CN112694872A

CN112694872A - 一种液体降滤失剂及含有液体降滤失剂的油基/合成基钻井液

Info

Publication number: CN112694872A
Application number: CN202011537861.5A
Authority: CN
Inventors: 赵冲; 邱正松; 张现斌; 黄达全; 魏尽然; 赵颖; 张健; 杨中锋; 陈安亮; 周涛; 贾巍然
Original assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Bohai Drilling Engineering Co Ltd
Current assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Bohai Drilling Engineering Co Ltd
Priority date: 2020-12-23
Filing date: 2020-12-23
Publication date: 2021-04-23
Anticipated expiration: 2040-12-23
Also published as: CN112694872B

Abstract

本发明公开了一种液体降滤失剂及含有该组分的油基/合成基钻井液，液体降滤失剂为酸酐通过双烯烃合成法对植物沥青化学改性得到的改性化合物并溶解在有机溶剂中形成的液态产品；含有该液体降滤失剂的油基/合成基钻井液包括由以体积分数计的80～85％的基础油和20％～15％盐水溶液构成的油水混合液，以及基于油水混合液的总体积添加的20～30g/L份乳化剂、10～30g/L润湿剂、0～30g/L有机土、0～30g/L流型调节剂、0～30g/L聚合物增稠剂、20～50g/L液体降滤失剂、10～50g/L氧化钙、0～50g/L细目碳酸钙以及重晶石；该液体降滤失剂具有成本低且环境和生态相容性好的特点，采用其制备的油基/合成基钻井液可抗温180℃，且滤失量低、流变性适宜，满足我国深部地层复杂地质条件深井超深井、深层页岩油气长水平井的施工。

Description

一种液体降滤失剂及含有液体降滤失剂的油基/合成基钻井液

技术领域

本发明涉及石油天然气钻井技术领域，特别涉及一种液体降滤失剂及含有该组分的油基/合成基钻井液。

背景技术

油基/合成基钻井液具有良好的抑制性、润滑性、抗温能力、封堵性和储层保护等优点，能够解决水基钻井液不能解决的泥页岩井壁稳定、大位移和水平井的减摩降阻和井眼净化、低孔低渗储层的油气层保护等诸多技术瓶颈。低毒无毒的精炼矿物油、超低毒性的合成基础油，芳烃含量降至0.5％，甚至更低，与传统的柴油相比，更具有环境相容性，应用越来越广泛，是目前全球范围内用于复杂地质条件高温高压深井超深井、页岩油气、海洋深水等领域油气资源勘探开发的关键技术之一。

植物沥青为植物油加工过程中的产生的类似石油沥青的副产物，这类物质一般具有较高粘结力和抗渗透性，可以通过化学改性，用于生产主要用于生产铸造粘结剂、橡胶软化剂、水泥预制隔离剂、黑色印刷油墨、沥青涂料、涂料、表面活性炭、皮革助剂及重质燃料等等。本发明旨在通过化学、物理方法处理，使之能够替代油基/合成基钻井液中常用的氧化沥青或天然沥青类的降滤失剂，提高油脂工业副产物的附加值。

发明内容

本发明的目的是提供一种兼具抗温性能好、滤失量低和流变性适宜的优点，且具有良好环境相容性的液体降滤失剂。

本发明的另一目的是提供一种包含上述液体降滤失剂的油基/合成基钻井液。

为此，本发明技术方案如下：

一种液体降滤失剂，其为酸酐通过双烯烃合成法对植物沥青化学改性得到的改性化合物并溶解在有机溶剂中形成的液态产品；其中，

所述酸酐为顺丁烯二酸酐或碳数为C₄～C₁₂的烯基琥珀酸酐；

所述植物沥青为菜籽油沥青、棉籽油沥青或妥尔油沥青；

所述有机溶剂为脂肪烃类非极性溶剂和醇醚多官能团溶剂的混合物，二者重量比为1:9～9:1；其中，所述脂肪烃类非极性溶剂为精炼矿物油、D80溶剂油、D120溶剂油或D140溶剂油；所述醇醚多官能团溶剂为二乙二醇甲醚、二乙二醇甲醚的同系物、二丙二醇甲醚、二丙二醇甲醚的同系物、三乙二醇甲醚或三乙二醇甲醚的同系物。

