CN110872493B - 一种生物质合成基钻井液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种生物质合成基钻井液，由包括以下组分的原料制备而成：生物质合成基液85重量份～100重量份；CaCl2水溶液0重量份～15重量份；有机土3重量份～5重量份；乳化剂4重量份～8重量份；润湿剂3重量份～5重量份；降滤失剂3重量份～5重量份；复合封堵剂3重量份～5重量份；氧化钙2重量份～3重量份；所述生物质合成基液包括十二烷基甲醚、十二烷基乙醚和十二烷基丁醚中的一种或多种。与现有技术相比，本发明提供的生物质合成基钻井液采用特定含量组分，各组分之间具有较好的相互作用，使产品具有优良的润滑、抑制性能，同时又兼备绿色环保、可生物降解性。

Description

一种生物质合成基钻井液及其制备方法
技术领域
本发明涉及钻井液技术领域，更具体地说，是涉及一种生物质合成基钻井液及其制备方法。
背景技术
随着钻遇深井超深井、水平井、大斜度定向井的数量越来越多，钻遇强水敏地层的几率越来越高，合成基钻井液因具备优良的润滑、抑制等性能得到广泛应用。然而，目前用于制备合成基钻井液的基液主要是矿物油、线性α烯烃等化工产品，存在生物降解性能差、环境可接受程度低等缺陷，在一些环境敏感区域的应用已经受到限制。加之，深井和超深井的地层压力系数高，地层温度高，体系的粘度和切力受温度影响很大，温度略高，则体系的粘度和切力降低明显，不利于钻屑的悬浮携带。以上问题对现有的合成基钻井液的环保性能和应用性能提出了双重挑战。
申请号为201210579597.0的中国专利文献公开了一种合成基钻井液，采用的基液为线性石蜡。申请号为201110292911.2的中国专利文献公开了一种合成基钻井液，所用的基液为柠檬烯、双戊烯、乙二醇单丁醚、烷基糖苷、醇醚羧酸盐、白油和二甲基硅油的混合物。申请号为201210251278.7的中国专利文献公开了一种煤制油恒流变合成基钻井液，所用的基液为煤制油。上述公开的合成基钻井液虽然在性能上满足了不同复杂井的钻探需求，但是从环境可接受程度方面分析，由于使用的基液均为烷烃类化合物，生物降解难度大，后续使用后产生的钻屑因为含有烃/水混合物被列为《国家危险废物名录》(危废名录号为HW-08)。综上所述，传统的合成基钻井液环境可接受程度低。
随着国家环保要求的日益严格，发展环保型合成基钻井液，已经成为钻井液研究和应用的主要方向。因此，开发润滑、抑制性能强，又兼备绿色环保、可生物降解性的钻井液体系，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种生物质合成基钻井液及其制备方法，本发明提供的生物质合成基钻井液具有较好的润滑、抑制性能，同时又兼备绿色环保、可生物降解性。
本发明提供了一种生物质合成基钻井液，由包括以下组分的原料制备而成：
生物质合成基液85重量份～100重量份；
CaCl2水溶液0重量份～15重量份；
有机土3重量份～5重量份；
乳化剂4重量份～8重量份；
润湿剂3重量份～5重量份；
降滤失剂3重量份～5重量份；
复合封堵剂3重量份～5重量份；
氧化钙2重量份～3重量份；
所述生物质合成基液包括十二烷基甲醚、十二烷基乙醚和十二烷基丁醚中的一种或多种。
优选的，所述CaCl2水溶液的质量浓度为20％～40％。
优选的，所述有机土由钠膨润土经过烷基季铵盐改性制备得到；所述烷基季铵盐的碳原子数为12～30。
优选的，所述乳化剂具有式I所示结构：
Figure BDA0001783399940000021
式I中，R1为CH3(CH2)x—的脂肪链，x为7；R2为CH3(CH2)y—的脂肪链，y为9～17；n为1～4。
优选的，所述润湿剂由脂肪酸、N,N-双(2-羟乙基)乙二胺、烷基酚聚氧乙烯醚和白油混合制备得到。
优选的，所述降滤失剂为改性腐殖酸酰胺。
优选的，所述复合封堵剂由海泡石纤维、超细碳酸钙、橡胶粉和云母粉复配而成；所述海泡石纤维、超细碳酸钙、橡胶粉和云母粉复配的质量比为(50～55)：35：5：(5～10)。
