CN112111255A - 一种水基钻井液用添加剂、环保水基钻井液及其制备方法 - Google Patents

一种水基钻井液用添加剂、环保水基钻井液及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于钻井技术领域，具体涉及一种水基钻井液用添加剂，还涉及一种环保水基钻井液及其制备方法。本发明的水基钻井液用添加剂包括以下重量份的组分：0.6～0.8份的抗盐抗高温降滤失剂，2～3份的改性淀粉FL‑180，0.5～1份的降粘剂，3～5份的润滑剂；所述润滑剂由固体润滑剂和液体润滑剂组成；所述抗盐抗高温降滤失剂的抗温能力达到180℃，生物毒性EC50≥30000mg/kg，可降解性BOD/COD≥7％。采用本发明的水基钻井液用添加剂的环保水基钻井液无毒、降解性好，并且在180℃以上的高温条件下具有较好的抗滤失性能以及流变性能。

Description

一种水基钻井液用添加剂、环保水基钻井液及其制备方法
技术领域
本发明属于钻井技术领域，具体涉及一种水基钻井液用添加剂，还涉及一种环保水基钻井液及其制备方法。
背景技术
现有的油田大多已处于中后期开发，随着钻井深度的增加所面临的地层温度也越来越高，因此对所用钻井液的抗高温性能的要求也随着提高。目前，常用的抗高温钻井液体系以三磺材料(磺化栲胶、磺化褐煤以及磺化酚醛树脂)为核心处理剂，但是所用三磺材料毒性较大因此使得由抗高温钻井液体系产生的钻井无水以及废弃泥浆等钻废难以达到排放标准；同时钻井污水成分复杂，各项污染指标均严重超标，难以进行处理。因此，现有的抗高温钻井液体系增加了钻井作业的成本以及后期处理难度大，因此研究开发新型的抗高温钻井液体系势在必行。
虽然目前已经开发出了一些无毒、环保的钻井液，但是其抗高温性能较差，最高能够承受150℃左右的高温，难以满足使用需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水基钻井液用添加剂，该添加剂能够有效改善水基钻井液在180℃以上的温度条件下的流动性以及抗滤失性能。
本发明的目的还在于提供一种采用上述水基钻井液用添加剂的环保水基钻井液，该钻井液能够承受180℃以上的高温。
本发明的目的还在于提供一种上述环保水基钻井液的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种水基钻井液用添加剂，包括以下重量份的组分：0.6～0.8份的抗盐抗高温降滤失剂，2～3份的改性淀粉FL-180，0.5～1份的降粘剂，3～5份的润滑剂；所述润滑剂由固体润滑剂和液体润滑剂组成；所述抗盐抗高温降滤失剂的抗温能力达到180℃，生物毒性EC50≥30000mg/kg，可降解性BOD/COD≥7％；所述固体润滑剂为玻璃小球、塑料小球中的一种或两种；所述液体润滑剂为JRH616、ZRH中的一种或两种。
本发明的水基钻井液用添加剂中，在改性淀粉FL-180和抗盐抗高温降滤失剂的共同作用下使其在180℃以上的温度下仍能具有较好的性能，因此能够有效改善水基钻井液的抗高温性能；由于改性淀粉FL-180在使用时会增加水基钻井液的粘度，影响水基钻井液的流动性能，因此采用降粘剂来降低粘度，同时采用固体润滑剂以及液体润滑剂复配的方式来改善水基钻井液的润滑性，从而实现改善水基钻井液的润滑性。本发明的水基钻井液用添加剂各组分相互协调，通过共同作用有效改善了水基钻井液在180℃以上的温度条件下的流动性以及抗滤失性能。
优选的，本发明的水基钻井液用添加剂中所用抗盐抗高温降滤失剂为KJ-3；所述固体润滑剂为塑料小球；所述液体润滑剂为JRH616。
同时，本发明的水基钻井液用添加剂中还包括有其他组分，能够进一步提升水基钻井液的性能。优选的，还包括0.3～0.5重量份的抑制剂和0.3～0.5重量份的包被剂。抑制剂以及包被剂起到稳定井壁、携带岩屑的作用。
