CN111793479B - 一种油基钻井液及其制备方法 - Google Patents

一种油基钻井液及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种油基钻井液及其制备方法，所述油基钻井液包括：基础油、盐水溶液、第一乳化剂、润湿剂、碱度调节剂、水性环氧树脂乳液以及加重材料。所述方法包括：(1)将所述盐水溶液、所述水性环氧树脂乳液混合均匀，得到水相混合液；(2)将所述基础油、所述第一乳化剂、所述润湿剂和所述碱度调节剂混合均匀，得到油相混合液；(3)将步骤(2)得到的所述油相混合液加入步骤(1)得到的所述水相混合液中，搅拌乳化，并加入所述加重材料加重至期望的密度，得到所述油基钻井液。本申请的油基钻井液在高温(例如，180℃和210℃)下具有优良的封堵作用，能够显著降低钻井液漏失，提升井壁稳定性。

Description

一种油基钻井液及其制备方法
技术领域
本申请涉及钻井技术领域，尤指一种油基钻井液及其制备方法。
背景技术
随着世界对石油天然气资源以及页岩气需求量的增加以及钻探技术的发展，深井、超深井已成为今后钻井技术发展的主要方向，因此，对钻井液的抗温性提出了更高的要求。
油基钻井液以油为连续相，水或水溶液在油介质内乳化，其他固体颗粒在油介质内分散，因此，油基钻井液是一种油包水乳液，也被称为逆乳液。油基钻井液由于具有抗高温、抗盐钙侵、有利于井壁稳定、润滑性好和对油气层损害小等优点，越来越广泛应用于钻探深井、超深井、大斜度定向井、多分支井和水平井等复杂地层井。但是，油基钻井液成本昂贵，一般情况下需要循环使用以降低其成本，而且一旦发生油相漏失，不仅会污染地层，也会造成极大的经济损失。因此，加强油基钻井液的封堵性能，尤其是高温下的封堵性能，对于保障钻井顺利进行，降低钻井成本具有重要意义。
中国专利CN109337659A公布了一种耐高温油基钻井液，该钻井液经260℃热滚后，体系性能稳定，破乳电压达1000V以上，滤失量在8ml以下；中国专利CN103710010A公布了一种油基钻井液，其具有很好的抗高温(180℃)性能和润滑性能，主要是为了应对泥页岩易坍塌地层、深井厚盐膏层和复杂地层等，适用于深井、大斜井钻探。中国专利CN102031095A公布了一种高温油包水钻井液配方体系，抗温达到240℃，能够克服现有钻井液抗温能力不足难题，有利于满足深井超深井对钻井液抗温能力的要求。但上述抗高温油基钻井液均未涉及封堵性能的研究。
中国专利CN104774598A公布了一种抗高温封堵剂，既能用于水基钻井液又能用于油基钻井液，由矿物纤维类材料、沥青颗粒、无机弹性颗粒、精细橡胶粉、超细碳酸钙和褐煤树脂组成，抗温达到180℃；中国专利CN104194750A公布了一种用于油基钻井液的纳米封堵剂及其制备方法，其基本组成为一种苯丙胶乳，150℃下可有效封堵纳米级的微裂缝，但未知是否适用更高温度。
发明内容
本申请提供了一种油基钻井液及其制备方法，该油基钻井液在高温(例如，180℃和210℃)下具有优良的封堵作用，能够降低钻井液漏失，提升井壁稳定性。
本申请提供了一种油基钻井液，包括：基础油、盐水溶液、第一乳化剂、润湿剂、碱度调节剂、水性环氧树脂乳液以及加重材料。
在本申请的实施方式中，所述油基钻井液中的油相与水相的体积比可以为50:50-95:5，所述第一乳化剂在所述油基钻井液中的浓度可以为1g/L-90g/L，所述润湿剂在所述油基钻井液中的浓度可以为3g/L-80g/L，所述碱度调节剂在所述油基钻井液中的浓度可以为5g/L-70g/L，所述水性环氧树脂乳液在所述油基钻井液中的浓度可以为5g/L-95g/L，所述油基钻井液的密度可以为1.0g/cm3～2.4g/cm3，所述盐水溶液中盐的质量分数可以为5wt％-35wt％。
