CN116790231A - 一种逆乳化钻井液和其制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钻井液技术领域，具体提供了一种逆乳化钻井液和其制备方法及其应用，按重量份数计，包括如下组分：水相100份，油相60～80份，膨润土3～6份，降滤失剂4～8份，流型调节剂4～8份，可逆乳化剂10～16份，加重剂70～80份，PH调节剂1～3份，破乳剂0～2份；解决了常规钻井液体系在深井温差大的情况下乳化状态不稳定的问题，本发明的逆乳化钻井液能够在井下深层与浅层之间温差大的情况下，乳化状态保持稳定不变。
Description
技术领域
本发明属于钻井液技术领域，具体涉及一种逆乳化钻井液和其制备方法及其应用。
背景技术
逆乳化钻井液是一类以水为分散相，以基础油为连续相的钻井液，具有抑制性强、润滑性优异、利于井壁稳定和油气层保护等众多优点，是钻井领域应对复杂地层的有效手段，在国外钻井过程中广泛使用。国内由于基础油成本高昂，严重限制了逆乳化钻井液的使用与发展。与国外先进的逆乳化钻井液体系相比，目前国内使用的逆乳化钻井液普遍存在性能稳定性不足的情况，具体为在井下深层与浅层之间温差大的情况下，体系的乳化状态不稳定，容易在水包油和水包油之间发生转相，对地层造成损害，严重可导致油井报废。
公告号为CN105713589B，公告日为2019年1月1日的中国专利文献公开了一种逆乳化钻井液及其制备方法，通过以质量份数计包括以下组份：(1)60～90份的基础油；(2)10～40份的水；(3)2～5份的有机土；(4)包括主乳化剂(I)和辅助乳化剂(Ⅱ)的复合乳化剂不少于0.5份；(5)0～3份的碱性物质；(6)0.5～3份的增粘剂；(7)0.5～3份的降滤失剂等的油基钻井液及其制备方法的技术方案，较好的解决了现有技术中油包水钻井液乳液稳定性能差、不耐高温的问题，可用于强水敏、高温地层及需要钻大位移特殊井、海上水平井等场合的钻井作业中。但是该文献没有解决井下深层与浅层之间温差大的情况下，体系的乳化状态不稳定，容易在水包油和水包油之间发生转相，对地层造成损害，严重可导致油井报废的问题。
公开号为CN105385423B，公告日为2019年1月8日的中国专利文献公开了一种抗高温可逆乳化剂的制备方法及其在钻井液中的应用，其技术方案是：将十二烷基伯胺8份、十六烷基伯胺72份、十八烷基伯胺180份的混合物加入到喷雾式反应釜中，用氮气置换釜内空气并去尽空气，然后边抽真空边升温至100℃，物料由反应釜内吸出再喷雾加入，同时喷雾加入环氧乙烷90份，循环反应4小时，后保温1小时，冷却至70℃，出料，将所得反应物倒入搅拌式反应容器中，保持温度为70℃，加入白油100份，继续搅拌0.5小时，加入多元醇型表面活性剂50份，加入聚氧乙烯型表面活性剂50份，继续搅拌后冷却出料，即得抗高温可逆乳化剂；解决的是乳化剂以及由该乳化剂配制的可逆乳化钻井液在高温老化之后的表现，没有解决井下深层与浅层之间温差大的情况下，体系的乳化状态不稳定，容易在水包油和水包油之间发生转相，对地层造成损害，严重可导致油井报废的问题。
发明内容
本发明提供的一种逆乳化钻井液和其制备方法及其应用目的是克服现有技术中井下深层与浅层之间温差大的情况下，体系的乳化状态不稳定，容易在水包油和水包油之间发生转相，对地层造成损害，严重可导致油井报废的问题。
为此，本发明提供了一种逆乳化钻井液，按重量份数计，包括如下组分：水相100份，油相60～80份，膨润土3～6份，降滤失剂4～8份，流型调节剂4～8份，可逆乳化剂10～16份，加重剂70～80份，PH调节剂1～3份，破乳剂0～2份。
优选的，所述水相为清水，油相为白油，降滤失剂为羧甲基纤维素钠，流型调节剂为黄原胶，加重剂为重晶石，PH调节剂为氢氧化钠，破乳剂为尿素。
优选的，所述可逆乳化剂的制备方法包括如下步骤：
S1、在氯仿中加入盐酸调整pH值至第一pH值，将调整后的溶液加热至第一温度并搅拌均匀，得到第一混合物；
