CN111925779B - 一种恒流变环保型合成基钻井液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钻井液领域的一种恒流变环保型合成基钻井液及其制备方法。所述恒流变环保型合成基钻井液，可包含以重量份数计的以下组分：以油相和水相的总重量为100重量份数计，其中，油相60～90重量份，水相10～40重量份；主乳化剂1.0～5.0重量份；辅乳化剂0.5～3.0重量份；流型调节剂0～2重量份；亲油胶体1～4重量份；降滤失剂1～5重量份；氧化钙1～3重量份。本发明使用易生物降解的合成基油和高性能乳化剂为主要组分，配制1.05～1.6g/cm3的合成基钻井液，该合成基钻井液抗温180℃，粘度和切力受温度和压力影响较小，具有流变性好、悬浮稳定性好、易生物降解等特点。本发明的钻井液破乳电压达到1000V以上，具有优良的乳化稳定性、流变性和沉降稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及钻井液领域，更进一步说，涉及一种恒流变环保型合成基钻井液及其制备方法。
背景技术
合成基钻井液是以醚、聚α-烯烃、缩醛、线性α-烯烃、内烯烃、线性烷基苯、线性石蜡和气制油等人工合成或改性的有机物为连续相，盐水为分散相，再加入乳化剂、降滤失剂、流型改进剂(有机土、生石灰等)、加重材料等组成。这类钻井液最大特点在于它既有油基钻井液的优点，又符合环境保护的要求，对环境无污染，钻井污水、钻屑和废弃钻井液均可向海洋排放。特别是2015年随着国家新的环境保护法的实施，对环境保护的要求更加严格。因此合成基钻井液体系是未来非常规资源和海洋钻井的首选钻井液体系。
自80年代初，美国、英国、挪威等国外石油公司开始从事合成基钻井液的研究开发工作，近年来在菲律宾、印尼、泰国湾等海上油田广泛应用，已成为海上使用的主要钻井液体系之一。90年代后，为适应钻井工程的需求，国内开始对合成基钻井液进行研究。目前合成基钻井液体系的流变性受温度的影响变化比较大，温度变化较大时粘度和切力很难控制，特别是合成基钻井液在长时间静止时粘度和切力变化更大，更容易导致井漏发生。因此有必要研究恒流变合成基钻井液，减小井下事故的产生，拓宽合成基钻井液的使用范围。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种恒流变环保型合成基钻井液。具体地说涉及一种恒流变环保型合成基钻井液及其制备方法。所述合成基钻井液受温度影响较小，具有流变性好、悬浮稳定性好、易生物降解等特点。合成基钻井液破乳电压达到1000V以上，具有良好的乳化稳定性。合成基钻井液长时间老化流变性和沉降稳定性都很好，整个体系的LC50≥15000mg/L，能满足海上和陆上环境保护的要求。
本发明目的之一是提供一种恒流变环保型合成基钻井液，可包含以重量份数计的以下组分：
以油相和水相的总重量为100重量份数计，
其中，油相60～90重量份，水相10～40重量份；优选油相65～85重量份，水相15～35重量份；
主乳化剂1.0～5.0重量份，优选1.5～4.0重量份；更优选2.0～4.0重量份；进一步优选3～3.8重量份；
辅乳化剂0.5～3.0重量份，优选0.5～2.5重量份；更优选1.0～1.8重量份；进一步优选1.2～1.5重量份；
流型调节剂0～2重量份，优选0～1.5重量份；更优选0.5～1.5重量份；
亲油胶体1～4重量份，优选1.5～4重量份；
降滤失剂1～5重量份，优选2～4重量份；
氧化钙1～3重量，优选1.5～2.5重量份。
所述的油相为可降解油相，所述可降解油相可选自埃克森美孚Escaid 110和/或Saraline185；优选埃克森美孚Escaid 110。
所述的水相可为氯化钙溶液或氯化钠溶液；所述溶液中溶质的浓度可为10～30wt％，优选20～30wt％，更优选为25wt％。
所述流型调节剂可选自为二聚酸或油酸聚乙二醇单酯，优选二聚酸。
所述主乳化剂和辅乳化剂复配，形成复合乳化剂。