优选的，还包括：
重晶石0.1重量份～322重量份。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的生物质合成基钻井液的制备方法，包括以下步骤：
a)将生物质合成基液依次与有机土、乳化剂、润湿剂、CaCl2水溶液、降滤失剂、复合封堵剂、氧化钙进行混合，得到生物质合成基钻井液。
优选的，步骤a)中所述混合后，还包括：
在得到的混合物中加入重晶石。
本发明提供了一种生物质合成基钻井液，由包括以下组分的原料制备而成：生物质合成基液85重量份～100重量份；CaCl2水溶液0重量份～15重量份；有机土3重量份～5重量份；乳化剂4重量份～8重量份；润湿剂3重量份～5重量份；降滤失剂3重量份～5重量份；复合封堵剂3重量份～5重量份；氧化钙2重量份～3重量份；所述生物质合成基液包括十二烷基甲醚、十二烷基乙醚和十二烷基丁醚中的一种或多种。与现有技术相比，本发明提供的生物质合成基钻井液采用特定含量组分，各组分之间具有较好的相互作用，使产品具有优良的润滑、抑制性能，同时又兼备绿色环保、可生物降解性。实验结果表面，本发明提供的生物质合成基钻井液在温度为120℃～180℃、密度为0.8g/cm3～2.3g/cm3范围内，表观粘度小于80mPa·s，中压滤失量小于3mL，高温高压滤失量小于6mL；并且EC50＞1×106mg/L，环境安全性好，BOD5/CODCr达0.61，生物降解性能好。
另外，本发明提供的制备方法简单、所用原料绿色环保、条件温和，可用于页岩气水平井、强水敏性泥页岩地层等复杂井以及环境敏感地区钻井中。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明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。
本发明提供了一种生物质合成基钻井液，由包括以下组分的原料制备而成：
生物质合成基液85重量份～100重量份；
CaCl2水溶液0重量份～15重量份；
有机土3重量份～5重量份；
乳化剂4重量份～8重量份；
润湿剂3重量份～5重量份；
降滤失剂3重量份～5重量份；
复合封堵剂3重量份～5重量份；
氧化钙2重量份～3重量份；
所述生物质合成基液包括十二烷基甲醚、十二烷基乙醚和十二烷基丁醚中的一种或多种。
在本发明中，所述生物质合成基液包括十二烷基甲醚、十二烷基乙醚和十二烷基丁醚中的一种或多种；其中，所述十二烷基甲醚的结构式为CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2OCH3；所述十二烷基乙醚的结构式为CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2OCH2CH3；所述十二烷基丁醚的结构式为CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2OCH2CH2CH2CH3。
在本发明中，所述十二烷基甲醚、十二烷基乙醚和十二烷基丁醚均属于植物醇烷基醚类，是生物质醇醚类有机化合物，不属于矿物油；该化合物是一类绿色无毒的物质，其本身以及分解后的产物对人体和环境无刺激作用，具备良好的生态安全性；同时，所述十二烷基甲醚、十二烷基乙醚和十二烷基丁醚还具有优良的抑制性、低粘性、强抗温性、安全性、环保特性、水解稳定性以及可生物降解性，可用作合成基钻井液的基础液。并且，所述十二烷基甲醚、十二烷基乙醚和十二烷基丁醚结构和性能相近，特别是三者的极性相当，而极性是影响钻井液处理剂优选和钻井液体系构建的重要性能指标之一；只有混合物的极性在较小的变化范围内，后续与之配套的有机土、乳化剂、降滤失剂等处理剂才能发挥稳定的作用，进而才能使配制的钻井液体系性能保持稳定。
本发明对所述十二烷基甲醚、十二烷基乙醚和十二烷基丁醚的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品或自制品均可；如可采用下述制备方法，具体为：
