CN117210208B - 一种多重双效防塌环保高性能钻井液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多重双效防塌环保高性能钻井液及其制备方法，属于环保钻井液技术领域，按质量份计，包括以下组份：清水100份、膨润土2～5份、纯碱0.2～0.4份、烧碱0.5～1份、大分子包被剂0.1～0.2份、聚胺抑制剂0.5～1份、纳米疏水抑制剂0.5～1份、增粘型降滤失剂0.5～1份、降粘型降滤失剂3～6份、改性有机硅酸盐3～5份、KCl1～3份、环保耐温润滑剂2～5份、油层保护暂堵剂2～3份及重晶石；重晶石的用量满足加重晶石调节后多重双效防塌环保高性能钻井液的密度达到1.4～2.3g/cm³的要求。本发明防塌能力强，能充分保证井壁稳定；抗温性好，抗温达180℃。

Description

一种多重双效防塌环保高性能钻井液及其制备方法

技术领域

本发明涉及环保钻井液技术领域，具体涉及一种多重双效防塌环保高性能钻井液及其制备方法。

背景技术

环保钻井液是目前石油行业进行源头控制，实现绿色生产的重要手段。现有的常用水基钻井液主要以磺化钻井液为主(即以磺化褐煤、磺化酚醛树脂、磺化褐煤树脂及磺化丹宁为主剂的钻井液)，其在色度及生物毒性方面均超过国家标准要求。而川渝地区的天然气开发主要集中在人口密集区，周围农田密布，沟河纵横，对环保钻井液的需求越来越迫切。目前国内水基环保钻井液主要包括烷基糖苷钻井液体系、硅酸盐钻井液体系、甲酸盐钻井液体系、聚合醇钻井液体系、有机盐钻井液体系、有机胺类钻井液体系等，这些环保钻井液主在核心处理剂上都能够做到无毒环保，但现场应用时，均须配合其他处理剂才能完成钻井液的各项功能需求，如要强化钻井液的防塌能力，一般采用加入各种沥青类处理剂，但这类处理剂并不完全环保。现有的环保钻井液除硅酸盐类钻井液外，其它环保钻井液普遍存在成本较高的缺点，不利于大面积推广应用；而且主要集中在低固相钻井液，密度低，应用范围小，重点强调其环保特性，对体系的功能研究不足，大多没有对钻井液的防塌能力进行评估，而钻井液的一个重要功能就是保持井眼稳定，这就需要钻井液具有环保功能的同时，还必需具备超强的防塌能力，即具备高性能，在应用时，才能满足现场需要。

中国发明专利(申请公布号：CN111334262A)公开了一种多用途环保钻井液，其流变性好，中压滤失量以及高温高压滤失量控制的非常低，且流变性能良好，粘切适当，具有抗温达150℃，抗盐抗钙好的优点，但整个钻井液的组成中没有应对泥页岩水敏性垮塌的强效抑制剂，没有对泥页岩相关抑制防塌的评价，故应对泥页岩地层垮塌还存在不足，且配方组成中没有加重剂，只说明可通过配方调整可达到高密度，密度越高时，钻井液的流变性控制越困难，但配方中没有对钻井液流变性进行调整的相关组份。

中国发明专利(申请公布号：CN111040745A)公开了一种自然降解环保钻井液，其泥页岩抑制剂为甲酸钾配合硅酸钾，按照质量比为1:2组成的混合物，集成了有机盐及无机盐环保钻井液的特点，但对无机硅酸盐对钻井液流变性难调控的问题没有进行相应研究，且配方中没有加重剂，实例只有低密度情况，但在高密度情况下，无机的硅配盐有可能对钻井液的流变性产生较恶劣的影响。

中国发明专利(申请公布号：CN110373166A)公开了一种环保钻井液及其制备方法和应用，其泥页岩抑制剂为有机胺，有机胺主要的抑制泥页岩的渗透水化，有机胺类钻井液在使用时还应配合其它抑制剂使用，在钻遇大量泥页岩时其防塌能力还存在不足，且该钻井液密度控制范围为1.15-1.60g/cm³，而在川渝地区，钻进上部的泥页岩层段，钻井液的密度常超过2.0g/cm³，该钻井液存在密度应用范围较窄的缺点；另外，其所述封堵剂选自天然沥青、磺化沥青、聚乙烯蜡和密胺树脂中的至少一种，这些材料中，沥青类并不完全环保，而且其色度也不符合环保要求，而密胺树脂有一定的毒性，聚乙烯蜡用于钻井液中，其封堵能力还有待研究。

中国发明专利(申请公布号：CN108373910A)公开了一种HL-FFQH环保钻井液体系及其制备方法，其主剂为烷基糖苷，抑制剂为包被剂，即以丙烯酰胺/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸/衣康酸三元共聚物，配合仿生氨基酸类聚合物，但没有评价整个钻井液的抑制防塌性能，且配方中没有加重剂，只适用于低密度情况。

