CN106905937A - 一种油基钻井液用提切剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种油基钻井液用提切剂及其制备方法，能有效改善油基钻井液的流变性能，提升钻井液对加重材料及钻屑的悬浮与携带能力。本提切剂以100重量份计，包括以下组分：改性锂皂石2~14重量份；改性凹凸棒石6~8重量份；分散剂2~4重量份；其他为基液。提切剂的制备方法，其步骤如下：a、将改性锂皂石及改性凹凸棒石与水混合后配制成1%~1.5%的悬浮液，然后在70~80℃温度下加入0.5～1%聚合羟基氯离子溶液；b、搅拌老化后，在250~300℃煅烧后研磨至粉末；c、将10~20%的研磨粉末加入到基液中，加热后搅拌，然后加入2~4%的分散剂，搅拌至混合均匀。原材料来源广泛，制备过程简单，制备的提切剂提切效果明显。

Description

一种油基钻井液用提切剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及石油工业钻井液的提切剂及其制备方法，特别是一种油基钻井液用提切剂及其制备方法，能有效改善油基钻井液的流变性能，提升钻井液对加重材料及钻屑的悬浮与携带能力。

背景技术

随着现代钻井技术的发展，油基钻井液因其具有井壁稳定性强、润滑性好、抗污染能力强、对地层伤害小等优良性能成为各种复杂地层钻探的重要手段。切力是决定油基钻井液性能的关键流变性参数之一，其大小直接影响钻井液携岩性、重晶石沉降稳定性等。只有保持较高切力并保持稳定，才能成功钻探复杂井，尤其是深井、高温高压井。但是，通常油基钻井液存在切力低，提高切力技术手段少的难题，限制了其应用规模和使用范围。

为了提高油基钻井液的切力，石油工作者开展了一系列相关技术研究。通常使用有机高分子作为油基钻井液提切剂的主要成分，如申请号为CN201610381991.1的专利“钻井液添加剂组合物及其应用以及油基钻井液及其应用”公开了一种含有提切剂的钻井液配方，该专利中的提切剂为二聚酸-有机胺共聚物，该共聚物包括来自二聚酸的结构单元、来自烷基胺的结构单元以及来自芳香胺的结构单元。申请号为CN201610073261.5的专利“钻井液的添加剂组合物和抗高温无土相全油基钻井液”公开了一种钻井液的添加剂组合物，该组合物含有提切剂、乳化剂和增黏剂，其中所述提切剂为二聚酸-有机胺共聚物，该共聚物包括来自二聚酸的结构单元、来自烷基胺的结构单元以及来自芳香胺的结构单元。申请号为CN201510910347.4的专利“油基钻井液用改性多聚酸类提切剂及制备方法”公开了一种油基钻井液用改性多聚酸类提切剂及制备方法，油基钻井液用改性多聚酸类提切剂由多聚酸、多烯多胺和伯胺等处理剂通过脱水缩聚反应形成，该提切剂属于低分子类的聚合物提切剂。申请号为CN201510507264.0的专利“一种油基钻井液用提切剂及其制备方法”公开了一种油基钻井液用提切剂，所述提切剂由肉豆蔻酸、硬脂酸盐为主要成分。申请号为CN201510260760.0的专利“一种增粘提切剂及其制备方法和用途”公开了一种增粘提切剂及其制备方法。该增粘提切剂是由二聚脂肪酸和多乙烯多胺按羧基:胺基＝1:0.4～1.6的摩尔比、在三乙二醇单丁醚存在的条件下反应制成。申请号为CN201410820504.8的专利“一种耐高温油基钻井液用提切剂及其制备方法与应用”公开了一种耐高温油基钻井液用提切剂及其制备方法与应用。该提切剂是由二聚酸、三乙二醇单丁醚、二乙醇胺、有机烯胺、碳酸丙烯酯反应制成。申请号为CN201410692203.1的专利“一种油基钻井液提切剂及其制备方法”公开了一种油基钻井液提切剂及其制备方法。该提切剂是由顺丁烯二酸酐、苯乙烯、引发剂、醇类化合物、催化剂等制备而成。申请号为CN201210054648.8的专利“一种含氟油基钻井液提切剂及其制备方法”公开了一种含氟油基钻井液提切剂及其制备方法，该提切剂由丙烯酸酯、全氟烷基乙基丙烯酸酯、二甲亚砜、偶氮二异丁腈、无水丙酮、无水乙醚等处理剂制备而成。

