油田钻井液用防塌剂及其制备方法与应用

摘要

本发明提供了一种油田钻井液用防塌剂及其制备方法与应用，所述方法包括：将高碳脂肪酸、高碳脂肪醇与多元醇按照20～30∶18～27∶5～12份的重量比混合，于70～105℃下搅拌反应5～7小时，所得产物即为钻井液用防塌剂。本发明的防塌剂是一种无荧光白沥青，可应用于探井和开发井，可有效改善钻井液泥饼，防止井壁垮塌，与现有技术相比，具有荧光级别低，抗盐抗钙能力强，无生物毒性，对环境无污染等优点，并且产品的软化点范围较宽，可适用于不同井底温度的探井与开发井。

说明书

技术领域

本发明涉及一种油田钻井液用防塌剂及其制备方法与应用，具体是一种可用作油 田钻井液用防塌剂的无荧光白沥青及其制备方法与相关应用。

背景技术

随着石油工业勘探开发技术的发展，对钻井液防塌剂的要求越来越高。沥青及其 改性产品，如磺化沥青类产品，因其在钻井液中良好的防塌性能和油气层保护作用而 被广泛应用，在国内外被公认为最好的钻井液防塌剂。但磺化沥青类产品也存在明显 的缺点：(1)荧光级别高，干扰地质录井，限制了其在勘探井中的应用；(2)含有较多 的稠环芳烃有毒物质，对环境污染严重，在对环境保护要求日益提高的今天，磺化沥 青类产品已不能满足环境保护的要求。

为降低沥青类防塌剂的毒性，业内相关人员陆陆续续研发出低荧光或无荧光白沥 青产品以用作钻井液防塌剂。

例如，“有机盐钻井液在塔里木东河油田DH1-8-6井的应用”(周建东等人，《钻 井液与完井液》，2002年04期)提到了性能较好的无荧光白沥青NFA-25的应用。再 如，“无荧光防塌剂白沥青W-ASP的评价与应用”(柏红梅，《钻井液与完井液》，2004 年第4期)公开了一种无荧光环保型防塌剂——白沥青W-ASP，其是高级脂肪醇树 脂经水溶性加工后的一种产品，能与水、粘土发生乳化作用，在不同温度下能形成韧 性粒子，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，与沥青相比，它无荧光，不会干扰地质录井。但这些文献中均没有公开 所用无荧光白沥青防塌剂的具体组分，也未提及其具体制备方法，本领域技术人员在 这些现有技术的公开基础上不能清楚确定所用无荧光白沥青的组成。

CN103013461A公开了一种钻井液用白沥青及其制备方法，由如下重量份的原料 制备：石蜡40份～50份，烷基酚聚氧乙烯醚1份～2份，聚乙二醇4份～5份， 聚丙烯酰胺4份～5份，硬脂酸20份～30份，轻质碳酸钙20份～30份。其制备方 法为：按配比将石蜡、烷基酚聚氧乙烯醚、聚乙二醇、硬脂酸加入到反应釜中，反应 釜升温至70℃～100℃后，恒温搅拌20～40分钟；后加入聚丙烯酰胺，恒温搅拌30分 钟；最后均匀加入轻质碳酸钙，恒温搅拌0.5～2小时后出料，喷雾造粒得到白沥青。 但该现有技术所得产品软化点较低，一般小于60℃，这对于钻遇井底温度较高的探 井和开发井时不适用，并且此现有技术得到的产品抗盐抗钙能力不强，当钻遇盐膏层 时封堵防塌性能较差。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种进一步改进的用于石油钻井液的防塌剂，使其在具 有改善钻井液泥饼、防止井壁垮塌等基本性能的同时，降低对环境的污染，增强抗盐 抗钙能力，此外，扩展其适用范围。