中国发明专利(申请公布号：CN104531106A)公开了一种高效水合物抑制性环保钻井液，其组成为：膨润土4％～10％、季铵盐型双子表面活性剂0.1％～1％、无机盐5％～10％、羧甲基淀粉钠2％～4％、阳离子聚丙烯酰胺0.2％～1％、固体防塌润滑剂GFRH 1％～4％，余量为水，用于深水钻井，防止深水钻井中水合物的生成，且配方中没有加重剂，只适用于低密度情况。

中国发明专利(申请公布号：CN104497996A)公开了一种硝酸钙环保钻井液及制备方法，其组成中含有0.03～0.1％的防腐剂，其为甲醛或戊二醛，而这两种物质均毒性较大，不利于环保，其应用也集中在低密度范围内。

由此可见，为了强化环保钻井液防塌功能，降低其应用成本，有必要开发出一种功能更强、应用范围更广的环保钻井液以满足现场需求。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种环保、防塌能力强、抑制性能好、抗温性好的多重双效防塌环保高性能钻井液及其制备方法。

为实现上述发明目的，采用下述技术方案：

一种多重双效防塌环保高性能钻井液，按质量份计，包括以下组份：清水100份、膨润土2～5份、纯碱0.2～0.4份、烧碱0.5～1份、大分子包被剂0.1～0.2份、聚胺抑制剂0.5～1份、纳米疏水抑制剂0.5～1份、增粘型降滤失剂0.5～1份、降粘型降滤失剂3～6份、改性有机硅酸盐3～5份、KCl1～3份、环保耐温润滑剂2～5份、油层保护暂堵剂2～3份及重晶石；其中，重晶石的用量满足加重晶石调节后多重双效防塌环保高性能钻井液的密度达到1.4～2.3g/cm³的要求。

所述膨润土为新疆中非夏子街膨润土有限责任公司生产的钻井液用钠膨润土，所述大分子包被剂为爱森(中国)絮凝剂有限公司生产的聚丙烯酰胺钾盐KPAM，所述聚胺抑制剂为中石化南京化工研究院有限公司生产的聚胺抑制剂NH-1。

所述增粘型降滤失剂为山东德顺源公司生产的磺酸盐共聚物降滤失剂DSP-2，所述降粘型降滤失剂为中石化西南石油工程有限公司钻井工程研究院生产的钻井液用降滤失剂酰胺共聚物XNPFL-2。

所述润滑剂为中石化石油工程技术研究院有限公司生产的植物油类环保耐温润滑剂SMLUB-ET。

所述油层保护暂堵剂为粒径为800～2000目的超细碳酸钙，其配比为：800目的超细碳酸钙的质量、1200目的超细碳酸钙的质量、2000目的超细碳酸钙的质量之比为2：3：5。

所述纳米疏水抑制剂的制备方法是：使用笼形聚倍半硅氧烷硅烷单体以及含氟丙烯酸酯类单体，采用可逆加成断裂链转移法制备含氟硅纳米疏水抑制剂，包括以下步骤：

S1，聚笼形聚倍半硅氧烷的制备：在100ml三口烧瓶中加入50ml的甲苯，在搅拌条件下加入5g的甲基丙烯酰氧丁基POSS，搅拌速度为250r/min；然后加入0.1725g的2-氰基-2-丙基十二烷基三硫代碳酸酯作为RAFT剂，混合均匀后，加入20.5mg的偶氮二异丁腈，通氮气30min使反应体系无氧，升温至70℃继续恒温搅拌8h；反应完毕后，产品在乙酸乙酯/甲醇混合物中沉淀，沉淀物在45℃真空烘箱中干燥过夜；

S2，嵌段共聚物的制备：在100ml三口烧瓶中加入5.4g步骤S1中得到的聚笼形聚倍半硅氧烷，然后加入54ml的甲苯和15g的2,2,2-三氟乙基甲基丙烯酸酯，搅拌得到均匀混合物，搅拌速度为250r/min；加入30mg的偶氮二异丁腈作为引发剂，通氮气30分钟制造无氧环境，在70℃反应8h；最终产品在正己烷中沉淀，并将沉淀所得产物在45℃真空烘箱中干燥过夜得到纳米疏水抑制剂。

所述改性有机硅酸盐的制备方法包括以下步骤：

①以式(1)制备格氏试剂；

RCl+Mg→RMgCl (1)

式(1)中，R为C₃～C₈的有机碳链；

②以式(2)制备氯硅有机物；

RMgCl+SiCl₄→R-SiCl₃ (2)