在本申请的实施方式中，所述油基钻井液中的油相与水相的体积比可以为85:15-95:5，所述第一乳化剂在所述油基钻井液中的浓度可以为30g/L-70g/L，所述润湿剂在所述油基钻井液中的浓度可以为10g/L-40g/L，所述碱度调节剂在所述油基钻井液中的浓度可以为5g/L-35g/L，所述水性环氧树脂乳液在所述油基钻井液中的浓度可以为10g/L-30g/L，所述油基钻井液的密度可以为1.5g/cm3-2.1g/cm3，所述盐水溶液中盐的质量分数可以为15wt％-25wt％。
应理解，本领域技术人员可以根据地层压力选择适应的加重材料，并调节油基钻井液的密度为1.0g/cm3-2.4g/cm3，优选的，为1.5g/cm3-2.1g/cm3。
在本申请的实施方式中，所述水性环氧树脂乳液可以通过如下方法制备得到：
(1)将环氧树脂100重量份、第二乳化剂3重量份-15重量份、有机溶剂5重量份-50重量份和交联剂11重量份-35重量份加入到反应器中，升温至30℃-80℃，搅拌至物料混合均匀；
(2)在1200转/分钟-3000转/分钟高速剪切搅拌下，将计量的水缓慢滴加至步骤(1)得到的混合液中，滴加时间为0.5h-2h，得到固含量为45％-60％的水性环氧树脂乳液。
在本申请的实施方式中，所述环氧树脂可以选自双酚A型环氧树脂和双酚F型环氧树脂中的任意一种或多种，所述环氧树脂的环氧当量范围可以为170-5500；优选地，所述环氧树脂选自双酚A型环氧树脂中的任意一种，环氧当量范围为450-1000。
在本申请的实施方式中，所述第二乳化剂为阴离子乳化剂与非离子乳化剂的复合乳化剂，其中所述阴离子乳化剂与所述非离子乳化剂的重量比可以为1:3-3:1。
在本申请的实施方式中，所述阴离子乳化剂可以选自烷基硫酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基酚硫酸盐和二烷基琥珀酸酯硫酸盐中的任意一种或多种。
任选地，所述阴离子乳化剂可以选自十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵(CO-436)、烷基酚醚磺基琥珀酸酯钠盐(MS-1)中的任意一种或多种。
在本申请的实施方式中，所述非离子乳化剂可以选自山梨醇脂肪酸酯和脂肪醇聚氧乙烯醚中的任意一种或多种。
任选地，所述非离子乳化剂可以选自Span80、Span60、AEO15和AEO20中的任意一种或多种。
在本申请的实施方式中，所述有机溶剂可以选自乙醇、正丁醇、乙二醇、乙二醇单丁醚和N,N-二甲基甲酰胺中的任意一种或多种。
在本申请的实施方式中，所述交联剂可以选自芳香族多元胺交联剂中的任意一种或多种。
任选地，所述交联剂可以选自胺基二苯砜、间苯二胺和二胺基二苯甲烷中的任意一种或多种。
在本申请的实施方式中，所述基础油可以选自白油、柴油、生物柴油、植物油、天然气制油和合成油中的任意一种或多种。
任选地，所述基础油选自白油、天然气制油和合成油中的任意一种。
在本申请的实施方式中，所述第一乳化剂可以选自妥尔油脂肪酸、硬脂酸盐、环烷酸钙、环烷酸酰胺、石油磺酸钠、单硬脂酸甘油酯、硬质酰乳酸盐、木糖醇酐硬脂酸酯、脂肪酸蔗糖酯、甜菜碱型表面活性剂和双子型表面活性剂中的任意一种或多种。
在本申请的实施方式中，所述润湿剂可以选自十六烷基三甲基溴化铵、烷基聚乙二醇醚硫酸酯钠盐、聚氧乙烯烷基醇醚、卵磷脂和石油磺酸盐中的任意一种或多种。
