CN107573911B - 一种高性能水基钻井液配方 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高性能水基钻井液，包括如下重量份组成：淡水100份、膨润土2‑6份、包被剂0.2‑0.6份、降滤失剂0‑5份、润滑降滤失剂1‑6份、润滑剂0‑4份、防塌封堵剂2‑6份、页岩抑制剂6‑8份、pH调节剂0.2‑0.4份、加重剂60份；所述润滑降滤失剂为硼酸酯改性氧化石墨烯，本发明提供的高性能水基钻井液体系，具有强抑制、强封堵的特点，同时具有低的润滑系数，井下摩阻小，适合于定向井、大位移井施工作业。
Description
技术领域
本发明属于石油钻井用钻井液技术领域，具体涉及一种高性能水基钻井液。
背景技术
随着我国社会经济的快速发展，对能源需求越来越高，在石油天然气等能源勘探开发中大位移井、非常规油气长水平段水平井等复杂结构井逐步成为提高油气资源开采效果的主要钻井方式，数量不断增多，钻井液的抑制润滑性与井下复杂事故之间的矛盾越来越突出。油基钻井液具有良好热稳定性，抑制性好，有利于井壁稳定性，润滑性好等优点，但是其环境可接受能力差，成本高，限制了其在深井超深井和复杂结构井的应用。从环境保护方面来说，水基钻井液相比油基钻井液更加环保，氯化钾聚合物钻井液体系因其良好的抑制性，在一些复杂结构井将有更广阔的应用前景。
大位移井钻井过程中，主要面临井壁稳定、井眼清洁和润滑防卡三个方面的技术难题。由于井壁稳定性受到地层岩石强度、井壁围岩的应力状态、井眼轨迹及地应力方位等因素的共同影响，大位移井井壁稳定问题较常规井更为突出，对钻井液的抑制封堵性能提出更高的要求，井壁不稳定，易导致掉块，也会增大摩阻，甚至造成井下事故的发生。另外大位移井井眼清洁困难，岩屑不易及时被携返至地面，极易形成岩屑床，增加了钻进和起下钻过程中的扭矩与摩阻，降低钻速，还容易导致卡钻事故的发生。随着水平位移的增加，大部分钻具躺在井眼的底部，钻柱与井壁接触面积很大，导致摩阻很大，严重时，钻压无法加至钻头。目前水基钻井液用润滑剂在处理大斜度井及长水平段水平井出现托压问题，效果不明显。水基钻井液的润滑性是限制其在大斜度井及长水平段水平井应用的重要因素。因此，研制一种新型高性能水基钻井液，提高其润滑性，同时兼具优良的抑制性和封堵性，增强高性能水基钻井液在大位移井、页岩油气和致密油气水平井等复杂结构井施工中润滑减阻性能，提高井壁稳定能力，有效提高钻井速度，对我国钻井液技术的进步具有重要的促进作用。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，发明了一种高性能水基钻井液，添加含有硼酸酯改性氧化石墨烯，改善该钻井液体系的润滑性能，显著降低水基钻井液的润滑系数，且该钻井液体系具有较强钻井液的抑制性和封堵性，能够满足大位移井施工要求。
本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：
一种高性能水基钻井液配方，包括淡水100份、膨润土2-6份、包被剂0.2-0.6份、降滤失剂0-5份、润滑降滤失剂1-6份、润滑剂0-4份、防塌封堵剂2-6份、页岩抑制剂6-8份、pH调节剂0.2-0.4份、加重剂60份；
所述润滑降滤失剂为硼酸酯改性氧化石墨烯。