③以式(3)进行R-SiCl₃的水解；

式(3)中，n值为1～3；

④将③中的水解产物R-Si(O^-)_3－n(OH)_n净化处理、除水、干燥，得到改性有机硅酸盐。

一种所述多重双效防塌环保高性能钻井液的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，基浆的配制：取50份清水，将纯碱、烧碱加入清水中，混合均匀后，边搅拌边加入膨润土，充分搅拌得到第一混合物，在室温下水化养护24h以上；

步骤2，降滤失剂的配制：再取50份清水，边搅拌边将增粘型降滤失剂、降粘型降滤失剂加入再取的50份清水中，充分搅拌30min以上，得到第二混合物；

步骤3，形成稳定胶体体系：将第二混合物加入第一混合物充分搅拌30min以上，得到第三混合物；

步骤4，形成环保钻井液体系：向第三混合物中依次加入大分子包被剂、聚胺抑制剂、纳米疏水抑制剂、改性有机硅酸盐、KCl、环保耐温润滑剂及油层保护暂堵剂，充分搅拌30min以上，再加入重晶石，搅拌30min以上，得到多重双效防塌环保高性能钻井液。

本发明与现有技术相比，具有以下有益技术效果：

1、本发明中，集合了有机胺及硅酸盐两种环保钻井液体系的优点，有机胺可抑制泥页岩的渗透水化，纳米疏水抑制剂可抑制泥页岩的表面水化，从而形成对泥页岩的表面水化及渗透水化的双效抑制，同时，纳米疏水抑制剂具有纳米颗粒，可以进行物理封堵，而有机硅酸盐可以与地层泥页岩发生化学反应，产生化学固结封堵，进而形成物理化学双封堵的防塌效果；同时，因纳米疏水抑制剂具有纳米颗粒，可作为纳米封堵剂作用，体系中不用同时添加纳米封堵剂，有机硅酸盐因其化学封堵作用强，体系中可不添加沥青类等其它防塌剂，加之无机硅酸盐成本极低，硅酸钠的每吨价格在2000元左右，改性成有机硅酸盐工艺成熟，生产成本低，因此，相较其它环保体系，本体系整体具有低成本优势。

2、本发明中，采用改性有机硅酸盐代替无机硅酸盐，其Si-O^－基团上接有碳链，当其与地层泥岩、钻屑形成Si-O-Si键链后，可对其剩余的Si-O^-基团起到阻碍作用，防止其相互作用而形成大分子，进而造成钻井液的流变性能升高，使钻井液变稠，从而改变传统硅酸盐钻井液流变性能难以调控的难题。

3、本发明中，本发明提供了一种多重双效防塌环保高性能钻井液，其生物毒性EC₅₀大于50000mg/L，无毒无害；防塌能力强，能充分保证井壁稳定；抗温性好，抗温达180℃。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了相互排斥的特质和/或步骤以外，均可以以任何方式组合，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换，即，除非特别叙述，每个特征为一系列等效或类似特征中的一个实施例而已。

下面结合实施例，进一步说明本发明多重双效防塌环保高性能钻井液及其制备方法。

实施例1

实施例1的一种多重双效防塌环保高性能钻井液，按质量份计，包括以下组份：100份清水、5份膨润土、0.2份纯碱、0.5份烧碱、0.2份大分子包被剂、0.5份聚胺抑制剂、1份纳米疏水抑制剂、1份增粘型降滤失剂、3份降粘型降滤失剂、3份改性有机硅酸盐、1份KCl、2份环保耐温润滑剂、2份油层保护暂堵剂及60份重晶石，其密度为1.4g/cm³，记为环保钻井液Ⅰ。

该环保钻井液I的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，取500mL清水，将4g纯碱、5g烧碱加入清水中，混合均匀后，边搅拌边加入50g膨润土，充分搅拌得到第一混合物，在室温下水化养护24h以上；

步骤2，再取500mL清水，边搅拌边将10g增粘型降滤失剂、30g降粘型降滤失剂加入再取的500mL清水中，充分搅拌30min以上，得到第二混合物；

步骤3，将第二混合物加入第一混合物充分搅拌30min以上，以进行充分护胶，得到第三混合物；

步骤4，向第三混合物中依次加入2g大分子包被剂、5g聚胺抑制剂、10g纳米疏水抑制剂、30g改性有机硅酸盐、10gKCl、20g环保耐温润滑剂、20g油层保护暂堵剂，充分搅拌30min以上，再加入600g重晶石，搅拌30min以上，得到密度为1.4g/cm³的多重双效防塌环保高性能钻井液，即为环保钻井液Ⅰ。

根据《GB/T 16783.1-2014中在石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液》对环保钻井液I分别进行降滤失性能、流变性能及摩阻系数进行测试，并对环保钻井液I的老化性能进行评价；其中，老化条件为180℃×24h，HTHP失水测试条件为180℃，3.5MPa。