在本申请的实施方式中，所述盐水溶液可以选自氯化钙水溶液、氯化钠水溶液、氯化钾水溶液、氯化镁水溶液、甲酸钾水溶液、甲酸钠水溶液、硫酸钠水溶液、碳酸钠水溶液、碳酸氢钠水溶液、硫酸钾水溶液、碳酸钾水溶液、碳酸氢钾水溶液、硝酸钙水溶液、硝酸镁水溶液、溴化钙水溶液和溴化锌水溶液中的任意一种或多种。
任选地，所述盐水溶液选自氯化钙水溶液和甲酸钠水溶液中的任意一种或两种。
在本申请的实施方式中，所述碱度调节剂可以选自氧化钙、氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化钙中的任意一种或多种。
在本申请的实施方式中，所述加重材料可以选自重晶石、石灰石、三氧化二铁、四氧化三铁和四氧化三锰中的任意一种或多种。
本申请还提供了如上所述的油基钻井液的制备方法，包括：
(1)将所述盐水溶液、所述水性环氧树脂乳液混合均匀，得到水相混合液；
(2)将所述基础油、所述第一乳化剂、所述润湿剂和所述碱度调节剂混合均匀，得到油相混合液；
(3)将步骤(2)得到的所述油相混合液加入步骤(1)得到的所述水相混合液中，搅拌乳化，并加入所述加重材料加重至期望的密度，得到所述油基钻井液。
本申请的油基钻井液在高温(例如，180℃和210℃)下均具有优良的流变性、稳定性和封堵性能，能够降低钻井液漏失，提升井壁稳定性。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书中所描述的方案来实现和获得。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
实施例1
水性环氧树脂乳液的制备方法如下：
(1)将双酚F型环氧树脂100g(型号NPEF-187，环氧当量175-185)、十二烷基硫酸钠1g、Span80 3g、乙醇2g、乙二醇单丁醚5g和交联剂胺基二苯砜35g加入到反应瓶，升温至32℃，搅拌至物料混合均匀；
(2)在1250转/分钟高速剪切搅拌下，将计量的去离子水在0.5h内滴加至步骤(1)得到的混合液中，得到水性环氧树脂乳液，其固含量为45％。
基于总的油基钻井液体积，本实施例的油基钻井液由如下组分组成：生物柴油、10wt％氯化钾水溶液，油相与水相的体积比为80:20；单硬脂酸甘油酯11g/L；石油磺酸钠12g/L；氧化钙25g/L；本实施例制得的水性环氧树脂乳液30g/L；重晶石加重至1.5g/cm3。
油基钻井液的制备方法如下：
(1)将盐水溶液、水性环氧树脂乳液混合均匀，得到水相混合液；
(2)将基础油、第一乳化剂、润湿剂、碱度调节剂混合均匀得到油相混合液；
(3)将步骤(2)得到的所述油相混合液加入步骤(1)得到的所述水相混合液中，以2000转/分钟的转速进行高速搅拌乳化，并加入加重材料加重至期望的密度，得到所述油基钻井液。
对比例1
本对比例与实施例1的区别仅在于：水性环氧树脂乳液的加量为0。
实施例2
水性环氧树脂乳液的制备方法如下：
(1)将双酚F型环氧树脂100g(型号YDF-2004，环氧当量900-1000)、十二烷基苯磺酸钠10.5g、AEO15 3.5g、N,N-二甲基甲酰胺48g和间苯二胺35g加入到反应瓶，升温至80℃，搅拌至物料混合均匀；
(2)在3050转/分钟高速剪切搅拌下，将计量的去离子水在2h内滴加至步骤(1)得到的混合液中，得到水性环氧树脂乳液，其固含量为60％。
基于总的油基钻井液体积，本实施例的油基钻井液由如下组分组成：植物油、25wt％甲酸钾水溶液，油相与水相的体积比为70:30；环烷酸钙83g/L；聚氧乙烯月桂醇醚16g/L；氢氧化钙15g/L；本实施例制得的水性环氧树脂乳液10g/L；四氧化三铁加重至1.5g/cm3。
