CN103923623B - 一种油基钻井液 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种油基钻井液，属于油气田化学技术领域，所述油基钻井液各组分按重量百分比为：润湿剂1%~3%、基础油50%~80%、CaCl2盐水5%~10%、乳化剂2%~5%、降滤失剂3%~6%、氢氧化钙0.5%~3%、提切剂0.3%~2%、增粘剂0.5%~3%、加重材料余量；其中，所述润湿剂的组分为植物松焦油和植物油酸，按重量百分比计，植物松焦油占润湿剂总量的60%，植物油酸占润湿剂总量的40%。本发明提供的油基钻井液的润湿剂组分成本低、不受来源限制，该油基钻井液能有效地避免加重材料的凝聚，提高了加重材料在钻井液体系中的悬浮稳定性，满足非常规油气藏的钻井施工对高密度油基钻井液的要求。
Description
技术领域
本发明属于油气田化学技术领域，涉及一种油基钻井液，特别涉及一种用以植物松焦油和植物油酸为组分的润湿剂配制的高密度油基钻井液。
背景技术
钻井液又称为钻孔冲洗液，是钻探过程中孔内使用的循环冲洗介质。钻井液在钻井过程中主要完成悬浮、压力控制、岩层稳定性、浮力、润滑和冷却的任务。钻井液具有清洁井底、携带岩屑；冷却和润滑钻头及钻柱；平衡井壁岩石侧压力、封闭和稳定井壁；平衡地层压力；降低岩屑沉降速度；在地面能沉除砂子和岩屑；有效传递水力功率；承受钻杆和套管的部分重力；提供所钻地层的大量资料；通过水力破碎岩石等重要作用。钻井液主要由液相、固相和化学处理剂组成。钻井液按分散介质（连续相）可分为油基钻井液、水基钻井液、气体型钻井流体等。
目前，在实际应用中常用的钻井液为油基钻井液和水基钻井液。其中，油基钻井液是一种以油为分散介质的溶胶悬浮混合体系。随着油气资源勘探开发的不断深入，对钻井液的质量和性能提出了更全面、更高的要求。尤其是国内外对以页岩气为标志的非常规气藏的大规模开发的进行，油基钻井液的应用越来越广泛。与传统的水基钻井液相比，油基钻井液因其良好的抑制性能、润滑性能、流变性能在页岩气钻探中得以广泛应用。
在加重的油基钻井液中，使用各种亲水性加重材料，如重晶石、铁矿粉等，大多数加重材料是亲水的。当重晶石粉和钻屑等亲水的固体颗粒进人油基钻井液时，它们趋向于与水结合并发生聚结，导致钻井液流变性控制困难，钻井液滤失量变大，破乳电压大幅度下降，从而破坏乳状液的稳定性，尤其是在高密度油基钻井液中导致体系的高密度难以维持，带来了相当大的井控风险。
为了解决这一问题，目前油基钻井液体系均使用润湿剂，使加重材料表面发生加重材料亲油反转。润湿剂的加入使刚进入油基钻井液的重晶石和钻屑颗粒表面迅速转变为亲油性物质，从而保证它们能较好地悬浮在油相中。虽然用做乳化剂的表面活性剂也能够在一定程度上起润湿剂的作用，但其润湿效果不理想。在钻井施工中，常用的润湿效果较好的润湿剂有季铵盐(如十二烷基三甲基溴化铵)、卵磷脂和石油磺酸盐等。国外常用的润湿剂有DV-33、DWA、EZ-Mul和VERSA-WET等，其中DWA和EZ-Mul可同时兼作乳化剂。
需要特别说明的是，国外润湿剂产品润湿效果好，尤其是在高密度油基钻井液中对体系的流变性影响较小，不会导致高密度钻井液增稠，但是价格高，来源有限。国内产品在高密度条件下润湿效果不理想，加重材料因润湿不良而大量沉淀导致密度难以稳定往往大幅提高体系的粘度，导致钻井液过稠，严重影响体系的流变性，给后续钻井施工带来一系列问题，例如起下钻不畅，钻井液粘钻杆等，并且国内产品抗温能力不足。因此，为弥补国内油基钻井液的缺陷，有必要根据高密度油基钻井液的特性，亟需开发一种价格低廉、性能优异的新型油基钻井液解决上述难题，满足非常规油气藏的开发过程中对于高密度油基钻井液的要求。
发明内容
为有效保证加重材料在钻井液中具有良好的亲油悬浮性能，提升油基钻井液在高密度条件下的适应性，满足非常规油气藏的开发对高密度油基钻井液的要求，本发明提供了一种价格低廉、性能优异的新型油基钻井液。
