CN110055040A - 一种环保型水基钻井液用提切剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钻井液技术领域，尤其涉及一种环保型水基钻井液用提切剂及其制备方法。本发明通过制备混合乳液、调整并记录混合乳液pH值、混合乳液的陈化、抽真空过滤和恒温静置五个步骤，制备出了重量百分比为：50％‑59％的水、30％‑36％的AlCl3、10％‑12％的MgCl2和1％‑2％的改性剂的环保型水基钻井液用提切剂。本发明表观粘度提高率达到300.00％，动切力提高率达到350.00％。本发明的COD值、BOD5值明显降低，且毒性小，有利于后期处理。本发明可以替代目前使用的聚合物钻井液体系，适用于常规油/气井定向井。
Description
技术领域
本发明属于钻井液技术领域，尤其涉及一种环保型水基钻井液用提切剂及其制备方法。
背景技术
随着我国石油工业突飞猛进的发展，在钻井技术中，钻井液的使用提出了更高的挑战，尤其是钻井液的环保问题，受到国家环保法律政策的规范和限制。因此，立足当前环保钻井液技术的发展，探索新型的环保钻井液技术，对于钻井技术的发展具有举足轻重的作用。
钻井液被誉钻井的“血液”，当完成钻井工程使命后，不能回收利用部分的处理是解决钻井液环保性的难点，特别是钻井液使用的提切剂如凝胶型的羧甲基纤维素类、生物聚合物提切剂如黄原胶XCD、瓜尔胶、果胶等产品，使钻井液COD值、BOD5值普遍偏高，使排放物的指标更难达到国家要求的排放指标，目前的处理办法中，极易造成二次污染，也是国家严令预防的，因而低COD值和低BOD5值、毒性小、有利于后期处理的钻井液提切剂是目前解决环保钻井液的关键。
现有技术中，公开号为CN106905937A的一种油基钻井液用提切剂及其制备方法及公开号为CN105038734A的一种油基钻井液用提切剂及其制备方法均属于油基钻井液提切剂，适用于页岩气水平井施工对“低粘高切”的要求。由于油基钻井液提切剂的特性，为后续处理带来困难。
发明内容
本发明提供了一种环保型水基钻井液用提切剂及其制备方法，目的之一在于提供一种低COD值和低BOD5值、毒性小的钻井液用提切剂；目的之二在于提供一种有利于后期处理的钻井液提切剂。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种环保型水基钻井液用提切剂，包括水、AlCl3、MgCl2和改性剂，重量百分比为：50％-59％的水、30％-36％的AlCl3、10％-12％的MgCl2和1％-2％的改性剂。
所述的改性剂为十二烷基硫酸、或十二烷基苯磺酸钠或十二烷基单磷酸钾。
所述的水、AlCl3、MgCl2和改性剂的重量百分比为：50％的水、36％的AlCl3、12％的MgCl2和2％的改性剂。
所述的水、AlCl3、MgCl2和改性剂的重量百分比为：52％的水、36％的AlCl3、10％的MgCl2和2％的改性剂。
一种环保型水基钻井液用提切剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：制备混合乳液
在反应容器中加入重量百分比为50％-59％的水，搅拌条件下将重量百分比为30％-36％的AlCl3、10％-12％的MgCl2加入至反应容器内，然后在反应容器内再加入1％-2％改性剂后充分搅拌；
步骤二：调整并记录混合乳液pH值
当步骤一的反应容器中所加入的物质完全溶解后，搅拌条件下加入pH值调整剂，进行混合液pH值的调整；待pH值调整至10时，停止加入pH值调节剂；在混合液pH值调整的整个过程中，每加入一次pH值调整剂，测定一次乳液的pH数值，并作记录；
步骤三：混合乳液的陈化
将经过步骤二处理好的混合乳液陈化0.5～1h；
步骤四：抽真空过滤
将经过步骤三陈化后的混合乳液，进行抽真空过滤，并将过滤后的反应所生成的盐进行洗涤，形成滤饼；