油基钻井液的制备方法与实施例1相同。
对比例2
本对比例与实施例2的区别仅在于：水性环氧树脂乳液的加量为0。
实施例3
水性环氧树脂乳液的制备方法如下：
(1)将双酚A型环氧树脂100g(型号SM-020，环氧当量3000-5500)、壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵(CO-436)4g、AEO20 4g、乙二醇34g和二胺基二苯甲烷25g加入到反应瓶，升温至52℃，搅拌至物料混合均匀；
(2)在1500转/分钟高速剪切搅拌下，将计量的去离子水在1.5h内滴加至步骤(1)得到的混合液中，得到水性环氧树脂乳液，其固含量为47％。
基于总的油基钻井液体积，本实施例的油基钻井液由如下组分组成：柴油、5wt％硫酸钠水溶液，油相与水相的体积比为90:10；椰油酰胺丙基甜菜碱CAB-35 10g/L；卵磷脂76g/L；氢氧化钠40g/L；本实施例制得的水性环氧树脂乳液20g/L；四氧化三锰加重至1.5g/cm3。
油基钻井液的制备方法与实施例1相同。
对比例3
本对比例与实施例3的区别仅在于：水性环氧树脂乳液的加量为0。
实施例4
水性环氧树脂乳液的制备方法如下：
(1)将双酚A型环氧树脂100g(型号SM607，环氧当量1700-2500)、烷基酚醚磺基琥珀酸酯钠盐(MS-1)3g、Span60 7g、正丁醇14g和二胺基二苯22g加入到反应瓶，冲入氮气，升温至70℃，搅拌至物料混合均匀；
(2)在2500转/分钟高速剪切搅拌下，高速搅拌下将计量的去离子在1h内水滴加至步骤(1)得到的混合液中，得到水性环氧树脂乳液，其固含量为55％。
基于总的油基钻井液体积，本实施例的油基钻井液由如下组分组成：白油、10wt％氯化钙水溶液，油相与水相的体积比为85:15；妥尔油脂肪酸10g/L；聚氧乙烯烷基醇醚Lissapol 10g/L；氧化钙25g/L；本实施例制得的水性环氧树脂乳液25g/L；重晶石加重至1.5g/cm3。
油基钻井液的制备方法与实施例1相同。
对比例4
本对比例与实施例4的区别仅在于：水性环氧树脂乳液的加量为0。
实施例5
水性环氧树脂乳液的制备方法如下：
(1)将双酚A型环氧树脂100g(牌号SM601，环氧当量450-560)、十二烷基硫酸钠7g、AEO20 3g、乙二醇18mL、乙二醇单丁醚18g和胺基二苯砜24.2g加入到反应瓶，冲入氮气，升温至45℃，搅拌至物料混合均匀；
(2)在1800转/分钟高速剪切搅拌下，高速搅拌下将计量的去离子水在1.5h内滴加至步骤(1)得到的混合液中，得到水性环氧树脂乳液，固含量为52％。
基于总的油基钻井液体积，本实施例的油基钻井液由如下组分组成：白油、25wt％氯化钙水溶液，油相与水相的体积比为85:15；妥尔油脂肪酸30g/L；石油磺酸钠10g/L；氧化钙25g/L；本实施例制得的水性环氧树脂乳液15g/L；重晶石加重至1.5g/cm3。
油基钻井液的制备方法与实施例1相同。
对比例5
本对比例与实施例5的区别仅在于：水性环氧树脂乳液的加量为0。
实施例6
水性环氧树脂乳液的制备方法如下：
(1)将双酚A型环氧树脂100g(牌号SM604H，环氧当量720-1000)、壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵CO-436 4g、Span80 4g、乙二醇单丁醚42g和二胺基二苯甲烷30g加入到反应瓶，冲入氮气，升温至62℃，搅拌至物料混合均匀；
(2)在2200转/分钟高速剪切搅拌下，高速搅拌下将计量的去离子水在1.2h内滴加至步骤(1)得到的混合液中，得到水性环氧树脂乳液，其固含量为53％。