所述硼酸酯为含氨基的硼酸酯，优选为含有氨基的咪唑啉型硼酸酯和酰胺型硼酸酯；所述含氨基咪唑啉型硼酸酯为油酸咪唑啉型硼酸酯、月桂酸咪唑啉型硼酸酯；
所述含氨基酰胺型硼酸酯为硬脂酸二乙二醇酰胺型硼酸酯；
所述润滑降滤失剂的制备方法，包括如下步骤：
将1-3重量份的氧化石墨烯超声分散在40-60重量份的乙醇中，加入20-30重量份的含氨基的硼酸酯，在60-100℃下反应5-12h，反应结束抽滤，用去离子水洗涤，烘干得产品。
所述包被剂为聚丙烯酰胺钾盐或阳离子聚丙烯酰胺；
所述降滤失剂为羧甲基纤维素CMC-LV或聚阴离子纤维素PAC；
所述润滑剂为改性植物油，脂肪酸甲酯、油酸甲酯、单油酸甘油酯；
防塌封堵剂为磺化沥青、SOTEX或SOTEX钾盐。
所述页岩抑制剂为KCl、聚醚胺类抑制剂D230、T403中的一种或多种。
所述pH调节剂为NaOH或KOH。
所述加重剂为重晶石。
本发明的有益效果为本发明的高性能水基钻井液具有强抑制、强封堵的特点，同时具有低的润滑系数，井下摩阻小，适合于定向井、大位移井施工作业。其中采用了润滑降滤失剂，通过硼酸酯改性氧化石墨烯制得，氧化石墨烯表面的环氧官能团和硼酸酯中的胺基进行亲核反应，有机硼酸酯类物质具有优异的润滑作用，氧化石墨烯除了具有润滑作用，还具有封堵作用，能够降低钻井液的滤失量，硼酸酯的引入增加了氧化石墨烯在钻井液中的分散性。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明，但所举实例不作为对本发明的限定。
实施例1
一种高性能水基钻井液，由以下重量份组分组成：
淡水100份、膨润土3份、聚丙烯酰胺钾盐0.2份、聚阴离子纤维素2份、润滑降滤失剂1份、改性植物油2份、SOTEX钾盐2份、KCl 7份、D230 0.5份、NaOH 0.3份、重晶石60份；
所述润滑降滤失剂的制备方法如下：
将3重量份的氧化石墨烯超声分散在60重量份的乙醇中，加入28重量份的含氨基的油酸咪唑啉硼酸酯，在80℃下反应8h，反应结束抽滤，用去离子水洗涤，烘干得产品。
实施例2
一种高性能水基钻井液，由以下重量份组分组成：
淡水100份、膨润土3份、聚丙烯酰胺钾盐0.2份、润滑降滤失剂1份、SOTEX钾盐2份、KCl 7份、D230 0.5份、NaOH 0.3份、重晶石60份；
所述润滑降滤失剂的制备方法如下：
将3重量份的氧化石墨烯超声分散在60重量份的乙醇中，加入28重量份的含氨基的油酸咪唑啉硼酸酯，在80℃下反应8h，反应结束抽滤，用去离子水洗涤，烘干得产品。
实施例3
一种高性能水基钻井液，由以下重量份组分组成：
淡水100份、膨润土3份、聚丙烯酰胺钾盐0.2份、润滑降滤失剂2份、SOTEX钾盐2份、KCl 7份、D230 0.5份、NaOH 0.3份、重晶石60份；
所述润滑降滤失剂的制备方法如下：
将3重量份的氧化石墨烯超声分散在60重量份的乙醇中，加入28重量份的含氨基的油酸咪唑啉硼酸酯，在80℃下反应8h，反应结束抽滤，用去离子水洗涤，烘干得产品。
实施例4
一种高性能水基钻井液，由以下重量份组分组成：
淡水100份、膨润土3份、聚丙烯酰胺钾盐0.2份、润滑降滤失剂3份、SOTEX钾盐2份、KCl 7份、D230 0.5份、NaOH 0.3份、重晶石60份；
所述润滑降滤失剂的制备方法如下：
将3重量份的氧化石墨烯超声分散在60重量份的乙醇中，加入28重量份的含氨基的油酸咪唑啉硼酸酯，在80℃下反应8h，反应结束抽滤，用去离子水洗涤，烘干得产品。