环保钻井液I的降滤失性能、流变性能及摩阻系数的测试结果如表1所示。

表1环保钻井液I的降滤失性能、流变性能及摩阻系数的测试结果

实施例2

实施例2的一种多重双效防塌环保高性能钻井液，按质量份计，包括以下组份：100份清水、4份膨润土、0.4份纯碱、0.6份烧碱、0.15份大分子包被剂、0.7份聚胺抑制剂、0.7份纳米疏水抑制剂、0.6份增粘型降滤失剂、4份降粘型降滤失剂、4份改性有机硅酸盐、2份KCl、2份环保耐温润滑剂、2.5份油层保护暂堵剂以及140份重晶石，其密度为1.8g/cm³，记为环保钻井液Ⅱ。

该环保钻井液Ⅱ的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，取500mL清水，将4g纯碱、6g烧碱加入清水中，混合均匀后，边搅拌边加入40g膨润土，充分搅拌得到第一混合物，在室温下水化养护24h以上；

步骤2，再取500mL清水，边搅拌边将6g增粘型降滤失剂、40g降粘型降滤失剂加入再取的500mL清水中，充分搅拌30min以上，得到第二混合物；

步骤3，将第二混合物加入第一混合物充分搅拌30min以上，以进行充分护胶，得到第三混合物；

步骤4，向第三混合物中依次加入1.5g大分子包被剂、7g聚胺抑制剂、7g纳米疏水抑制剂、40g改性有机硅酸盐、20gKCl、20g环保耐温润滑剂、25g油层保护暂堵剂，充分搅拌30min以上，再加入1400g重晶石，搅拌30min以上，得到密度为1.8g/cm³的多重双效防塌环保高性能钻井液，即为环保钻井液Ⅱ。

根据《GB/T 16783.1-2014中在石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液》对环保钻井液Ⅱ分别进行降滤失性能、流变性能及摩阻系数进行测试，并对环保钻井液Ⅱ的老化性能进行评价；其中，老化条件为180℃×24h，HTHP失水测试条件为180℃，3.5MPa。

环保钻井液Ⅱ的降滤失性能、流变性能及摩阻系数的测试结果如表2所示。

表2环保钻井液Ⅱ的降滤失性能、流变性能及摩阻系数的测试结果

实施例3

实施例3的一种多重双效防塌环保高性能钻井液，按质量份计，包括以下组份：100份清水、3份膨润土、0.3份纯碱、0.8份烧碱、0.1份大分子包被剂、0.5份聚胺抑制剂、0.5份纳米疏水抑制剂、0.6份增粘型降滤失剂、4份降粘型降滤失剂、3份改性有机硅酸盐、3份KCl、3份环保耐温润滑剂、3份油层保护暂堵剂以及190.9份重晶石，其密度为2.0g/cm³，记为环保钻井液Ⅲ。

该环保钻井液Ⅲ的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，取500mL清水，将3g纯碱、8g烧碱加入清水中，混合均匀后，边搅拌边加入30g膨润土，充分搅拌得到第一混合物，在室温下水化养护24h以上；

步骤2，再取500mL清水，边搅拌边将6g增粘型降滤失剂、40g降粘型降滤失剂加入再取的500mL清水中，充分搅拌30min以上，得到第二混合物；

步骤3，将第二混合物加入第一混合物充分搅拌30min以上，以进行充分护胶，得到第三混合物；

步骤4，向第三混合物中依次加入1g大分子包被剂、5g聚胺抑制剂、5g纳米疏水抑制剂、30g改性有机硅酸盐、30gKCl、30g环保耐温润滑剂、30g油层保护暂堵剂，充分搅拌30min以上，再加入1909g重晶石，搅拌30min以上，得到密度为2.0g/cm³的多重双效防塌环保高性能钻井液，即为环保钻井液Ⅲ。

根据《GB/T 16783.1-2014中在石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液》环保钻井液Ⅲ分别进行降滤失性能、流变性能及摩阻系数进行测试，并对环保钻井液Ⅲ的老化性能进行评价；其中，老化条件为180℃×24h，HTHP失水测试条件为180℃，3.5MPa。

环保钻井液Ⅲ的降滤失性能、流变性能及摩阻系数的测试结果如表3所示。

表3环保钻井液Ⅲ的降滤失性能、流变性能及摩阻系数的测试结果

实施例4

实施例4的一种多重双效防塌环保高性能钻井液，按质量份计，包括以下组份：100份清水、2份膨润土、0.4份纯碱、1份烧碱、0.1份大分子包被剂、1份聚胺抑制剂、1份纳米疏水抑制剂、0.5份增粘型降滤失剂、6份降粘型降滤失剂、5份改性有机硅酸盐、1份KCl、5份环保耐温润滑剂、3份油层保护暂堵剂以及287.4份重晶石，其密度为2.3g/cm³，记为环保钻井液Ⅳ。