其中，有机溶剂的重量为有机溶剂与改性化合物的总重量的10～90％。

优选，所述有机溶剂中，脂肪烃类非极性溶剂与醇醚多官能团溶剂的重量比为4:6～6:4。更优选，脂肪烃类非极性溶剂与醇醚多官能团溶剂的重量比为1:1。

优选，在液体降滤失剂中，有机溶剂的重量为有机溶剂与改性化合物的总重量的20～40％。更优选，在液体降滤失剂中，有机溶剂的重量为有机溶剂与改性化合物的总重量的30～35％。

一种优选的液体降滤失剂，其为采用顺丁烯二酸酐通过双烯烃合成法对妥尔油沥青进行化学改性得到的改性化合物并溶解在有机溶剂中形成的液态产品；有机溶剂为D120溶剂油和二丙二醇甲醚的混合物，二者重量比为1:1。

一种含有液体降滤失剂的油基/合成基钻井液，包括由以体积分数计的80～85％的基础油和20％～15％盐水溶液构成的油水混合液，以及基于油水混合液的总体积添加的20～30g/L份乳化剂、10～30g/L润湿剂、0～30g/L有机土、0～30g/L流型调节剂、0～30g/L聚合物增稠剂、20～50g/L液体降滤失剂、10～50g/L氧化钙、0～50g/L细目碳酸钙，以及与加重至所需密度(1.3～2.8g/cm³)相适应的重晶石；其中，所述基础油和盐水溶液的体积分数之和为100％；所述盐水溶液为无机盐水溶液或有机盐水溶液。

一种优选的含有液体降滤失剂的油基/合成基钻井液，包括由以体积分数计的80～85％的基础油和20％～15％盐水溶液构成的油水混合液，以及基于油水混合液的总体积添加的20～30g/L份乳化剂、20～30g/L润湿剂、0～10g/L有机土、0～10g/L流型调节剂、0～10g/L聚合物增稠剂、20～25g/L液体降滤失剂、30g/L氧化钙、30g/L细目碳酸钙，以及与加重至所需密度(1.3～2.8g/cm³)相适应的重晶石；其中，所述基础油和盐水溶液的体积分数之和为100％；所述盐水溶液为无机盐水溶液或有机盐水溶液。

所述基础油为柴油、精炼矿物油或合成基础油。优选，所述基础油为环保性能好的精炼矿物油或合成基础油。具体地，精炼矿物油为3#白油或5#白油。

所述乳化剂为脂肪酸聚酰胺类乳化剂或双脂肪基咪唑啉类乳化剂。优选，所述乳化剂为脂肪酸聚酰胺类乳化剂。

所述润湿剂为脂肪基烷醇酰胺类润湿剂或脂肪基咪唑啉类润湿剂。优选，所述润湿剂为脂肪基烷醇酰胺类润湿剂。

所述有机土为有机膨润土或有机蒙脱土。

所述流型调节剂为聚酰胺类流型调节剂。

所述聚合物增稠剂为苯乙烯/丙烯酸酯共聚物增稠剂、丁二烯/苯乙烯共聚物增稠剂、氢化的苯乙烯/丁二烯共聚物增稠剂。优选，所述聚合物增稠剂为氢化的苯乙烯/丁二烯共聚物增稠剂。

所述无机盐水为15～30wt.％的氯化钙水溶液或15～30wt.％的硝酸铵钙水溶液。优选，所述无机盐水为15～30wt.％的硝酸铵钙水溶液；

所述有机盐水为30～50wt.％的甲酸钠水溶液、30～50wt.％的乙酸钠水溶液、30～50wt.％的甲酸钾水溶液或30～50wt.％的乙酸甲水溶液。

与现有技术相比，该液体降滤失剂通过对天然产物改性得到，具有更好的环境和生态相容性，且成本低；且该液体降滤失剂可以单独使用，其加量低于沥青类和褐煤类降滤失剂加量，降低运输和储存成本；基于此，采用该液体降滤失剂制备含有机土和无有机土的两种类型的油基/合成基钻井液均可抗温180℃，其兼具滤失量低、流变性适宜的优点，满足我国深部地层复杂地质条件深井超深井、深层页岩油气长水平井的施工，同时无需添加沥青类和褐煤类降滤失剂即可具有有益的性能，使钻井液配制时避免使用黑色材料，满足环保法规严苛的地区的使用要求。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。

实施例1

将60g妥尔油沥青置于反应器中，在冷凝回流和搅拌条件下，升温至120℃，待妥尔油沥青融化后加入10g的顺丁烯二酸酐，保持120℃继续反应5h，制得顺丁烯二酸酐改性的妥尔油沥青；

