CN113736437A

CN113736437A - 一种强抑制性环保型水基钻井液及其制备方法

Info

Publication number: CN113736437A
Application number: CN202010460381.7A
Authority: CN
Inventors: 逯贵广; 袁俊秀; 黄冬; 王康; 曾志强
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Nanjing Chemical Industry Corp; Research Institute of Sinopec Nanjing Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Nanjing Chemical Industry Corp; Research Institute of Sinopec Nanjing Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 2020-05-27
Filing date: 2020-05-27
Publication date: 2021-12-03

Abstract

本发明涉及提钻井液技术领域，提供了一种强抑制性环保型水基钻井液及其制备方法，钻井液体系中含有水、膨润土、胺类抑制剂、阳离子包被剂、防塌剂、降滤失剂、润滑剂和增粘提切剂。钻井液的制备方法为：将膨润土和碳酸钠加到水中；依次加入降滤失剂、提粘切剂、防塌剂、阳离子包被剂、抑制剂、润滑剂、加重材料，使其密度达到钻井要求；本发明的强抑制性环保型水基钻井液具有强抑制性、高润滑性的特性，并且重金属含量均在指标范围内、可生物降级、无毒环保。

Description

一种强抑制性环保型水基钻井液及其制备方法

技术领域

本发明属于石油、天然气钻探中钻井液技术领域，本发明涉及一种强抑制性环保型水基钻井液及其制备方法，可用于陆地或海洋的油气资源开采，也适用于页岩油气资源开采。

背景技术

钻井液是钻井工程的血液，保障了钻井工程安全、优质、高效的需求。目前，广泛使用的钻井液体系如聚合物钻井液体系、聚磺钻井液体系、油基钻井液体系等含有大量的有机聚合物、磺化类、重金属类添加剂，此类添加剂长期滞留在环境中，会对地层、土壤和周边环境造成污染和破坏。近年来随着人们环境保护的意识越来越强，以及国家新的环保法的实施，对钻井液的环保性也提出了严格的要求，要求钻井液无毒、可生物降解，产生的钻屑必须检测合格才能排放。钻井液既要满足钻井要求又要满足环保要求，这对钻井液技术是一个新的课题和挑战。

要达到环境保护的目的，主要有两种方式：一是源头控制，钻井液体系环保化设计，通过分子结构设计，开发或者选择低毒、无毒环境友好的钻井助剂；二是末端治理，处理钻井液废弃泥浆及钻屑，使其产生的废水、固废达到工业排放的标准，减少对环境的伤害。但目前钻井液废弃泥浆及钻屑的环保化处理缺乏行之有效的方法，基本上都采用焚烧或者填埋，处理量大且处理过程复杂，成本非常高昂。因此，从源头控制，通过分子结构设计，开发发或者选择低毒、无毒环境友好的钻井助剂是解决钻井液体系环保问题的一种可行办法，已逐渐成为国内外钻井工程领域研究热点。

CN108373910B公开一种HL-FFQH环保钻井液体系及其制备方法，所述的钻井液体系是由水、膨润土、无水碳酸钠、环保包被剂、环保降滤失剂、仿生液体润滑剂、仿生固壁剂、环保抑制防塌剂、仿生纳米封堵剂、环保成膜剂、环保稀释剂配制而成。其中，环保包被剂为多元共聚物HLBE-1，主要成分是丙烯酰胺/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸/衣康酸三元共聚物；环保降滤失剂天然改性葡萄糖苷HLJ-6，主要成分是葡萄糖苷；仿生液体润滑剂为仿生氨基酸酯HLR-2，主要成分是氨基酸酯；仿生固壁剂改性树脂聚合物HLGB-3，主要成分是脂肪醇；环保抑制防塌剂为仿生氨基酸类聚合物HLY-1，主要成分是多糖；仿生纳米封堵剂为：钻井液用封堵剂仿生乳酸树脂HLFD-1，主要成分是聚丙交酯；环保成膜剂为：钻井液用聚膜剂乳化改性纤维HLJM-1，主要成分是水性环氧树脂；环保稀释剂为：钻井液用稀释剂硅醚聚合物HLX-1，主要成分是三甲基硅醇。所用材料虽然环保，但价格偏高，造成钻井液成较高，较难开展现场应用。