所述的主乳化剂可为由有机酸、有机酸酰胺组成的混合液，可以在油水界面上形成高强度的复合膜，从而保证在高温下乳状液稳定性好。所述主乳化剂优选为油酸和油酸酰胺组成的混合液，其HLB值可为1～5。优选地，其中用量比例为油酸和油酸酰胺的重量比为1：(6～9)，HLB值为3～5。
所述辅乳化剂为十二烷基苯磺酸钠和/或十二烷基硫酸钠，作用为调节复合乳化剂的HLB值在3～6之间，进一步增强油水界面膜的强度，增强乳状液的稳定性和抗温能力。
所述主乳化剂和辅乳化剂的重量比例在(1～4):1之间，优选(2～3):1之间可以更好的协同保持油水乳状液稳定性。
所述的亲油胶体可为有机膨润土或有机增黏剂。
所述的降滤失剂可为油基钻井液用降滤失剂有机褐煤或氧化沥青。
其中，油相作为油包水钻井液中的连续相；水相作为油包水钻井液中内相，保证井壁稳定及活度平衡；乳化剂起乳化作用，形成稳定的油包水钻井液；流型调节剂用于调节钻井液的流变性，提高钻井液在低流速下的粘度，增强钻井液悬浮和携渣能力；亲油胶体有机膨润土可以提高油包水乳状液稳定性，并可提高体系黏度与动切力；降滤失剂用于降低钻井液滤失量；氧化钙用于维持钻井液的pH值。
基浆密度通常为0.92g/cm3，当所需密度高于此密度时优选加入重晶石至所需密度。因此，所述重晶石的加入量根据所需的钻井液的密度确定。
本发明目的之二是提供所述的恒流变环保型合成基钻井液的制备方法，可包括以下步骤：
(1)将油相、主乳化剂、辅乳化剂和流型调节剂在内的组分加入到反应器中；
(2)在高速搅拌条件下，加入水相，然后加入亲油胶体，使其充分乳化；加入降滤失剂和氧化钙，制得所述恒流变环保型合成基钻井液。
优选地，步骤(2)中加入每种组分后高速搅拌10～60min再加入另一种组分。
本发明中，所述高速搅拌的速度越高，乳化效果越好。通常，在实验室配制合成基钻井液用的搅拌速度可为10000～12000转/min。
根据本发明一种具体实施方式，所述制备方法可包括：
将合成基油、主乳化剂、辅乳化剂、流型调节剂加入到反应器中，高速搅拌20分钟；在高速搅拌的情况下加入盐水(含氯化钙25％的水溶液)高速搅拌20分钟，然后加入亲油胶体高速搅拌20分钟，使其充分乳化；继续加入降滤失剂高速搅拌20分钟，加入石灰高速搅拌20分钟；最后根据需要加入加重剂，制得所述恒流变合成基钻井液。
本发明使用易生物降解的合成基油和高性能乳化剂为主要组分，配制1.05～1.6g/cm3的合成基钻井液，其中，所述合成基油为工业化生产的易生物降解的合成基油的市售油相，购买方便，可大规模应用。该合成基钻井液抗温180℃，密度可控1.2～1.6g/cm3，粘度和切力受温度和压力影响较小，具有流变性好、悬浮稳定性好、易生物降解等特点。本发明的钻井液破乳电压达到1000V以上，具有优良的乳化稳定性、流变性和沉降稳定性。
本发明的制备方法可以将主乳化剂、辅乳化剂及流型调节剂一起加入到油相中进行搅拌配置，制备方法简单可以显著节省配制时间。采用该制备方法配置的恒流变合成基钻井液性能稳定，可以大规模的用于环保敏感和海洋钻井。
本发明产品采用易生物降解的合成基油配制的钻井液体系，通过主乳化剂和辅乳化剂采用一定比例作用在油/水界面形成具有一定强度的吸附膜，降低油/水界面张力，增加外相黏度。有机膨润土的加入有助于提高油包水乳状液稳定性，并可提高体系黏度与动切力；流型调节剂加入可以进一步调节钻井液的流变性，提高钻井液在低流速下的粘度，增强钻井液悬浮和携渣能力；降滤失剂用于降低钻井液滤失量；氧化钙用于维持钻井液的pH值，进一步提高乳化剂稳定性，降低滤失量。采用以上处理剂间的协同作用，可以使其配制的钻井液抗温180℃，粘度和切力受温度影响较小、具有流变性好、悬浮稳定性好、易生物降解等特点；而且合成基钻井液长时间老化流变性和沉降稳定性都很好，整个体系的整个体系的LC50≥15000mg/L，能满足海上和陆上环境保护的要求。
本发明的效果
本发明以易生物降解的合成基为基油，添加各种处理剂和盐水后配制成的恒流变合成基钻井液，对人体无毒及其他生物和环境无毒，易生物降解。本发明所述的合成基钻井液抗温180℃，密度可控1.05～1.6g/cm3，粘度和切力受温度影响较小、具有流变性好、悬浮稳定性好、易生物降解等特点。