本发明的另一目的在于提供所述防塌剂的制备方法，其工艺简便，且所制备的防 塌剂具有良好的性能。

本发明的另一目的在于提供所述防塌剂的应用。

为达上述目的，一方面，本发明提供了一种制备钻井液用防塌剂的方法，该方法 包括步骤：

将高碳脂肪酸、高碳脂肪醇与多元醇按照20～30：18～27：5～12份的重量比混合， 于70～105℃下搅拌反应5～7小时，所得产物即为钻井液用防塌剂。

除特别注明外，本发明中所述比例与百分含量均为重量比例或百分含量。

根据本发明的具体实施方案，本发明的制备钻井液用防塌剂的方法中，对搅拌速 度无特殊要求，能将反应体系搅拌均匀即可，通常搅拌速度为50～120转/分钟。此外， 体系的反应压力为常压。

根据本发明的具体实施方案，所述高碳脂肪酸包括月桂酸、软脂酸、硬脂酸中的 一种或多种。当所述高碳脂肪酸包括月桂酸、软脂酸、硬脂酸中的多种时，其中，月 桂酸与软脂酸的重量比例优选为0.5～1.2:0.6～1.2；软脂酸与硬脂酸的重量比例优选为 0.6～1.2:2.0～3.0；月桂酸与硬脂酸的重量比例优选为0.5～1.2:2.0～3.0。在本发明的一更 具体实施方案中，所述高碳脂肪酸包括月桂酸、软脂酸和硬脂酸，三者加量比例为 0.5～1.2:0.6～1.2:2.0～3.0。

根据本发明的具体实施方案，所述高碳脂肪醇包括月桂醇、软脂醇、硬脂醇中的 一种或多种。当所述高碳脂肪醇包括月桂醇、软脂醇、硬脂醇中的多种时，其中，月 桂醇与软脂醇的重量比例优选为1.0～1.5:0.9～1.4；月桂醇与硬脂醇的重量比例优选为 1.0～1.5:2.0～3.5；软脂醇与硬脂醇的重量比例优选为0.9～1.4:2.0～3.5。在本发明的一更 具体实施方案中，所述高碳脂肪醇包括月桂醇、软脂醇和硬脂醇，三者加量比例为 1.0～1.5:0.9～1.4:2.0～3.5。

根据本发明的具体实施方案，所述多元醇包括乙二醇、丙三醇中的一种或多种。 当所述多元醇包括乙二醇和丙三醇时，二者加量比例优选为0.3～1.0:1.6～3.0。

根据本发明的具体实施方案，本发明的制备钻井液用防塌剂的方法中，可通过在 所述范围内适当调整高碳脂肪酸、高碳脂肪醇与多元醇的比例，以适当调整产物的水 溶物及油溶物。根据本发明的优选实施方案，优选地，高碳脂肪酸、高碳脂肪醇与多 元醇的重量比为20～30：20～26：6～10；进一步优选为24～28：20～26：6～10。可以控 制产物的水溶物含量在50％～80％范围内，油溶物含量在40％～50％范围内。

另一方面，本发明还提供了一种钻井液用防塌剂，其是按照本发明上述方法制备 得到的。根据本发明的具体实施方案，按照本发明上述方法制备得到的产物可根据需 要经适当粉碎制得粉末或颗粒状产品。

根据本发明的优选具体实施方案，本发明的钻井液用防塌剂，其软化点范围为 50～150℃，可适用于不同井底温度的探井与开发井。

根据本发明的优选具体实施方案，本发明的钻井液用防塌剂，其水溶物含量 50％～80％，油溶物含量40％～50％。

另一方面，本发明还提供了所述的防塌剂在配制油田钻井液中的应用。本发明还 提供了一种油田钻井液，其中含有本发明所述的防塌剂，以钻井液的总重量为基准， 其中防塌剂的含量为1％～10％，优选为2％～5％。

本发明的钻井液用防塌剂，为白色、微黄色或黄色颗粒或粉末，其加入钻井液后 无沉降物，无漂浮物，体系均匀，可应用于探井与开发井，可有效改善钻井液泥饼， 防止井壁垮塌，且荧光级别低，不影响地质录井，抗盐抗钙能力强，在20％盐水聚磺 钻井液中仍具有良好的性能，且无生物毒性，对环境无污染，并且产品的软化点范围 较宽，为50～150℃，可适用于不同井底温度的探井与开发井。