将氯代十二烷、醇钾在密闭容器中搅拌下进行加热反应，得到十二烷基甲醚、十二烷基乙醚和十二烷基丁醚；所述醇钾为甲醇钾、乙醇钾和丁醇钾。在本发明中，所述氯代十二烷、醇钾的摩尔比优选为1：1.2；所述搅拌的速度优选为380rpm～420rpm；所述反应的温度优选为110℃～130℃；所述反应的时间优选为10h～12h。
在本发明中，所述生物质合成基液的润滑系数优选为0.08～0.10，在40℃下的运动粘度优选为2.31mm2/s～2.92mm2/s。在本发明中，所述生物质合成基液外观呈无色透明液体或淡黄色透明液体，结构中没有不饱和键(酯键和碳碳双键)，具有较高的抗温性和水解稳定性。在本发明中，所述生物质合成基钻井液包括85重量份～100重量份的生物质合成基液，优选为85重量份～95重量份，更优选为90重量份。
在本发明中，所述CaCl2水溶液的质量浓度优选为20％～40％，更优选为25％～35％，更更优选为30％。本发明对所述CaCl2水溶液的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品或自制品均可。本发明采用氯化钙作为水相抑制剂，能够增强体系的抑制性。在本发明中，所述生物质合成基钻井液包括0重量份～15重量份的CaCl2水溶液，优选为5重量份～10重量份，更优选为10重量份。
在本发明中，所述有机土优选由钠膨润土经过烷基季铵盐改性制备得到。在本发明中，所述烷基季铵盐为长链烷基季铵盐，其碳原子的个数优选为12～30，更优选为18～25，最优选为20～22。在本发明优选的实施例中，所述有机土为市售的钻井液用有机土HFGEL-120。在本发明中，所述生物质合成基钻井液包括3重量份～5重量份的有机土，优选为4重量份。
在本发明中，所述乳化剂优选具有式I所示结构：
Figure BDA0001783399940000061
式I中，R1为CH3(CH2)x—的脂肪链，x为7；R2为CH3(CH2)y—的脂肪链，y为9～17；n为1～4。在本发明中，所述乳化剂优选由妥尔油酸、顺丁烯二酸酐、脂肪酸和多胺进行反应制备得到；其中，所述妥尔油酸的通式为R1-CH＝CH-(CH2)7-COOH，所述脂肪酸的通式为R2-COOH，所述多胺的通式为NH2-(CH2-CH2)n-NH2，n＝4～9；所述妥尔油酸、顺丁烯二酸酐、脂肪酸和多胺的摩尔比优选为1：(1～1.5)：(2.5～3.5)：(4～5)，更优选为1：1.5：3：5；所述反应的温度优选为130℃～160℃，更优选为140℃～150℃；所述反应的时间优选为3h～5h，更优选为4h。
在本发明中，所述乳化剂含有抗温基团，呈支化结构，乳液稳定性好，同时支化结构提高钻井液切力，从而能维持整个钻井液体系的乳化稳定性，并保持较好的流变性能。此外，本发明采用一种乳化剂代替现有技术的主乳化剂和辅乳化剂的技术方案，降低了乳化剂的含量，一方面可以减少过剩的乳化剂对地层孔隙岩石的伤害，另一方面简化了配方中主要添加剂的种类和配制工艺，节约了配制成本。在本发明中，所述生物质合成基钻井液包括4重量份～8重量份的乳化剂，优选为5重量份～7重量份，更优选为6重量份。
在本发明中，所述润湿剂优选由脂肪酸、N,N-双(2-羟乙基)乙二胺、烷基酚聚氧乙烯醚和白油混合制备得到。在本发明优选的实施例中，所述润湿剂为乳化润湿剂，是中国石油天然气集团钻井工程技术研究院的专利产品，专利号为201410577977.X，可由中国石油天然气集团钻井工程技术研究院购得。在本发明中，所述润湿剂能使体系中固相颗粒表面由亲水性转变为亲油性，从而有利于体系中的固相颗粒在基液中分散，且悬浮稳定性好。在本发明中，所述生物质合成基钻井液包括3重量份～5重量份的润湿剂，优选为4重量份。
在本发明中，所述降滤失剂优选为改性腐殖酸酰胺，是中国石油天然气集团钻井工程技术研究院的专利产品，专利号为201410852346.4，可由中国石油天然气集团钻井工程技术研究院购得。本发明采用上述降滤失剂，能够减少钻井液滤液对井壁的侵入，形成良好的泥饼。在本发明中，所述生物质合成基钻井液包括3重量份～5重量份的降滤失剂，优选为4重量份。
