环保型抗高温气制油合成基钻井液及其制备方法与应用

摘要

本发明提供了一种环保型抗高温气制油合成基钻井液及其制备方法与应用。以重量份计，该环保型抗高温气制油合成基钻井液，包括如下组份：气制油80-90重量份、有机土DRGEL2-3重量份、主乳化剂DREM-13-4重量份、辅乳化剂DRCO-12-5重量份、降滤失剂DF012-5重量份、浓度20wt％的CaCl

说明书

技术领域

本发明涉及一种环保型抗高温气制油合成基钻井液及其制备方法与应用，属于石 油开采技术领域。

背景技术

随着常规油气资源的不断减少，石油勘探开发逐渐向更深的地层以及更远的海洋 钻进，因此，油井井深也越来越深。在深井、超深井的钻探中，由于地温梯度的存在， 井眼越深井筒内的温度就会变得越高。我国西部油田超过7000m的超深井和东部油 田超过5000m的深井井底温度就很可能超过200℃。在高温条件下，水基钻井液中的 各种组分会发生降解、发酵、增稠、失效等变化，从而使钻井液性能发生剧变，严重 时将导致钻井作业无法正常进行。油基钻井液体系具有热稳定性好，抗温达230℃以 上，密度达2.2g/cm³以上；另外，油基钻井液对于钻复杂地层，如水敏性强的地层、 深井高温高压地层、巨厚盐膏层方面，可以大幅降低井下复杂事故率，提高机械钻进 速度。但是，由于油基钻井液存在污染问题，在陆地环境敏感区域和海上复杂地层的 应用和推广使用上受到了限制。

气制油合成基钻井液作为一种具有环保特性的新型钻井液体系，它既具有油基钻 井液的性能特点，又对环境友好、无污染。与油基(柴油和低毒矿物油作为基础油) 钻井液相比，气制油合成基钻井液具有运动粘度低、钻速快、对环境更加友好等优势， 并且具有油基钻井液的井壁稳定、润滑性好和保护储层等特点。

发明内容

鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是一种环保型抗高温气制油合成基 钻井液及其制备方法与应用，能够在满足钻井液的常规要求的同时，满足陆地与海上 的环境敏感区域深井超深井对钻井液抗高温和对环境友好的要求。

本发明的目的通过以下技术方案得以实现：

一种环保型抗高温气制油合成基钻井液，以重量份计，包括如下组份：

气制油80-90重量份、有机土2-3重量份、主乳化剂3-4重量份、辅乳化剂2-5 重量份、降滤失剂2-5重量份、浓度20wt％的CaCl₂水溶液10-20重量份、氧化钙2-4 重量份和重晶石。

上述的环保型抗高温气制油合成基钻井液中，所述气制油为一种不含芳香烃、无 荧光、可生物降解的环境友好型合成基础油，在钻井液体系中作为一个非极性的连续 相，其主要功用是防止钻井液与地层间发生的极性反应；优选的，所述气制油为壳牌 公司生产的Saraline185V气制油。

上述的环保型抗高温气制油合成基钻井液中，所述浓度20wt％的CaCl₂水溶液为 盐水相，用来调节盐水的活度，使钻井液所含的盐水与地层水的活度相等，防止地层 中的水向钻井液渗透或钻井液中的水向地层渗透。

上述的环保型抗高温气制油合成基钻井液中，所述有机土为亲油成胶体，其抗温 达220℃，主要作用为增加钻井液体系的粘切力，并起部分降滤失的作用；优选的， 所述有机土包括如下组分：

根据具体实施方案，上述的有机土，以重量份计，包括如下原料：提纯钠基膨润 土20重量份，十六烷基三甲基氯化铵3重量份，双十八烷基三甲基氯化铵6重量份， ZLSH-600功能化大分子2重量份，水100重量份。

上述的有机土是通过下列方法制备得到的：

一次插层反应：

将提纯钠基膨润土和水放入不锈钢捏合机中，在不断搅拌下，加入十六烷基三甲 基氯化铵和双十八烷基三甲基氯化铵，加热升温至90℃，反应2小时，得到有机土 料液；

将有机土料液注入板框式压滤机中压滤、去除水分，得到一次插层料；

二次插层反应：

将一次插层料和ZLSH-600功能化大分子室温捏合反应30分钟，得到二次插层 料；

后期处理：

将二次插层料放入干燥箱，在105℃干燥5小时，降至室温，粉碎、过200目筛， 得到有机土。

上述的环保型抗高温气制油合成基钻井液中，优选的，所述有机土为中国石油集 团钻井工程技术研究院生产的DRGEL型有机土，符合钻井液用有机土SY/T 6615-2005技术要求，其组分为上述具体实施方案中的有机土组分。