相关文章有：《无土相油基钻井液用增黏提切剂的合成及性能》（石油化工2016年第45卷第9期）介绍了一种无土相油基钻井液用增黏提切剂，该提切剂是由甲基丙烯酸十六酯、苯乙烯、过硫酸钾、二乙烯基苯、十二烷基苯磺酸钠、OP-10等处理剂通过乳液聚合反应制备而成。《油基钻井液用提切剂的研制及性能评价》（现代化工2014年第34卷第7期）介绍了一种以苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸十六酯为单体,通过悬浮聚合法合成一种亲油共聚物提切剂。《聚酯提切剂的研制及高密度油包水钻井液的配制》（钻井液与完井液2015年第32卷第6期）介绍了一种以高纯二聚酸与聚氧乙烯醚脂肪胺为原料，通过缩聚法合成了一种油溶性聚酯提切剂。《油基钻井液提切剂的复配研究》（化学工程师2014年第11期）介绍了一种以油酸聚乙二醇单酯、异辛酸铝、软脂酸、肉豆蔻酸为主要处理剂复配制备的提切剂。《VIS-3型油基钻井液增粘提切剂的合成及其性能研究》（环保钻井液技术及废弃钻井液处理技术研讨会论文集）介绍了一种以高级脂肪酸为主要原枓,利用缩合法制备而成的全油基钻井液增粘提切剂。

使用有机高分子做为主要成分的油基钻井液提切剂添加在油基钻井液中，虽具有能够提高油基钻井液性能的优点，但是存在原材料来源不广泛，反应过程要求高、制备成本高等不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种油基钻井液用提切剂及其制备方法，该提切剂的材料来源广泛、制备成本低，能够改善油基钻井液流变性能，提升钻井液对加重材料及钻屑的悬浮与携带能力，降低生产成本。

为了达到本发明的目的，本发明提供了以下技术方案：

一种油基钻井液用提切剂，所述提切剂以100重量份计，包括以下组分：

改性锂皂石 2~14重量份；

改性凹凸棒石 6~8重量份；

分散剂 2~4重量份；

其他为基液。

油基钻井液用提切剂的制备方法，其步骤如下：

a、将改性锂皂石及改性凹凸棒石与水混合后配制成1~1.5%的悬浮液，然后在70~80℃温度下加入0.5～1%聚合羟基氯离子溶液；

b、搅拌老化后，在250~300℃煅烧后研磨至粉末；

c、将10~20%的研磨粉末加入到基液中，加热后搅拌，然后加入2~4%的分散剂，搅拌至混合均匀。

与现有的机高分子为主要成分的油基钻井液提切剂相比，本发明的显著效果在于：本发明的提切剂以改性锂皂石和改性凹凸棒石作为主要原材料，原材料来源广泛，制备过程简单，制备的提切剂提切效果明显。锂皂石是一种含镁、锂、硅的粘土矿物，属蒙脱石、蛭石族中的蛭石亚族，晶体结构为三八面体型。一般为灰白色，质地细腻，硬度小。锂皂石能很快膨胀，形成包含大量水网络结构的凝胶，具有较好的触变性、分散性、悬浮性和增稠性。在凝胶水分散体系中加入少量酸、碱、盐等电解质，不会使胶体粘度降低或凝结，对电解质有较大的容耐性，胶体稳定性能良好；与有机阴离子胶体有较好的相容性和配伍性，能起到协同增稠作用。因此，锂皂石可用于制备涂料、化妆品、医药、增稠剂、分散剂、悬浮剂、烟雾剂、橡胶胶乳等。