在本发明中，所述复合封堵剂优选由海泡石纤维、超细碳酸钙、橡胶粉和云母粉复配而成；所述海泡石纤维、超细碳酸钙、橡胶粉和云母粉复配的质量比优选为(50～55)：35：5：(5～10)，更优选为53：35：5：7。本发明采用上述复合封堵剂，具有刚性粒径与柔性粒径相结合的特点，封堵能力优良。在本发明中，所述生物质合成基钻井液包括3重量份～5重量份的复合封堵剂，优选为4重量份。
本发明对所述氧化钙的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明中，所述生物质合成基钻井液包括2重量份～3重量份的氧化钙，优选为3重量份。
在本发明中，所述生物质合成基钻井液优选还包括：
重晶石0.1重量份～322重量份。本发明对所述重晶石的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明中，所述重晶石的密度优选为4g/cm3～5g/cm3，更优选为4.3g/cm3。在本发明优选的实施例中，每100mL上述原料混合物中加入0.1至322g的重晶石，可以配制出密度0.8g/cm3～2.3g/cm3的生物质合成基钻井液。本发明配制的生物质合成基钻井液在满足井眼清洁的前提下，密度低可到0.8g/cm3，对于低压低渗地层、欠平衡工艺的使用范围更广，负压更大。
本发明采用的生物质合成基液绿色无毒；其结构包括饱和长链脂肪基团和烷基醚基团，没有不饱和键(酯键和碳碳双键)，不属于烷烃，具有较好的抑制性、抗高温性、水解稳定性和可生物降解性。以十二烷基甲醚、十二烷基乙醚和十二烷基丁醚的混合物为基液形成的生物质合成基钻井液为一种绿色环保钻井液体系，后续产生的钻屑未列入《国家危险废物名录》，不属于危险废弃物；因此后续钻屑的处理和处置较传统合成基钻井液简单，可有效降低后续环保处理、处置压力。同时，本发明通过上述关键处理剂的配伍作用以及上述钻井液中各种成分的综合作用，使本发明提供的生物质合成基钻井液具有流变性好，悬浮携砂能力强，热稳定性好，抗温达到180℃以上。综上所述，本发明提供的钻井液所用生物质合成基液无毒、绿色环保，在流变性、高温高压滤失量、地层保护性、可生物降解性等方面具有良好的特性。实验结果表明，采用本发明提供的生物质合成基钻井液，在密度为0.8g/cm3～2.3g/cm3、120℃～180℃的条件下恒温滚动16h，取出后在60℃的环境下进行测试，在流变性能、悬浮稳定性、降滤失性、生物毒性等指标方面都有很好的效果。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的生物质合成基钻井液的制备方法，包括以下步骤：
a)将生物质合成基液依次与有机土、乳化剂、润湿剂、CaCl2水溶液、降滤失剂、复合封堵剂、氧化钙进行混合，得到生物质合成基钻井液。
本发明将生物质合成基液依次与有机土、乳化剂、润湿剂、CaCl2水溶液、降滤失剂、复合封堵剂、氧化钙进行混合，得到生物质合成基钻井液。在本发明中，所述生物质合成基液、有机土、乳化剂、润湿剂、CaCl2水溶液、降滤失剂、复合封堵剂和氧化钙与上述技术方案所述的相同，在此不再赘述。
本发明对所述混合的方式没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的机械搅拌或人工搅拌的技术方案均可。在本发明优选的实施例中，所述混合的方式为机械搅拌；所述机械搅拌的转速优选为8000r/min～10000r/min。在本发明中，所述混合的温度优选为45℃～50℃。
在本发明中，所述混合的过程优选具体为：
a1)将生物质合成基液和有机土加入搅拌容器中搅拌15min～20min，得到第一混合物；
a2)在所述第一混合物中依次加入乳化剂和润湿剂搅拌20min～30min，得到第二混合物；
a3)在所述第二混合物中加入CaCl2水溶液搅拌20min～30min，得到第三混合物；
a4)在所述第三混合物中依次加入降滤失剂、复合封堵剂和氧化钙搅拌20min～30min，得到生物质合成基钻井液。