CN107502315A公开了一种具有强封堵性的环保型钻井液，包括2-6％的膨润土、0.3-0.5％的碳酸钠、0.3-0.5％的抑制剂、0.2-0.5％的提粘切剂、0.1-0.3％的黄原胶、2-8％的降滤失剂、2-5％的封堵剂、1-4％的碳酸钙、0.5-4％的润滑剂、25-250％惰性加重剂；所述纳米封堵剂由包覆AlOOH的碳球、丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、六亚甲基四胺、反应制得的产品与乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液复配而成，该环保型钻井液具有封堵性能强，润滑性能强，流变性好，环境友好的特点，但并没有体现出抑制泥页岩分散膨胀的特点。

因此需要开发了一种强抑制性环保型水基钻井液体系，来满足日益严苛的环保要求和钻井施工难度的要求。

发明内容

本发明基于从源头控制污染，最大限度地减少污染，实现 “绿色”钻井的目标。目的在与提供一种强抑制性环保型水基钻井液及其制备方法，使其具有良好的流变性、抑制性、润滑性，并且易降解、生物毒性低，能够满足高难度复杂井以及大位移定向井与水平井的安全快速钻井及环保要求。

本发明所述的一种强抑制环保型水基钻井液及其制备方法，其特征在于所述强抑制性环保型水基钻井液组成包括：水、膨润土、胺类抑制剂、阳离子包被剂、防塌剂、降滤失剂、润滑剂和增粘提切剂；并且以100重量份的水为基准，膨润土为2-5重量份，胺类抑制剂为0.2-1重量份，阳离子包被剂为0.2-0.5重量份，防塌剂为2-4重量份，降滤失剂为1-3重量份，润滑剂为1-3重量份、增粘提切剂为1-2重量份，加重剂加量根据钻井液的密度调整。

所述的一种强抑制性环保型水基钻井液及其制备方法，其特征在于所述胺类抑制剂为多胺类化合物，分子结构中含有两个或以上的胺基，以三乙醇胺为原料，经临氢氨化制得，作用在于增强所述水基钻井液的抑制性，抑制泥页岩的水化分散，有利于井壁加固。

所述的一种强抑制性环保型水基钻井液及其制备方法，其特征在于所述阳离子包被剂为中分子量阳离子聚丙烯酰胺，由丙烯酰胺、阳离子单体以及非离子单体共聚而成，其中阳离子单体为二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）、二乙基二烯丙基氯化铵（DEDAAC）的一种或两种，非离子单体为N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）、N-二甲基丙烯酰胺（DMAA）、甲基丙烯酰胺（MAC）的一种或几种；其粘均分子量为100-300万，阳离子含量为1-3mmol/g；具有包被絮凝效果，可对泥页岩起到包被作用，能够抑制泥页岩的水化膨胀，有助于防止井壁坍塌。

所述的一种强抑制性环保型水基钻井液及其制备方法，其特征在于所述防塌剂为改性植物胶和聚合醇一种或两种，作用在于堵塞地层微裂缝和渗透性地层的孔隙，起到降滤失、防止地层坍塌和保护油气层的作用。

所述的一种强抑制性环保型水基钻井液及其制备方法，其特征在于所述降滤失剂为抗高温改性淀粉，以马铃薯淀粉为原料，经糊化反应后，通过接枝共聚丙烯酰胺、抗温单体制备而成，其抗温单体由二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）、N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)的一种或几种。

所述的一种强抑制性环保型水基钻井液及其制备方法，所述润滑剂为动植物油酸酯类或酰胺类润滑剂，以动植物油酸为原料经过酯化或酰胺化反应制得；作用在于增强所述水基钻井液的润滑性。

所述的一种强抑制性环保型水基钻井液及其制备方法，所述增粘提切剂为聚醚酰胺类增粘提切剂。

所述的一种强抑制性环保型水基钻井液及其制备方法，所述加重剂为重晶石，可根据钻井液密度的要求来决定加入量。

所述的一种强抑制性环保型水基钻井液及其制备方法，所述钻井液的制备方法为：将膨润土和碳酸钠加到水中配制2-5%的基浆；老化24h后，在搅拌下依次加入降滤失剂、提粘切剂、防塌剂、阳离子包被剂、抑制剂、润滑剂、加重材料，使其密度达到钻井要求，加入每种处理剂后至少高搅20min，同时观察每种处理剂的溶解或分散情况，当一种处理剂充分溶解或分散后，再加入下一种处理剂，直至全部加完。