进一步优选的，本发明的水基钻井液用添加剂还包括2～3重量份的防塌剂和2～3重量份的封堵剂。通过采用防塌剂以及封堵剂来实现对裂缝储层的封堵以及稳固效果。
优选的，本发明的水基钻井液用添加剂中，润滑剂由1～2重量份的固体润滑剂和2～3重量份的液体润滑剂组成。
本发明的水基钻井液用添加剂中所用组分均为现有技术中的钻井液常用的物质。优选的，所用降粘剂为XY-27中的一种或多种。
优选的，所用抑制剂为聚丙烯酸钾(KPAM)，所用包被剂为FA367。
优选的，所用防塌剂为WFT666、FT-3000中的一种或两种，所用封堵剂为碳酸钙。优选的，所用防塌剂为WFT666。
本发明的环保水基钻井液所采用的的技术方案为：
一种环保水基钻井液，主要由基浆和上述水基钻井液用添加剂组成，所述基浆由以下重量份数的组分组成：膨润土3～5份，纯碱0.3～0.4份，水100份；每100份水对应的水基钻井液用添加剂中包括0.6～0.8份的抗盐抗高温降滤失剂，2～3份的改性淀粉FL-180，0.5～1份的降粘剂，3～5份的润滑剂；所述润滑剂由固体润滑剂和液体润滑剂组成；所述抗盐抗高温降滤失剂的抗温能力达到180℃，生物毒性EC50≥30000mg/kg，可降解性BOD/COD≥7％；所述固体润滑剂为玻璃小球、塑料小球中的一种或两种；所述液体润滑剂为JRH616、ZRH中的一种或两种。
基于本发明的水基钻井液用添加剂，本发明的环保水基钻井液生物毒性低，易降解，并且具有较好的抗高温性能，性能稳定，易于调整和维护，钻井液其经历45天的180℃以上的高温环境考验，流变性能好，未出现高温增粘或降解现象，粘度始终保持在57-62s之间。
为满足不同的使用需求，通常需要调节钻井液的密度，优选的，本发明的环保水基钻井液所述环保水基钻井液中还包括密度调节剂。所用密度调节剂为现有技术中常用的加重材料，优选为重晶石。
本发明的环保水基钻井液所用的制备方法为：
一种上述环保水基钻井液的制备方法，包括以下步骤：将膨润土、纯碱以及水混合进行预水化处理后得基浆，然后将基浆与水基钻井液用添加剂混合均匀后密封养护20～25h。
本发明的环保水基钻井液的制备方法中，预水化处理以及养护均在室温条件下进行，并且在养护后采用密度调节剂进行调节密度。采用本发明的制备方法，各组分之间混合效果好，过程简单，现场施工容易。
附图说明
图1为本发明的试验例3中混合体系的各性能指标与NaCl的量的关系曲线；
图2为本发明的试验例3中混合体系的各性能指标与CaCl2的量的关系曲线；
图3为本发明的试验例3中不同温度下的中压滤失量的变化图；
图4为本发明的试验例4中分别采用蒸馏水以及含改淀粉FL180水溶液浸泡2h后的效果图；
图5为本发明的试验例4中分别采用蒸馏水以及含改淀粉FL180水溶液浸泡24h后的效果图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
以下实施例中所用膨润土、纯碱、抗温抗盐降滤失剂KJ-3、FA367、固体润滑剂塑料小球、液体润滑剂JRH616、防塌剂WFT666以及超细碳酸钙均购自河南金马石油科技有限责任公司；所用重晶石购自南阳市亚南实业有限公司；所用改性淀粉FL-180购自抚顺合创绿源化工有限公司生产。
一、水基钻井液用添加剂的实施例
实施例1
本实施例的水基钻井液用添加剂，由以下重量份的组分组成：0.3份的抑制剂KPAM(0.3重量份对应于1.2g)，3份的改性淀粉FL-180(3重量份对应于12g)，0.7份的抗盐抗高温降滤失剂KJ-3(0.7重量份对应于2.8g)，0.3份的包被剂FA367(0.3重量份对应于1.2g)，0.5份的降粘剂XY-27(0.5重量份对应于2g)，2份的固体润滑剂塑料小球(2重量份对应于8g)，2份的液体润滑剂JRH616(2重量份对应于8mL)，2份的封堵剂超细碳酸钙(2重量份对应于8g)，2份的防塌剂WFT666(2重量份对应于8g)。
实施例2