该环保钻井液Ⅳ的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，取500mL清水，将4g纯碱、10g烧碱加入清水中，混合均匀后，边搅拌边加入20g膨润土，充分搅拌得到第一混合物，在室温下水化养护24h以上；

步骤2，再取500mL清水，边搅拌边将5g增粘型降滤失剂、60g降粘型降滤失剂加入再取的500mL清水中，充分搅拌30min以上，得到第二混合物；

步骤3，将第二混合物加入第一混合物充分搅拌30min以上，以进行充分护胶，得到第三混合物；

步骤4，向第三混合物中依次加入1g大分子包被剂、10g聚胺抑制剂、10g纳米疏水抑制剂、50g改性有机硅酸盐、10gKCl、50g环保耐温润滑剂、30g油层保护暂堵剂，充分搅拌30min以上，再加入2874g重晶石，搅拌30min以上，得到密度为2.3g/cm³的多重双效防塌环保高性能钻井液，即为环保钻井液Ⅳ。

根据《GB/T 16783.1-2014中在石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液》对环保钻井液Ⅳ分别进行降滤失性能、流变性能及摩阻系数进行测试，并对环保钻井液Ⅳ的老化性能进行评价；其中，老化条件为180℃×24h，HTHP失水测试条件为180℃，3.5MPa。

环保钻井液Ⅳ的降滤失性能、流变性能及摩阻系数的测试结果如表4所示。

表4环保钻井液Ⅳ的降滤失性能、流变性能及摩阻系数的测试结果

前述实施例1～实施例4中，膨润土为新疆中非夏子街膨润土有限责任公司生产的钻井液用钠膨润土，所述大分子包被剂为爱森(中国)絮凝剂有限公司生产的聚丙烯酰胺钾盐KPAM，所述聚胺抑制剂为中石化南京化工研究院有限公司生产的聚胺抑制剂NH-1。

前述实施例1～实施例4中，增粘型降滤失剂为山东德顺源公司生产的磺酸盐共聚物降滤失剂DSP-2，所述降粘型降滤失剂为中石化西南石油工程有限公司钻井工程研究院生产的钻井液用降滤失剂酰胺共聚物XNPFL-2，钻井液用降滤失剂酰胺共聚物XNPFL-2由中国发明专利(发明名称：一种二元梳型共聚物抗温抗盐降滤失剂及其制备方法，申请公布号：CN116143966A)所公开的一种二元梳型共聚物抗温抗盐降滤失剂的制备方法制备得到。

前述实施例1～实施例4中，润滑剂为中石化石油工程技术研究院有限公司生产的植物油类环保耐温润滑剂SMLUB-ET，植物油类环保耐温润滑剂SMLUB-ET由中国发明专利(发明名称：一种钻井液用润滑剂及其制备方法和应用，申请公布号：CN113214805A)所公开的一种钻井液用润滑剂的制备方法制备得到。

前述实施例1～实施例4中，所述油层保护暂堵剂为粒径为800～2000目的超细碳酸钙，其配比为：800目的超细碳酸钙的质量、1200目的超细碳酸钙的质量、2000目的超细碳酸钙的质量之比为2：3：5，比如，800目的超细碳酸钙的质量为Q1，1200目的超细碳酸钙的质量为Q2，2000目的超细碳酸钙的质量为Q3，即Q1：Q2：Q3＝2：3：5；重晶石为钻井液用重晶石粉，为普通市售工业制品；纯碱及烧碱均为普通市售工业制品。

前述实施例1～实施例4中，纳米疏水抑制剂的制备方法是：使用笼形聚倍半硅氧烷硅烷单体以及含氟丙烯酸酯类单体，采用可逆加成断裂链转移法制备含氟硅纳米疏水抑制剂，包括以下步骤：

S1，聚笼形聚倍半硅氧烷的制备：在100ml三口烧瓶中加入50ml的甲苯，在搅拌条件下加入5g的甲基丙烯酰氧丁基POSS，搅拌速度为250r/min；然后加入0.1725g的2-氰基-2-丙基十二烷基三硫代碳酸酯作为RAFT剂，混合均匀后，加入20.5mg的偶氮二异丁腈，通氮气30min使反应体系无氧，升温至70℃继续恒温搅拌8h；反应完毕后，产品在乙酸乙酯/甲醇混合物中沉淀，沉淀物在45℃真空烘箱中干燥过夜；

