CN116103023A - 一种耐高温随钻堵漏的油基钻井液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐高温随钻堵漏的油基钻井液及其制备方法，属于石油钻井工程技术领域。本发明的耐高温随钻堵漏的油基钻井液，包括以下组分：油相、水相、乳化剂、有机土、降滤失剂、聚丙烯酸酯颗粒和丁苯橡胶。该耐高温随钻堵漏的油基钻井液可以进入地层孔隙，吸油膨胀，进而形成一层耐水的膜，粘合紧密牢固且不易剥落，具有一定的抗压能力，适合用于高温环境，具有良好的防漏性、能够满足不同类型的油基钻井液中，适应于钻井施工，且吸油量小，不会对油基钻井液的正常使用产生影响，具有较好的应用和推广前景。

Description

一种耐高温随钻堵漏的油基钻井液及其制备方法
技术领域
本发明属于石油钻井工程技术领域，具体涉及一种油基钻井液，更具体地，涉及一种耐高温随钻堵漏的油基钻井液及其制备方法。
背景技术
随着勘探开发技术的进一步发展，超深、超高温、超高压“三超井”的钻探不断增多。因地层压力大，井下温度高(180～200℃)，钻井过程中面临高压(高于70MPa)和高水敏性、易坍塌泥页岩、易蠕变的盐膏层等技术难题。针对以上地层，油基钻井液是主要的技术解决方案，与水基钻井液相比其具有抗高温、抗盐、抗钙侵、有利于井壁稳定、润滑性好和对油气层损害程度小等多种优点。
油基钻井液随钻防漏技术实验研究(刘均一，邱正松，罗洋，王伟忠，王强，黄达全，张现斌，油基钻井液随钻防漏技术实验研究[J].钻井液与完井液，2015，32(05):10-14+101.)记载：该体系在120℃、16h热滚前后的流变性、滤失性能良好，具有良好的随钻防漏堵漏性能，能够起到强化封堵井壁作用，有助于提高地层承压能力。存在问题是抗温能力较低，仅120℃。
膨胀型油基防漏堵漏钻井液体系(刘伟,柳娜,张小平.膨胀型油基防漏堵漏钻井液体系[J].钻井液与完井液,2016,33(01):11-16.)记载：该体系具有较强的吸油膨胀特性，能够封堵高密度下微孔性或微裂缝型渗漏，配合工程措施可有效封堵由地层裂缝引起的漏失，能显著提高地层的抗压能力，降低油基钻井液使用成本。但是仍存在问题：该体系在90℃时膨胀效果最佳，使用时对地层温度要求较高，否则达不到预期封堵效果；该体系原理是吸油膨胀，大量吸油会对油基钻井液的正常使用产生影响。
中国专利申请CN201811315932.X公开了一种耐高温油基钻井液，其特征在于：所述钻井液由油包水基液、主乳化剂、辅乳化剂、降滤失剂、碱度调节剂、有机土、润湿剂和加重剂粉组成；所述油包水基液由体积比为65：35-95：5的基油和盐水组成；以每100mL油包水基液计，其余组分的加入量为：有机土0.5-2.5g、主乳化剂0.5-2g、辅乳化剂1-2g、润湿剂1-2g、碱度调节剂1-3g、降滤失剂5-8g、加重剂0-230g。制得的钻井液经260℃热滚后，体系性能稳定，破乳电压达1000V以上，滤失量在8ml以下，且制备工艺简单，操作方便。