本发明采取的技术方案是：
一种油基钻井液，除包括基础油、CaCl2盐水、乳化剂、降滤失剂、氢氧化钙、提切剂、增粘剂和加重材料等组分外，还包含有以植物松焦油和植物油酸为组分的润湿剂；按重量百分比计，该钻井液由所述润湿剂1%~3%、基础油50%~80%、CaCl2盐水5%~10%、乳化剂2%~5%、降滤失剂3%~6%、氢氧化钙0.5%~3%、提切剂0.3%~2%、增粘剂0.5%~3%、加重材料余量组成；所述CaCl2盐水的质量百分浓度为32%。
所述润湿剂中植物松焦油和植物油酸，按重量百分比计，植物松焦油占润湿剂总量的60%，植物油酸占润湿剂总量的40%。
所述基础油为3#白油、0#柴油、气制油Saraline185V中的任一种。
所述乳化剂为石油磺酸钙，石油磺酸钡、十二烷基苯磺酸钙、十六烷基甲基氯化铵、SPAN-80中的任一种。
所述降滤失剂为氧化沥青或腐植酸酰胺。
所述提切剂为肉豆蔻酸或异辛酸铝。
所述增粘剂为硬脂酸或硬脂酸铝。
所述加重材料为重晶石、铁矿粉、石灰石粉、四氧化锰中的任一种。
优选地，一种油基钻井液，按重量百分比计，由润湿剂（植物松焦油和植物油酸的重量比为60/40）2%、3#白油60%、CaCl2盐水6%、十二烷基苯磺酸钙3%、腐植酸酰胺4%、氢氧化钙2%、异辛酸铝1%、硬脂酸2%、重晶石20%组成；所述CaCl2盐水的质量百分浓度为32%。
本发明的有益效果是：
1、本发明在现有油基钻井液的基础上，研制出了一种新的油基钻井液体系，该钻井液体系除了能满足常规钻井施工的的要求外，还能避免加重材料的凝聚，保证加重材料长时间的悬浮在钻井液体系中，满足非常规油气藏的开发对高密度油基钻井液的要求。
2、本发明以植物松焦油和植物油酸的组合物作为润湿剂，与钻井施工中常用的润湿剂相比，润湿剂的组分来源广泛、价格低廉。
3、本发明所述的油基钻井液流变性能优异、体系稳定，便于钻井施工，值得推广应用。
以下将结合实施例对本发明做进一步详细阐述。
具体实施方式
国内润湿剂产品在高密度条件下润湿效果不理想，加重材料因表面润湿不良而不能稳定地悬浮在钻井液体系中，在钻井液的底部沉积大了的加重材料使得钻井液体系的密度分布不均，严重影响了钻井液体系的流变性，给后续安全快速的钻井施工带来一系列不利影响。为此，本发明在现有油基钻井液的基础上，筛选出以植物松焦油和植物油酸的组合物作为润湿剂来配置一种新的油基钻井液。
本发明所述的油基钻井液，除包括基础油、CaCl2盐水、乳化剂、降滤失剂、氢氧化钙、提切剂、增粘剂和加重材料等组分外，还包含有以植物松焦油和植物油酸为组分的润湿剂。该油基钻井液体系的配方，按重量百分比计，由所述润湿剂1%~3%、基础油50%~80%、CaCl2盐水5%~30%、乳化剂2%~5%、降滤失剂3%~6%、氢氧化钙0.5%~3%、提切剂0.3%~2%、增粘剂0.5%~3%、加重材料余量组成；所述CaCl2盐水的质量百分浓度为32%。
所述润湿剂中植物松焦油和植物油酸，按重量百分比计，植物松焦油占润湿剂总量的60%，植物油酸占润湿剂总量的40%。需要说明的是，植物松焦油不宜用矿物松焦油或常压渣油合成松焦油代替，植物油酸可以是以大豆、棕榈、米糠为原料的植物油酸。
所述基础油为3#白油、0#柴油、气制油Saraline185V中的任一种。
所述乳化剂为石油磺酸钙，石油磺酸钡、十二烷基苯磺酸钙、十六烷基甲基氯化铵、SPAN-80中的任一种。
所述降滤失剂为氧化沥青或腐植酸酰胺。
所述提切剂为肉豆蔻酸或异辛酸铝。
所述增粘剂为硬脂酸或硬脂酸铝。
所述加重材料为重晶石、铁矿粉、石灰石粉、四氧化锰中的任一种。
下面结合实施例对本发明所述的油基钻井液的配方做进一步的说明。各配方中所述润湿剂特指只含有植物松焦油和植物油酸两种组分的润湿剂，按重量百分比计，植物松焦油占润湿剂总量的60%，植物油酸占润湿剂总量的40%。各配方中所述CaCl2盐水特指质量分数为32%的CaCl2盐水。
实施例1：
