CN114106798A - 一种油基钻井液及其制备方法和用途 - Google Patents

Abstract

本发明涉及矿业领域，特别是涉及一种油基钻井液及其制备方法和用途。本发明提供一种油基钻井液，按重量百分比计，包括如下组分：有机改性膨润土2～5％、主乳化剂2～4％、辅助乳化剂≤2％、降滤失剂1～3％、碱度调节剂1～3％、封堵剂1～3％、加重剂适量、水相≤35％、油相60～93％。本发明所提供的油基钻井液能够克服海洋地区(例如，东海地区)井下复杂情况多发、储层保护难度大、井眼清洁难度大等问题，具有滤失量低、流变性能好、储层保护效果好、井眼清洁效果好等特点，是一种能够与东海地区地层具有良好配伍性的油基钻井液体系，可用于海洋钻井，能够简化现场工序，节约成本，提高钻井时效。

Description

一种油基钻井液及其制备方法和用途

技术领域

本发明涉及矿业领域，特别是涉及一种油基钻井液及其制备方法和用途。

背景技术

东海地区储量丰富，但是在钻井过程中仍存在许多问题，如井下复杂情况多发、储层保护难度大、井眼清洁难度大，这严重影响了钻井效率，提高了钻井成本，降低勘探开发效益。

油基钻井液的应用有助于解决水基钻井液井壁稳定性差，润滑性差，耐高温、抗污染能力差等缺点，能够大大地减少处理复杂情况的时间、提高机械钻速，提升钻井生产时效。因此，对东海地区油基钻井液的应用研究具有极为重要意义。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种油基钻井液及其制备方法和用途，用于解决现有技术中的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明一方面提供一种油基钻井液，按重量百分比计，包括如下组分：

在本发明一些实施方式中，所述有机改性膨润土选自经季铵盐阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂有机改性后的膨润土，所述膨润土选自钠基膨润土和/或钙基膨润土。

在本发明一些实施方式中，所述主乳化剂选自十八胺聚氧乙烯醚-10、脂肪酸盐、山梨醇酐单油酸酯及脂肪酸衍生物表面活性剂中的一种或多种的组合。

在本发明一些实施方式中，所述辅助乳化剂选自十八烷基胺乙酸盐、十二烷基苯磺酸钠、油酸酰胺、十二烷基酚聚氧乙烯醚中的一种或多种的组合。

在本发明一些实施方式中，所述降滤失剂为磺化沥青、褐煤树脂、氧化沥青中的一种或多种的组合所形成的混合物。

在本发明一些实施方式中，所述碱度调节剂选自生石灰、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钙中的一种或多种的组合。

在本发明一些实施方式中，所述封堵剂选自乳化沥青、沥青防塌树脂、有机改性沥青中的一种或多种的组合。

在本发明一些实施方式中，所述加重剂选自重晶石粉、石灰石粉、铁矿粉或方铅矿粉中的一种或多种的组合。

在本发明一些实施方式中，所述水相选自CaCl₂水溶液、NaCl水溶液、MgCl₂水溶液中的一种或多种的组合，所述水相中氯盐的浓度≥15wt％。

在本发明一些实施方式中，所述油相选自3#白油、5#白油、0#柴油中的一种或多种的组合。

本发明另一方面提供上述油基钻井液的制备方法，包括：

1)在油相中依次加入有机改性膨润土、乳化剂、水相；

2)在步骤1)所提供的混合液中加入降滤失剂、碱度调节剂和封堵剂，调节密度。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容容易地了解本申请发明的其他优点及功效。

本发明发明人经过大量探索研究，提供了一种油基钻井液，所述油基钻井液具有滤失量低、流变性能好、储层保护效果好、井眼清洁效果好等特点，能够与复杂的海洋地区(例如，东海地区)地层具有良好的配伍性，在此基础上完成了本发明。