将70g的顺丁烯二酸酐改性的妥尔油沥青溶于30份的混合溶剂中，混合均匀，即制得琥珀色的液体降滤失剂；其中，混合溶剂为重量比为1:1的D120溶剂油与二乙二醇甲醚的混合溶液。

实施例2

将60g菜籽油沥青置于反应器中，在冷凝回流和搅拌条件下，升温至120℃，待菜籽油沥青融化后加入20g的2-辛烯基琥珀酸酐，保持120℃继续反应5h，制得2-辛烯基琥珀酸酐改性的菜籽油沥青；

将65g的2-辛烯基琥珀酸酐改性的菜籽油沥青溶于35份的混合溶剂中，混合均匀，即制得浅棕色的液体降滤失剂；其中，混合溶剂为重量比为6:4的3#白油与二丙二醇甲醚的混合溶液。

实施例3

采用实施例1的液体降滤失剂(代号：FLA)配制一系列的油基/合成基钻井液，其具体配方组成如下表1所示。其中，基础油采用为精炼矿物油或合成基础油；具体地，精炼矿物油采用3#白油，合成基础油采用埃克森美孚公司产ESCAID110型合成基础油；乳化剂采用渤海钻探工程有限公司生产的型脂肪酸聚酰胺类乳化剂(代号：BZ-PSE)；润湿剂采用渤海钻探工程有限公司生产的脂肪酸聚酰胺类乳化剂(代号：BZ-WET)；有机土采用市售有机膨润土或有机蒙脱土；流型调节剂采用二聚酸与多元有机胺制备而成的酰胺类聚合物，具体为渤海钻探工程公司所产的聚酰胺基胺类流型调节剂(代号：BZ-ORM)；聚合物增稠剂优选为氢化的苯乙烯/丁二烯共聚物增稠剂(代号：BZ-PRM)；无机盐水主要用于平衡地层水活度，浓度可以根据地层实际活度选择，具体采用25wt.％的硝酸铵钙水溶液；氧化钙采用市售化学纯产品，其用于调节油基/合成基钻井液碱度；细目碳酸钙采用325目轻质碳酸钙，其用于随钻封堵堵漏剂；重晶石选用为一级重晶石，其用于调节油基/合成基钻井液密度。

表1：

项目	钻进液1	钻进液2	钻进液3	钻进液4	钻进液5	钻进液6
							油水比	80/20	85/15	80/20	80/20	85/15	80/20
密度,g/cm<sup>3</sup>	2.20	2.40	2.20	2.20	2.40	2.20
							基础油	3#白油	3#白油	3#白油	ESCAID110	ESCAID110	ESCAID110
基础油体积，mL	192	204	192	192	204	192
							BZ-PSE，g	7.2	6	7.2	7.2	6	7.2
BZ-WET，g	4.8	7.2	4.8	4.8	7.2	4.8
							有机土	2.4	2.4	—	2.4	2.4	—
BZ-ORM，g	2.4	2.4	2.4	2.4	2.4	2.4
							BZ-PRM,g	—	—	2.4	—	—	2.4
CaO	7.2	7.2	7.2	7.2	7.2	7.2
							FLA	4.8	6.0	4.8	4.8	6.0	4.8
无机盐水，mL	48	36	48	48	36	48
							细目碳酸钙，g	7.2	7.2	7.2	7.2	7.2	7.2
重晶石	720	800	720	720	800	720

其中，在上表1中，钻井液1、钻井液2、钻井液4和钻井液5的配制中包括有有机土，而钻井液3和钻井液6中未使用有机土。

钻井液1～6的具体制备步骤为：

S1、在髙搅杯中称取乳化剂、润湿剂，并加入量取的基础油，室温下11000±300转/分转速下高速搅拌5～10min；

S2、缓慢加入25％的硝酸铵钙水溶液，持续高速搅拌30min；

S3、高速搅拌条件下依次加入有机土、氧化钙、液体降滤失剂，间隔时间15-20min；

S4、加入重晶石粉，搅拌30～45min；

钻井液性能测试：

(1)在FANN 35及同类旋转粘度计上按照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》测试热滚前(表2中BHR)钻井液的流变性(其中，六速读数记做Ф600、Ф300、Ф200、Ф100、Ф6、Ф3，初/终切记做Gel_10”/10’)，并计算以下参数：

(i)表观粘度AV＝0.5*Ф600(mPa·s)；

(ii)塑性粘度PV＝Ф600-Ф300(mPa·s)；

(iii)动切力YP＝0.5*(2*Ф300-Ф600)(Pa)。

(2)用Fann23E Fann 23E破乳电压仪按照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》测试热滚前(表2中BHR)油基/合成基钻井液的破乳电压(表2中ES)，用以评价电稳定性。