油基钻井液，按重量百分比计，由如下组分组成：3#白油60%、润湿剂1%、CaCl2盐水6%、石油磺酸钙3%、氧化沥青3%、氢氧化钙0.5%、肉豆蔻酸1%、硬脂酸2%、重晶石23.5%。
实施例2：
油基钻井液，按重量百分比计，由如下组分组成：3#白油50%、润湿剂2%、CaCl2盐水5%、石油磺酸钡4%、氧化沥青5%、氢氧化钙1%、异辛酸铝1%、硬脂酸3%、重晶石29%。
实施例3：
油基钻井液，按重量百分比计，由如下组分组成：0#柴油70%、润湿剂3%、CaCl2盐水8%、十二烷基苯磺酸钙2%、腐植酸酰胺4%、氢氧化钙1%、肉豆蔻酸0.3%、硬脂酸铝0.5%、重晶石11.2%。
实施例4：
油基钻井液，按重量百分比计，由如下组分组成：0#柴油80%、润湿剂2%、CaCl2盐水5%、十六烷基甲基氯化铵2%、腐植酸酰胺3%、氢氧化钙2%、异辛酸铝0.3%、硬脂酸铝0.5%、铁矿粉5.2%。
实施例5：
油基钻井液，按重量百分比计，由如下组分组成：3#白油50%、润湿剂3%、CaCl2盐水10%、十六烷基甲基氯化铵5%、腐植酸酰胺5%、氢氧化钙3%、异辛酸铝2%、硬脂酸2%、铁矿粉20%。
实施例6：
油基钻井液，按重量百分比计，由如下组分组成：3#白油60%、润湿剂2%、CaCl2盐水6%、石油磺酸钙5%、氧化沥青6%、氢氧化钙1%、肉豆蔻酸2%、硬脂酸2%、铁矿粉16%。
实施例7：
油基钻井液，按重量百分比计，由如下组分组成：0#柴油50%、润湿剂2.5%、CaCl2盐水5%、石油磺酸钡3%、氧化沥青4%、氢氧化钙1%、肉豆蔻酸1%、硬脂酸铝3%、石灰石粉30.5%。
实施例8：
油基钻井液，按重量百分比计，由如下组分组成：气制油Saraline185V60%、润湿剂2%、CaCl2盐水5%、石油磺酸钡4%、腐植酸酰胺5%、氢氧化钙2%、肉豆蔻酸1%、硬脂酸1%、石灰石粉20%。
实施例9：
油基钻井液，按重量百分比计，由如下组分组成：气制油Saraline185V50%、润湿剂3%、CaCl2盐水8%、十二烷基苯磺酸钙3%、腐植酸酰胺3%、氢氧化钙2%、异辛酸铝2%、硬脂酸3%、石灰石粉26%。
实施例10：
油基钻井液，按重量百分比计，由如下组分组成：气制油Saraline185V70%、润湿剂2%、CaCl2盐水5%、十六烷基甲基氯化铵3%、氧化沥青3%、氢氧化钙0.5%、异辛酸铝0.3%、硬脂酸铝2%、四氧化锰16.2%。
实施例11：
油基钻井液，按重量百分比计，由如下组分组成：3#白油70%、润湿剂2%、CaCl2盐水5%、SPAN-803%、腐植酸酰胺3%、氢氧化钙1%、异辛酸2%、硬脂酸铝2%、四氧化锰12%。
实施例12：
油基钻井液，按重量百分比计，由如下组分组成：3#白油60%、润湿剂2%、CaCl2盐水6%、十二烷基苯磺酸钙3%、腐植酸酰胺4%、氢氧化钙2%、异辛酸铝1%、硬脂酸2%、重晶石20%组成。
实施例13：
油基钻井液，按重量百分比计，由如下组分组成：0#柴油60%、润湿剂3%、CaCl2盐水8%、SPAN-802%、氧化沥青5%、氢氧化钙2%、异辛酸铝2%、硬脂酸铝1%、铁矿粉17%。
实施例14：
油基钻井液，按重量百分比计，由如下组分组成：气制油Saraline185V60%、润湿剂3%、CaCl2盐水6%、十六烷基甲基氯化铵5%、腐植酸酰胺5%、氢氧化钙1%、肉豆蔻酸1%、硬脂酸1%、石灰石粉18%。
实施例15：
油基钻井液热滚后的基本性能测定。按照实施例1至14所述的油基钻井液配方，依次配制了14种油基钻井液，并分别编号为1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#、9#、10#、11#、12#、13#、14#。配制方法为直接混合复配即可。本实施例设定的热滚条件为：热滚温度150℃，热滚时间16h，测试温度50℃，HTHPFL的实验温度为150℃。14种油基钻井液在热滚后的基本性能测定结果如表1所示。表1中，AV表示表观黏度；PV表示塑性黏度；YP表示动切力；HTHPFL表示高温高压滤矢量（使用高温高压滤失量测定仪，在测量压差为3.5MPa，测量时间为30min的滤失量乘以2的结果）；ES表示破乳电压。