本发明第一方面提供一种油基钻井液，按重量百分比计，包括如下组分：

本发明所提供的油基钻井液中，按重量百分比计，可以包括2～5％、2～3％、3～4％、或4～5％有机改性膨润土。有机改性膨润土在油基钻井液中成胶率高，主要起到增粘提切降滤失的作用。有机改性膨润土通常指通过有机化合物对膨润土进行改性而制备获得的产品，有机改性膨润土通常来说在油相中可以具有良好的分散性。在本发明一具体实施例中，有机改性膨润土可以是经季铵盐阳离子表面活性剂(例如，十二烷基三甲基溴化铵等)、阴离子表面活性剂(例如，十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠等)有机改性后的膨润土等。在本发明另一具体实施例中，所使用的膨润土可以是钠基膨润土、钙基膨润土等。本领域技术人员可选择合适的方法制备有机改性膨润土，例如，有机改性膨润土的制备方法可以包括：将膨润土和改性用有机化合物分散到溶剂(例如，水等)中，加热、固液分离以提供有机改性膨润土。

本发明所提供的油基钻井液中，按重量百分比计，可以包括2～4％、2～2.5％、2.5～3％、3～3.5％、或3.5～4％主乳化剂。主乳化剂在油基钻井液主要起到改善体系中各种构成相之间的表面张力，以调节混合浆料使其形成稳定的乳状液的作用。在本发明一具体实施例中，主乳化剂可以是十八胺聚氧乙烯醚-10、脂肪酸盐(例如，脂肪酸钠等)、山梨醇酐单油酸酯、油酸、二聚脂肪酸、妥儿油脂肪酸等中的一种或多种的组合。在本发明另一具体实施例中，脂肪酸盐的外观通常为微黄色粉末，且能够溶于冷水。在本发明另一具体实施例中，妥儿油脂肪酸中松香酸含量通常≤2.0％，脂肪酸含量通常≥96％，颜色(加氏)号通常≤5。在本发明另一具体实施例中，主乳化剂可以是油酸、二聚脂肪酸和妥儿油脂肪酸的组合，其中，油酸和二聚脂肪酸之间的质量比可以为1：1～2、1：1～1.2、1：1.2～1.4、1：1.4～1.6、1：1.6～1.8、或1：1.8～2，油酸和妥儿油脂肪酸之间的质量比可以为1：0.5～1.5、1：0.5～0.7、1：0.7～0.9、1：0.9～1.1、1：1.1～1.3、或1：1.3～1.5。

本发明所提供的油基钻井液中，可以包括辅助乳化剂、也可以不包括辅助乳化剂。油基钻井液中，按重量百分比计，可以包括≤2％、≤0.5％、0.5～1％、1～1.5％或1.5～2％辅助乳化剂。辅助乳化剂在油基钻井液主要起到辅助主乳化剂，形成更稳定的油包水乳状液体系的作用。在本发明一具体实施例中，辅助乳化剂可以是十八烷基胺乙酸盐、十二烷基苯磺酸钠、油酸酰胺、十二烷基酚聚氧乙烯醚等中的一种或多种的组合。在本发明另一具体实施例中，十二烷基酚聚氧乙烯醚的HLB值通常为13.3-14，pH值(1％水溶液)通常为5.5-7.0，外观通常为无色至淡黄色油状物，羟值(mgKOH/g)通常为80～90。

本发明所提供的油基钻井液中，按重量百分比计，可以包括1～3％、1～1.5％、1.5～2％、2～2.5％、或2.5～3％降滤失剂。降滤失剂在油基钻井液主要起到降低钻井液滤失量的作用，相对于未加入降滤失剂的油基钻井液，含有该组分的油基钻井液的滤失量降低率可以≥40％。在本发明一具体实施例中，降滤失剂可以是磺化沥青、褐煤树脂、氧化沥青中的一种或多种的组合。本发明另一具体实施例中，磺化沥青的pH值为8-9，水份通常≤8％，磺酸钠含量通常≥10％，油溶物通常≥25％。本发明另一具体实施例中，褐煤树脂的外观通常为黑褐色粉末，水分通常≤18.0％，水不溶物通常≤12.0％，pH值通常为9.0-10.2。本发明另一具体实施例中，氧化沥青的筛余量(40目)通常≤10％，加入后破乳电压通常≥400V。