凹凸棒石为一种晶质水合镁铝硅酸盐矿物，具有独特的层链状结构特征，在其结构中存在晶格置换，晶体中含有不定量的Na⁺、Ca²⁺、Fe³⁺、Al³⁺，晶体呈针状、纤维状或纤维集合状。凹凸棒石具有独特的分散、耐高温、抗盐碱等良好的胶体性质和较高的吸附脱色能力，并具有一定的可塑性及粘结力，具有介于链状结构和层状结构之间的中间结构。凹凸棒石呈土状、致密块状，产于沉积岩和风化壳中，颜色呈白色、灰白色、青灰色、灰绿色或弱丝绢光泽。土质细腻，有油脂滑感，质轻、性脆，断口呈贝壳状或参差状，吸水性强，悬浮液遇电介质不絮凝沉淀。由于凹凸棒石独特的晶体结构，使之具有许多特殊的物化及工艺性能，主要物化性能和工艺性能有：阳离子可交换性、吸水性、吸附脱色性，具有较大的比表面积，其比表面积在9.6～36m²/g之间。凹凸棒石在煅烧过程中，脱出一半结晶水后，经过水化后不仅可以恢复到原来的结构状态，而且晶体的衍射峰强度得到加强，分析认为是凹凸棒石经过热处理-水化循环后结构有序性提高。超过350℃热处理凹凸棒石结构水完全脱出后不能通过水化作用恢复到原来的结构状态。

研究报导，锂皂石和凹凸棒石通过氯化十六烷基二甲基苄基季铵、氯化十二烷基二甲基苄基季铵、氯化十六烷吡啶中的一种或几种的组合物改性后，显著增加了其乳化稳定性和增溶性。

本发明选用改性锂皂石和凹凸棒石制做提切剂，在油基钻井液中添加了含有改性锂皂石和凹凸棒石的提切剂后，可以提高油基钻井液体系的切力，又能降低油基钻井液体系的滤失量，提高油基钻井液对加重材料的悬浮能力及对钻屑的携带能力。

本发明实验用的油基钻井液配方为：80%柴油+20%的氯化钙溶液+3%主乳化剂+2%辅乳化剂+2%润湿剂+3%有机土+3%油基降滤失剂+2%油基封堵剂+2%CaO，氯化钙溶液中氯化钙的含量为25%，使用重晶石加重到1.7 g/cm³，在高温滚子加热炉中，120℃下滚动16h后，60℃下用六速旋转粘度计ZNN-D6测得其塑性粘度42 mPa.s，动切力14.5Pa，初切/终切6/8.5，中压滤失仪测定API滤失量FL为1.2mL。

在上述油基钻井液基础上加入本发明的提切剂0.5%，在高温滚子加热炉中，120℃下滚动16h，60℃下用六速旋转粘度计ZNN-D6测得其塑性粘度55 mPa.s，动切力23Pa，初切/终切8.5/23，中压滤失仪测定API滤失量FL为0.4mL。根据实验结果可以证实，本发明可提高油基钻井液的切力，又能降低油基钻井液体系的滤失量，提高油基钻井液对加重材料的悬浮能力及对钻屑的携带能力。提高油基钻井液对加重材料的悬浮能力及对钻屑的携带能力，可以解决常规油基钻井液切力低、钻井液携岩性不足的难题，可以避免加重材料的沉降，提高油基钻井液的携岩能力，有利于提高油基钻井液在复杂井中的施工安全。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围并不限于以下实施例。