表114种油基钻井液热滚后的性能测定结果
钻井液的流变性是指在外力作用下钻井液发生流动和变形的特性。表观黏度、塑性黏度、动切力是用来描述钻井液流变性的重要参数，本实施例对14种钻井液进行了热滚后的基本性能测定。从表1看出，14种钻井液流变性参数均可满足钻井施工的要求，其中12#钻井液的流变性参数较低，说明12#钻井液的流变性能较为优异。需要说明的是，12#钻井液的高温高压滤矢量最小，反映出其在钻井施工过程中不易出现漏失现象。破乳电压的高低反应钻井液的稳定性，从表1看出，14种钻井液的破乳电压均较高，尤其是12#钻井液的破乳电压达到1320V，说明12#钻井液体系不易破乳，体系悬浮性能好。
通过本实施例，可以筛选出12#钻井液综合性能突出，12#钻井液的配方为：各组分按重量百分比计，3#白油60%、润湿剂2%、CaCl2盐水6%、十二烷基苯磺酸钙3%、腐植酸酰胺4%、氢氧化钙2%、异辛酸铝1%、硬脂酸2%、重晶石20%。
实施例16：
油基钻井液抗劣质土污染能力实验。评价了采用实施例12的配制方法配制的油基钻井液（即实施例15中的12#钻井液）的抗劣质土的污染能力，本实施例中设定往12#钻井液加入质土的量占钻井液体系总量的0%、5%、10%、15%、20%。
本实施例的老化条件为150℃、老化时间为16h，HTHPFL（高温高压滤矢量）实验温度为150℃，实验结果见表2。表2中，AV表示表观黏度；PV表示塑性黏度；YP表示动切力；HTHPFL表示高温高压滤矢量；ES表示破乳电压。
表212#油基钻井液的抗劣质土污染能力
从实验结果表2看出，随着钻井液中劣质土侵加量的增大，该钻井液的表观黏度、塑性黏度、动切力、高温高压滤矢量都逐渐增加，破乳电压逐渐降低，但从总体性能来看，该钻井液具有较好的抗劣质土污染能力，可以满足钻井施工的要求。
上面结合实施例对本发明做了进一步的叙述，但本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (5)
1.一种油基钻井液，包括基础油、CaCl2盐水、乳化剂、降滤失剂、氢氧化钙、提切剂、增粘剂和加重材料，其特征在于还包含有以植物松焦油和植物油酸为组分的润湿剂，按重量百分比计，该钻井液由所述润湿剂1%~3%、基础油50%~80%、CaCl2盐水5-10%、乳化剂2%~5%、降滤失剂3%~6%、氢氧化钙0.5%~3%、提切剂0.3%~2%、增粘剂0.5%~3%、加重材料余量组成；所述CaCl2盐水的质量百分浓度为32%，
所述润湿剂中植物松焦油和植物油酸，按重量百分比计，植物松焦油占润湿剂总量的60%，植物油酸占润湿剂总量的40%，
所述基础油为3#白油、0#柴油、气制油Saraline185V中的任一种；
所述提切剂为肉豆蔻酸或异辛酸铝；
所述增粘剂为硬脂酸或硬脂酸铝。
2.根据权利要求1所述的油基钻井液，其特征在于：所述乳化剂为石油磺酸钙、石油磺酸钡、十二烷基苯磺酸钙、十六烷基甲基氯化铵、SPAN-80中的任一种。
3.根据权利要求1所述的油基钻井液，其特征在于：所述降滤失剂为氧化沥青或腐植酸酰胺。
4.根据权利要求1所述的油基钻井液，其特征在于：所述加重材料为重晶石、铁矿粉、石灰石粉、四氧化锰中的任一种。
5.根据权利要求1至4任一项所述的油基钻井液，其特征在于：按重量百分比计，该钻井液由以植物松焦油和植物油酸重量比为60/40的润湿剂2%、3#白油60%、CaCl2盐水6%、十二烷基苯磺酸钙3%、腐植酸酰胺4%、氢氧化钙2%、异辛酸铝1%、硬脂酸2%、重晶石20%组成；所述CaCl2盐水的质量百分浓度为32%。
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