S2，嵌段共聚物的制备：在100ml三口烧瓶中加入5.4g步骤S1中得到的聚笼形聚倍半硅氧烷，然后加入54ml的甲苯和15g的2,2,2-三氟乙基甲基丙烯酸酯，搅拌得到均匀混合物，搅拌速度为250r/min；加入30mg的偶氮二异丁腈作为引发剂，通氮气30分钟制造无氧环境，在70℃反应8h；最终产品在正己烷中沉淀，并将沉淀所得产物在45℃真空烘箱中干燥过夜得到纳米疏水抑制剂。

前述实施例1～实施例4中，改性有机硅酸盐的制备方法包括以下步骤：

①以式(1)制备格氏试剂；

RCl+Mg→RMgCl (1)

式(1)中，R为C₃～C₈的有机碳链；

②以式(2)制备氯硅有机物；

RMgCl+SiCl₄→R-SiCl₃ (2)

③以式(3)进行R-SiCl₃的水解；

式(3)中，n值为1～3；

④将③中的水解产物R-Si(O^-)_3－n(OH)_n净化处理、除水、干燥，得到改性有机硅酸盐。

对比例1

对比例1提供一种水基钻井液，其配方在实施例1的基础上，不添加纳米疏水抑制剂及改性有机硅酸盐，优选磺化降滤失剂及磺化沥青，同时将KCl的加量增加到7份，配制成常用的钾胺基磺化防塌钻井液，其所有原料均为市售商品。以质量份计，钾胺基磺化防塌钻井液的具体配方为：清水100份、膨润土5份、纯碱0.2份、烧碱0.5份、大分子包被剂0.2份、聚胺抑制剂0.5份、磺化褐煤树脂5份、磺化酚醛树脂3份、增粘型降滤失剂0.5份、KCl7份、环保耐温润滑剂5份、油层保护暂堵剂2份、磺化沥青(山东德顺源石油科技有限公司生产的钻井液用高酸溶磺化沥青FF-I)3份以及重晶石，其中，重晶石的用量满足加重晶石调节后钻井液的密度达到1.4g/cm³的要求。

上述对比例1中，所述膨润土为新疆中非夏子街膨润土有限责任公司生产的钻井液用钠膨润土，所述大分子包被剂为爱森(中国)絮凝剂有限公司生产的聚丙烯酰胺钾盐KPAM，所述聚胺抑制剂为中石化南京化工研究院有限公司生产的聚胺抑制剂NH-1。

上述对比例1中，增粘型降滤失剂为山东德顺源公司生产的磺酸盐共聚物降滤失剂DSP-2，所述磺化褐煤树脂为昆明金思达科技有限责任公司生产的磺化褐煤树脂SPNH，所述磺化酚醛树脂为山东德顺源石油科技有限公司生产的磺化酚醛树脂Ⅱ型SMP-Ⅱ。

上述对比例1中，所述环保耐温润滑剂为中石化石油工程技术研究院有限公司生产的植物油类环保耐温润滑剂SMLUB-ET，所述磺化沥青为山东德顺源石油科技有限公司生产的钻井液用高酸溶磺化沥青FF-I。

上述对比例1中，所述油层保护暂堵剂为粒径为800～2000目的超细碳酸钙，其配比为：800目的超细碳酸钙的质量、1200目的超细碳酸钙的质量、2000目的超细碳酸钙的质量之比为2：3：5，比如，800目的超细碳酸钙的质量为Q1，1200目的超细碳酸钙的质量为Q2，2000目的超细碳酸钙的质量为Q3，即Q1：Q2：Q3＝2：3：5；重晶石为钻井液用重晶石粉，为普通市售工业制品；纯碱、烧碱及氯化钾均为普通市售工业制品。

钾胺基磺化防塌钻井液的制备方法包括以下步骤：

步骤1，取500mL清水，将2g纯碱、5g烧碱加入清水中，混合均匀后，边搅拌边加入50g膨润土，充分搅拌得到第四混合物，在室温下水化养护24h以上；

步骤2，再取500mL清水，边搅拌边将50g磺化褐煤树脂、30g磺化酚醛树脂Ⅱ型及5g增粘型降滤失剂加入清水中，充分搅拌30min以上，得到第五混合物；

步骤3，将第五混合物加入第四混合物充分搅拌30min以上，以进行充分护胶，得到第六混合物；

步骤4，向第六混合物中依次加入2g大分子包被剂、5g聚胺抑制剂、70gKCl、50g环保耐温润滑剂、20g油层保护暂堵剂、30g磺化沥青，充分搅拌30min以上，再加入600g重晶石，搅拌30min以上，得到密度为1.4g/cm³的钾胺基磺化防塌钻井液，记为对比例1钻井液。

根据《GB/T 16783.1-2014中在石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液》对对比例1钻井液分别进行降滤失性能、流变性能及摩阻系数进行测试价；其中，老化条件为180℃×24h，HTHP失水测试条件为180℃，3.5MPa。