S2、向第一混合物中加入十六烷酸后加热至第二温度并搅拌均匀，得到第二混合物：
S3、向第二混合物中加入氢氧化钠溶液，调整pH值为第二pH值，将调整后的溶液加热至第三温度并搅拌，得到第三混合物；
S4、向第三混合物中加入二乙氨基乙醇后加热至第四温度并搅拌均匀，得到第四混合物；
S5、将第四混合物加热蒸发、烘干后粉碎即得可逆乳化剂。
优选的，所述十六烷酸和二乙氨基乙醇的质量比为1：(0.5～0.8)。
优选的，所述步骤S1中第一pH值的范围为1～2，第一温度为30～35℃。
优选的，所述步骤S2中第二温度为45～50℃。
优选的，所述步骤S3中第二pH值的范围为4～5，第三温度为55～60℃。
优选的，所述步骤S4中第四温度为60～65℃。
一种逆乳化钻井液的制备方法，搅拌水相的过程中依次向水相中加入油相、膨润土、降滤失剂、流型调节剂、可逆乳化剂、加重剂和PH调节剂，搅拌均匀即得逆乳化钻井液。
一种逆乳化钻井液用于深井的钻井施工的应用，包括如下两阶段：
在钻井阶段，采用逆乳化钻井液；
在固井完井阶段，向逆乳化钻井液中加入破乳剂。
本发明的有益效果：
本发明提供的这种逆乳化钻井液，通过本发明制备的可逆乳化剂，由于该可逆乳化剂中含有大量的氨基和酰亚胺基，能够有效降低油水界面张力，且不易受温度的影响，能够使得钻井液中的乳状液具有良好的稳定性，如此，在钻井阶段，逆乳化钻井液就能够在井下深层与浅层之间温差大的情况下，乳化状态保持稳定不变，即保持油包水状态，起到保护井壁稳定、抑制页岩水化分散的作用，当钻井完成需要固井完井时，加入破乳剂，将其调整为水包油状态，可以提高井壁与套管之间水泥胶结强度，提高井身固井质量。
本发明制备的可逆乳化剂乳化机理为：可逆乳化剂在油水界面上稳定吸附并形成具有一定强度的界面膜，较大的吸附量可使油水界面张力下降，还可以提升界面膜的粘弹性，从而使乳状液稳定。
本发明制备的可逆乳化剂破乳机理为：尿素通过碰撞界面膜、吸附在界面膜上或排替部分表面活性物质，从而击破界面膜，使其稳定性降低，从而达到破乳的目的。
具体实施方式
一种逆乳化钻井液，按重量份数计，包括如下组分：水相100份，油相60～80份，膨润土3～6份，降滤失剂4～8份，流型调节剂4～8份，可逆乳化剂10～16份，加重剂70～80份，PH调节剂1～3份，破乳剂0～2份。
本发明提供的这种逆乳化钻井液，通过本发明制备的可逆乳化剂，由于该可逆乳化剂中含有大量的氨基和酰亚胺基，能够有效降低油水界面张力，且不易受温度的影响，能够使得钻井液中的乳状液具有良好的稳定性，如此，在钻井阶段，逆乳化钻井液就能够在井下深层与浅层之间温差大的情况下，乳化状态保持稳定不变，即保持油包水状态，起到保护井壁稳定、抑制页岩水化分散的作用，当钻井完成需要固井完井时，加入破乳剂，将其调整为水包油状态，可以提高井壁与套管之间水泥胶结强度，提高井身固井质量。
优选的，所述水相为清水，油相为白油，降滤失剂为羧甲基纤维素钠，流型调节剂为黄原胶，加重剂为重晶石，PH调节剂为氢氧化钠，破乳剂为尿素。
采用羧甲基纤维素钠作为降滤失剂的作用机理为：通过吸附来提高滤饼负电荷密度，然后对水分子进行极化使其稳定在滤饼孔隙中而不易通过，从而达到降滤失的效果。由于其含有大量的羧基基团，能够使分子链以卧式吸附在黏土颗粒表面，产生一个空间网，使滤饼非常致密，同时一些细粘土颗粒因为吸附而被固定在网中，堵塞了毛细孔，使得渗透率降低，从而达到了降滤失的效果。
采用黄原胶作为流型调节剂，黄原胶无毒，能溶于水，具有类似纤维素的聚β－1，4-吡喃型葡萄糖的主链以及含糖的侧链(如甘露糖和葡萄糖醛酸)，其平均分子量在2×106～5×107道尔顿之间。黄原胶水溶胶液在较低浓度时即表现出有较高的粘度和良好的流变性。在石油工业中，低浓度(0.1％～0.7％，质量百分数，下同)的XC水溶胶液就能满足钻完井液增粘、降滤失、改善流型等方面的需要。黄原胶在石油开采中具有优良的增稠和剪切变稀性能。