一种油基钻井液用提切剂，以100重量份计，由以下组分组成：

改性锂皂石 2~14重量份；

改性凹凸棒石 6~8重量份；

分散剂 2~4重量份；

其他为基液。

所述基液包括白油和柴油。

所述分散剂为草酸钙、柠檬酸钙或油酸，其含量优选2~3重量份。

所述分散剂为2重量份。

所述改性锂皂石的含量优选 12~14重量份。

所述改性锂皂石的含量为 14重量份。

所述改性凹凸棒石的含量优选8重量份。

一种油基钻井液用提切剂的制备方法，其步骤如下：

a、将改性锂皂石及改性凹凸棒石与水混合后配制成1~1.5%的悬浮液，然后在70~80℃温度下加入0.5~1%聚合羟基氯离子溶液；

b、搅拌老化后，在250~300℃煅烧后研磨至粉末；

c、将10~20%的研磨粉末加入到基液中，加热后搅拌，然后加入2~4%的分散剂，搅拌至混合均匀。

所述加热后搅拌的加热温度是33~38度。

以下是本发明的实施例：

实施例1

本实施例中钻井液用提切剂包括以下组分：

白油 76重量份；

改性锂皂石 14重量份；

改性凹凸棒石 8重量份；

分散剂 2重量份。

制备步骤如下：

改性锂皂石及改性凹凸棒石用氯化十六烷基二甲基苄基季铵改性。

将改性锂皂石及改性凹凸棒石与水混合后配制成1%的悬浮液，然后在80℃下加入0.5%聚合羟基氯离子溶液搅拌老化后，在300℃煅烧后研磨至粉末。

将上述20%的粉末加入白油中，在33℃下加热搅拌，然后加入2%柠檬酸钙，搅拌至混合均匀，即得到所述油基钻井液用提切剂。

本发明实验用的油基钻井液配方为：80%柴油+20%氯化钙溶液+3%主乳化剂+2%辅乳化剂+2%润湿剂+3%有机土+3%油基降滤失剂+2%油基封堵剂+2%CaO，氯化钙溶液中氯化钙的含量为25%，使用重晶石加重到1.7 g/cm³，在高温滚子加热炉中，120℃下滚动16h后，60℃下用六速旋转粘度计ZNN-D6测得其塑性粘度42 mPa.s，动切力14.5Pa，初切/终切6/8.5，中压滤失仪测定API滤失量FL为1.2mL。

使用本优选实施例制备所成的提切液加入到上述油基钻井液中后，在高温滚子加热炉中，120℃下滚动16h，60℃下用六速旋转粘度计ZNN-D6测得其塑性粘度56 mPa.s，动切力23.5Pa，初切/终切8.5/24，中压滤失仪测定API滤失量FL 0.4mL。根据实验结果可以证实，本实施例可提高油基钻井液体系的切力，又能显著降低油基钻井液体系的滤失量，能够提高对加重材料及钻屑的悬浮与携带能力。

实施例2

本实施例中钻井液用提切剂包括以下组分：

柴油 76重量份；

改性锂皂石 12重量份；

改性凹凸棒石 8重量份

分散剂 4重量份。

制备步骤如下：

改性锂皂石及改性凹凸棒石用氯化十二烷基二甲基苄基季铵改性。

将改性锂皂石及改性凹凸棒石与水混合后配制成1.5%的悬浮液，然后在70℃下加入1%聚合羟基氯离子溶液搅拌老化，在250℃煅烧后研磨至粉末。

将上述20%的粉末加入柴油中，34℃下加热搅拌，然后加入4%油酸，搅拌至混合均匀，即得到所述油基钻井液用提切剂。

本实施例中使用的油基钻井液的配方和测定结果与实施例1相同。

使用本实施例制备所成的提切液加入到上述油基钻井液中后，在高温滚子加热炉中，120℃下滚动16h，60℃下用六速旋转粘度计ZNN-D6测得其塑性粘度55 mPa.s，动切力23Pa，初切/终切8/24，中压滤失仪测定API滤失量 FL 为0.8mL。根据实验结果可以证实，本实施例可提高油基钻井液体系的切力，又能较好地降低油基钻井液体系的滤失量，能够提高对加重材料及钻屑的悬浮与携带能力。

实施例3

本实施例中钻井液用提切剂包括以下组分：

生物柴油 85重量份；

改性锂皂石 5重量份；

改性凹凸棒石 7重量份

分散剂 3重量份。

制备步骤如下：

改性锂皂石及改性凹凸棒石用氯化十六烷吡啶改性。

将改性锂皂石及改性凹凸棒石混合后配制成1%的悬浮液，然后在80℃下加入1%聚合羟基氯离子溶液搅拌老化后，在280℃煅烧后研磨至粉末。

将上述10%的粉末加入生物柴油中，在36℃下加热搅拌，然后加入3%草酸钙，搅拌至混合均匀，即得到所述钻井液用提切剂。

本实施例中使用的油基钻井液的配方和测定结果与实施例1相同。

使用本实施例制备所成的提切液加入到上述油基钻井液中后，在高温滚子加热炉中，120℃下滚动16h，60℃下用六速旋转粘度计ZNN-D6测得其塑性粘度54 mPa.s，动切力23Pa，初切/终切7/22，中压滤失仪测定API 滤失量FL 为0.6mL。根据实验结果可以证实，本实施例可提高体系的切力，又能很好地降低油基钻井液体系的滤失量，能够提高对加重材料及钻屑的悬浮与携带能力。