上述的环保型抗高温气制油合成基钻井液中，优选的，所述主乳化剂为有机酸与 有机胺进行酰胺化反应制备的弧状梳型长链分子乳化剂；其抗温达220℃，可在油水 界面上形成高强度的复合膜，从而保证在高温下乳状液稳定性良好；更优选的，所述 主乳化剂为中国石油集团钻井工程技术研究院生产的DREM-1型乳化剂，符合钻井 液用抗高温主乳化剂评价标准Q/SY ZJG0031-2012。

上述的环保型抗高温气制油合成基钻井液中，优选的，所述辅乳化剂为有机酸与 有机胺进行酰胺化反应制备的具有亲水功能团的小链分子乳化剂；其抗温达220℃， 与主乳化剂DREM-1协同作用，增强钻井液体系的电稳定性，除此之外，可改变钻 井液体系中亲水固相的极性，抑制其沉降；更优选的，所述辅乳化剂为中国石油集团 钻井工程技术研究院生产的DRCO-1型乳化剂，符合钻井液用抗高温辅乳化剂评价标 准Q/SY ZJG0032-2012。

上述的环保型抗高温气制油合成基钻井液中，所述降滤失剂是一种交连的苯乙烯 聚合物，抗温达260℃，可膨胀变形形成致密、纤薄的泥饼，控制油相进一步流向地 层，减小滤失和储层损害；优选的，所述降滤失剂为法国欧诺法公司生产的DF01型 降滤失剂。

上述的环保型抗高温气制油合成基钻井液中，所述氧化钙主要作用为控制钻井液 体系的pH值，防止钻具腐蚀和地层中酸性气体对钻井液污染。

上述的环保型抗高温气制油合成基钻井液中，所述重晶石起加重钻井液的作用； 优选的，所述重晶石的用量根据终产品的密度需要确定，所述重晶石的主要成分为硫 酸钡，密度为大于4.2g/cm³。

上述的重晶石的用量根据终产品的密度需要确定是指重晶石的加入量为使环保 型抗高温气制油合成基钻井液的密度达到所需要达到的值。

本发明还提供上述的环保型抗高温气制油合成基钻井液的制备方法，包括如下步 骤：

向气制油中加入主乳化剂(例如DREM-1)和辅乳化剂(例如DRCO-1)，高速 搅拌20min，得到第一混合液；

向第一混合液中加入浓度20wt％的CaCl₂水溶液，高速搅拌30min，得到第二混 合液；

向第二混合液中加入有机土(例如DRGEL)，高速搅拌20min，得到第三混合液；

向第三混合液中加入降滤失剂(例如DF01)和氧化钙，高速搅拌30min，得到 第四混合液；

向第四混合液中加入重晶石调整该混合液的密度至2.0-2.3g/cm³，高速搅拌 40min，得到第五混合液；

将第五混合液装入老化罐中于220℃滚动老化16h，得到环保型抗高温气制油合 成基钻井液。

本发明还提供上述的环保型抗高温气制油合成基钻井液作为环保型抗高温钻井 液的应用。

本发明所得的环保型抗高温气制油合成基钻井液，在220℃温度下，最高密度可 达2.3g/cm³，具有良好的高温乳化剂稳定性，破乳电压大于1000V，具有良好的流变 性，切力大于10Pa，具有良好的高温高压滤失性能，高温高压滤失量小于10ml。

本发明的突出效果为：

本发明的钻井液能够在满足钻井液的常规要求的同时，满足陆地与海上的环境敏 感区域深井超深井对钻井液抗高温和对环境友好的要求。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的方法进行说明，以使本发明技术方案更易于理 解、掌握，但本发明并不局限于此。下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均 为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