在本发明中，所述混合后，优选还包括：
在得到的混合物中加入重晶石。在本发明中，所述重晶石与上述技术方案中所述的相同，在此不再赘述。
在本发明中，所述加入重晶石的技术方案优选具体为：
a1)将生物质合成基液和有机土加入搅拌容器中搅拌15min～20min，得到第一混合物；
a2)在所述第一混合物中依次加入乳化剂和润湿剂搅拌20min～30min，得到第二混合物；
a3)在所述第二混合物中加入CaCl2水溶液搅拌20min～30min，得到第三混合物；
a4)在所述第三混合物中依次加入降滤失剂、复合封堵剂和氧化钙搅拌20min～30min，得到混合物；
a5)在所述混合物中加入重晶石搅拌30min～35min，得到生物质合成基钻井液。
本发明提供的生物质合成基钻井液的制备方法工艺步骤简单，易于操作，采用上述特定步骤，能够使各种处理剂在生物质合成基液中充分混合溶解、形成稳定的乳状液。
综上所述，本发明提供的生物质合成基钻井液集传统矿物油钻井液及现有合成基钴井液的各项优点，同时还具有：封堵性好；粘切高、携岩能力强；密度下限低；生物毒性低、环境安全好；并且配制工艺简单。
本发明提供了一种生物质合成基钻井液，由包括以下组分的原料制备而成：生物质合成基液85重量份～100重量份；CaCl2水溶液0重量份～15重量份；有机土3重量份～5重量份；乳化剂4重量份～8重量份；润湿剂3重量份～5重量份；降滤失剂3重量份～5重量份；复合封堵剂3重量份～5重量份；氧化钙2重量份～3重量份；所述生物质合成基液包括十二烷基甲醚、十二烷基乙醚和十二烷基丁醚中的一种或多种。与现有技术相比，本发明提供的生物质合成基钻井液采用特定含量组分，各组分之间具有较好的相互作用，使产品具有优良的润滑、抑制性能，同时又兼备绿色环保、可生物降解性。实验结果表面，本发明提供的生物质合成基钻井液在温度为120℃～180℃、密度为0.8g/cm3～2.3g/cm3范围内，表观粘度小于80mPa·s，中压滤失量小于3mL，高温高压滤失量小于6mL；并且EC50＞1×106mg/L，环境安全性好，BOD5/CODCr达0.61，生物降解性能好。
另外，本发明提供的制备方法简单、所用原料绿色环保、条件温和，可用于页岩气水平井、强水敏性泥页岩地层等复杂井以及环境敏感地区钻井中。
为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。本发明以下实施例所用的原料均为市售商品；其中，所用的生物质合成基液的体积分数组成参见表1所示；所用的有机土为钻井液用有机土HFGEL-120，由浙江丰虹新材料股份有限公司购得；所用的乳化剂、复合封堵剂均由中石化中原石油工程有限公司钻井工程技术研究院提供；所用的湿润剂、降滤失剂均由中国石油天然气集团钻井工程技术研究院购得。
表1本发明以下实施例所用的生物质合成基液的体积分数组成
Figure BDA0001783399940000101
实施例1
(1)本发明实施例1提供的生物质合成基钻井液按下述原料重量份而制成：生物质合成基液(B1)90份、CaCl2水溶液10份、有机土5份、乳化剂4份、润湿剂5份、降滤失剂3份、复合封堵剂5份、氧化钙3份，每100mL上述原料混合物中加入322g重晶石；其中CaCl2水溶液的重量百分比浓度为20％，复合封堵剂由质量比为50：35：5：10的海泡石纤维、超细碳酸钙、橡胶粉和云母粉复配而成。
(2)制备方法按下述制备步骤进行：将所需量的生物质合成基液和有机土加入搅拌容器中搅拌15～20min，得到第一混合物；在所述第一混合物中依次加入所需量的乳化剂和润湿剂搅拌20～30min，得到第二混合物；在所述第二混合物中加入所需量的CaCl2水溶液搅拌20～30min，得到第三混合物；在所述第三混合物中依次加入所需量的降滤失剂、复合封堵剂和氧化钙搅拌20～30min，得到第四混合物；在所述第四混合物中加入所需量的重晶石并搅拌30～35min，得到密度为2.3g/cm3的生物质合成基钻井液；其中，所述搅拌的转速为8000～10000r/min，制备过程中混合物的温度控制在45～50℃。
