CN110564387A - 一种超高密度环保型气制油合成基钻井液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超高密度环保型气制油合成基钻井液，包括如下各组分：气制油按质量体积计为57％‑74％，20wt％‑32wt％氯化盐水溶液按质量体积份数计为6.3％‑37.8％，有机土按质量体积比计为1.5％‑3％、乳化剂按质量体积比计为3％‑6％、氧化钙按质量体积比计为2％‑5％、第一降滤失剂按质量体积比计为2％‑4％、第二降滤失剂按质量体积比计为1.5％‑3.5％和重晶石按密度要求。本发明所制备的超高密度环保型气制油合成基钻井液，最高密度可达到2.6g/cm³，在该高密度情况下具有较好的抗温性、携岩性、沉降稳定性；且该超高密度环保型气制油合成基钻井液具有良好的滤失造壁性，高温高压滤失量≤1.5mL，滤饼厚度在1.5mm以内。

Description

一种超高密度环保型气制油合成基钻井液及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种钻井液，尤其是指一种超高密度环保型气制油合成基钻井液及其制备方法。

背景技术

随着浅部地层石油资源的可开采量日益减少，石油开发向深部地层发展，深井、超深井钻探数量不断增加。深井、超深井井下温度和压力高，钻井过程中存在高密度钻井液流变性及滤失造壁性难以控制，地层结构复杂易钻遇高压油气层、膏泥岩和盐水层，易导致井塌、卡钻等技术难题。

常规水基钻井液表现出摩阻大、井眼净化难、井壁失稳、高密度下流变性难控制等问题，油基钻井液能较好解决水基钻井液存在的弊端，但以柴油或白油等为基础油的常规油基钻井液存在高温破乳、重晶石沉淀、流变性差、污染环境以及难于降解等问题。

随着环境保护与高温深层复杂油气层勘探开发需求矛盾的日益突出，发展高密度环保型气制油合成基钻井液技术成为兼顾环境保护与保障复杂地层油气安全高效开发的重要技术保障之一。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种超高密度环保型气制油合成基钻井液及其制备方法，该气制油合成基钻井液在高温高压情况下具有良好的流变性能，满足深井和超深井对钻井液密度的需求，满足各区域的环保要求，以解决常规油基钻井液存在的环保性差以及高密度条件下流变性及滤失造壁性调控困难等问题。

为了实现上述的目的，本发明提供了一种超高密度环保型气制油合成基钻井液，包括如下各组分：气制油按质量体积计为57％-74％，20wt％-32wt％氯化盐水溶液按质量体积份数计为6.3％-37.8％，有机土按质量体积比计为1.5％-3％、乳化剂按质量体积比计为3％-6％、氧化钙按质量体积比计为2％-5％、第一降滤失剂按质量体积比计为2％-4％、第二降滤失剂按质量体积比计为1.5％-3.5％和重晶石按密度要求。

其中，所述“质量体积比”是指添加处理剂(包括有机土、乳化剂、氧化钙、第一降滤失剂、第二降滤失剂及重晶石)的质量与所述气制油和所述氯化盐水溶液的总体积的百分比值，其中当处理剂的质量以“g”作为单位时，相对应的体积单位为“mL”。

进一步地，其中气制油基于其特殊的组分构成，几乎不含硫和多环芳香烃，苯胺点高，生物降解性好，在环保性方面具有天然优势；同时气制油的运动粘度低，有助于降低钻井液的当量循环密度，购自MI公司；所述气制油作为基础油，在钻井液体系中作为一个非极性的连续相，其主要功用是防止钻井液与地层间发生的极性反应。

进一步地，其中所述氯化盐水溶液为氯化钙水溶液或氯化钠水溶液，其用于降低钻井液中水相活度，使得该钻井液在黏土中不易水化。

进一步地，其中所述有机土由水、膨润土、碳酸钠、十八烷基胺聚氧乙烯醚双季铵盐和三甲基十八烷基溴化铵组成；所述水、膨润土、碳酸钠、十八烷基胺聚氧乙烯醚双季铵盐和三甲基十八烷基溴化铵的质量比为100：10：(0.5-1.2)：(0.1-9)：(0.05-10)；所述有机土的含水率小于2％；其符合钻井液有机土Q/GWDC 0073-2017的技术要求，该有机土的作用是增加钻井液的粘度，并提高其动切力。