实施例5
一种高性能水基钻井液，由以下重量份组分组成：
淡水100份、膨润土3份、聚丙烯酰胺钾盐0.2份、羧甲基纤维素2份、润滑降滤失剂1份、单油酸甘油酯3份、磺化沥青2份、KCl 7份、T403 0.5份、KOH 0.3份、重晶石60份；
所述的润滑降滤失剂的制备方法如下：
将3重量份的氧化石墨烯超声分散在50重量份的乙醇中，加入20重量份的含氨基的月桂酸咪唑啉硼酸酯，在80℃下反应12h，反应结束抽滤，用去离子水洗涤，烘干得产品。
实施例6
一种高性能水基钻井液，由以下重量份组分组成：
淡水100份、膨润土3份、聚丙烯酰胺钾盐0.2份、润滑降滤失剂1份、SOTEX钾盐2份、KCl 7份、D230 0.5份、NaOH 0.3份、重晶石60份；
所述润滑降滤失剂的制备方法如下：
将3重量份的氧化石墨烯超声分散在50重量份的乙醇中，加入20重量份的含氨基的月桂酸咪唑啉硼酸酯，在80℃下反应12h，反应结束抽滤，用去离子水洗涤，烘干得产品。
实施例7
一种高性能水基钻井液，由以下重量份组分组成：
淡水100份、膨润土3份、聚丙烯酰胺钾盐0.2份、润滑降滤失剂2份、SOTEX钾盐2份、KCl 7份、D230 0.5份、NaOH 0.3份、重晶石60份；
所述润滑降滤失剂的制备方法如下：
将3重量份的氧化石墨烯超声分散在50重量份的乙醇中，加入20重量份的含氨基的月桂酸咪唑啉硼酸酯，在80℃下反应12h，反应结束抽滤，用去离子水洗涤，烘干得产品。
实施例8
一种高性能水基钻井液，由以下重量份组分组成：
淡水100份、膨润土3份、聚丙烯酰胺钾盐0.2份、润滑降滤失剂3份、SOTEX钾盐2份、KCl 7份、D230 0.5份、NaOH 0.3份、重晶石60份；
所述的润滑降滤失剂的制备方法如下：
将3重量份的氧化石墨烯超声分散在50重量份的乙醇中，加入20重量份的含氨基的月桂酸咪唑啉硼酸酯，在80℃下反应12h，反应结束抽滤，用去离子水洗涤，烘干得产品。
实施例9
一种高性能水基钻井液，由以下重量份组分组成；
淡水100份、膨润土3份、阳离子聚丙烯酰胺0.2份、聚阴离子纤维素2份、润滑降滤失剂1份、脂肪酸甲酯3份、SOTEX钾盐2份、KCl 7份、D230 0.5份、NaOH 0.3份、重晶石60份；
所述的润滑降滤失剂的制备方法如下：
将2重量份的氧化石墨烯超声分散在40重量份的乙醇中，加入20重量份的含氨基的硬脂酸二乙二醇酰胺硼酸酯，在80℃下反应8h，反应结束抽滤，用去离子水洗涤，烘干得产品。
实施例10
一种高性能水基钻井液，由以下重量份组分组成：
淡水100份、膨润土3份、聚丙烯酰胺钾盐0.2份、润滑降滤失剂1份、SOTEX钾盐2份、KCl 7份、D230 0.5份、NaOH 0.3份、重晶石60份；
所述的润滑降滤失剂的制备方法如下：
将2重量份的氧化石墨烯超声分散在40重量份的乙醇中，加入20重量份的含氨基的硬脂酸二乙二醇酰胺硼酸酯，在80℃下反应8h，反应结束抽滤，用去离子水洗涤，烘干得产品。
实施例11
一种高性能水基钻井液，由以下重量份组分组成：
淡水份、膨润土3份、聚丙烯酰胺钾盐0.2份、润滑降滤失剂2份、SOTEX钾盐2份、KCl7份、D230 0.5份、NaOH 0.3份、重晶石60份；
所述润滑降滤失剂的制备方法如下：