采用重晶石的主要作用在于增加钻井液的密度。选用重晶石而不是其他加重剂的原因在于，其密度大，单位重量下体积较小，从而能够减少加重剂对钻井液粘度的不利影响(增稠)。
优选的，所述可逆乳化剂的制备方法包括如下步骤：
S1、在氯仿中加入盐酸调整pH值至第一pH值，将调整后的溶液加热至第一温度并搅拌均匀，得到第一混合物；
S2、向第一混合物中加入十六烷酸后加热至第二温度并搅拌均匀，得到第二混合物：
S3、向第二混合物中加入氢氧化钠溶液，调整pH值为第二pH值，将调整后的溶液加热至第三温度并搅拌，得到第三混合物；
S4、向第三混合物中加入二乙氨基乙醇后加热至第四温度并搅拌均匀，得到第四混合物；
S5、将第四混合物加热蒸发、烘干后粉碎即得可逆乳化剂。
本可逆乳化剂的机理为：十六烷酸与二乙氨基乙醇(伯氨基团)发生水合反应，生成稳定的酰胺基团，即产物中包含了伯胺基、仲胺基、羟基和酰胺基。酰胺基性质稳定，不会与溶液中的氢离子发生反应，能够与氢离子发生反应的是仲胺基，因此可以实现定向改变生成物亲油的目的，即酰胺基的出现实现了油包水的目的。
优选的，所述十六烷酸和二乙氨基乙醇的质量比为1：(0.5～0.8)。
优选的，所述步骤S1中第一pH值的范围为1～2，第一温度为30～35℃。
优选的，所述步骤S2中第二温度为45～50℃。
优选的，所述步骤S3中第二pH值的范围为4～5，第三温度为55～60℃。
优选的，所述步骤S4中第四温度为60～65℃。
一种逆乳化钻井液的制备方法，搅拌水相的过程中依次向水相中加入油相、膨润土、降滤失剂、流型调节剂、可逆乳化剂、加重剂和PH调节剂，搅拌均匀即得逆乳化钻井液。
一种逆乳化钻井液用于深井的钻井施工的应用，包括如下两阶段：
在钻井阶段，采用逆乳化钻井液，此时为油包水状态；
在固井完井阶段，向逆乳化钻井液中加入破乳剂，此时变为水包油状态。
深井，在石油钻井领域有相应的深度要求，也就是本领域的一个共识，即4500<H<6000为深井，H>6000m为超深井。
实施例1：
本实施例用于制备可逆乳化剂，可逆乳化剂的制备方法包括如下步骤：
S1、在氯仿中加入盐酸调整pH值至1.5，将调整后的溶液加热至32℃并搅拌5分钟，得到第一混合物；
S2、向第一混合物中加入十六烷酸后加热至48℃并搅拌10分钟，得到第二混合物：
S3、向第二混合物中加入氢氧化钠溶液，调整pH值为4.5，将调整后的溶液加热至58℃并搅拌5分钟，得到第三混合物；
S4、向第三混合物中加入二乙氨基乙醇后加热至62℃并搅拌20分钟，得到第四混合物；
S5、将第四混合物在90℃加热蒸发，烘干后粉碎即得可逆乳化剂N1。其中，十六烷酸和二乙氨基乙醇的质量比为1：0.7。
实施例2：
本实施例用于制备可逆乳化剂，可逆乳化剂的制备方法包括如下步骤：
S1、在氯仿中加入盐酸调整pH值至1，将调整后的溶液加热至30℃并搅拌5分钟，得到第一混合物；
S2、向第一混合物中加入十六烷酸后加热至45℃并搅拌10分钟，得到第二混合物：
S3、向第二混合物中加入氢氧化钠溶液，调整pH值为4，将调整后的溶液加热至55℃并搅拌5分钟，得到第三混合物；
S4、向第三混合物中加入二乙氨基乙醇后加热至60℃并搅拌20分钟，得到第四混合物；
S5、将第四混合物在90℃加热蒸发，烘干后粉碎即得可逆乳化剂N2。其中，十六烷酸和二乙氨基乙醇的质量比为1：0.5。
实施例3：
本实施例用于制备可逆乳化剂，可逆乳化剂的制备方法包括如下步骤：
S1、在氯仿中加入盐酸调整pH值至2，将调整后的溶液加热至35℃并搅拌5分钟，得到第一混合物；
S2、向第一混合物中加入十六烷酸后加热至50℃并搅拌10分钟，得到第二混合物：
S3、向第二混合物中加入氢氧化钠溶液，调整pH值为5，将调整后的溶液加热至60℃并搅拌5分钟，得到第三混合物；
S4、向第三混合物中加入二乙氨基乙醇后加热至65℃并搅拌20分钟，得到第四混合物；
S5、将第四混合物在90℃加热蒸发，烘干后粉碎即得可逆乳化剂N3。其中，十六烷酸和二乙氨基乙醇的质量比为1：0.8。