本发明的有效益果和特点：

（1）本发明的钻井液具有较强的抑制性，在钻进时能够抑制泥页岩的分散；

（2）本发明的钻井液具有良好的润滑性，能有效提高钻井效率，减少井下事故的发生；

（3）本发明的钻井液环保无生物毒性，可降解。

具体实施方式

为使本发明的发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于发明中的实施例，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。

实施例1

在高速搅拌状态下依次向4%基浆中加入1%抗高温改性淀粉、1%聚醚酰胺增粘提切剂（分量400）、3%改性植物胶、0.2%阳离子聚丙烯酰胺（分子量100万、阳离子含量1mmol/g）、0.5%胺类抑制剂、1.5%动物油酯酸类润滑剂，钻井液体系的密度至1.05g/cm³，获得所述强抑制性环保型水基钻井液体系1^#。

实施例2

在高速搅拌状态下依次向2%基浆中加入2%抗高温改性淀粉、1.5%聚醚酰胺增粘提切剂（分量800）、2%改性植物胶、2%聚合醇、0.3%阳离子聚丙烯酰胺（分子量200万、阳离子含量2mmol/g）、0.3%胺类抑制剂、2%植物油酯酸类润滑剂，通过重晶石调节钻井液体系的密度至1.25g/cm³，获得所述强抑制性环保型水基钻井液体系2^#。

实施例3

在高速搅拌状态下依次向2%基浆中加入3%抗高温改性淀粉、1%聚醚酰胺增粘提切剂（分量400）、3%聚合醇、0.2%阳离子聚丙烯酰胺（分子量300万、阳离子含量1mmol/g）、0.8%胺类抑制剂、2%动物油酯酸类润滑剂，钻井液体系的密度至1.03g/cm³，获得所述强抑制性环保型水基钻井液体系3^#。

实施例4

在高速搅拌状态下依次向5%基浆中加入1%抗高温改性淀粉、1%聚醚酰胺增粘提切剂（分量1000）、1%聚合醇、3%改性植物胶、0.3%阳离子聚丙烯酰胺（分子量100万、阳离子含量2mmol/g）、1 %胺类抑制剂、1.5%动物油酯酸类润滑剂，通过重晶石调节钻井液体系的密度至1.15g/cm³，获得所述强抑制性环保型水基钻井液体系4^#。

实施例5

在高速搅拌状态下依次向3%基浆中加入2%抗高温改性淀粉、2%聚醚酰胺增粘提切剂（分量400）、2.5%改性植物胶、0.3%阳离子聚丙烯酰胺（分子量200万、阳离子含量3mmol/g）、0.5%胺类抑制剂、3%动物油酯酸类润滑剂，钻井液体系的密度1.04g/cm³，获得所述强抑制性环保型水基钻井液体系5^#。

实施例6

在高速搅拌状态下依次向4%基浆中加入3%抗高温改性淀粉、1%聚醚酰胺增粘提切剂（分量800）、3%聚合醇、0.5%阳离子聚丙烯酰胺（分子量300万、阳离子含量1.5mmol/g）、0.2%胺类抑制剂、1.5%动物油酸酰胺类润滑剂，通过重晶石调节钻井液密度至1.25g/cm³，获得所述强抑制性环保型水基钻井液体系6^#。

实施例7

环保性能评价实验

依据中华人民共和国天然气行业标准《SY/T 6787-2010水溶性油田化学剂环境保护技术要求》，对本实施例提供的强抑制性环保型钻井液中的单剂进行生物毒性及生物降解性评价，采用发光细菌法测试了生物毒性指标EC₅₀，EC₅₀数值>20000mg/L则属于无毒级别；采用五日生化学需氧量与化学需氧量的比值BOD₅/COD_cr评价生物降解性，数值≥5％则属于易生物降解范围，具体测试结果见表1。

表1 处理剂毒性和降解性分级

从表1数据可以看出，本实施例提供的强抑制性环保型钻井液中单个处理剂都无生物毒性，都属于易生物降解范围，对研究环保钻井液提供了基础条件。

参照中华人民共和国天然气行业标准《SY/T 6787-2010水溶性油田化学剂环境保护技术要求》，中华人民共和国国家标准《GB31571-2015石油化学工业污染物排放标准》，中华人民共和国国家标准《GB 8978-1996污水综合排放标准》，中华人民共和国国家标准《GB15618-1995土壤环境质量标准》评价了本实施例提供的强抑制性环保型钻井液的化学毒性、生物降解性、生物毒性，结果见表2。