本实施例的水基钻井液用添加剂，由以下重量份数的组分组成：0.5份的抑制剂KPAM，2份的改性淀粉FL-180，0.8份的抗盐抗高温降滤失剂KJ-3，0.5份的包被剂FA367，1.0份的降粘剂XY-27，2份的固体润滑剂塑料小球，3份的液体润滑剂JRH616R。
二、环保水基钻井液的实施例
实施例3
本实施例的环保水基钻井液的密度为1.25g/cm3，由基浆、添加剂以及重晶石组成。其中基浆由以下重量份数的组分组成：一级膨润土4份(16g)，工业碳酸钠0.4份(1.2g)，水100份(400mL)。其中添加剂由以下重量份数的组分组成：0.3重量份的抑制剂KPAM(1.2g)，3份的改性淀粉FL-180(12g)，0.7份的抗盐抗高温降滤失剂KJ-3(2.8g)，0.3份的包被剂FA367(1.2g)，0.5份的降粘剂XY-27(2g)，2份的固体润滑剂塑料小球(8g)，2份的液体润滑剂JRH616(8mL)，2份的封堵剂超细碳酸钙(8g)，2份的防塌剂WFT666(8g)。
三、环保水基钻井液的制备方法的实施例
实施例4
本实施例以实施例3的环保水基钻井液为例，对本发明的环保水基钻井液的制备方法作说明，具体以下步骤：
(1)在400ml蒸馏水里加入16g膨润土和1.2g工业碳酸钠，高速搅拌20分钟，装入密闭广口瓶中，室温水化24h，得基浆；
(2)在高速搅拌下，向基浆中依次加入KPAM、FL180、KJ-3、FA367、XY-27、固体润滑剂塑料小球、液体润滑剂JRH616、超细碳酸钙以及防塌剂WFT666，添加完后继续搅拌20min，然后密封养护24h；之后加入重晶石调节密度至1.25g/cm3。
四、试验例部分
试验例1
本试验例对实施例3中的钻井液的性能进行了测试，然后分别将其装入老化罐中，在180℃温度下滚动16h后取出，冷却至室温，然后对老化后的钻井液的性能进行了测试，性能测试结果如表1所示。
表1老化前后的钻井液性能测试结果
Figure BDA0002758576170000041
Figure BDA0002758576170000051
由表1可知，本发明的水基钻井液在180℃下仍能保持较好的性能。
试验例2
本试验例采用实施例3中的环保水基钻井液进行了现场性能测试，测试井为泌阳凹陷孙岗-下二门地区泌193井区断鼻圈闭的沁450井，设计井深4351米，实际完钻井深4351米，该井最大技术难题为井温高，根据邻井预测其井底温度达到175℃左右。本井3504后使用环保水基钻井液，密度为：1.28～1.32g/cm3共进尺847米，井底温度173℃，经检测环保水基钻井液体系的生物毒性EC50为20000mg/kg，可降解性BOD5/CODcr为8％。各井深处的环保水基钻井液的性能指标如表2所示。
表2各井深处钻井液的性能
Figure BDA0002758576170000052
Figure BDA0002758576170000061
现场试验表明，本发明的的环保水基钻井液具有以下特点：①抗高温稳定性好，性能稳定，易于调整和维护，钻井液其经历45天的高温环境考验，流变性能好，未出现高温增粘或降解现象，粘度始终保持在57-62S之间；②返砂能力强；③高温滤失量低，泥饼质量好，润滑性能强，泥饼润滑系数为0.0625，起下钻无挂卡现象，井壁稳定无坍塌现象；④钻井液抑制性强，返处岩屑均匀规则，不混杂，地质代表性强，保证了地质录井需求；⑤钻井液生物毒性EC50为20000mg/kg，可降解性好。
试验例3
本试验例对本发明所用改性淀粉FL-180的性能进行了测试，具体如下：
一、抗盐性能
量取350mL的基浆(由400ml蒸馏水、16g膨润土和1.2g工业碳酸钠混合而成)，然后加入一定量的NaCl，高速搅拌5min，再加入8g的FL-180改性淀粉，高速搅拌5min，常温养护24h后，得混合体系；然后测混合体系的性能。混合体系的各性能指标随NaCl的量的变化如图1所示，其中AV为混合体系的表观粘度，PV为混合体系的塑性粘度，YP为混合体系的动切力，FL为混合体系的中压滤失量。