进一步地，其中所述膨润土为喀左膨润土，其蒙脱石含量为98％。

进一步地，其中所述有机土通过如下步骤制得：

1)将配方量的膨润土加入配方量的水中充分分散水化后，加入配方量的碳酸钠(加入碳酸钠是为了使得膨润土钠化，扩大膨润土晶层间距，以提高膨润土的粘结性利于后期的插层反应)，搅拌5-30min，沉降24-54h，得到钠化膨润土；

2)将配方量的三甲基十八烷基溴化铵加入步骤1)得到的钠化膨润土中(加入三甲基十八烷基溴化铵的目的是为了对膨润土进行湿法插层，改变膨润土的润湿性，使膨润土具有较好的亲油性)，在55-95℃下反应0.5-3.5h后，经100-110℃烘干后得到含水率为2-3％的有机土半成品；

3)将步骤2)得到的有机土半成品在8～100MPa的压力下挤条并粉碎为粒度为0.02-2mm后，加入配方量的十八烷基胺聚氧乙烯醚双季铵盐(加入十八烷基胺聚氧乙烯醚双季铵盐的目的是为了对膨润土进行湿法插层，改变膨润土的润湿性，使膨润土具有较好的亲油性)，在42-96℃条件下反应0.2-4h，得到含水率小于2％的有机土成品。

进一步地，其中所述乳化剂为一体化乳化剂，其为中国石油集团长城钻探工程有限公司钻井液公司生产的妥尔油脂肪酸酰胺衍生物类乳化剂(型号为GWFAD，申请号CN201610318669.4的中国专利申请已公开)，符合钻井液乳化剂的评价标准Q/SY GWDC0057-2018。该乳化剂具有乳液稳定、破乳电压高的特点，能够减少钻井液中乳化剂的添加次数和添加量，从而能够减少钻井成本；还可增强钻井液体系的电稳定性，除此之外，可改变钻井液体系中亲水固相的润湿性，提高体系悬浮能力。

进一步地，其中所述氧化钙为工业氧化钙，其为固体粉末，其作用是碱性调节剂，维持钻井液PH值在8.5-10范围内利于防止钻具腐蚀。

进一步地，其中所述第一降滤失剂为改性有机褐煤类物质，其作用是为了降低钻井液滤失量qi，减少钻井液固、液相侵入地层与损害油气层；优选的，所述第一降滤失剂为湖北汉科新技术股份有限公司生产的油基钻井液用降滤失剂。

进一步地，其中所述第二降滤失剂为改性磺化沥青类物质，其作用是与所述第一降滤失剂一起协同降低钻井液滤失量，减少钻井液固、液相侵入地层与损害油气层；优选的，所述第二降滤失剂为河南新乡第七化工厂生产的油基钻井液用降滤失剂。