对比例1钻井液的降滤失性能、流变性能及摩阻系数的测试结果如表5所示。

表5对比例1钻井液的降滤失性能、流变性能及摩阻系数的测试结果

从表1至表5的实验结果能够看出，环保钻井液I、环保钻井液II、环保钻井液III、环保钻井液IV的常规流变性能与对比例1钻井液的相当，但环保钻井液I、环保钻井液II、环保钻井液III、环保钻井液IV的高温高压滤失量、泥饼厚度及摩阻系数均小于采用市售原料配制的对比例1钻井液的滤失量大小、泥饼厚度及摩阻系数，说明环保钻井液I、环保钻井液II、环保钻井液III、环保钻井液IV在高温高压下对钻井液的滤失量大小、泥饼厚度及摩阻系数的控制均优于对比例1钻井液。

需要说明的是，前述环保钻井液I、环保钻井液II、环保钻井液III、环保钻井液IV、对比例1钻井液的配方中，质量份可以是g、㎎、㎏等质量单位；前述环保钻井液I、环保钻井液II、环保钻井液III、环保钻井液IV、对比例1钻井液的制备方法中，各组分份量的单位还可以是㎎、㎏等其他质量单位。

一、一种多重双效防塌环保高性能钻井液的环保性能评价实验

参照中华人民共和国石油天然气行业标准《SY/T 6787-2020水溶性油田化学剂环境保护技术要求》及《SY/T7467-2020钻井液环保性能评价技术规范》，对环保钻井液Ⅰ的重金属含量、生物毒性、生物降解性进行了检测，结果见表6(其它实施例的多重双效防塌环保高性能钻井液或其制备方法制备的多重双效防塌环保高性能钻井液即环保钻井液II、环保钻井液III、环保钻井液IV，因其主要成份均相同，只是据密度的不同，其配方中各组份的加量略有变化，故在此其环保评价数据不再列举)。

表6环保钻井液Ⅰ的重金属含量、生物毒性、生物降解性检测结果

项目	指标	结果
			总镉(mg/kg)	≤15	未检出
总汞(mg/kg)	≤15	2.03
			总铅(mg/kg)	≤1000	1.02
总铬(mg/kg)	≤1000	0.58
			总砷(mg/kg)	≤75	未检出
总镍(mg/kg)	≤200	12
			总锌(mg/kg)	≤3000	121
总铜(mg/kg)	≤1500	100
			EC50(mg/L)	≥30000	75000
BOD5/CODcr	≥5％	34.3％

从表6的实验结果能够看出，本发明的多重双效防塌环保高性能钻井液及制备方法制备的多重双效防塌环保高性能钻井液符合环保评价标准的要求，符合环保型钻井液的要求。

二、一种多重双效防塌环保高性能钻井液的抑制性能的评价

本试验通过测试钻井液的泥岩岩屑回收率来表征钻井液的抑制防塌性能的强弱，即在环保钻井液I、环保钻井液II、环保钻井液III、环保钻井液IV、对比例1钻井液、清水中分别加入川西沙溪庙组的泥岩岩屑50克，然后在滚子炉180℃下热滚16小时，测试环保钻井液I、环保钻井液II、环保钻井液III、环保钻井液IV、对比例1钻井液、清水的泥岩岩屑一次回收率，然后将一次滚动回收的岩屑放入自来水中，并在滚子炉180℃下热滚16小时，测试泥岩岩屑二次在清水中滚动回收率，下称二次清水滚动回收率，同时与清水的页岩岩屑一次回收率、二次回收率做对比，结果见表7。

表7环保钻井液I、环保钻井液II、环保钻井液III、环保钻井液IV、对比例1钻井液、清水的抑制性能的结果

从表7的实验结果能够看出，环保钻井液I、环保钻井液II、环保钻井液III、环保钻井液IV的二次清水滚动回收率明显高于对比例1钻井液的二次清水滚动回收率。

三、一种多重双效防塌环保高性能钻井液的封堵性能的评价

本试验通过测试环保钻井液I、环保钻井液II、环保钻井液III、环保钻井液IV、对比例1钻井液的高温高压可视砂床的渗透深度来表征钻井液的封堵性能的强弱，测试条件为砂床加压3.5MPa，温度180℃，通过渗透深度的高低表征其封堵能力强弱，渗透深度越低，其封堵性能越好，结果见表8。

表8环保钻井液I、环保钻井液II、环保钻井液III、环保钻井液IV、对比例1钻井液的封堵性能的结果

从表8的实验结果能够看出，环保钻井液I、环保钻井液II、环保钻井液III、环保钻井液IV的封堵性能均强于对比例1钻井液的封堵性能。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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 (6)