本发明所提供的油基钻井液中，按重量百分比计，可以包括1～3％、1～1.5％、1.5～2％、2～2.5％、或2.5～3％碱度调节剂。碱度调节剂通常用于调节油基钻井液的pH值，使其保持在合适的碱性范围内。合适的能够作为油基钻井液中的碱度调节剂的物质对于本领域技术人员来说应该是已知的，例如，碱度调节剂通常可以是氧化钙、钙盐等。本发明一具体实施例中，碱度调节剂可以是生石灰、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钙等中的一种或多种的组合。

本发明所提供的油基钻井液中，按重量百分比计，可以包括1～3％、1～1.5％、1.5～2％、2～2.5％、或2.5～3％封堵剂。封堵剂在油基钻井液主要起到进一步降低钻井液滤失量、防止井壁失稳的作用。在本发明一具体实施例中，封堵剂可以是沥青等，更具体可以是乳化沥青、沥青防塌树脂、有机改性沥青等中的一种或多种的组合。本发明另一具体实施例中，乳化沥青的外观通常为黑色胶状物，固相含量通常≥50％，胶体稳定性通常≥95.0％，HLB值通常为10～18。本发明另一具体实施例中，沥青防塌树脂的外观通常为灰褐色粉末，水分通常≤15.0％，pH(1％水溶液)通常为7.0～11.0，油容物含量通常≥25.0％。本发明另一具体实施例中，有机改性沥青的外观通常为黑色粉末，磺酸根含量通常为13.0～28.0％，pH值(1％水溶液)通常为8～10，细度(筛孔0.90mm通过量)通常≤10％。

本发明所提供的油基钻井液中，可以包括适量加重剂、也可以不包括加重剂。例如，按重量百分比计，可以包括≤5％、≤1％、1～2％、2～3％、3～4％、或4～5％加重剂。加重剂通常用于调节油基钻井液的重量，使其保持在合适的密度范围内。例如，油基钻井液的密度可以为0.95～1.6g/cm³、0.95～1g/cm³、1～1.1g/cm³、1.1～1.2g/cm³、1.2～1.3g/cm³、1.3～1.4g/cm³、1.4～1.5g/cm³、或1.5～1.6g/cm³。加重剂通常可以是一些具有较高比重、且对应于油基钻井液中其他组分相对惰性的物质。在本发明一具体实施例中，加重剂可以是重晶石粉、石灰石粉、铁矿粉或方铅矿粉等中的一种或多种的组合。

本发明所提供的油基钻井液中，可以包括水相、也可以不包括水相。油基钻井液中，按重量百分比计，可以包括≤35％、≤5％、1～5％、5～10％、10～15％、15～20％、20～25％、25～30％、或30～35％水相。水相在油基钻井液主要起到降低配置成本、形成良好的乳化稳定性的作用。水相通常可以是合适的盐的水溶液，例如，可以是氯盐等。在本发明一具体实施例中，水相可以是CaCl₂水溶液、NaCl水溶液、MgCl₂水溶液等中的一种或多种的组合。

本发明所提供的油基钻井液中，按重量百分比计，可以包括60～93％、60～65％、65～70％、70～75％、75～80％、80～85％、85～90％、或90～93％油相。油相在油基钻井液主要起到作为油基钻井液外相，防止泥页岩水化的作用。在本发明一具体实施例中，油相可以是3#白油、5#白油、0#柴油等中的一种或多种的组合。