所述合成基钻井液破乳电压达到1000V以上，具有良好的乳化稳定性。
所述合成基钻井液长时间老化流变性和沉降稳定性都很好，整个体系的LC50≥15000mg/L，能满足海上和陆上环境保护的要求。
具体实施方式
下面结合实施例，进一步说明本发明。但本发明不受这些实施例的限制。
原料来源
油相：Escaid 110，埃克森美孚；
主乳化剂：油酸，江苏金马油脂有限公司；
油酸酰胺，江苏金马油脂有限公司；
其中，油酸和油酸酰胺的重量比为1:8，HLB值4；
辅乳化剂：十二烷基苯磺酸钠(北京华瑞科技有限公司)；
流型调节剂：二聚酸C18，(CAS No.61788-89-4)，北京欣赛维化学科技有限公司；降滤失剂：油基钻井液用有机褐煤OFC-1，山东得顺源石油科技有限公司；
有机膨润土：SM-GEL，中国石化石油工程技术研究院。
实施例1
密度为1.20g/cm3合成基钻井液组分配比如下：
油相：85重量份；
水相：15重量份的25wt％含量的CaCl2溶液；
有机膨润土：3.8重量份；
主乳化剂：3.0重量份，辅乳化剂1.2重量份；
流型调节剂：1.5重量份；
降滤失剂：4重量份；
氧化钙：2.5重量份；
重晶石加重至1.20g/cm3。
按上述组分配比在340mL油相中加入主乳化剂和辅乳化剂、流型调节剂，高搅20min后加入水相，搅拌20min均匀后加入有机膨润土，使体系充分乳化，然后加入降滤失剂、氧化钙高搅20min，最后加入重晶石，高搅20min后测试钻井液老化前性能。按上述方法配制的合成基钻井液放入高温老化罐，在100℃下滚动16小时，冷却后测试不同温度下合成基钻井液性能。上述组分配比的合成基钻井液性能如表1。(测试标准：采用“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”规定的方法测定钻井液的塑性粘度、动切力、破乳电压、沉降系数。)
表1密度为1.20g/cm3的合成基钻井液体系性能
表1的实验数据表明，本发明所形成的合成基钻井液在100℃老化后具有良好的乳化稳定性，ES值在1000V以上。合成基钻井液老化后在4℃～65℃之间，塑性粘度、6转、3转的读数和动切力变化较小，说明该合成基钻井液体系受温度的影响较小。特别是在10s和10min、30min静切力基本不受温度的影响，分别在5.5、6.5和7左右。
实施例2
密度为1.40g/cm3合成基钻井液组分配比如下：
油相：85重量份；
水相：15重量份的25wt％含量的CaCl2溶液；
有机膨润土：3.7重量份；
主乳化剂：3.0重量份，辅乳化剂1.2重量份；
流型调节剂：1.3重量份；
降滤失剂：4重量份；
氧化钙：2.5重量份；
重晶石加重至1.40g/cm3。
合成基钻井液的制备方法如实施例1。将制得的合成基钻井液产品在120℃下滚动16小时，冷却后测试65℃下合成基钻井液性能，测完性能后倒入老化罐，放入120℃烘箱，静止64h后，取出冷却测沉降系数。该组分配比的油基钻井液性能如表2。
实施例3
密度为1.60g/cm3合成基钻井液组分配比如下：
油相：85重量份；
水相：15重量份的25wt％含量的CaCl2溶液；
有机膨润土：2.0重量份；
主乳化剂：3.5重量份，辅乳化剂1.2重量份；
流型调节剂：0.5重量份；
降滤失剂：4重量份；
氧化钙：2.5重量份；
重晶石加重至1.60g/cm3。
合成基钻井液的制备方法如实施例1。将制得的合成基钻井液产品在180℃下滚动16小时，冷却后测试65℃下合成基钻井液性能，测完性能后倒入老化罐，放入180℃烘箱，静止64h后，取出冷却测沉降系数。该组分配比的油基钻井液性能如表2。
实施例4
密度为1.2g/cm3油基钻井液组分配比如下：
油相：65重量份；
水相：35重量份的25wt％含量的CaCl2溶液；
有机膨润土：1.8重量份；
主乳化剂：3.8重量份，辅乳化剂1.5重量份；
流型调节剂：0.8重量份；
降滤失剂：4重量份；
氧化钙：2.5重量份；
重晶石加重至1.20g/cm3。
钻井液的制备方法如实施例1。将制得的合成基钻井液产品在100℃下滚动16小时，冷却后测试65℃下合成基钻井液性能，测完性能后倒入老化罐，放入100℃烘箱，静止64h后，取出冷却测沉降系数。该组分配比的油基钻井液性能如表2。