步骤五：恒温静置
将由步骤四得到的滤饼，密闭于玻璃器皿中，在70～80℃恒温条件下静置22-26h即得环保型水基钻井液用提切剂。
所述的步骤一中搅拌的时间为20-30分钟。
所述的步骤二中pH值调整剂为NaOH或Na2CO3。
所述的步骤二中搅拌条件下加入的pH值调整剂是由共沉淀剂按1:1(V/V)稀释的。
所述的步骤一中所用的反应容器是玻璃反应容器，玻璃反应容器上开有进样口、搅拌口和温度测量口。
所述的步骤五中在70～80℃恒温条件下静置24h即得环保型水基钻井液用提切剂。
有益效果：
本发明通过制备混合乳液、调整并记录混合乳液pH值、混合乳液的陈化、抽真空过滤和恒温静置五个步骤，制备出了重量百分比为：50％-59％的水、30％-36％的AlCl3、10％-12％的MgCl2和1％-2％的改性剂的环保型水基钻井液用提切剂。
1、本发明提粘切效果显著，表观粘度提高率达到300.00％，动切力提高率达到350.00％。
2、本发明属于环保型钻井液处理剂，现场钻井液加量1.5％时，COD值为80.4mg/L，BOD5值为5.0mg/L，BOD5/CODcr≥0.05，易降解，生物毒性CE50为48000mg/L，为无毒，TOC值为460mg/L，电导率、重金属离子符合相关污水综合排放标准。
3、本发明环保型水基钻井液用提切剂可抗高温，最高抗150℃，配成的胶液室内岩心伤害评价，平均伤害率为6.295％，属于低伤害范围。
4、本发明使得提切剂的COD值、BOD5值明显降低，且毒性小，有利于后期处理，解决了环保型无机可回收钻井液体系提切的核心技术问题。
5、本发明可以替代目前使用的聚合物钻井液体系，适用于常规油/气井定向井。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚的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并配合附图详细说明如后。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明渗透率随时间变化曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
一种环保型水基钻井液用提切剂，包括水、AlCl3、MgCl2和改性剂，重量百分比为：50％-59％的水、30％-36％的AlCl3、10％-12％的MgCl2和1％-2％的改性剂。
本发明属于无机材料的水基环保型钻井液处理剂。本发明在钻井现场使用时，易降解且无毒，电导率、重金属离子符合相关污水综合排放标准。本发明环保型水基钻井液用提切剂可抗高温，最高抗150℃，配成的胶液室内岩心伤害评价，平均伤害率为6.295％，属于低伤害范围。本发明使得提切剂的COD值、BOD5值明显降低，且毒性小，有利于后期处理，解决了环保型无机可回收钻井液体系提切的核心技术问题。本发明可以替代目前使用的聚合物钻井液体系，适用于常规油/气井定向井。
实施例二：
一种环保型水基钻井液用提切剂，包括水、AlCl3、MgCl2和改性剂，重量百分比为：55％的水、33％的AlCl3、11％的MgCl2和1％的改性剂。
本发明的技术方案，为水基钻井液用提切剂，提切剂的COD值、BOD5值较低，且毒性小，有利于后期处理。
实施例三：
一种环保型水基钻井液用提切剂，与实施例一不同之处在于：所述的改性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠或十二烷基单磷酸钾。
在实际使用时，改性剂选用十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠或十二烷基单磷酸钾。改性剂主要起乳化作用，三种不同的改性剂都可以作为乳化剂，选择任何一种都可以。