本发明第二方面提供本发明第一方面所提供的油基钻井液的制备方法，合适的根据上述配方制备获得油基钻井液的方法对于本领域技术人员来说应该是可以被调整的，例如，油基钻井液的制备方法可以包括：1)在油相中依次加入有机改性膨润土、乳化剂、水相；2)在步骤1)所提供的混合液中加入降滤失剂、碱度调节剂和封堵剂，调节密度。在各组分的加入过程中，通常可以采用合适的搅拌条件对混合物进行搅拌，以使得各组分能够充分混合。

本发明所提供的油基钻井液能够克服海洋地区(例如，东海地区)井下复杂情况多发、储层保护难度大、井眼清洁难度大等问题，具有滤失量低、流变性能好、储层保护效果好、井眼清洁效果好等特点，是一种能够与东海地区地层具有良好配伍性的油基钻井液体系，可用于海洋钻井，能够简化现场工序，节约成本，提高钻井时效。

下面通过实施例对本申请的发明予以进一步说明，但并不因此而限制本申请的范围。

实施例1

经十二烷基三甲基溴化铵有机改性的钠基膨润土(外观为白色至淡黄色，含沙量≤4％，水中胶体率≥97％)的制备方法：将钠基膨润土100g分散到600克水中，形成稳定的悬浮体系a，调节pH至8；将6g十二烷基三甲基溴化铵与100克水混合，形成均一体系b；将体系a、b混合后在恒温水浴(90℃)中搅拌反应约4小时，得到产物c；将得到的产物c固液分离，后用无水酒精洗涤固体产物，去除残留物，然后将产物在100℃温度下烘干，将烘干后的固体粉碎过200目筛，即得高成胶率经十二烷基三甲基溴化铵有机改性的钠基膨润土产品。

实施例2

配方1：3#白油320mL+4％有机改性膨润土(经十二烷基三甲基溴化铵有机改性的钠基膨润土)+4％主乳化剂(油酸、二聚脂肪酸和妥儿油脂肪酸按照质量比20:30:20进行混合)+1％辅助乳化剂(十二烷基苯磺酸钠)+3％降滤失剂(磺化沥青)+2％碱度调节剂(生石灰)+2％封堵剂(沥青防塌树脂)，油水比为80:20(80mL30％CaCl₂水溶液)。

以上配方按照油基钻井液配置方法进行配制，具体方法如下：

(1)准备好原料，量取计算好的一定量的基油，倒入浆杯中；

(2)在速率为3500～4500r/min的搅拌下加入有机改性膨润土，加入钠基膨润土后以10000r/min的速率搅拌10min；

(3)在速率为3500～4500r/min的搅拌下向步骤(2)得到的溶液中加入主乳化剂、辅助乳化剂，之后以10000r/min的速率搅拌5min；

(4)在速率为3500～4500r/min的搅拌下向步骤(3)得到的溶液中加入CaCl₂水溶液，并以10000r/min的速率搅拌5min；

(5)在速率为3500～4500r/min的搅拌下向步骤(4)得到的溶液中加入降滤失剂、碱度调节剂和封堵剂，并以10000r/min的速率搅拌10min；

(6)如有需要，在速率为3500～4500r/min的搅拌下向步骤(5)得到溶液中分3～6次加入重晶石进行加重，调节密度至所需密度(实施例1和实施例2中未加入重晶石)；

(7)上述步骤完成后，将所得溶液以10000r/min的速率搅拌20min。

随后将混合料进行120℃热滚16h，待其冷却后，测其性能为：密度1.05g/cm³，漏斗黏度：40s，塑性粘度：15mPa·s，动切力6Pa，初终切为3.0/4.0，R3/R6为5/6，高温高压滤失量为3.8mL，破乳电压732V(钻井液常规性能分析按照API推荐的试验程序进行)。与东海地区地层水、完井液混合未出现絮凝、沉淀。