中国专利申请CN202010541781.0公开了一种耐高温超高密度油基钻井液，包括如下成分：油包水基液、主乳化剂、辅乳化剂、降滤失剂、碱度调节剂、有机土、润湿剂、加重剂，所述加重剂包括重晶石和微锰粉Micromax。此外，本申请还提供了上述耐高温超高密度油基钻井液的制备方法。该专利提供的耐高温超高密度油基钻井液及其制备方法能够提供密度最高3.0g/cm3、高温高压滤失量≤6mL、塑性粘度PV≤71mPa·s、动切力YP≤32Pa、动态沉降密度差Δρ≤0.05g/cm3的耐高温超高密度油基钻井液，其粘切值在合理范围内，流变性能良好，能够满足三高井的钻井需求。
在目前应用范围内，高温油基钻井液具有很好的抗高温、耐腐蚀的能力，而且具有良好的润滑性，可以对井壁稳定起着很好的保护作用。但是，油基钻井液的漏失一直没有办法很好的解决。油基钻井液堵漏剂在市场上不多见，多数堵漏剂与油基钻井液配伍性差，所以急需一种耐高温且防漏效果明显的油基钻井液，有鉴于此，本发明提供一种耐高温随钻堵漏的油基钻井液及其制备方法，解决现有技术中存在的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐高温随钻堵漏的油基钻井液制备方法，该耐高温随钻堵漏的油基钻井液可以进入地层孔隙，吸油膨胀，进而形成一层耐水的膜,粘合紧密牢固且不易剥落，具有一定的抗压能力，适合用于高温环境，具有良好的防漏性、能够满足不同类型的油基钻井液中，适应于钻井施工，且吸油量小，不会对油基钻井液的正常使用产生影响，具有较好的应用和推广前景。
在目前应用范围内，高温油基钻井液具有很好的抗高温、耐腐蚀的能力，而且具有良好的润滑性，可以对井壁稳定起着很好的保护作用。但是，油基钻井液的漏失一直没有办法很好的解决。油基钻井液堵漏剂在市场上不多见，多数堵漏剂与油基钻井液配伍性差，所以急需一种耐高温且防漏效果明显的油基钻井液。本发明公开了一种耐高温膨胀型随钻堵漏的油基钻井液的制备方法；为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案：
本发明首先提供一种耐高温随钻堵漏的油基钻井液，包括以下组分：油相、水相、乳化剂、有机土、降滤失剂、聚丙烯酸酯颗粒和丁苯橡胶。
优选的，所述耐高温随钻堵漏的油基钻井液，按照体积份数包括以下组分：油相250-550份、水相50-250份、乳化剂10-40份、有机土5-35份、降滤失剂5-55份、聚丙烯酸酯颗粒40-60份和丁苯橡胶3-20份。
进一步优选的，所述耐高温随钻堵漏的油基钻井液，按照体积份数包括以下组分：油相300-500份、水相100-200份、乳化剂16-32份、有机土10-30份、降滤失剂10-50份、聚丙烯酸酯颗粒45-55份和丁苯橡胶5-15份。
最优选的，所述耐高温随钻堵漏的油基钻井液，按照体积份数包括以下组分：油相300份、水相100份、乳化剂16.8份、有机土10份、降滤失剂14份、聚丙烯酸酯颗粒55份和丁苯橡胶15份。
该钻井液体系适用于不同类型的油相，优选的，所述油相为柴油和/或白油，进一步优选的，所述柴油为0#柴油，所述白油为3#白油和/或5#白油。
本发明中，术语“和/或”指可以是任选其中一种，也可以是两种都有，例如“柴油和/或白油”包括以下情形：柴油、白油、柴油和白油。
本发明中，术语“3#白油”指3号白油，粘度在2.5-3，术语“5#白油”指5号白油，粘度在4.5-5。术语“0#柴油”指0号柴油，凝点为0℃。