(3)将钻井液装入老化罐，充氮气至压力0.7MPa，置于辊子炉中，在180℃条件下热滚16小时，取出冷却至室温，倒入高搅杯中，高搅15-20min。

(4)在FANN 35及同类旋转粘度计上测试热滚后(表2中AHR)钻井液的流变性(同测试(1)的步骤)。具体地，

(i)用Fann23E Fann 23E破乳电压仪测试热滚后(表2中AHR)油基/合成基钻井液的破乳电压(表2中ES)，用以评价电稳定性；

(ii)在180℃、3.45MPa条件测试油基/合成基钻井液高温高压滤失量(表2中FL_HTHP)。

钻井液的各项性能测试如下表2所示。

表2：

由上表2的测试结果可知，含有液体降滤失剂的含有机土和无有机土的两种类型的油基/合成基钻井液均可抗温180℃，其兼具滤失量低、流变性适宜的优点，满足我国深部地层复杂地质条件深井超深井、深层页岩油气长水平井的施工；同时，其在组分选择上采用低毒矿物油(3#白油等)、超低毒性基础油(ESCAID 110等)为基础油，植物沥青改性化合物作为液体降滤失剂，使该钻井液同时具有较好的环境相容性，且有效控制生产成本。

Claims

1.一种液体降滤失剂，其特征在于，其为酸酐通过双烯烃合成法对植物沥青化学改性得到的改性化合物并溶解在有机溶剂中形成的液态产品；其中，

所述植物沥青为菜籽油沥青、棉籽油沥青或妥尔油沥青；

2.根据权利要求1所述的液体降滤失剂，其特征在于，其为采用顺丁烯二酸酐通过双烯烃合成法对妥尔油沥青进行化学改性得到的改性化合物并溶解在有机溶剂中形成的液态产品；有机溶剂为D120溶剂油和二丙二醇甲醚的混合物，二者重量比为1:1。

3.根据权利要求1所述的液体降滤失剂，其特征在于，在液体降滤失剂中，有机溶剂的重量为有机溶剂与改性化合物的总重量的10～90％。

4.一种含有如权利要求1所述的液体降滤失剂的油基/合成基钻井液，其特征在于，包括由以体积分数计的80～85％的基础油和20％～15％盐水溶液构成的油水混合液，以及基于油水混合液的总体积添加的20～30g/L份乳化剂、10～30g/L润湿剂、0～30g/L有机土、0～30g/L流型调节剂、0～30g/L聚合物增稠剂、20～50g/L液体降滤失剂、10～50g/L氧化钙、0～50g/L细目碳酸钙，以及与加重至所需密度相适应的重晶石；其中，

所述基础油和盐水溶液的体积分数之和为100％；所述盐水溶液为无机盐水溶液或有机盐水溶液；所述基础油为柴油、矿物油或合成基础油；所述乳化剂为脂肪酸聚酰胺类乳化剂或双脂肪基咪唑啉类乳化剂；所述润湿剂为脂肪基烷醇酰胺类润湿剂或脂肪基咪唑啉类润湿剂；所述有机土为有机膨润土或有机蒙脱土；所述流型调节剂为聚酰胺类流型调节剂；所述聚合物增稠剂为苯乙烯/丙烯酸酯共聚物增稠剂、丁二烯/苯乙烯共聚物增稠剂、氢化的苯乙烯/丁二烯共聚物增稠剂；所述无机盐水为15～30wt.％的氯化钙水溶液或15～30wt.％的硝酸铵钙水溶液；所述有机盐水为30～50wt.％的甲酸钠水溶液、30～50wt.％的乙酸钠水溶液、30～50wt.％的甲酸钾水溶液或30～50wt.％的乙酸钾水溶液。

5.根据权利要求1所述的油基/合成基钻井液，其特征在于，所述基础油为精炼矿物油或合成基础油。

6.根据权利要求1所述的油基/合成基钻井液，其特征在于，所述乳化剂为脂肪酸聚酰胺类乳化剂。

7.根据权利要求1所述的油基/合成基钻井液，其特征在于，所述润湿剂为脂肪基烷醇酰胺类润湿剂。

8.根据权利要求1所述的油基/合成基钻井液，其特征在于，所述聚合物增稠剂为氢化的苯乙烯/丁二烯共聚物增稠剂。

9.根据权利要求1所述的油基/合成基钻井液，其特征在于，所述无机盐水为15～30wt.％的硝酸铵钙水溶液。