实施例四：
一种环保型水基钻井液用提切剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：制备混合乳液
在反应容器中加入重量百分比为50％-59％的水，搅拌条件下将重量百分比为30％-36％的AlCl3、10％-12％的MgCl2加入至反应容器内，然后在反应容器内再加入1％-2％改性剂后充分搅拌；
步骤二：调整并记录混合乳液pH值
当步骤一的反应容器中所加入的物质完全溶解后，搅拌条件下加入pH值调整剂，进行混合液pH值的调整；待pH值调整至10时，停止加入pH值调节剂；在混合液pH值调整的整个过程中，每加入一次pH值调整剂，测定一次乳液的pH数值，并作记录；
步骤三：混合乳液的陈化
将经过步骤二处理好的混合乳液陈化0.5～1h；
步骤四：抽真空过滤
将经过步骤三陈化后的混合乳液，进行抽真空过滤，并将过滤后的反应所生成的盐进行洗涤，形成滤饼；
步骤五：恒温静置
将由步骤四得到的滤饼，密闭于玻璃器皿中，在70～80℃恒温条件下静置22-26h即得环保型水基钻井液用提切剂。
在实际使用时，通过六个步骤，制备出环保型、毒性小、抗高温的水基钻井液用提切剂。本实施例中步骤二中pH值调整剂采用的是NaOH。本发明表观粘度提高率达到300.00％，动切力提高率达到350.00％。
实施例五：
一种环保型水基钻井液用提切剂的制备方法，与实施例一不同之处在于：所述的步骤一中搅拌的时间为20-30分钟。
在实际使用时，步骤一中，先加入无机盐AlCl3、无机盐MgCl2，待两者充分溶解后，然后在搅拌下加入改性剂，搅拌20—30分钟，使得混合乳液的乳化和分散效果较好。
实施例六：
一种环保型水基钻井液用提切剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：制备混合乳液
在反应容器中加入220ml水，搅拌条件下将按照质量配比3：1称取的AlCl3、MgCl2加入至反应容器内，然后在反应容器内再加入2％改性剂后充分搅拌；
步骤二：调整并记录混合乳液pH值
当步骤一中的反应容器中所加入的物质完全溶解后，搅拌条件下加入共沉淀剂1:1(V/V)稀释的pH值调整剂，进行混合液pH值的调整；待pH值调整至10时，停止加入共沉淀剂1:1(V/V)稀释的调节剂；在混合液pH值调整的整个过程中，每加入一次共沉淀剂1:1(V/V)稀释的pH值调整剂，测定一次乳液的pH数值，并作记录；
步骤三：混合乳液的陈化
将经过步骤二处理好的混合乳液陈化0.7h；
步骤四：抽真空过滤
将经过步骤三陈化后的混合乳液，进行抽真空过滤，并将过滤后的反应所生成的盐进行洗涤，形成滤饼；
步骤五：恒温静置
将由步骤四得到的滤饼，密闭于玻璃器皿中，在70～80℃恒温条件下静置22h即得环保型水基钻井液用提切剂。
本发明所制得的环保型水基钻井液用提切剂，包括以下重量百分比的组份：50％的水、36％的无机盐AlCl3，12％的无机盐MgCl2，2％的改性剂。制备出的水基钻井液用提切剂环保型、毒性小、抗高温。本实施例中的步骤二中pH值调整剂为Na2CO3，较好的实现了pH值的调节。
实施例七：
一种环保型水基钻井液用提切剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：制备混合乳液
在反应容器中加入200ml水，搅拌条件下将按照质量比3：1称取的AlCl3、MgCl2加入至反应容器内，然后在反应容器内再加入2％改性剂后充分搅拌；
步骤二：调整并记录混合乳液pH值
当步骤一中的反应容器中所加入的物质完全溶解后，搅拌条件下加入共沉淀剂1:1(V/V)稀释的pH值调整剂，进行混合液pH值的调整；待pH值调整至10时，停止加入共沉淀剂1:1(V/V)稀释的调节剂；在混合液pH值调整的整个过程中，每加入一次共沉淀剂1:1(V/V)稀释的pH值调整剂，测定一次乳液的pH数值，并作记录；