优选的，所述水相为CaCl2水溶液，进一步优选的，所述水相为质量分数20-30％的CaCl2水溶液，更进一步优选的，所述水相为质量分数25％的CaCl2水溶液。
选择CaCl2水溶液作为水相，可以有效控制水相活度、消除水化膨胀现象，提高井壁稳定性，降低水相表面张力，提高乳状液密度，进一步提高稳定性以及抗地下水或盐类的污染能力。
优选的，所述乳化剂为脂肪酸酯类一体乳化剂，分子式为：
CH3-O＝C-CH2-CH2-CH2-CH2-C＝O-OH。
乳化剂可以提高乳状液稳定性，降低油水界面张力，增加外相粘度，但是，目前一些市售的油基钻井液乳化剂普遍存在抗高温能力差问题，所以研发以上乳化剂，解决了由于井底温度较高，乳化剂进入到井底后油基泥浆粘度增大导致的流变性差，钻井液体系不稳定的问题。
优选的，所述有机土为有机膨润土，通过对不同厂家的产品进行对比，进一步优选为浙江丰虹新材料股份有限公司HFGEL-136C钻井液用有机膨润土。
有机土容易分散在油相中，具有良好的提粘、悬浮作用，有利于油基钻井液体系的稳定，同时，有机土可以构建油基钻井液的滤饼，阻止外来固液相侵入油气层。
优选的，所述降滤失剂为油溶性石油树脂类降滤失剂，制备方法为：C10、C15为主要成分的混合组份经过干燥处理后，加入反应器，在搅拌下加热至100℃～190℃，然后加入混合组份重量0.5～2.0％的无水三氯化铝作为催化剂，在压力为0～5MPa下聚合反应10～35小时得到粗树脂；将粗树脂中和水洗，沉降，减压蒸馏得到油溶性石油树脂类降滤失剂。
降滤失剂主要作用是降低钻井液的滤失量，通过与不同厂家的产品进行对比，该油溶性石油树脂类降滤失剂可以有效的减少钻井液滤失量，避免滤失过多引起的地层岩石膨胀和坍塌。
优选的，所述聚丙烯酸酯颗粒由一种S型丙烯酸酯类单体、一种长链烷基丙烯酸酯类单体和一种短链烷基丙烯酸酯类单体组成，分子式为：
H2C＝CH-C＝O-[O-(C3H6)-]n-OH。
所述聚丙烯酸酯颗粒在该钻井液中中能够吸油膨胀，进而形成一层耐水的膜，能够碎钻堵漏。
优选的，所述聚丙烯酸酯的颗粒粒径为15-300目，进一步优选为20-200目。
优选的，所述的丁苯橡胶的颗粒粒径为5-150目，进一步优选为10-100目。
所述聚丙烯酸酯颗粒在该钻井液中中能够吸油膨胀，进而形成一层耐水的膜，能够碎钻堵漏。
其次，本发明提供上述耐高温随钻堵漏的油基钻井液的制备方法，包括以下步骤：
将油相和乳化剂充分混合，然后依次加入有机土、降滤失剂、水相，最后加入提前混合均匀的聚丙烯酸酯颗粒和丁苯橡胶的混合剂，搅拌。
优选的，所述搅拌的时间为1-2h，进一步优选为1.5h。
本发明的有益效果为：
(1)本发明的钻井液在高温高压下的滤失量远低于正常钻井液的滤失量。
(2)本发明产品的抗污染性能较好，具有良好的防漏封堵性能，可承压7MPa以上，且温度适用范围广，在50～150℃都可以应用。
(3)本发明所述的油基钻井液在钻井过程中，可以进入地层孔隙，吸油膨胀，进而形成一层耐水的膜，粘合紧密牢固且不易剥落,具有一定的抗压能力，适合用于高温环境，具有良好的防漏性、能够满足不同类型的油基钻井液中，适应于钻井施工，且吸油量小，不会对油基钻井液的正常使用产生影响。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。下述实施例中，若无特殊说明，所用的操作方法均为常规操作方法，所用设备均为常规设备，各个实施例所用设备材料均相同。