实施例5
密度为1.4g/cm3油基钻井液组分配比如下：
油相：65重量份；
水相：35重量份的25wt％含量的CaCl2溶液；
有机膨润土：1.5重量份；
主乳化剂：3.5重量份，辅乳化剂1.2重量份；
流型调节剂：1.0重量份；
降滤失剂：4重量份；
氧化钙：2.5重量份；
重晶石加重至1.20g/cm3。
钻井液的制备方法如实施例1。将制得的合成基钻井液产品在120℃下滚动16小时，冷却后测试65℃下合成基钻井液性能，测完性能后倒入老化罐，放入120℃烘箱，静止64h后，取出冷却测沉降系数。该组分配比的油基钻井液性能如表2。
表2不同配比的合成基钻井液性能
表2的实验数据表明，本发明所形成的合成基钻井液在不同密度和不同油水比条件下，经过100℃～180℃老化后具有良好的乳化稳定性，ES值在1000V以上。塑性粘度、6转、3转的读数和动切力变化较小，特别是在10s和10min、30min静切力基本不受温度的影响，变化相当小，说明该合成基钻井液体系受温度和密度的影响较小。静止64小时的沉降系数表明该体系不受温度和密度的影响，该体系沉降稳定性很好。
实施例6生物毒性评价
根据GB/T 18420.2-2009钻井液生物毒性评价方法，室内利用蠕虫实验考察了实施例1制备的合成基钻井液的生物毒性，结果表明合成基钻井液的LC50为23516mg/L，高于美国石油学会规定的油基钻井液LC50大于10000mg/L即可排放的标准和我国海洋一类海域排放标准(一类海域排放标准为LC50≥15000mg/L)。因此合成基钻井液具有相对更低的生物毒性，更适于在环境敏感地区施工。
Claims (10)
1.一种恒流变环保型合成基钻井液，其特征在于包含以重量份数计的以下组分：
以油相和水相的总重量为100重量份数计，其中，油相65～85重量份，水相15～35重量份；
主乳化剂1.5～4.0重量份；
辅乳化剂0.5～2.5重量份；
流型调节剂0.5～1.5重量份；
亲油胶体1.5～4重量份；
降滤失剂2～4重量份；
氧化钙1～3重量份；
所述的油相为可降解油相；所述可降解油相选自埃克森美孚Escaid 110和/或Saraline185；
所述流型调节剂为二聚酸或油酸聚乙二醇单酯。
2.根据权利要求1所述的恒流变环保型合成基钻井液，其特征在于：
所述的水相为氯化钙溶液或氯化钠溶液。
3.根据权利要求2所述的恒流变环保型合成基钻井液，其特征在于：
所述溶液中溶质的浓度为10～30wt％。
4.根据权利要求1所述的恒流变环保型合成基钻井液，其特征在于：
所述的主乳化剂为由有机酸、有机酸酰胺组成的混合液。
5.根据权利要求4所述的恒流变环保型合成基钻井液，其特征在于：
所述主乳化剂为油酸和油酸酰胺组成的混合液，其HLB值为1～5。
6.根据权利要求1所述的恒流变环保型合成基钻井液，其特征在于：
所述辅乳化剂为十二烷基苯磺酸钠和/或十二烷基硫酸钠。
7.根据权利要求1所述的恒流变环保型合成基钻井液，其特征在于：
所述主乳化剂和辅乳化剂的重量比为(1～4):1。
8.根据权利要求7所述的恒流变环保型合成基钻井液，其特征在于：
所述主乳化剂和辅乳化剂的重量比为(2～3):1。
9.根据权利要求1所述的恒流变环保型合成基钻井液，其特征在于：
所述的亲油胶体为有机膨润土或有机增黏剂；
所述的降滤失剂为有机褐煤或氧化沥青。
10.根据权利要求1～9之任一项所述的恒流变环保型合成基钻井液的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将油相、主乳化剂、辅乳化剂和流型调节剂在内的组分加入到反应器中；
(2)在高速搅拌条件下，加入水相，然后加入亲油胶体，使其充分乳化；加入降滤失剂和氧化钙，制得所述恒流变环保型合成基钻井液。
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Legal Events
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