实施例2
(1)本发明实施例2提供的生物质合成基钻井液按下述原料重量份而制成：生物质合成基液(B1)90份、CaCl2水溶液10份、有机土5份、乳化剂4份、润湿剂5份、降滤失剂3份、复合封堵剂5份、氧化钙3份，每100mL上述原料混合物中加入127g重晶石；其中CaCl2水溶液的重量百分比浓度为40％，复合封堵剂由质量比为55：35：5：5的海泡石纤维、超细碳酸钙、橡胶粉和云母粉复配而成。
(2)制备方法按实施例1相同的制备步骤进行，得到密度为1.6g/cm3的生物质合成基钻井液。
实施例3
(1)本发明实施例3提供的生物质合成基钻井液按下述原料重量份而制成：生物质合成基液(B1)100份、CaCl2水溶液0份、有机土5份、乳化剂4份、润湿剂5份、降滤失剂3份、复合封堵剂5份、氧化钙3份，每100mL上述原料混合物中加入0.1g重晶石；其中复合封堵剂由质量比为55：35：5：5的海泡石纤维、超细碳酸钙、橡胶粉和云母粉复配而成。
(2)制备方法按下述制备步骤进行：将所需量的生物质合成基液和有机土加入搅拌容器中搅拌15～20min，得到第一混合物；在所述第一混合物中依次加入所需量的乳化剂和润湿剂搅拌20～30min，得到第二混合物；在所述第二混合物中依次加入所需量的降滤失剂、复合封堵剂和氧化钙搅拌20～30min，得到密度为0.8g/cm3的生物质合成基钻井液；其中，所述搅拌的转速为8000～10000r/min，制备过程中混合物的温度控制在45～50℃。
实施例4
(1)本发明实施例4提供的生物质合成基钻井液按下述原料重量份而制成：生物质合成基液(B1)85份、CaCl2水溶液15份、有机土3份、乳化剂8份、润湿剂3份、降滤失剂5份、复合封堵剂3份、氧化钙2份，每100mL上述原料混合物中加入322g重晶石；其中CaCl2水溶液的重量百分比浓度为20％，复合封堵剂由质量比为50：35：5：10的海泡石纤维、超细碳酸钙、橡胶粉和云母粉复配而成。
(2)制备方法按实施例1相同的制备步骤进行，得到密度为2.3g/cm3的生物质合成基钻井液。
实施例5
(1)本发明实施例5提供的生物质合成基钻井液按下述原料重量份而制成：生物质合成基液(B1)90份、CaCl2水溶液10份、有机土4.5份、乳化剂7份、润湿剂4.5份、降滤失剂4.5份、复合封堵剂3.5份、氧化钙2.5份，每100mL上述原料混合物中加入89g重晶石；其中CaCl2水溶液的重量百分比浓度为35％，复合封堵剂由质量比为53：35：5：7的海泡石纤维、超细碳酸钙、橡胶粉和云母粉复配而成。
(2)制备方法按实施例1相同的制备步骤进行，得到密度为1.4g/cm3的生物质合成基钻井液。
实施例6
(1)本发明实施例6提供的生物质合成基钻井液按下述原料重量份而制成：生物质合成基液(B1)95份、CaCl2水溶液5份、有机土3.5份、乳化剂5份、润湿剂3.5份、降滤失剂3.5份、复合封堵剂4.5份、氧化钙3份，每100mL上述原料混合物中加入172g重晶石；其中CaCl2水溶液的重量百分比浓度为25％，复合封堵剂由质量比为51：35：5：9的海泡石纤维、超细碳酸钙、橡胶粉和云母粉复配而成。
(2)制备方法按实施例1相同的制备步骤进行，得到密度为1.8g/cm3的生物质合成基钻井液。
实施例7
(1)本发明实施例7提供的生物质合成基钻井液按下述原料重量份而制成：生物质合成基液(B1)90份、CaCl2水溶液10份、有机土4份、乳化剂6份、润湿剂4份、降滤失剂4份、复合封堵剂4份、氧化钙3份，每100mL上述原料混合物中加入224g重晶石；其中CaCl2水溶液的重量百分比浓度为30％，复合封堵剂由质量比为55：35：5：5的海泡石纤维、超细碳酸钙、橡胶粉和云母粉复配而成。
(2)制备方法按实施例1相同的制备步骤进行，得到密度为2.0g/cm3的生物质合成基钻井液。
实施例8