实施例3

配方2：3#白油320mL+5％有机改性膨润土(经十二烷基三甲基溴化铵有机改性的钠基膨润土)+4％主乳化剂(油酸、二聚脂肪酸和妥儿油脂肪酸按照质量比20:20:20进行混合)+2％辅助乳化剂(十二烷基苯磺酸钠)+3％降滤失剂(磺化沥青)+2％碱度调节剂(生石灰)+2％封堵剂(沥青防塌树脂)，油水比为75:25(80mL30％CaCl₂水溶液)。

参照实施例2中的方法，按照以上配方配置油基钻井液，随后经过120℃热滚16h，待其冷却后，测其性能为：密度1.20g/cm³，漏斗黏度：51s，塑性粘度：20mPa·s，动切力10Pa，初终切为3.5/4.5，R3/R6为6/7，高温高压滤失量为3.5mL，破乳电压695V。与东海地区地层水、完井液混合未出现絮凝、沉淀。

实施例4

配方3：3#白油320mL+5％有机改性膨润土(经十二烷基三甲基溴化铵有机改性的钠基膨润土)+4％主乳化剂(油酸、二聚脂肪酸和妥儿油脂肪酸按照质量比20:30:20进行混合)+1％辅助乳化剂(十二烷基苯磺酸钠)+3％降滤失剂(磺化沥青)+2％碱度调节剂(生石灰)+2.5％封堵剂(沥青防塌树脂)+4.2％重晶石，油水比为80:20(80mL30％CaCl₂水溶液)。

参照实施例2中的方法，按照以上配方配置油基钻井液，随后经过120℃热滚16h，待其冷却后，测其性能为：密度1.50g/cm³，漏斗黏度：69s，塑性粘度：30mPa·s，动切力11.5Pa，初终切为4.0/7.5，R3/R6为7/8，高温高压滤失量为2.8mL，破乳电压743V。与东海地区地层水、完井液混合未出现絮凝、沉淀。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种油基钻井液，按重量百分比计，包括如下组分：

2.如权利要求1所述的油基钻井液，其特征在于，所述有机改性膨润土选自经季铵盐阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂有机改性后的膨润土，所述膨润土选自钠基膨润土和/或钙基膨润土。

3.如权利要求1所述的油基钻井液，其特征在于，所述主乳化剂选自十八胺聚氧乙烯醚-10、脂肪酸盐、山梨醇酐单油酸酯及脂肪酸衍生物表面活性剂中的一种或多种的组合；

和/或，所述辅助乳化剂选自十八烷基胺乙酸盐、十二烷基苯磺酸钠、油酸酰胺、十二烷基酚聚氧乙烯醚中的一种或多种的组合。

4.如权利要求1所述的油基钻井液，其特征在于，所述降滤失剂为磺化沥青、褐煤树脂、氧化沥青中的一种或多种的组合所形成的混合物。

5.如权利要求1所述的油基钻井液，其特征在于，所述碱度调节剂选自生石灰、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钙中的一种或多种的组合。

6.如权利要求1所述的油基钻井液，其特征在于，所述封堵剂选自乳化沥青、沥青防塌树脂、有机改性沥青中的一种或多种的组合。

7.如权利要求1所述的油基钻井液，其特征在于，所述加重剂选自重晶石粉、石灰石粉、铁矿粉或方铅矿粉中的一种或多种的组合。

8.如权利要求1所述的油基钻井液，其特征在于，所述水相选自CaCl₂水溶液、NaCl水溶液、MgCl₂水溶液中的一种或多种的组合，所述水相中氯盐的浓度≥15wt％。

9.如权利要求1所述的油基钻井液，其特征在于，所述油相选自3#白油、5#白油、0#柴油中的一种或多种的组合。

10.如权利要求1～9任一权利要求所述的油基钻井液的制备方法，包括：

1)在油相中依次加入有机改性膨润土、乳化剂、水相；

2)在步骤1)所提供的混合液中加入降滤失剂、碱度调节剂和封堵剂，调节密度。