实施例4：
一种逆乳化钻井液的制备方法，将100重量份的水搅拌，在搅拌的过程中依次向水中加入70重量份的白油、5重量份的膨润土、6重量份的羧甲基纤维素钠、6重量份的黄原胶、13重量份的由制备例1所制得的可逆乳化剂、75重量份的重晶石和2重量份的氢氧化钠，即得逆乳化钻井液A1。
在搅拌环境下向逆乳化钻井液A1中加入1重量份的尿素，得到破乳后的钻井液B1。
实施例5：
一种逆乳化钻井液的制备方法，将100重量份的水搅拌，在搅拌的过程中依次向水中加入70重量份的白油、5重量份的膨润土、6重量份的羧甲基纤维素钠、6重量份的黄原胶、13重量份的由制备例2所制得的可逆乳化剂、75重量份的重晶石和2重量份的氢氧化钠，即得逆乳化钻井液A2。
在搅拌环境下向逆乳化钻井液A2中加入0.5重量份的尿素，得到破乳后的钻井液B2。
实施例6：
一种逆乳化钻井液的制备方法，将100重量份的水搅拌，在搅拌的过程中依次向水中加入70重量份的白油、5重量份的膨润土、6重量份的羧甲基纤维素钠、6重量份的黄原胶、13重量份的由制备例3所制得的可逆乳化剂、75重量份的重晶石和2重量份的氢氧化钠，即得逆乳化钻井液A3。
在搅拌环境下向逆乳化钻井液A3中加入2重量份的尿素，得到破乳后的钻井液B3。
实施例7：
一种逆乳化钻井液的制备方法，将100重量份的水搅拌，在搅拌的过程中依次向水中加入60重量份的白油、3重量份的膨润土、4重量份的羧甲基纤维素钠、4重量份的黄原胶、10重量份的由制备例1所制得的可逆乳化剂、70重量份的重晶石和1重量份的氢氧化钠，即得逆乳化钻井液A4。
在搅拌环境下向逆乳化钻井液A3中加入0.8重量份的尿素，得到破乳后的钻井液B4。
实施例8：
一种逆乳化钻井液的制备方法，将100重量份的水搅拌，在搅拌的过程中依次向水中加入80重量份的白油、6重量份的膨润土、8重量份的羧甲基纤维素钠、8重量份的黄原胶、16重量份的由制备例2所制得的可逆乳化剂、80重量份的重晶石和3重量份的氢氧化钠，即得逆乳化钻井液A5。
在搅拌环境下向逆乳化钻井液A3中加入1.8重量份的尿素，得到破乳后的钻井液B5。
对比实施例1：
一种逆乳化钻井液的制备方法，将100重量份的水搅拌，在搅拌的过程中依次向水中加入70重量份的白油、5重量份的膨润土、6重量份的羧甲基纤维素钠、6重量份的黄原胶、13重量份的失水山梨醇单油酸酯(Span 80)、75重量份的重晶石和2重量份的氢氧化钠，即得逆乳化钻井液D1。
在搅拌环境下向逆乳化钻井液D1中加入1重量份的尿素，得到破乳后的钻井液E1。
对比实施例2：
一种逆乳化钻井液的制备方法，将100重量份的水搅拌，在搅拌的过程中依次向水中加入60重量份的白油、3重量份的膨润土、4重量份的羧甲基纤维素钠、4重量份的黄原胶、10重量份的失水山梨醇单油酸酯(Span 80)、70重量份的重晶石和1重量份的氢氧化钠，即得逆乳化钻井液D2。
在搅拌环境下向逆乳化钻井液D2中加入1重量份的尿素，得到破乳后的钻井液E2。
对比实施例3：
一种逆乳化钻井液的制备方法，将100重量份的水搅拌，在搅拌的过程中依次向水中加入80重量份的白油、6重量份的膨润土、8重量份的羧甲基纤维素钠、8重量份的黄原胶、16重量份的失水山梨醇单油酸酯(Span 80)、80重量份的重晶石和3重量份的氢氧化钠，即得逆乳化钻井液D3。
在搅拌环境下向逆乳化钻井液D3中加入1重量份的尿素，得到破乳后的钻井液E3。
实验结果：
取20毫升实施例4-8(A1-A5以及B1-B5)和对比实施例1-3(D1-D3以及E1-E3)的逆乳化钻井液加入至离心试管中，在1800转/分钟下离心5分钟，记录水的量X1；
同样取20毫升实施例4-8和对比实施例1-3的逆乳化钻井液，在80℃环境下保温30分钟后，在1800转/分钟下离心5分钟，记录水的量Y1。逆乳化钻井液分离效果评价数据见表1:
表1逆乳化钻井液分离效果评价数据
| 实验组 | X1(毫升) | Y1(毫升) |