由图1可知，逐渐增加NaCl的量，混合体系的中压滤失量不但没有逐渐增大，而是超乎寻常的逐渐减小，表明改性淀粉FL180具有较高的抗盐性能。改性淀粉FL180之所以能够表现出如此的抗盐性能主要归功于它的结构，FL-180改性淀粉是正负电荷数几近相等的两性离子聚合物，在纯水或含盐量低的水溶液中，由于分子间的静电吸引作用，分子链呈蜷曲状，所含磺酸基团不能完全充分的暴露出来与粘土相互作用，形成的水化膜薄，粘土颗粒表面ζ电位绝对值不高，导致其降滤失性能不能完全发挥出来。在高含盐量水溶液中，小分子无机盐的存在屏蔽了聚合物分子间的静电吸引作用，进而转化表现为分子间的静电排斥作用，反而使得聚合物分子链更加的舒展，磺酸基团暴露充分，体系粘度增大、降滤失性能改善，并且随着盐量的逐渐增加，改性淀粉FL180的降滤失性能逐渐增强。
二、抗钙性能
量取350mL的饱和盐水基浆，然后加入一定量的CaCl2，高速搅拌5min，再加入5.25g的FL-180改性淀粉，高速搅拌5min，常温养护24h后，得混合体系；然后测混合体系的性能。混合体系的各性能指标随CaCl2的量的变化如图2所示，其中AV为混合体系的表观粘度，PV为混合体系的塑性粘度，YP为混合体系的动切力，FL为混合体系的中压滤失量。
钙盐对钻井液体系的损害要远远大于钠盐，目前钻井液用聚合物可抗NaCl饱和的较多，但可抗20％CaCl2的却寥寥无几。那么从图2中可以看出，改性淀粉FL-180不仅表现出强大的抗钙性能，可抗CaCl2饱和，并且降滤失性能同样也是随盐量的增加逐渐增强的。Ca2+对溶液表观粘度的影响程度也较Na+大很多，抗钙增粘的作用十分显著。
三、抗高温性能
量取350mL的盐水基浆，加入10.5g的改性淀粉FL-180，然后分别于160℃、180℃、200℃下滚动老化16h，之后测定中压滤失量。在不同温度下的中压滤失量的变化如图3所示。由图3可以看出，FL-180改性淀粉在盐水基浆中抗温能力可达180℃以上。
试验例4
本试验例对改性淀粉FL-180的抑制性能进行了测试，具体如下：
一、表观粘度上升率评价：
(1)准确量取350mL基浆放入高搅杯中高速搅拌5min，装入高温陈化罐中，于120℃下滚动16h，取出降至室温。高转速搅拌5min，测其流变参数，计算表观粘度为AV0b。
(2)高速搅拌并加入10％的钙膨润土搅拌10min，装入高温陈化罐中，于120℃下滚动16h，取出降至室温。高转速搅拌5min，测其流变参数，计算表观粘度为AV0a。
(3)计算基浆的表观粘度上升率：
Figure BDA0002758576170000071
(4)分别准确量取350mL基浆放入高搅杯中高速搅拌5min并分别加入3.5g和7g的改性淀粉FL-180继续搅拌5min，装入高温陈化罐中，于120℃下滚动16h，取出降至室温。高转速搅拌5min，测其流变参数，计算表观粘度为AV1b。
(5)分别准确量取350mL基浆放入高搅杯中高速搅拌5min并分别加入3.5g和7g的改性淀粉FL-180继续搅拌5min，然后分别高速搅拌并加入10％的钙膨润土搅拌10min，装入高温陈化罐中，于120℃下滚动16h，取出降至室温。高转速搅拌5min，测其流变参数，计算表观粘度为AV1a。
(6)计算加入聚合物基浆的表观粘度上升率：
Figure BDA0002758576170000081
如果ΔAV1比ΔAV0小，说明改性淀粉具有抑制性。
测试结果如表3所示。
表3不同体系的表观粘度上升率
Figure BDA0002758576170000082
从表3可以看出，在淡水基浆中改性淀粉FL-180表现出较好的抑制粘土水化分散的能力，并且抑制性能随改性淀粉加量的增加逐渐增强。
二、线性膨胀率
取5g钙膨润土于6MPa下按压5min，即为实验用粘土块。使用线性页岩膨胀仪测定3h内，粘土块在清水或不同改性淀粉FL-180含量的水溶液中的膨胀量，计算得出膨胀率：膨胀率＝膨胀量/初始高度。不同的改性淀粉FL-180含量对粘土块线性膨胀率的影响如图3所示。