基于总的油基钻井液体积，本实施例的油基钻井液由如下组分组成：白油、10wt％氯化钙水溶液，油相与水相的体积比为90:10；妥尔油脂肪酸50g/L；烷基聚乙二醇醚硫酸酯钠盐Genapol CRO 20g/L；氧化钙30g/L；本实施例制得的水性环氧树脂22g/L；重晶石加重至1.5g/cm3。
油基钻井液的制备方法与实施例1相同。
对比例6
本对比例与实施例6的区别仅在于：水性环氧树脂乳液的加量为0。
性能测试
1、油基钻井液的流变性能和封堵性能
将上述实施例和对比例制备的油基钻井液分别在180℃、210℃下热滚16h，然后在50℃下测定其滚前和滚后的流变性能(包括表观粘度AV、塑性粘度PV以及动切力YP)和破乳电压Es。测试结果如表1-3所示。
将热滚后的油基钻井液加入到装有岩心砂盘的高温高压渗透性封堵仪中，密封，用液油施压，分别记录180℃、210℃、1000psi下的30min砂盘漏失量(FLHTHP)。砂盘型号为170-53-3，平均孔径为20μm。测试结果如表1-3所示。
表1油基钻井液的滚前流变性能
Figure BDA0002560970980000091
Figure BDA0002560970980000101
表2油基钻井液的流变性能和砂盘漏失量(180℃热滚)
Figure BDA0002560970980000102
表3油基钻井液的流变性能和砂盘漏失量(210℃热滚)
Figure BDA0002560970980000103
Figure BDA0002560970980000111
可以看出，本申请实施例的油基钻井液体系在滚前和滚后(180℃和210℃)具有良好的流变性能和稳定性。加入水性环氧树脂乳液不改变体系的流变性能和稳定性，并能显著降低油基钻井液体系的高温高压漏失量(180℃，表2)；通过表3和表2的高温高压滤失量对比，可以看出，在210℃下，本申请实施例的油基钻井液可以表现出更好的高温高压封堵性能。
综上，本申请所述的油基钻井液具有良好的高温流变性能和稳定性能，提升了油基钻井液的高温封堵性能，可以满足210℃的钻井作业要求；而且油基钻井液及其所包含的水性环氧树脂乳液制备工艺简便，成本低廉。
虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (12)

1. 一种油基钻井液，由基础油、盐水溶液、第一乳化剂、润湿剂、碱度调节剂、水性环氧树脂乳液以及加重材料组成，所述水性环氧树脂乳液通过如下方法制备得到：（1）将环氧树脂100重量份、第二乳化剂3重量份-15重量份、有机溶剂5重量份-50重量份和交联剂11重量份-35重量份加入到反应器中，升温至30℃-80℃，搅拌至物料混合均匀；（2）在1200转/分钟-3000转/分钟高速剪切搅拌下，将计量的水缓慢滴加至步骤（1）得到的混合液中，滴加时间为0.5 h -2 h，得到固含量为45%-60%的水性环氧树脂乳液；所述环氧树脂选自双酚A型环氧树脂和双酚F型环氧树脂中的任意一种或多种，所述环氧树脂的环氧当量范围为170-5500；所述油基钻井液中的油相与水相的体积比为50: 50-95: 5，所述第一乳化剂在所述油基钻井液中的浓度为1g/L-90g/L，所述润湿剂在所述油基钻井液中的浓度为3g/L-80g/L，所述碱度调节剂在所述油基钻井液中的浓度为5g/L-70g/L，所述水性环氧树脂乳液在所述油基钻井液中的浓度为5g/L-95g/L，所述油基钻井液的密度为1.0g/cm3~2.4g/cm3，所述盐水溶液中盐的质量分数为5wt%-35wt%。