综上所述，本发明提供了一种无荧光白沥青作为钻井液用防塌剂，本发明命名该 钻井液用防塌剂为无荧光白沥青，其可应用于探井和生产井，可有效改善钻井液泥饼， 防止井壁垮塌，与现有技术相比，具有荧光级别低、抗盐抗钙能力强、软化点范围较 宽，无生物毒性、对环境无污染等优点。并且，该产品有良好的油气层保护性能和一 定的降滤失能力，在各种钻井液中不提粘、不提切，配伍性良好。

附图说明

图1为加有本发明的白沥青的钻井液压力与高温高压滤失量的关系图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合具体实例 对本发明的技术方案进行以下详细说明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于 限制本发明的范围。

实施例1

按重量取月桂酸25份、月桂醇20份、丙三醇6份加入到反应釜中，加热升温至 80℃，在搅拌下反应5小时，即制得本实施例的钻井液用防塌剂无荧光白沥青。搅拌 速度无影响，一般为50～120转/分钟，体系的反应压力为常压，以下实施例相同，不 再赘述。

实施例2

按重量取软脂酸26份、硬脂醇25份、乙二醇8份加入到反应釜中，加热升温至 90℃，在搅拌下反应6小时，即制得本实施例的钻井液用防塌剂无荧光白沥青。

实施例3

按重量取月桂酸4份、软脂酸6份、硬脂酸17份、软脂醇22份，乙二醇10份 加入到反应釜中，加热升温至85℃，在搅拌下反应6小时，即制得本实施例的钻井 液用防塌剂无荧光白沥青。

实施例4

按重量取月桂酸28份、月桂醇7份、软脂醇6份、硬脂醇13份、丙三醇7份加 入到反应釜中，加热升温至95℃，在搅拌下反应7小时，即制得本实施例的钻井液 用防塌剂无荧光白沥青。

实施例5

按重量取硬脂酸24份、月桂醇26份、乙二醇2份、丙三醇8份加入到反应釜中， 加热升温至75℃，在搅拌下反应7小时，即制得本实施例的钻井液用防塌剂无荧光 白沥青。

将上述各实施例产品进行各项性能测试，结果如表1所示。

表1实施例产品各项性能指标测试数据

注：EC₅₀---生物毒性测试中半最大效应浓度。

上述实验数据表明，采用本发明制得的钻井液用无荧光白沥青各项性能良好，能 很好的满足各类探井和开发井的使用。上述性能指标中，油溶物和水溶物是很关键的 因素，油溶物过高时，产品的乳化性能较差，加入到钻井液中会造成钻井液体系存在 漂浮物，体系不均匀等问题。只有当油溶物和水溶物二者比例恰当时，所得产品乳化 性能较好，才能很好的起到封堵防塌的效果。

将上述各实施例产品进行性能评价。

1.白沥青的封堵防塌性能

(1)白沥青降高温高压滤失量的能力

各实施例产品降高温高压滤失量测试结果参见表2。

表2实施例产品降高温高压滤失量测试结果

钻井液体系 高温高压滤失量(mL/30min) 基浆 48.5 实施例1样品浆 15.2 实施例2样品浆 14.6 实施例3样品浆 9.6 实施例4样品浆 8.8 实施例5样品浆 10.2

注：基浆为4％膨润土+2％评价土+2％FCLS；样品浆为基浆+2％白沥青

FCLS为市售钻井液用降滤失剂

高温高压滤失量测试条件：温度为150℃，压力差为3.5MPa

由此可见，本发明制得的无荧光白沥青可有效降低钻井液的高温高压滤失量。

(2)加有白沥青的钻井液压力与高温高压滤失量的关系

样品浆：4％膨润土+2％评价土+2％FCLS+2％白沥青

加有白沥青的钻井液压力与高温高压滤失量的关系如图1所示。

从图中可看出，随着压力的上升,钻井液的高温高压滤失量有较大幅度的下降。 说明加有白沥青的钻井液在较高压力下可形成韧性较好的可压缩性泥饼,封堵防塌 能力较强。

2.白沥青在各种钻井液中的性能评价

(1)白沥青在膨润土钻井液中的性能

各实施例产品在膨润土钻井液中的性能参见表3。

表3实施例产品在膨润土钻井液中的性能

钻井液体系 ρ(g/cm³) AV(mPa·S) PV(mPa·S) YP(Pa) FL(mL/30min) 基浆 1.060 15.0 7.0 8.0 18.0 实施例1样品浆 1.060 14.0 7.0 7.0 10.5 实施例2样品浆 1.061 13.5 7.0 6.5 10.2 实施例3样品浆 1.060 13.5 6.0 7.5 9.0 实施例4样品浆 1.062 13.0 6.0 7.0 8.6 实施例5样品浆 1.063 13.5 6.0 7.5 9.2