表2 体系的生物毒性、降解性、重金属含量

从表2可以看出，该钻井液的重金属含量、挥发酚、硫化物、生物毒性、生物降解性均满足国家相关环保标准要求。

实施例8

防塌抑制性和润滑性评价实验

通过测试钻井液的岩屑回收率来评价钻井液防塌性抑制性的强弱，即在本实施例提供的强抑制性环保型钻井液中加入江汉区块广化寺组岩屑50克，在 120℃下热滚16小时，计算钻井液的岩屑一次回收率，然后将收集到的岩屑放入自来水中继续在120℃下热滚16小时，技术岩屑二次回收率，同时与清水的岩屑一次回收率、二次回收率做对比；采用JS94H型微电泳仪（Zeta电位仪）测定了强抑制性环保型钻井液滤液的Zeta电位；采用FAN21200极压润滑仪测试了强抑制性环保型钻井液的润滑性能结果见表3。

表3 体系的抑制性和润滑性

从表3数据可以看出，强抑制性环保型钻井液的一次岩屑滚动回收率高达94％以上，二次岩屑滚动回收率达到86％以上，Zeta电位在-10mv以上，表明该钻井液体系具有优异的抑制性；润滑系数在0.079以下，表明钻井液体系具有良好的润滑性能，润滑性能良好满足现场施工要求。

Claims

1.一种强抑制性环保型水基钻井液，其特征在于所述强抑制性环保型水基钻井液组成包括：水、膨润土、胺类抑制剂、阳离子包被剂、防塌剂、降滤失剂、润滑剂和增粘提切剂；以100重量份的水为基准，膨润土为2-5重量份，胺类抑制剂为0.2-1重量份，阳离子包被剂为0.2-0.5重量份，防塌剂为2-4重量份，降滤失剂为1-3重量份，润滑剂为1-3重量份、增粘提切剂为1-2重量份，加重剂加量根据钻井液的密度调整。

2.根据权利要求1所述的强抑制性环保型水基钻井液，其特征在于所述胺类抑制剂为多胺类化合物，分子结构中含有两个或以上的胺基，以三乙醇胺为原料，经临氢氨化反应制得。

3.根据权利要求1所述的一种强抑制性环保型水基钻井液，其特征在于所述阳离子包被剂为中分子量阳离子聚丙烯酰胺，由丙烯酰胺、阳离子单体以及非离子单体共聚而成，其中阳离子单体为二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）、二乙基二烯丙基氯化铵（DEDAAC）的一种或两种，非离子单体为N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）、N-二甲基丙烯酰胺（DMAA）、甲基丙烯酰胺（MAC）的一种或几种。

4.根据权利要求3所述的一种强抑制性环保型水基钻井液，其特征在于所述阳离子包被剂，其粘均分子量为100-300万，阳离子含量为1-3mmol/g。

5.根据权利要求1所述的一种强抑制性环保型水基钻井液，其特征在于所述防塌剂为改性植物胶和聚合醇一种或两种。

6.根据权利要求1所述的一种强抑制性环保型水基钻井液，其特征在于所述降滤失剂为抗高温改性淀粉，以马铃薯淀粉为原料，经糊化反应后，通过接枝共聚丙烯酰胺、抗温单体制备而成，其抗温单体由二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）、N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的一种强抑制性环保型水基钻井液及，其特征在于所述润滑剂为动植物油酸酯类或酰胺类润滑剂，以动植物油酸为原料经过酯化或酰胺化反应制得。

8.根据权利要求1所述的一种强抑制性环保型水基钻井液，其特征在于所述增粘提切剂为聚醚酰胺类增粘提切剂。

9.根据权利要求1所述的一种强抑制性环保型水基钻井液，其特征在于所述加重剂为重晶石，根据钻井液密度的要求来决定加入量。

10.根据权利要求1-9任一所述的一种强抑制性环保型水基钻井液的制备方法，其特在于所述钻井液的制备方法为：将膨润土和碳酸钠加到水中配制2-5%的基浆；老化24h后，在搅拌下依次加入降滤失剂、提粘切剂、防塌剂、阳离子包被剂、抑制剂、润滑剂、加重材料，使其密度达到钻井要求，加入每种处理剂后至少高搅20min，同时观察每种处理剂的溶解或分散情况，当一种处理剂充分溶解或分散后，再加入下一种处理剂，直至全部加完。