实施例4

本实施例中钻井液用提切剂包括以下组分：

生物柴油 89重量份；

改性锂皂石 2重量份；

改性凹凸棒石 6重量份

分散剂 3重量份。

制备步骤如下：

改性锂皂石及改性凹凸棒石用氯化十六烷吡啶改性。

将改性锂皂石及改性凹凸棒石混合后配制成1%的悬浮液，然后在80℃下加入0.5%聚合羟基氯离子溶液搅拌老化，在280℃煅烧后研磨至粉末。

将上述10%的粉末加入生物柴油中，在38℃下加热搅拌，然后加入3%草酸钙，搅拌至混合均匀，即得到所述钻井液用提切剂。

本实施例中使用的油基钻井液的配方和测定结果与实施例1相同。

使用本实施例制备所成的提切液加入到上述油基钻井液中后，在高温滚子加热炉中，120℃下滚动16h，60℃下用六速旋转粘度计ZNN-D6测得其塑性粘度52mPa.s，动切力22.5Pa，初切/终切7.5/21，中压滤失仪测定API滤失量 FL 为1.0 mL。根据实验结果可以证实，本实施例可提高油基钻井液体系的切力，也能降低油基钻井液体系的滤失量，能够提高对加重材料及钻屑的悬浮与携带能力。

实施例5

本实施例中钻井液用提切剂包括以下组分：

白油 82重量份；

改性锂皂石 9重量份；

改性凹凸棒石 7重量份

分散剂 2重量份。

制备步骤如下：

改性锂皂石及改性凹凸棒石用氯化十六烷吡啶改性。

将改性锂皂石及改性凹凸棒石混合后配制成1.3%的悬浮液，然后在70℃下加入0.7%聚合羟基氯离子溶液搅拌老化，在290℃煅烧后研磨至粉末。

将上述17%的粉末加入生物柴油中，在37℃下加热搅拌，然后加入2.8%草酸钙，搅拌至混合均匀，即得到所述钻井液用提切剂。

本实施例中使用的油基钻井液的配方和测定结果与实施例1相同。

使用本实施例制备所成的提切液加入到上述油基钻井液中后，在高温滚子加热炉中，120℃下滚动16h，60℃下用六速旋转粘度计ZNN-D6测得其塑性粘度51mPa.s，动切力21.5Pa，初切/终切6.5/20.5，中压滤失仪测定API滤失量 FL 为0.8 mL。根据实验结果可以证实，本实施例可提高油基钻井液体系的切力，也能降低油基钻井液体系的滤失量，能够提高对加重材料及钻屑的悬浮与携带能力。

本发明绝非仅仅限于上述实施例，凡使用本发明的设计思路得出的实施例及其改进均属于本发明的保护范畴。

Claims (9)

1.一种油基钻井液用提切剂，以100重量份计，由以下组分组成：

改性锂皂石 2~14重量份；

改性凹凸棒石 6~8重量份；

分散剂 2~4重量份；

其他为基液。

2.如权利要求1所述的一种油基钻井液用提切剂，其特征是，所述基液包括白油和柴油。

3.如权利要求1所述的一种油基钻井液用提切剂，其特征是，所述分散剂为草酸钙、柠檬酸钙或油酸，其含量为2~3重量份。

4.如权利要求3所述的一种油基钻井液用提切剂，其特征是，所述分散剂为2重量份。

5.如权利要求1所述的一种油基钻井液用提切剂，其特征是，所述改性锂皂石的含量为12~14重量份。

6.如权利要求5所述的一种油基钻井液用提切剂，其特征是，所述改性锂皂石的含量为14重量份。

7.如权利要求1所述的一种油基钻井液用提切剂，其特征是，所述改性凹凸棒石的含量为8重量份。

8.如权利要求1所述的一种油基钻井液用提切剂的制备方法，其步骤如下：

a、将改性锂皂石及改性凹凸棒石与水混合后配制成1%~1.5%的悬浮液，然后在70~80℃温度下加入0.5~1%聚合羟基氯离子溶液；

b、搅拌老化后，在250~300℃煅烧后研磨至粉末；

c、将10~20%的研磨粉末加入到基液中，加热后搅拌，然后加入2~4%的分散剂，搅拌至混合均匀。

9.如权利要求8所述的一种油基钻井液用提切剂的制备方法，其特征是，所述加热后搅拌的加热温度是33~38度。