进一步地，其中所述重晶石的加量根据钻井液的密度要求确定，所述重晶石的密度为4.3g/cm³，其在钻井液中起到增加钻井液密度的作用。

进一步地，其中所述重晶石的加量为200％-400％。

本发明还提供一种上述超高密度环保型气制油合成基钻井液的制备方法，包括如下步骤：

a.向配方量的气制油中加入配方量的有机土以8000-12000r/min搅拌6-8min，使体系搅拌均匀；

b.在搅拌的条件下，继续加入配方量的氧化钙，以8000-12000r/min搅拌4-6min，使体系搅拌均匀；

c.在搅拌的条件下，继续加入配方量的乳化剂，以8000-12000r/min搅拌9-11min，使体系搅拌均匀；

d.在搅拌的条件下，继续加入配方量的20wt％-32wt％的氯化盐水溶液，以8000-12000r/min搅拌25-35min，使体系搅拌均匀；

e.在搅拌的条件下，继续加入配方量的第一降滤失剂，以8000-12000r/min搅拌4-6min，使体系搅拌均匀；

f.在搅拌的条件下，继续加入配方量的第二降滤失剂，以8000-12000r/min搅拌4-6min，使体系搅拌均匀；

g.在搅拌的条件下，继续加入重晶石调整该混合液的密度至2.0-2.6g/cm³，以8000-12000r/min搅拌25-35min，使体系搅拌均匀；

h.将得到的混合液装入老化罐中于120℃-220℃滚动老化15-18h，得到超高密度环保型气制油合成基钻井液。

本发明具有以下有益效果：

本发明所制备的超高密度环保型气制油合成基钻井液，最高密度可达到2.6g/cm³，在该高密度情况下具有较好的抗温性、携岩性、沉降稳定性；且该超高密度环保型气制油合成基钻井液具有良好的滤失造壁性，高温高压滤失量≤1.5mL，滤饼厚度在1.5mm以内；该超高密度环保型气制油合成基钻井液的沉降稳定性好，具有较好的环境友好性；另该超高密度环保型气制油合成基钻井液的塑性粘度比常规油基钻井液的塑性粘度小。

具体实施方式

本发明提供了一种超高密度环保型气制油合成基钻井液及其制备方法，下面以具体实施例来说明具体实施方式，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。除非特别说明，下文所用的材料或试剂均为市购。

实施例1：

本实施例提供了一种超高密度环保型气制油合成基钻井液，包括如下各组分：

气制油按体积份数计为70份；

26wt％的氯化钙水溶液按体积份数计为30份；

所述有机土按质量体积比计为2.3％；

所述乳化剂按质量体积比计为5.5％；

所述氧化钙按质量体积比计为4％；

所述第一降滤失剂按质量体积比计为2.4％；

所述第二降滤失剂按质量体积比计为2.1％；

所述重晶石的加量根据钻井液的密度按质量体积比计为214％，

具体地，所述重晶石的加量根据钻井液加重材料的计算公式得出，公式为：W＝V浆×ρ3×(ρ2-ρ1)/(ρ3-ρ2)

其中，W-加重材料的加量；V浆-加重前钻井液体积；ρ1-加重前钻井液密度；ρ2-欲配钻井液密度；ρ3-加重材料密度。

本实施例提供了一种上述超高密度环保型气制油合成基钻井液的制备方法，包括如下步骤：

a.向配方量的气制油中加入配方量的有机土以8000r/min搅拌7min，使体系搅拌均匀；

b.在搅拌的条件下，继续加入配方量的氧化钙，以12000r/min搅拌5min，使体系搅拌均匀；

c.在搅拌的条件下，继续加入配方量的乳化剂，以10000r/min搅拌10min，使体系搅拌均匀；

d.在搅拌的条件下，继续加入配方量的26wt％的氯化盐水溶液，以8000r/min搅拌30min，使体系搅拌均匀；

e.在搅拌的条件下，继续加入配方量的第一降滤失剂，以11000r/min搅拌5min，使体系搅拌均匀；

f.在搅拌的条件下，继续加入配方量的第二降滤失剂，以8000r/min搅拌5min，使体系搅拌均匀；

g.在搅拌的条件下，继续加入重晶石调整该混合液的密度至2.16g/cm³，以12000r/min搅拌30min，使体系搅拌均匀；

h.将得到的混合液装入老化罐中于150℃滚动老化16h，得到超高密度环保型气制油合成基钻井液。

对上述实施例所制备的超高密度环保型气制油合成基钻井液按照常规方法(GB/T16783.2-2012)进行测试，得到的性能如下表1。

表1

实施例2：

本实施例提供了一种超高密度环保型气制油合成基钻井液，包括如下各组分：

气制油按体积份数计为85份；

30wt％的氯化钙水溶液按体积份数计为15份；

所述高效有机土按质量体积比计为2.7％；

所述乳化剂按质量体积比计为5.1％；

所述氧化钙按质量体积比计为5％；

所述第一降滤失剂按质量体积比计为2.8％；

所述第二降滤失剂按质量体积比计为2.5％；

所述重晶石的加量根据钻井液的密度按质量体积比计为250％；

具体地，所述重晶石的加量根据钻井液加重材料的计算公式得出，公式为：W＝V浆×ρ3×(ρ2-ρ1)/(ρ3-ρ2)