(1)本发明实施例8提供的生物质合成基钻井液按下述原料重量份而制成：生物质合成基液(B2)90份、CaCl2水溶液10份、有机土4份、乳化剂6份、润湿剂4份、降滤失剂4份、复合封堵剂4份、氧化钙3份，每100mL上述原料混合物中加入224g重晶石；其中CaCl2水溶液的重量百分比浓度为30％，复合封堵剂由质量比为53：35：5：7的海泡石纤维、超细碳酸钙、橡胶粉和云母粉复配而成。
(2)制备方法按实施例1相同的制备步骤进行，得到密度为2.0g/cm3的生物质合成基钻井液。
实施例9
按照实施例7提供的原料配比及制备步骤，得到密度为2.0g/cm3的生物质合成基钻井液；区别在于：实施例9采用生物质合成基液(B3)。
实施例10
按照实施例7提供的原料配比及制备步骤，得到密度为2.0g/cm3的生物质合成基钻井液；区别在于：实施例10采用生物质合成基液(B4)。
实施例11
按照实施例7提供的原料配比及制备步骤，得到密度为2.0g/cm3的生物质合成基钻井液；区别在于：实施例11采用生物质合成基液(B5)。
实施例12
按照实施例7提供的原料配比及制备步骤，得到密度为2.0g/cm3的生物质合成基钻井液；区别在于：实施例12采用生物质合成基液(B6)。
实施例13
按照实施例7提供的原料配比及制备步骤，得到密度为2.0g/cm3的生物质合成基钻井液；区别在于：实施例13采用生物质合成基液(B7)。
实施例14
按照实施例7提供的原料配比及制备步骤，得到密度为2.0g/cm3的生物质合成基钻井液；区别在于：实施例14采用生物质合成基液(B8)。
实施例15
按照实施例7提供的原料配比及制备步骤，得到密度为2.0g/cm3的生物质合成基钻井液；区别在于：实施例15采用生物质合成基液(B9)。
实施例16
按照实施例7提供的原料配比及制备步骤，得到密度为2.0g/cm3的生物质合成基钻井液；区别在于：实施例16采用生物质合成基液(B10)。
实施例17
按照实施例7提供的原料配比及制备步骤，得到密度为2.0g/cm3的生物质合成基钻井液；区别在于：实施例17采用生物质合成基液(B11)。
实施例18
按照实施例7提供的原料配比及制备步骤，得到密度为2.0g/cm3的生物质合成基钻井液；区别在于：实施例18采用生物质合成基液(B12)。
实施例19
按照实施例7提供的原料配比及制备步骤，得到密度为2.0g/cm3的生物质合成基钻井液；区别在于：实施例19采用生物质合成基液(B13)。
实施例20
按照实施例7提供的原料配比及制备步骤，得到密度为2.0g/cm3的生物质合成基钻井液；区别在于：实施例20采用生物质合成基液(B14)。
实施例21
按照实施例7提供的原料配比及制备步骤，得到密度为2.0g/cm3的生物质合成基钻井液；区别在于：实施例21采用生物质合成基液(B15)。
对比例1
按照实施例7提供的制备方法，得到密度为2.0g/cm3的生物质合成基钻井液；区别在于：对比例1不添加乳化剂。
对比例2
按照实施例7提供的制备方法，得到密度为2.0g/cm3的生物质合成基钻井液；区别在于：对比例1不添加润湿剂。
对比例3
按照实施例7提供的制备方法，得到密度为2.0g/cm3的生物质合成基钻井液；区别在于：对比例1不添加降滤失剂。
按照国家标准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》的方法，对上述实施例1～21和对比例1～3制备得到的生物质合成基钻井液的各项性能进行测试，具体为：
分别在120℃、150℃和180℃下热滚16小时，然后测定流变性、API失水(FL)、电稳定性(ES)和高温高压失水(HTHP)，结果参见表2所示。
表2实施例1～21和对比例1～3制备得到的生物质合成基钻井液的各项性能数据
Figure BDA0001783399940000151
注：PV为塑性粘度，YP为动切力。
由表2可知，在使用性能上，采用本发明提供的生物质合成基钻井液，在温度为120℃～180℃、密度为0.8g/cm3～2.3g/cm3范围内，表观粘度小于80mPa·s，中压滤失量小于3mL，高温高压滤失量小于6mL；表明本发明所述生物质合成基钻井液具有良好的流变性、滤失量小，粘度受温度影响变化较小，高温后性能稳定，能够满足勘探开发的需要。通过实施例7和对比例1～3的数据对比可以看出，本发明中采用特定的乳化剂、润湿剂和降滤失剂具有较好的相互作用，能够使本发明提供的钻井液具有更好的性能。