下述实施例中，
3#白油购自辛集市隆亿石油助剂厂；
5#白油购自辛集市隆亿石油助剂厂；
0#柴油购自南京晶英石油化工有限公司；
所用乳化剂为自制，分子式为：CH3-O＝C-CH2-CH2-CH2-CH2-C＝O-OH。
所用有机土购自浙江丰虹新材料股份有限公司，产品为HFGEL-136C钻井液用有机膨润土。
所用降滤失剂为自制，制备方法为：将C10、C15按质量比1:2混合的混合组分，经过干燥处理后，加入反应器，在搅拌下加热至150℃，然后加入混合组份重量1.0％的无水三氯化铝作为催化剂，在压力为2.5MPa下聚合反应20小时得到粗树脂；将粗树脂中和水洗、沉降、减压蒸馏得到油溶性石油树脂类降滤失剂。
所用聚丙烯酸酯颗粒为自制的SPE-03聚丙烯酸酯，分子式为：
H2C＝CH-C＝O-[O-(C3H6)-]3-OH
所用丁苯橡胶购自广州市力本橡胶原料贸易有限公司，型号为1502。
实施例1
一种耐高温随钻堵漏的油基钻井液，包括以下组分：3#白油300ml、水相(25％的氯化钙溶液)100ml、乳化剂16.8ml、有机土10ml、降滤失剂10ml、SPE-03聚丙烯酸酯45ml，丁苯橡胶5ml。
制备方法：先加入配方用量的油相和乳化剂充分搅拌，然后依次加入有机土、降滤失剂、水相，最后加入SPE-03聚丙烯酸酯和丁苯橡胶的混合剂，搅拌1.5h左右，完成制备。
其中，所述的SPE-03聚丙烯酸酯颗粒20-200目，丁苯橡胶为颗粒10-100目。油基钻井液密度：1.02g/cm3；在150℃温度下热滚16小时，然后冷却至50℃对该钻井液的流变性、粘度等性能进行测试。
实施例2
一种耐高温随钻堵漏的油基钻井液，包括以下组分：0#柴油300ml、水相(25％的氯化钙溶液)100ml、乳化剂16.8ml、有机土12ml、降滤失剂12ml、SPE-03聚丙烯酸酯45ml，丁苯橡胶15ml。
制备方法：先加入配方用量的油相和乳化剂充分搅拌，然后依次加入有机土、降滤失剂、水相，最后加入SPE-03聚丙烯酸酯和丁苯橡胶的混合剂，搅拌1.5h左右，完成制备。
其中，所述的SPE-03聚丙烯酸酯颗粒20-200目，丁苯橡胶为颗粒10-100目。油基钻井液密度：1.04g/cm3；在150℃温度下热滚16小时，然后冷却至50℃对该钻井液的流变性、粘度等性能进行测试。
实施例3
一种耐高温随钻堵漏的油基钻井液，包括以下组分：5#白油300ml、水相(25％的氯化钙溶液)100ml、乳化剂16.8ml、有机土10ml、降滤失剂14ml、SPE-03聚丙烯酸酯55ml，丁苯橡胶15ml。
制备方法：先加入配方用量的油相和乳化剂充分搅拌，然后依次加入有机土、降滤失剂、水相，最后加入SPE-03聚丙烯酸酯和丁苯橡胶的混合剂，搅拌1.5h左右，完成制备。
其中，所述的SPE-03聚丙烯酸酯颗粒20-200目，丁苯橡胶为颗粒10-100目。油基钻井液密度：1.03g/cm3；在150℃温度下热滚16小时，然后冷却至50℃对该钻井液的流变性、粘度等性能进行测试。
实施例4