实施例1：

本实施例提供一种环保型抗高温气制油合成基钻井液，以重量份计，包括如下组 份：

气制油80重量份、浓度20wt％的CaCl₂水溶液20重量份、主乳化剂DREM-13 重量份、辅乳化剂DRCO-13重量份、有机土DRGEL 2重量份、降滤失剂DF014重 量份、氧化钙2重量份和重晶石215重量份。

本实施例的环保型抗高温气制油合成基钻井液是通过下列方法制备得到的：

向气制油中加入主乳化剂DREM-1和辅乳化剂DRCO-1，高速搅拌20min，得到 第一混合液；

向第一混合液中加入浓度20wt％的CaCl₂水溶液，高速搅拌30min，得到第二混 合液；

向第二混合液中加入有机土DRGEL，高速搅拌20min，得到第三混合液；

向第三混合液中加入降滤失剂DF01和氧化钙，高速搅拌30min，得到第四混合 液；

向第四混合液中加入重晶石调整该混合液的密度至2.0g/cm³，高速搅拌40min， 得到第五混合液；

将第五混合液装入老化罐中于220℃滚动老化16h，得到环保型抗高温气制油合 成基钻井液。

对所得的环保型抗高温气制油合成基钻井液按照常规方法进行性能测试，结果如 表1所示：

表1

实施例2：

本实施例提供一种环保型抗高温气制油合成基钻井液，以重量份计，包括如下组 份：

气制油85重量份、浓度20wt％的CaCl₂水溶液15重量份、主乳化剂DREM-13 重量份、辅乳化剂DRCO-13重量份、有机土DRGEL2重量份、降滤失剂DF014重 量份、氧化钙2重量份和重晶石215重量份。

本实施例的环保型抗高温气制油合成基钻井液是通过下列方法制备得到的：

向气制油中加入主乳化剂DREM-1和辅乳化剂DRCO-1，高速搅拌20min，得到 第一混合液；

向第一混合液中加入浓度20wt％的CaCl₂水溶液，高速搅拌30min，得到第二混 合液；

向第二混合液中加入有机土DRGEL，高速搅拌20min，得到第三混合液；

向第三混合液中加入降滤失剂DF01和氧化钙，高速搅拌30min，得到第四混合 液；

向第四混合液中加入重晶石调整该混合液的密度至2.0g/cm³，高速搅拌40min， 得到第五混合液；

将第五混合液装入老化罐中于220℃滚动老化16h，得到环保型抗高温气制油合 成基钻井液。

对所得的环保型抗高温气制油合成基钻井液按照常规方法进行测试，结果如表2 所示：

表2

实施例3：

本实施例提供一种环保型抗高温气制油合成基钻井液，以重量份计，包括如下组 份：

气制油90重量份、浓度20wt％的CaCl₂水溶液10重量份、主乳化剂DREM-13 重量份、辅乳化剂DRCO-15重量份、有机土DRGEL3重量份、降滤失剂DF015重 量份、氧化钙2重量份和重晶石318重量份。

本实施例的环保型抗高温气制油合成基钻井液是通过下列方法制备得到的：

向气制油中加入主乳化剂DREM-1和辅乳化剂DRCO-1，高速搅拌20min，得到 第一混合液；

向第一混合液中加入浓度20wt％的CaCl₂水溶液，高速搅拌30min，得到第二混 合液；

向第二混合液中加入有机土DRGEL，高速搅拌20min，得到第三混合液；

向第三混合液中加入降滤失剂DF01和氧化钙，高速搅拌30min，得到第四混合 液；

向第四混合液中加入重晶石调整该混合液的密度至2.3g/cm³，高速搅拌40min， 得到第五混合液；

将第五混合液装入老化罐中于220℃滚动老化16h，得到环保型抗高温气制油合 成基钻井液。

对所得的环保型抗高温气制油合成基钻井液按照常规方法进行测试，结果如表3 所示：

表3

由上可见，本发明实施例所得的环保型抗高温气制油合成基钻井液，在220℃温 度下，最高密度可达2.3g/cm³，具有良好的高温乳化剂稳定性，破乳电压大于1000V， 具有良好的流变性，动切力大于10Pa，具有良好的高温高压滤失性能，高温高压滤 失量小于10ml；能够在满足钻井液的常规要求的同时，满足陆地与海上的环境敏感 区域深井超深井对钻井液抗高温和对环境友好的要求。