注：基浆为6％膨润土钻井液；样品浆为基浆+2％白沥青

ρ---钻井液的密度；AV---钻井液的表观粘度；PV---钻井液的塑性粘度；YP---钻井液 的动切力；FL---钻井液的常温中压滤失量。

(2)白沥青在聚合物钻井液中的性能

各实施例产品在聚合物钻井液中的性能参见表4。

表4实施例产品在聚合物钻井液中的性能

钻井液体系 ρ(g/cm³) AV(mPa·S) PV(mPa·S) YP(Pa) FL(mL/30min) 基浆 1.050 18.0 10.0 8.0 7.0 实施例1样品浆 1.050 14.5 9.0 5.5 4.0 实施例2样品浆 1.050 14.5 9.0 5.5 3.8 实施例3样品浆 1.053 15.0 9.0 6.0 3.0 实施例4样品浆 1.052 14.0 8.0 6.0 2.8 实施例5样品浆 1.050 15.5 9.0 6.5 3.2

注：基浆为4％膨润土+0.3％FA367+0.5％NPAN

FA367---市售钻井液用强包被抑制剂

NPAN---市售钻井液用降滤失剂。

(3)白沥青在20％盐水聚磺钻井液中的性能

各实施例产品在20％盐水聚磺钻井液中的性能参见表5。

表5实施例产品在20％盐水聚磺钻井液中的性能

钻井液体系 ρ(g/cm³) AV(mPa·S) PV(mPa·S) YP(Pa) FL(mL/30min) 基浆 1.155 36.5 12.0 24.5 12.0 实施例1样品浆 1.155 24.5 10.0 14.5 7.0 实施例2样品浆 1.155 25.0 10.0 15.0 6.8 实施例3样品浆 1.156 25.5 10.0 15.5 6.0 实施例4样品浆 1.156 26.0 11.0 15.0 5.8 实施例5样品浆 1.155 24.5 9.0 15.5 6.2

注：基浆为4％膨润土+0.3％FA367+0.5％NPAN+2％SPNH+20％NaCl

SPNH---市售钻井液用降滤失剂。

(4)白沥青在2％石膏聚磺钻井液中的性能

各实施例产品在2％石膏聚磺钻井液中的性能参见表6。

表6实施例产品在2％石膏聚磺钻井液中的性能

钻井液体系 ρ(g/cm³) AV(mPa·S) PV(mPa·S) YP(Pa) FL(mL/30min) 基浆 1.150 30.0 10.0 20.0 14.0 实施例1样品浆 1.150 21.5 9.0 12.5 7.2 实施例2样品浆 1.150 21.0 9.0 12.0 7.0 实施例3样品浆 1.153 21.5 10.0 11.5 6.2 实施例4样品浆 1.152 21.0 8.0 13.0 6.0 实施例5样品浆 1.150 22.0 10.0 12.0 6.2

注：基浆为4％膨润土+0.3％FA367+0.5％NPAN+2％SPNH+2％石膏。

从上述几个表格中数据可看出，采用本发明制得的钻井液用无荧光白沥青可应用 于各种钻井液中，不提粘，不提切，配伍性良好，并且抗盐抗钙能力强。

3.白沥青的环保性能评价

各实施例产品生物毒性分析结果参见表7。

表7实施例产品生物毒性分析报告

注：样品浆为3％白沥青水溶液。

参照美国国家环保局确认的糠虾生物毒性分级标准，上述结果表明，采用本发明 制得的无荧光白沥青产品的EC₅₀值大于30000mg/L，可达到国际上公认的建议排放标 准。