试温度为50℃±2℃，HTHP测试温度为160℃±2℃。
表1实施例1-3高温高密度高性能环保水基钻井液热滚老化后性能
Figure BDA0001742190330000071
由表1可以看出，实施例1-3高温高密度高性能环保水基钻井液经160℃高温老化后，超高密度下其流变性良好；滤失量低，有利于保持井壁稳定性；粘滞系数较低，润滑性良好。
在实施例1-3的高温高密度高性能环保水基钻井液中加入一定量石膏、CaCl2和NaCl复合盐水(10％CaCl2加量，Cl-饱和)、水泥石(采用塔里木油田某井过100目水泥石)、岩屑粉(采用塔里木油田某井库姆格列木组岩屑页岩过100目的岩屑粉)，通过评价该体系的流变性和滤失量的变化，来评价实施例1-3的抗污染性能，实验结果如表2所示。其中，流变性测试温度为50℃±2℃，HTHP测试温度为160℃±2℃。
表2实施例1-3高温高密度高性能环保水基钻井液抗污染实验结果
Figure BDA0001742190330000081
由表2可以看出，加入石膏、复合盐水、水泥石和岩屑粉后，钻井液的流变性和滤失量变化都不大，表明该体系至少可抗5％的石膏、岩屑、水泥石和10％复合盐水，表现出较强的抗污染能力。
对实施例1-3的高温高密度高性能环保水基钻井液进行重金属评价，将老化后的钻井液进行重金属含量检测，实验结果见表3。
表3实施例1-3高温高密度高性能环保水基钻井液重金属检测结果
Figure BDA0001742190330000091
根据水溶性油田化学剂环境保护技术要求(SY/T 6788-2010)中钻井液的生物毒性指标，对实施例1-3的高温高密度高性能环保水基钻井液进行了生物毒性试验，结果如表4所示。
表4水溶性油田化学剂生物毒性指标及结果
Figure BDA0001742190330000092
Figure BDA0001742190330000101
实验结果表明：实施例1-3的高温高密度高性能环保水基钻井液的EC50均大于20000mg/L，没有毒性，可直接排放，有利于环境保护。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种高温高密度高性能环保水基钻井液，其特征在于，以重量份数计，其包括：
水：325-340份；
氢氧化钠：1.5-2.0份；
评价土：10.0-15.0份；
聚合物增粘剂：7.5-10份；
多功能降滤失剂：10-18份；
高温稳定剂：2.0-4.0份；
高效降粘剂：10.0-12.5份；
防塌润滑剂：5.0-10.0份；
氯化钠：40-50份；
氯化钾：10-15份；
封堵剂：5.0-10.0份；
重晶石：450-485份；
所述高效降粘剂不含铬；
所述的多功能降滤失剂为乙烯基磺酸钠、甲基丙烯酸、丙烯酸钠和甲基丙烯酰胺的四元共聚物；
所述的封堵剂为500-800目碳酸钙粉末和/或1000-2000目的碳酸钙粉末；所述的防塌润滑剂剂为磺化沥青soltex、植物沥青和白沥青中的至少一种；所述的高温高密度高性能环保水基钻井液中氯离子浓度为140-160g/L；所述的重晶石的密度大于4.3g/cm3。
2.一种高温高密度高性能环保水基钻井液的制备方法，其特征在于，其包括：
1）将氢氧化钠、评价土和水混合，搅拌均匀，得到基浆；
2）在所述的基浆中依次加入聚合物增粘剂、多功能降滤失剂、高温稳定剂、高效降粘剂、防塌润滑剂、氯化钠、氯化钾和封堵剂并搅拌均匀，得到胶液；
3）在所述的胶液中加入重晶石，搅拌至密度为2.30-2.40g/cm3，得到高温高密度高性能环保水基钻井液；
其中高温高密度高性能环保水基钻井液为权利要求1所述的高温高密度高性能环保水基钻井液；
搅拌的速率为10000-12000r/min。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，其包括：
1）取330mL水，在11000r/min高速搅拌的情况下，加入1.6g氢氧化钠，溶解后加入10g评价土，搅拌10min，得到基浆；
2）在基浆中分别加入7.5g高温改性黄原胶、12.0g多功能降滤失剂、3.0g改性有机硅、11.0g改性木质素磺酸盐、5.0g植物沥青、45.0g氯化钠、12.0g氯化钾、10.0g碳酸钙；每种原料高速搅拌5min，若原料溶解或者分散不充分时，可适当延长搅拌时间，待溶解或者分散均匀后再加入下一种原料，直至全部加完，得到胶液；
3）在胶液中加入460g重晶石，搅拌至密度为2.38g/cm3，得到高温高密度高性能环保水基钻井液；钻井液总体积为500mL。
4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，其包括：
1）取340mL水，在12000r/min高速搅拌的情况下，加入2.0g氢氧化钠，溶解后加入15g评价土，搅拌10min，得到基浆；
2）在基浆中分别加入10g高温改性聚阴离子纤维素PAC-LV、10.0g多功能降滤失剂、2.0g改性有机硅、10.0g改性木质素磺酸盐、10.0g白沥青、50.0g氯化钠、10.0g氯化钾、5.0g碳酸钙；每种原料高速搅拌5min，若原料溶解或者分散不充分时，可适当延长搅拌时间，待溶解或者分散均匀后再加入下一种原料，直至全部加完，得到胶液；
3）在胶液中加入450g重晶石，搅拌至密度为2.35g/cm3，得到高温高密度高性能环保水基钻井液；钻井液总体积为500mL。
5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，其包括：
1）取325mL水，在10000r/min高速搅拌的情况下，加入1.5g氢氧化钠，溶解后加入12g评价土，搅拌10min，得到基浆；
2）在基浆中分别加入10g高温改性黄原胶、10.0g多功能降滤失剂、4.0g改性有机硅、12.5g改性木质素磺酸盐、5.0g磺化沥青soltex、50.0g氯化钠、10.0g氯化钾、8.0g碳酸钙；每种原料高速搅拌5min，若原料溶解或者分散不充分时，可适当延长搅拌时间，待溶解或者分散均匀后再加入下一种原料，直至全部加完，得到胶液；
3）在胶液中加入485g重晶石，搅拌至密度为2.40g/cm3，得到高温高密度高性能环保水基钻井液；钻井液总体积为500mL。
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