其中，W-加重材料的加量；V浆-加重前钻井液体积；ρ1-加重前钻井液密度；ρ2-欲配钻井液密度；ρ3-加重材料密度。

本实施例提供了一种上述超高密度环保型气制油合成基钻井液的制备方法，包括如下步骤：

a.向配方量的气制油中加入配方量的有机土以12000r/min搅拌6min，使体系搅拌均匀；

b.在搅拌的条件下，继续加入配方量的氧化钙，以11000r/min搅拌4min，使体系搅拌均匀；

c.在搅拌的条件下，继续加入配方量的乳化剂，以8000r/min搅拌11min，使体系搅拌均匀；

d.在搅拌的条件下，继续加入配方量的30wt％的氯化钙水溶液，以12000r/min搅拌25min，使体系搅拌均匀；

e.在搅拌的条件下，继续加入配方量的第一降滤失剂，以10000r/min搅拌6min，使体系搅拌均匀；

f.在搅拌的条件下，继续加入配方量的第二降滤失剂，以9000r/min搅拌5min，使体系搅拌均匀；

g.在搅拌的条件下，继续加入重晶石调整该混合液的密度至2.26g/cm³，以11000r/min搅拌32min，使体系搅拌均匀；

h.将得到的混合液装入老化罐中于180℃滚动老化16h，得到超高密度环保型气制油合成基钻井液。

对上述实施例所制备的超高密度环保型气制油合成基钻井液按照常规方法进行测试，得到的性能如下表2。

表2

实施例3：

本实施例提供了一种超高密度环保型气制油合成基钻井液，包括如下各组分：

气制油按体积份数计为85份；

26wt％的氯化钠水溶液按体积份数计为15份；

所述高效有机土按质量体积比计为2.7％；

所述乳化剂按质量体积比计为5.1％；

所述氧化钙按质量体积比计为5％；

所述第一降滤失剂按质量体积比计为2.8％；

所述第二降滤失剂按质量体积比计为2.5％；

所述重晶石的加量根据钻井液的密度按质量体积比计为427％；

具体地，所述重晶石的加量根据钻井液加重材料的计算公式得出，公式为：W＝V浆×ρ3×(ρ2-ρ1)/(ρ3-ρ2)

其中，V浆-加重前钻井液体积；ρ1-加重前钻井液密度；ρ2-欲配钻井液密度；ρ3-加重材料密度。

本实施例提供一种上述超高密度环保型气制油合成基钻井液的制备方法，包括如下步骤：

a.向配方量的气制油中加入配方量的有机土以11000r/min搅拌8min，使体系搅拌均匀；

b.在搅拌的条件下，继续加入配方量的氧化钙，以12000r/min搅拌4min，使体系搅拌均匀；

c.在搅拌的条件下，继续加入配方量的乳化剂，以8000r/min搅拌10min，使体系搅拌均匀；

d.在搅拌的条件下，继续加入配方量的26wt％的氯化钠水溶液，以11000r/min搅拌28min，使体系搅拌均匀；

e.在搅拌的条件下，继续加入配方量的第一降滤失剂，以8000r/min搅拌4min，使体系搅拌均匀；

f.在搅拌的条件下，继续加入配方量的第二降滤失剂，以10000r/min搅拌6min，使体系搅拌均匀；

g.在搅拌的条件下，继续加入重晶石调整该混合液的密度至2.6g/cm³，以9000r/min搅拌25min，使体系搅拌均匀；

h.将得到的混合液装入老化罐中于220℃滚动老化16h，得到超高密度环保型气制油合成基钻井液。

对上述实施例所制备的超高密度环保型气制油合成基钻井液按照常规方法进行测试，得到的性能如下表3。

表3

测试方法：将上述实施例1-3制备的超高密度环保型气制油钻井液根据《GB/T16783.2-2012石油天然气工业：钻井液现场测试：第2部分：油基钻井液》标准规定进行表观粘度、塑形粘度、动切力、初切力、终切力、高温高压滤失量((150℃，3.5MP)、破乳电压的测试后；在150℃条件下对上述实施例1-3的钻井液进行热滚老化16h，根据GB/T 16783.2-2012石油天然气工业：钻井液现场测试：第2部分：油基钻井液》标准规定测试钻井液150℃老化后16h后的表观粘度、塑形粘度、动切力、初切力、终切力、高温高压滤失量((150℃，3.5MP)及破乳电压。

由表1-3的数据可以看出，本发明实施例1-3的超高密度环保型气制油钻井液流变性能良好，高温高压滤失量≤3，具有较好的降滤失性能，较高的电稳定性。

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 (10)