一种耐高温随钻堵漏的油基钻井液，包括以下组分：3#白油500ml、水相(25％的氯化钙溶液)200ml、乳化剂32ml、有机土30ml、降滤失剂50ml、SPE-03聚丙烯酸酯55ml，丁苯橡胶5ml。
制备方法：先加入配方用量的油相和乳化剂充分搅拌，然后依次加入有机土、降滤失剂、水相，最后加入SPE-03聚丙烯酸酯和丁苯橡胶的混合剂，搅拌1.5h左右，完成制备。
其中，所述的SPE-03聚丙烯酸酯颗粒20-200目，丁苯橡胶为颗粒10-100目。油基钻井液密度：1.05g/cm3；在150℃温度下热滚16小时，然后冷却至50℃对该钻井液的流变性、粘度等性能进行测试。
实施例5
一种耐高温随钻堵漏的油基钻井液，包括以下组分：5#白油500ml、水相(25％的氯化钙溶液)200ml、乳化剂32ml、有机土30ml、降滤失剂50ml、SPE-03聚丙烯酸酯50ml，丁苯橡胶10ml。
制备方法：先加入配方用量的油相和乳化剂充分搅拌，然后依次加入有机土、降滤失剂、水相，最后加入SPE-03聚丙烯酸酯和丁苯橡胶的混合剂，搅拌1.5h左右，完成制备。
其中，所述的SPE-03聚丙烯酸酯颗粒20-200目，丁苯橡胶为颗粒10-100目。油基钻井液密度：1.03g/cm3；在150℃温度下热滚16小时，然后冷却至50℃对该钻井液的流变性、粘度等性能进行测试。
对比例1
与实施例1不同的是，所用乳化剂为市售乳化剂(山东润棠化工有限公司采购的乳化剂)，其余皆相同。
对比例2
与实施例1不同的是，所用有机土为建平佳鑫矿业有限责任公司采购的钻井泥浆膨润土，其余皆相同。
对比例3
与实施例1不同的是，所用降滤失剂为市售降滤失剂(文安县中德化工有限公司采购的CMS)，其余皆相同。
对比例4
与实施例1不同的是，所用聚丙烯酸酯为市售聚丙烯酸酯(德昌伟业建筑工程技术有限公司采购的聚丙烯酸酯)，其余皆相同。
结果检测
1、对实施例1-5分别进行了相关的性能测试，结果如下表所示：
表1.
产品 PV YP YP/PV AV HTHP
实施例1 34 12 0.35 46 1.6
实施例2 38 12 0.32 50 1.8
实施例3 42 16 0.38 58 1.4
实施例4 46 15 0.32 61 1.6
实施例5 51 16 0.31 67 1.5
对比例1 53 13 0.25 66 1.9
对比例2 50 19 0.39 69 1.8
对比例3 47 21 0.44 68 1.9
对比例4 46 21 0.46 67 1.8
其中，
PV：钻井液的塑性粘度，mPa·s，测试方法：GB/T 5005-2001《钻井液材料规范》；
YP：钻井液的动切力，Pa，测试方法：GB/T 5005-2001《钻井液材料规范》；
YP/PV：钻井液的动塑比，测试方法：GB/T 5005-2001《钻井液材料规范》；
AV：钻井液的表观粘度，mPa·s，测试方法：GB/T 5005-2001《钻井液材料规范》；
HTHP：钻井液在热滚温度下的高温高压失水，ml，测试方法：GB/T 5005-2001《钻井液材料规范》。
2、选用普通钻井液与本发明的钻井液制备后进行测试，性能指标见下表:
所述普通钻井液为油基钻井液，组成成分：油水体积比为80/20，有机土2g，乳化剂2g，碱度调节剂3g，降滤失剂5g。
测定方法：GB/T 16782《油基钻井液现场测试程序》
表2.