由图3可知，在清水中加入FL-180改性淀粉后，粘土块膨胀率逐渐降低，当其含量为2.0％时，膨胀率低至10.80％，并且膨胀结束后，粘土块内部未被浸透，由此说明FL-180改性淀粉具有很好的抑制粘土水化膨胀的性能。改性淀粉FL-180中的较高的阳离子含量，可以使其牢固的附着在粘土粒子的表面上，从而起到抑制粘土的分散及膨胀的作用。
三、浸泡试验
将钙膨润土于10MPa压力下按压3min，即得实验所用粘土块。对粘土块分别采用清水以及含2％的改性淀粉FL-180分别浸泡不同的时间，结果如图4和5。图4中，左侧为采用蒸馏水浸泡粘土块2h时的浸泡结果，右侧为采用2％的改性淀粉FL-180的水溶液浸泡粘土块2h的浸泡结果；图5中，左侧为采用蒸馏水浸泡粘土块24h时的浸泡结果，右侧为采用2％的改性淀粉FL-180的水溶液浸泡粘土块24h的浸泡结果。
由图4和图5中可以看出，粘土块加入到蒸馏水中2h后，粘土块坍塌，而在2％FL-180改性淀粉水溶液中的粘土块仅出现稍微破裂；24h后，蒸馏水中的粘土块全部散开破碎沉于烧瓶底部，而在2％FL-180改性淀粉水溶液中的粘土块坍塌但并未完全破碎。对比看出，改性淀粉具有很明显的抑制粘土水化膨胀的性能。
由试验例3和试验例4的结果可以看出，FL-180改性淀粉基本可以满足应用于各种水基钻井液体系的要求，并且表现出超乎寻常的抗盐抗钙性能，兼具较好的抑制性能。

Claims (10)

1.一种水基钻井液用添加剂，其特征在于，包括以下重量份的组分：0.6～0.8份的抗盐抗高温降滤失剂，2～3份的改性淀粉FL-180，0.5～1份的降粘剂，3～5份的润滑剂；所述润滑剂由固体润滑剂和液体润滑剂组成；所述抗盐抗高温降滤失剂的抗温能力达到180℃，生物毒性EC50≥30000mg/kg，可降解性BOD/COD≥7％；所述固体润滑剂为玻璃小球、塑料小球中的一种或两种；所述液体润滑剂为JRH616、ZRH中的一种或两种。
2.根据权利要求1所述的水基钻井液用添加剂，其特征在于，还包括0.3～0.5重量份的抑制剂和0.3～0.5重量份的包被剂。
3.根据权利要求1或2所述的水基钻井液用添加剂，其特征在于，还包括2～3重量份的防塌剂和2～3重量份的封堵剂。
4.根据权利要求1所述的水基钻井液用添加剂，其特征在于，所述润滑剂由1～2重量份的固体润滑剂和2～3重量份的液体润滑剂组成。
5.根据权利要求1所述的水基钻井液用添加剂，其特征在于，所述降粘剂为XY-27。
6.根据权利要求2所述的水基钻井液用添加剂，其特征在于，所述抑制剂为聚丙烯酸钾，所述包被剂为FA367。
7.根据权利要求3所述的水基钻井液用添加剂，其特征在于，所述防塌剂为WFT666、FT-3000中的一种或两种；所述封堵剂为碳酸钙。
8.一种环保水基钻井液，其特征在于，主要由基浆和如权利要求1～7任一项所述的水基钻井液用添加剂组成，所述基浆由以下重量份数的组分组成：膨润土3～5份，纯碱0.3～0.4份，水100份；每100份水对应的水基钻井液用添加剂中包括有：0.6～0.8份的抗盐抗高温降滤失剂，2～3份的改性淀粉FL-180，0.5～1份的降粘剂，3～5份的润滑剂；所述润滑剂由固体润滑剂和液体润滑剂组成；所述抗盐抗高温降滤失剂的抗温能力达到180℃，生物毒性EC50≥30000mg/kg，可降解性BOD/COD≥7％；所述固体润滑剂为玻璃小球、塑料小球中的一种或两种；所述液体润滑剂为JRH616、ZRH中的一种或两种。
9.根据权利要求8所述的环保水基钻井液，其特征在于，所述环保水基钻井液中还包括密度调节剂。
10.一种如权利要求8或9所述的环保水基钻井液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将膨润土、纯碱以及水混合进行预水化处理后得基浆，然后将基浆与添加剂混合均匀后密封养护20～25h。
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