步骤三：混合乳液的陈化
将经过步骤二处理好的混合乳液陈化1h；
步骤四：抽真空过滤
将经过步骤三陈化后的混合乳液，进行抽真空过滤，并将过滤后的反应所生成的盐进行洗涤，形成滤饼；
步骤五：恒温静置
将由步骤四得到的滤饼，密闭于玻璃器皿中，在70～80℃恒温条件下静置24h即得环保型水基钻井液用提切剂。
本发明所制得的环保型水基钻井液用提切剂，包括以下重量百分比的组份：52％的水、36％的无机盐AlCl3，10％的无机盐MgCl2，2％的改性剂。本发明环保型水基钻井液用提切剂可抗高温，最高抗150℃，配成的胶液室内岩心伤害评价，平均伤害率为6.295％，属于低伤害范围。本实施例步骤二中pH值调整剂采用的是NaOH，pH值的调节效果较好。
实施例八：
一种环保型水基钻井液用提切剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：制备混合乳液
在反应容器中加入220ml水，搅拌条件下将按照质量比3：1称取的AlCl3、MgCl2加入至反应容器内，然后在反应容器内再加入2％改性剂后充分搅拌；
步骤二：调整并记录混合乳液pH值
当步骤一中的反应容器中所加入的物质完全溶解后，搅拌条件下加入共沉淀剂1:1(V/V)稀释的pH值调整剂，进行混合液pH值的调整；待pH值调整至10时，停止加入共沉淀剂1:1(V/V)稀释的调节剂；在混合液pH值调整的整个过程中，每加入一次共沉淀剂1:1(V/V)稀释的pH值调整剂，测定一次乳液的pH数值，并作记录；
步骤三：混合乳液的陈化
将经过步骤二处理好的混合乳液陈化0.5h；
步骤四：抽真空过滤
将经过步骤三陈化后的混合乳液，进行抽真空过滤，并将过滤后的反应所生成的盐进行洗涤，形成滤饼；
步骤五：恒温静置
将由步骤四得到的滤饼，密闭于玻璃器皿中，在70～80℃恒温条件下静置26h即得环保型水基钻井液用提切剂。
本发明所制得的环保型水基钻井液用提切剂，包括以下重量百分比的组份：50％的水、36％的无机盐AlCl3，12％的无机盐MgCl2，2％的改性剂。本实施例步骤二中pH值调整剂采用的是NaOH，调节效果较好。
环保型水基钻井液用提切剂的测试试验
测试1：环保型水基钻井液用提切剂提切效果评价
通过不同改性剂，合成出的3种无机提切剂，为做对比，同时评价了正电胶的提切效果，评价结果见表1：
表1无机提切剂G339流变性能指标
基浆配方：3％土浆+0.1％NaOH；试验浆：基浆+1.5％的样品；SBS：十二烷基硫酸钠；SDBS：十二烷基苯磺酸钠；PK：十二烷基单磷酸钾。
由表1可知，改性后的无机提切剂提切效果均比得顺源的正电胶较好；PK插层改性共沉淀样品的提粘效果最好，动切力提高率达到350.00％。
测试2：环保型水基钻井液用提切剂环保指标评价
1、环保型水基钻井液用提切剂生物降解性和生物毒性评价
表2无机提切剂与常用提切剂环保指标对比
2、环保型水基钻井液用提切剂电导率和重金属离子检测
表3无机提切剂与常用提切剂环保指标对比
由表2-表3可以看出，无机提切剂G339与常规的提粘切剂相比，COD值、BOD5值和TOC值明显降低，BOD5/CODcr≥0.05，易降解，生物毒性为无毒，电导率、重金属离子符合《污水综合排放标准》GB8978-1996，属于环保型钻井液处理剂。
测试3：环保型水基钻井液用提切剂抗温实验
表4环保型水基钻井液用提切剂抗温实验数据
由表4可以看出，环保型水基钻井液用提切剂热滚温度达到150℃时，流变性能以及API失水变化不大，但热滚温度达到160℃时，表观粘度大幅度降低，失水增大，说明环保型水基钻井液用提切剂最高抗温150℃。
测试4：环保型水基钻井液用提切剂储层保护评价。