| A1 | 1.5 | 2.4 |
| B1 | 9.6 | 9.6 |
| A2 | 1.6 | 2.4 |
| B2 | 9.2 | 9.2 |
| A3 | 1.5 | 2.5 |
| B3 | 9.3 | 9.3 |
| A4 | 1.6 | 2.4 |
| B4 | 9.4 | 9.4 |
| A5 | 1.5 | 2.5 |
| B5 | 9.2 | 9.2 |
| D1 | 4.8 | 7.2 |
| E1 | 9.4 | 9.4 |
| D2 | 4.9 | 7.3 |
| E2 | 9.3 | 9.3 |
| D3 | 4.8 | 7.3 |
| E3 | 9.4 | 9.4 |
由表1数据可得，按本发明所提供的方法制得的逆乳化钻井液具有良好的乳化稳定性，在常温下，经离心后20毫升钻井液中仅分离出不到2毫升的水，并且，在经高温(80℃)后再离心，水的分离量也不超过3毫升，表明乳化效果很稳定，油包水状态不易被打破；且将A实验组与B实验组相对比可以看出，加入破乳剂后液相成功由油包水状态转变成了水包油状态。
对比例E1-E3，由于乳化剂采用的是常规的失水山梨醇单油酸酯，其稳定性并不好，尤其是在经过高温处理后，油包水状态容易被打破。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种逆乳化钻井液，其特征在于：按重量份数计，包括如下组分：水相100份，油相60～80份，膨润土3～6份，降滤失剂4～8份，流型调节剂4～8份，可逆乳化剂10～16份，加重剂70～80份，PH调节剂1～3份，破乳剂0～2份。
2.如权利要求1所述的逆乳化钻井液，其特征在于：所述水相为清水，油相为白油，降滤失剂为羧甲基纤维素钠，流型调节剂为黄原胶，加重剂为重晶石，PH调节剂为氢氧化钠，破乳剂为尿素。
3.如权利要求1所述的逆乳化钻井液，其特征在于：所述可逆乳化剂的制备方法包括如下步骤：
S1、在氯仿中加入盐酸调整pH值至第一pH值，将调整后的溶液加热至第一温度并搅拌均匀，得到第一混合物；
S2、向第一混合物中加入十六烷酸后加热至第二温度并搅拌均匀，得到第二混合物：
S3、向第二混合物中加入氢氧化钠溶液，调整pH值为第二pH值，将调整后的溶液加热至第三温度并搅拌，得到第三混合物；
S4、向第三混合物中加入二乙氨基乙醇后加热至第四温度并搅拌均匀，得到第四混合物；
S5、将第四混合物加热蒸发、烘干后粉碎即得可逆乳化剂。
4.如权利要求3所述的逆乳化钻井液，其特征在于：所述十六烷酸和二乙氨基乙醇的质量比为1：(0.5～0.8)。
5.如权利要求3所述的逆乳化钻井液，其特征在于：所述步骤S1中第一pH值的范围为1～2，第一温度为30～35℃。
6.如权利要求3所述的逆乳化钻井液，其特征在于：所述步骤S2中第二温度为45～50℃。
7.如权利要求3所述的逆乳化钻井液，其特征在于：所述步骤S3中第二pH值的范围为4～5，第三温度为55～60℃。
8.如权利要求3所述的逆乳化钻井液，其特征在于：所述步骤S4中第四温度为60～65℃。
9.一种如权利要求1～8中任意一项所述的逆乳化钻井液的制备方法，其特征在于：搅拌水相的过程中依次向水相中加入油相、膨润土、降滤失剂、流型调节剂、可逆乳化剂、加重剂和PH调节剂，搅拌均匀即得逆乳化钻井液。
10.一种如权利要求1～8中任意一项所述的逆乳化钻井液用于深井的钻井施工的应用，其特征在于，包括如下两阶段：
在钻井阶段，采用逆乳化钻井液；
在固井完井阶段，向逆乳化钻井液中加入破乳剂。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202210265112.4A CN116790231A (zh) | 2022-03-17 | 2022-03-17 | 一种逆乳化钻井液和其制备方法及其应用 |
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