2. 根据权利要求1所述的油基钻井液，其中，所述油基钻井液中的油相与水相的体积比为85: 15-95: 5，所述第一乳化剂在所述油基钻井液中的浓度为30g/L-70g/L，所述润湿剂在所述油基钻井液中的浓度为10g/L-40g/L，所述碱度调节剂在所述油基钻井液中的浓度为5g/L-35g/L，所述水性环氧树脂乳液在所述油基钻井液中的浓度为10g/L-30g/L，所述油基钻井液的密度为1.5g/cm3-2.1g/cm3，所述盐水溶液中盐的质量分数为15wt%-25wt%。
3.根据权利要求1或2所述的油基钻井液，其中，所述环氧树脂选自双酚A型环氧树脂中的任意一种，环氧当量范围为450-1000。
4. 根据权利要求1或2所述的油基钻井液，其中，所述第二乳化剂为阴离子乳化剂与非离子乳化剂的复合乳化剂，所述阴离子乳化剂与所述非离子乳化剂的重量比为1: 3-3: 1；任选地，所述阴离子乳化剂选自烷基硫酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基酚硫酸盐和二烷基琥珀酸酯硫酸盐中的任意一种或多种，所述非离子乳化剂选自山梨醇脂肪酸酯和脂肪醇聚氧乙烯醚中的任意一种或多种；
所述有机溶剂选自乙醇、正丁醇、乙二醇、乙二醇单丁醚和N,N-二甲基甲酰胺中的任意一种或多种；
所述交联剂选自芳香族多元胺交联剂中的任意一种或多种。
5.根据权利要求4所述的油基钻井液，其中，所述交联剂选自胺基二苯砜、间苯二胺和二胺基二苯甲烷中的任意一种或多种。
6.根据权利要求1或2所述的油基钻井液，其中，所述基础油选自白油、柴油、生物柴油、植物油、天然气制油和合成油中的任意一种或多种。
7.根据权利要求6所述的油基钻井液，其中，所述基础油选自白油、天然气制油和合成油中的任意一种。
8.根据权利要求1或2所述的油基钻井液，其中，所述第一乳化剂选自妥尔油脂肪酸、硬脂酸盐、环烷酸钙、环烷酸酰胺、石油磺酸钠、单硬脂酸甘油酯、硬质酰乳酸盐、木糖醇酐硬脂酸酯、脂肪酸蔗糖酯、甜菜碱型表面活性剂和双子型表面活性剂中的任意一种或多种。
9.根据权利要求1或2所述的油基钻井液，其中，所述润湿剂选自十六烷基三甲基溴化铵、烷基聚乙二醇醚硫酸酯钠盐、聚氧乙烯烷基醇醚、卵磷脂和石油磺酸盐中的任意一种或多种。
10.根据权利要求1或2所述的油基钻井液，其中，所述盐水溶液选自氯化钙水溶液、氯化钠水溶液、氯化钾水溶液、氯化镁水溶液、甲酸钾水溶液、甲酸钠水溶液、硫酸钠水溶液、碳酸钠水溶液、碳酸氢钠水溶液、硫酸钾水溶液、碳酸钾水溶液、碳酸氢钾水溶液、硝酸钙水溶液、硝酸镁水溶液、溴化钙水溶液和溴化锌水溶液中的任意一种或多种；
所述碱度调节剂选自氧化钙、氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化钙中的任意一种或多种；
所述加重材料选自重晶石、石灰石、三氧化二铁、四氧化三铁和四氧化三锰中的任意一种或多种。
11.根据权利要求10所述的油基钻井液，其中，所述盐水溶液选自氯化钙水溶液和甲酸钠水溶液中的任意一种或两种。
12.一种制备根据权利要求1-11中任一项所述的油基钻井液的方法，包括：
（1）将所述盐水溶液、所述水性环氧树脂乳液混合均匀，得到水相混合液；
（2）将所述基础油、所述第一乳化剂、所述润湿剂和所述碱度调节剂混合均匀，得到油相混合液；
（3）将步骤（2）得到的所述油相混合液加入步骤（1）得到的所述水相混合液中，搅拌乳化，并加入所述加重材料加重至期望的密度，得到所述油基钻井液。
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