如图1所示，选用2块气层岩心，环保型水基钻井液用提切剂室内按1.5％的浓度配置胶液，使用法国万奇公司生产的CFS700型多功能驱替仪进行岩心伤害评价，渗透率随时间变化关系见图1。
进行了2块气层岩心伤害评价，实验结果表明，1#岩心伤害率为6.73％，2#岩心伤害率为5.86％，平均伤害率为6.295％，属于低伤害范围。
环保型水基钻井液用提切剂的各项性能指标
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
在不冲突的情况下，本领域的技术人员可以根据实际情况将上述各示例中相关的技术特征相互组合，以达到相应的技术效果，具体对于各种组合情况在此不一一赘述。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖性特点相一致的最宽的范围。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 (10)
1.一种环保型水基钻井液用提切剂，其特征在于：包括水、AlCl3、MgCl2和改性剂，重量百分比为：50％-59％的水、30％-36％的AlCl3、10％-12％的MgCl2和1％-2％的改性剂。
2.如权利要求1所述的一种环保型水基钻井液用提切剂，其特征在于：所述的改性剂为十二烷基硫酸、或十二烷基苯磺酸钠或十二烷基单磷酸钾。
3.如权利要求1所述的一种环保型水基钻井液用提切剂，其特征在于：所述的水、AlCl3、MgCl2和改性剂的重量百分比为：50％的水、36％的AlCl3、12％的MgCl2和2％的改性剂。
4.如权利要求1所述的一种环保型水基钻井液用提切剂，其特征在于：所述的水、AlCl3、MgCl2和改性剂的重量百分比为：52％的水、36％的AlCl3、10％的MgCl2和2％的改性剂。
5.一种环保型水基钻井液用提切剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：制备混合乳液
在反应容器中加入重量百分比为50％-59％的水，搅拌条件下将重量百分比为30％-36％的AlCl3、10％-12％的MgCl2加入至反应容器内，然后在反应容器内再加入1％-2％改性剂后充分搅拌；
步骤二：调整并记录混合乳液pH值
当步骤一的反应容器中所加入的物质完全溶解后，搅拌条件下加入pH值调整剂，进行混合液pH值的调整；待pH值调整至10时，停止加入pH值调节剂；在混合液pH值调整的整个过程中，每加入一次pH值调整剂，测定一次乳液的pH数值，并作记录；
步骤三：混合乳液的陈化
将经过步骤二处理好的混合乳液陈化0.5～1h；
步骤四：抽真空过滤
将经过步骤三陈化后的混合乳液，进行抽真空过滤，并将过滤后的反应所生成的盐进行洗涤，形成滤饼；
步骤五：恒温静置
将由步骤四得到的滤饼，密闭于玻璃器皿中，在70～80℃恒温条件下静置22-26h即得环保型水基钻井液用提切剂。
6.如权利要求5所述的一种环保型水基钻井液用提切剂的制备方法，其特征在于：所述的步骤一中搅拌的时间为20-30分钟。
7.如权利要求5所述的一种环保型水基钻井液用提切剂的制备方法，其特征在于：所述的步骤二中pH值调整剂为NaOH或Na2CO3。
8.如权利要求5所述的一种环保型水基钻井液用提切剂的制备方法，其特征在于：所述的步骤二中搅拌条件下加入的pH值调整剂是由共沉淀剂按1:1(V/V)稀释的。
9.如权利要求5所述的一种环保型水基钻井液用提切剂的制备方法，其特征在于：所述的步骤一中所用的反应容器是玻璃反应容器，玻璃反应容器上开有进样口、搅拌口和温度测量口。
10.如权利要求5所述的一种环保型水基钻井液用提切剂的制备方法，其特征在于：所述的步骤五中在70～80℃恒温条件下静置24h即得环保型水基钻井液用提切剂。
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