1.一种多重双效防塌环保高性能钻井液，其特征在于，按质量份计，包括以下组份：清水100份、膨润土2～5份、纯碱0.2～0.4份、烧碱0.5～1份、大分子包被剂0.1～0.2份、聚胺抑制剂0.5～1份、纳米疏水抑制剂0.5～1份、增粘型降滤失剂0.5～1份、降粘型降滤失剂3～6份、改性有机硅酸盐3～5份、KCl1～3份、环保耐温润滑剂2～5份、油层保护暂堵剂2～3份及重晶石；其中，重晶石的用量满足加重晶石调节后多重双效防塌环保高性能钻井液的密度达到1.4～2.3g/cm³的要求；所述聚胺抑制剂为中石化南京化工研究院有限公司生产的聚胺抑制剂NH-1；

所述纳米疏水抑制剂的制备方法是：使用笼形聚倍半硅氧烷硅烷单体以及含氟丙烯酸酯类单体，采用可逆加成断裂链转移法制备含氟硅纳米疏水抑制剂，包括以下步骤：

S1，聚笼形聚倍半硅氧烷的制备：在100ml三口烧瓶中加入50ml的甲苯，在搅拌条件下加入5g的甲基丙烯酰氧丁基POSS，搅拌速度为250r/min；然后加入0.1725g的2-氰基-2-丙基十二烷基三硫代碳酸酯作为RAFT剂，混合均匀后，加入20.5mg的偶氮二异丁腈，通氮气30min使反应体系无氧，升温至70℃继续恒温搅拌8h；反应完毕后，产品在乙酸乙酯/甲醇混合物中沉淀，沉淀物在45℃真空烘箱中干燥过夜；

S2，嵌段共聚物的制备：在100ml三口烧瓶中加入5.4g步骤S1中得到的聚笼形聚倍半硅氧烷，然后加入54ml的甲苯和15g的2,2,2-三氟乙基甲基丙烯酸酯，搅拌得到均匀混合物，搅拌速度为250r/min；加入30mg的偶氮二异丁腈作为引发剂，通氮气30分钟制造无氧环境，在70℃反应8h；最终产品在正己烷中沉淀，并将沉淀所得产物在45℃真空烘箱中干燥过夜得到纳米疏水抑制剂；

所述改性有机硅酸盐的制备方法包括以下步骤：

①以式(1)制备格氏试剂；

RCl+Mg→RMgCl (1)

式(1)中，R为C₃～C₈的有机碳链；

②以式(2)制备氯硅有机物；

RMgCl+SiCl₄→R-SiCl₃ (2)

③以式(3)进行R-SiCl₃的水解；

式(3)中，n值为1～3；

④将③中的水解产物R-Si(O^-)_3－n(OH)_n净化处理、除水、干燥，得到改性有机硅酸盐。

2.根据权利要求1所述多重双效防塌环保高性能钻井液，其特征在于，所述膨润土为新疆中非夏子街膨润土有限责任公司生产的钻井液用钠膨润土，所述大分子包被剂为爱森(中国)絮凝剂有限公司生产的聚丙烯酰胺钾盐KPAM。

3.根据权利要求1所述多重双效防塌环保高性能钻井液，其特征在于，所述增粘型降滤失剂为山东德顺源公司生产的磺酸盐共聚物降滤失剂DSP-2，所述降粘型降滤失剂为中石化西南石油工程有限公司钻井工程研究院生产的钻井液用降滤失剂酰胺共聚物XNPFL-2。

4.根据权利要求1所述多重双效防塌环保高性能钻井液，其特征在于，所述润滑剂为中石化石油工程技术研究院有限公司生产的植物油类环保耐温润滑剂SMLUB-ET。

5.根据权利要求1所述多重双效防塌环保高性能钻井液，其特征在于，所述油层保护暂堵剂为粒径为800～2000目的超细碳酸钙，其配比为：800目的超细碳酸钙的质量、1200目的超细碳酸钙的质量、2000目的超细碳酸钙的质量之比为2：3：5。

6.一种权利要求1～5任一项所述多重双效防塌环保高性能钻井液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，基浆的配制：取50份清水，将纯碱、烧碱加入清水中，混合均匀后，边搅拌边加入膨润土，充分搅拌得到第一混合物，在室温下水化养护24h以上；

步骤2，降滤失剂的配制：再取50份清水，边搅拌边将增粘型降滤失剂、降粘型降滤失剂加入再取的50份清水中，充分搅拌30min以上，得到第二混合物；

步骤3，形成稳定胶体体系：将第二混合物加入第一混合物充分搅拌30min以上，得到第三混合物；

步骤4，形成环保钻井液体系：向第三混合物中依次加入大分子包被剂、聚胺抑制剂、纳米疏水抑制剂、改性有机硅酸盐、KCl、环保耐温润滑剂及油层保护暂堵剂，充分搅拌30min以上，再加入重晶石，搅拌30min以上，得到多重双效防塌环保高性能钻井液。