本发明提供的生物质合成基钻井液的生物毒性评价的试验依据国家标准GB/T15441-1995《水质急性毒性的测定发光细菌法》对4种钻井液的毒性进行测定比较；采用BOD5/CODCr法比较了这4种钻井液的生物可降解性，使用DXY-2型生物急性毒性测试仪，参照美国国家环保局确认的糠虾生物毒性分级标准，实验结果参见表3所示。
表3钻井液生物毒性及可降解性的比较
钻井液体系 EC<sub>50</sub>，mg/L 毒性等级 BOD<sub>5</sub>/COD<sub>Cr</sub> 可生物降解性
现有技术柴油基钻井液 10<sup>3</sup> 中等毒性 0.25 较难
现有技术普通油包水乳化钻井液 10<sup>4</sup> 微毒 0.46 较易
现有技术合成基钻井液 ＞10<sup>4</sup> 实际无毒 0.49 易
本发明生物质合成基钻井液 ＞10<sup>6</sup> 建议排放 0.61 易
从表3可以看出，本发明提供的生物质合成基钻井液无生物毒性，可生化性强，绿色环保；并且其生物降解性程度为易，达到排放标准。
综上所述，该钻井液可应用于页岩气水平井、强水敏性泥页岩地层等复杂井以及环境敏感地区钻井中。
所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，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特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种生物质合成基钻井液，由包括以下组分的原料制备而成：
生物质合成基液85重量份～100重量份；
CaCl2水溶液0重量份～15重量份；
有机土3重量份～5重量份；
乳化剂4重量份～8重量份；
润湿剂3重量份～5重量份；
降滤失剂3重量份～5重量份；
复合封堵剂3重量份～5重量份；
氧化钙2重量份～3重量份；
所述生物质合成基液包括十二烷基甲醚、十二烷基乙醚和十二烷基丁醚中的一种或多种；
所述乳化剂具有式I所示结构：
Figure FDA0003213013170000011
式I中，R1为CH3(CH2)x—的脂肪链，x为7；R2为CH3(CH2)y—的脂肪链，y为9～17；n为1～4。
2.根据权利要求1所述的生物质合成基钻井液，其特征在于，所述CaCl2水溶液的质量浓度为20％～40％。
3.根据权利要求1所述的生物质合成基钻井液，其特征在于，所述有机土由钠膨润土经过烷基季铵盐改性制备得到；所述烷基季铵盐的碳原子数为12～30。
4.根据权利要求1所述的生物质合成基钻井液，其特征在于，所述润湿剂由由脂肪酸、N,N-双(2-羟乙基)乙二胺、烷基酚聚氧乙烯醚和白油混合制备得到。
5.根据权利要求1所述的生物质合成基钻井液，其特征在于，所述降滤失剂为改性腐殖酸酰胺。
6.根据权利要求1所述的生物质合成基钻井液，其特征在于，所述复合封堵剂由海泡石纤维、超细碳酸钙、橡胶粉和云母粉复配而成；所述海泡石纤维、超细碳酸钙、橡胶粉和云母粉复配的质量比为(50～55)：35：5：(5～10)。
7.根据权利要求1～6任一项所述的生物质合成基钻井液，其特征在于，还包括：
重晶石0.1重量份～322重量份。
8.一种权利要求1～6任一项所述的生物质合成基钻井液的制备方法，包括以下步骤：
a)将生物质合成基液依次与有机土、乳化剂、润湿剂、CaCl2水溶液、降滤失剂、复合封堵剂、氧化钙进行混合，得到生物质合成基钻井液。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述混合后，还包括：
在得到的混合物中加入重晶石。
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