Figure BDA0003348025100000091
可以看出，本发明的钻井液在高温高压下的滤失量远低于正常钻井液的滤失量，本发明产品的抗污染性能更好，具有良好的防漏封堵性能，可承压7MPa以上，且温度适用范围广，在50～150℃都可以应用。
上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种耐高温随钻堵漏的油基钻井液，其特征在于，包括以下组分：油相、水相、乳化剂、有机土、降滤失剂、聚丙烯酸酯颗粒和丁苯橡胶。
2.根据权利要求1所述的耐高温随钻堵漏的油基钻井液，其特征在于，按照体积份数包括以下组分：油相250-550份、水相50-250份、乳化剂10-40份、有机土5-35份、降滤失剂5-55份、聚丙烯酸酯颗粒40-60份和丁苯橡胶3-20份。
3.根据权利要求2所述的耐高温随钻堵漏的油基钻井液，其特征在于，按照体积份数包括以下组分：油相300-500份、水相100-200份、乳化剂16-32份、有机土10-30份、降滤失剂10-50份、聚丙烯酸酯颗粒45-55份和丁苯橡胶5-15份。
4.根据权利要求3所述的耐高温随钻堵漏的油基钻井液，其特征在于，按照体积份数包括以下组分：油相300份、水相100份、乳化剂16.8份、有机土10份、降滤失剂14份、聚丙烯酸酯颗粒55份和丁苯橡胶15份。
5.根据权利要求1-4任一项所述的耐高温随钻堵漏的油基钻井液，其特征在于，所述油相为柴油和/或白油。
6.根据权利要求5所述的耐高温随钻堵漏的油基钻井液，其特征在于，所述柴油为0#柴油，所述白油为3#白油和/或5#白油。
7.根据权利要求1-4任一项所述的耐高温随钻堵漏的油基钻井液，其特征在于，所述水相为CaCl2水溶液。
8.根据权利要求7所述的耐高温随钻堵漏的油基钻井液，其特征在于，所述水相为质量分数20-30％的CaCl2水溶液。
9.根据权利要求8所述的耐高温随钻堵漏的油基钻井液，其特征在于，所述水相为质量分数25％的CaCl2水溶液。
10.根据权利要求1-4任一项所述的耐高温随钻堵漏的油基钻井液，其特征在于，所述乳化剂为脂肪酸酯类一体乳化剂，分子式为
CH3-O＝C-CH2-CH2-CH2-CH2-C＝O-OH。
11.根据权利要求1-4任一项所述的耐高温随钻堵漏的油基钻井液，其特征在于，所述有机土为有机膨润土。
12.根据权利要求11所述的耐高温随钻堵漏的油基钻井液，其特征在于，所述有机膨润土为浙江丰虹新材料股份有限公司HFGEL-136C钻井液用有机膨润土。
13.根据权利要求1-4任一项所述的耐高温随钻堵漏的油基钻井液，其特征在于，所述降滤失剂为油溶性石油树脂类降滤失剂，制备方法为：C10、C15为主要成分的混合组份经过干燥处理后，加入反应器，在搅拌下加热至100℃～190℃，然后加入混合组份重量0.5～2.0％的无水三氯化铝作为催化剂，在压力为0～5MPa下聚合反应10～35小时得到粗树脂；将粗树脂中和水洗，沉降，减压蒸馏得到油溶性石油树脂类降滤失剂。
14.根据权利要求1-4任一项所述的耐高温随钻堵漏的油基钻井液，其特征在于，所述聚丙烯酸酯颗粒由一种S型丙烯酸酯类单体、一种长链烷基丙烯酸酯类单体和一种短链烷基丙烯酸酯类单体组成，分子式为：
H2C＝CH-C＝O-[O-(C3H6)-]n-OH。
15.根据权利要求1-4任一项所述的耐高温随钻堵漏的油基钻井液，其特征在于，所述聚丙烯酸酯的颗粒粒径为15-300目，所述丁苯橡胶的颗粒粒径为5-150目。
16.根据权利要求15所述的耐高温随钻堵漏的油基钻井液，其特征在于，所述聚丙烯酸酯的颗粒粒径为20-200目，所述丁苯橡胶的颗粒粒径为10-100目。
17.权利要求1-16任一项所述的耐高温随钻堵漏的油基钻井液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将油相和乳化剂充分混合，然后依次加入有机土、降滤失剂、水相，最后加入提前混合均匀的聚丙烯酸酯颗粒和丁苯橡胶的混合剂，搅拌。
18.根据权利要求17所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌的时间为1-2h。
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