1.一种超高密度环保型气制油合成基钻井液，其特征在于，包括如下各组分：气制油按质量体积计为57％-74％，20wt％-32wt％氯化盐水溶液按质量体积份数计为6.3％-37.8％，有机土按质量体积比计为1.5％-3％、乳化剂按质量体积比计为3％-6％、氧化钙按质量体积比计为2％-5％、第一降滤失剂按质量体积比计为2％-4％、第二降滤失剂按质量体积比计为1.5％-3.5％和重晶石按密度要求。

2.如权利要求1所述的超高密度环保型气制油合成基钻井液，其特征在于，所述氯化盐水溶液为氯化钙水溶液或氯化钠水溶液；所述有机土由水、膨润土、碳酸钠、十八烷基胺聚氧乙烯醚双季铵盐和三甲基十八烷基溴化铵组成；所述水、膨润土、碳酸钠、十八烷基胺聚氧乙烯醚双季铵盐和三甲基十八烷基溴化铵的质量比为100：10：(0.5-1.2)：(0.1-9)：(0.05-10)；所述有机土的含水率小于2％。

3.如权利要求2所述的超高密度环保型气制油合成基钻井液，其特征在于，所述膨润土为喀左膨润土，其蒙脱石含量为98％。

4.如权利要求3所述的超高密度环保型气制油合成基钻井液，其特征在于，所述有机土通过如下步骤制得：

1)将配方量的膨润土加入配方量的水中充分分散水化后，加入配方量的碳酸钠，搅拌5-30min，沉降24-54h，得到钠化膨润土；

2)将配方量的三甲基十八烷基溴化铵加入步骤1)得到的钠化膨润土中，在55-95℃下反应0.5-3.5h后，经100-110℃烘干后得到含水率为2％-3％的有机土半成品；

3)将步骤2)得到的有机土半成品在8～100MPa的压力下挤条并粉碎为粒度为0.02-2mm后，加入配方量的十八烷基胺聚氧乙烯醚双季铵盐，在42-96℃条件下反应0.2-4h，得到含水率小于2％的有机土成品。

5.如权利要求1所述的超高密度环保型气制油合成基钻井液，其特征在于，所述乳化剂为一体化乳化剂，其为中国石油集团长城钻探工程有限公司钻井液公司生产的妥尔油脂肪酸酰胺衍生物类乳化剂；所述第一降滤失剂为改性有机褐煤类物质；所述第二降滤失剂为改性磺化沥青类物质。

6.如权利要求5所述的超高密度环保型气制油合成基钻井液，其特征在于，所述第一降滤失剂为湖北汉科新技术股份有限公司生产的油基钻井液用降滤失剂。

7.如权利要求5所述的超高密度环保型气制油合成基钻井液，其特征在于，所述第二降滤失剂为河南新乡第七化工厂生产的油基钻井液用降滤失剂。

8.如权利要求1所述的超高密度环保型气制油合成基钻井液，其特征在于，所述重晶石的加量根据钻井液的密度要求确定，所述重晶石的密度为4.3g/cm³。

9.如权利要求8所述的超高密度环保型气制油合成基钻井液，其特征在于，所述重晶石的加量为200％-400％。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的超高密度环保型气制油合成基钻井液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

a.向配方量的气制油中加入配方量的有机土以8000-12000r/min搅拌6-8min，使体系搅拌均匀；

b.在搅拌的条件下，继续加入配方量的氧化钙，以8000-12000r/min搅拌4-6min，使体系搅拌均匀；

c.在搅拌的条件下，继续加入配方量的乳化剂，以8000-12000r/min搅拌9-11min，使体系搅拌均匀；

d.在搅拌的条件下，继续加入配方量的20wt％-32wt％的氯化盐水溶液，以8000-12000r/min搅拌25-35min，使体系搅拌均匀；

e.在搅拌的条件下，继续加入配方量的第一降滤失剂，以8000-12000r/min搅拌4-6min，使体系搅拌均匀；

f.在搅拌的条件下，继续加入配方量的第二降滤失剂，以8000-12000r/min搅拌4-6min，使体系搅拌均匀；

g.在搅拌的条件下，继续加入重晶石调整该混合液的密度至2.0-2.6g/cm³，以8000-12000r/min搅拌25-35min，使体系搅拌均匀；

h.将得到的混合液装入老化罐中于120℃-220℃滚动老化15-18h，得到超高密度环保型气制油合成基钻井液。