将2重量份的氧化石墨烯超声分散在40重量份的乙醇中，加入20重量份的含氨基的硬脂酸二乙二醇酰胺硼酸酯，在80℃下反应8h，反应结束抽滤，用去离子水洗涤，烘干得产品。
实施例12
一种高性能水基钻井液，由以下重量份组分组成：淡水100份、膨润土3份、聚丙烯酰胺钾盐0.2份、润滑降滤失剂3份、SOTEX钾盐2份、KCl 7份、D230 0.5份、NaOH 0.3份、重晶石60份；
所述润滑降滤失剂的制备方法如下：
将2重量份的氧化石墨烯超声分散在40重量份的乙醇中，加入20重量份的含氨基的硬脂酸二乙二醇酰胺硼酸酯，在80℃下反应8h，反应结束抽滤，用去离子水洗涤，烘干得产品。
对比例1
一种水基钻井液，由以下重量份组分组成：
淡水100份、膨润土3份、聚丙烯酰胺钾盐0.2份、聚阴离子纤维素2份、改性植物油2份、SOTEX钾盐2份、KCl 7份、D230 0.5份、NaOH 0.3份、重晶石60份；
实施例1-12，在150℃热滚16h后采用ZNN-D6六速旋转粘度计测量流变参数，测试温度50℃。采用Fann111-00型极压润滑仪测定润滑系数。高温高压测定温度为150℃。
表1流变性滤失性能及润滑系数
从表1数据可以看出，氧化石墨烯硼酸酯具有显著降低滤失量和润滑系数的作用。实施例1-12，按照GB/T 29170-2012《石油天然气工业钻井液实验室测试》中23章“页岩滚动回收测试”中规定的页岩滚动分散回收率实验方法，评价了钻井液体系的抑制性。热滚温度150℃，岩芯为渤海湾明化镇组红色泥岩，以水做对比实验。
表2抑制性评价数据
按照《GB/T 29170-2012石油天然气工业钻井液实验室测试》，使用渗透性封堵仪测定实施例1-12的钻井液体系的封堵性。所用渗滤介质为渗透率400毫达西的陶瓷片，测试30min滤失量(VPPT)。
表3封堵性评价数据
从表2和表3的数据可以看出，加入氧化石墨烯硼酸酯能够显著提高钻井液体系的抑制性和封堵性。综合表1-3数据可以看出，本发明提供一种高性能水基钻井液，具有优异的润滑性，同时抑制性和封堵性能优异。可满足大斜度井及长水平段水平井的施工需求。
以上实施例仅是选取的本发明几个较佳的实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何等同修改，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种高性能水基钻井液，其特征在于，包括如下重量份组成：淡水100份、膨润土2-6份、包被剂0.2-0.6份、降滤失剂0-5份、润滑降滤失剂1-6份、润滑剂0-4份、防塌封堵剂2-6份、页岩抑制剂6-8份、pH调节剂0.2-0.4份、加重剂60份；
所述润滑降滤失剂为硼酸酯改性氧化石墨烯；
所述硼酸酯改性氧化石墨烯为含有氨基的咪唑啉型硼酸酯和酰胺型硼酸酯；
所述含氨基咪唑啉型硼酸酯为油酸咪唑啉型硼酸酯、月桂酸咪唑啉型硼酸酯；所述含氨基酰胺型硼酸酯为硬脂酸二乙二醇酰胺型硼酸酯。
2.如权利要求1所述的高性能水基钻井液，其特征在于，所述润滑降滤失剂的制备方法，包括如下步骤：
将1-3重量份的氧化石墨烯超声分散在40-60重量份的乙醇中，加入20-30重量份的含氨基的硼酸酯，在60-100℃下反应5-12h，反应结束抽滤，用去离子水洗涤，烘干得产品。
3.如权利要求1所述的高性能水基钻井液，其特征在于，所述包被剂为聚丙烯酰胺钾盐或阳离子聚丙烯酰胺。
4.如权利要求1所述的高性能水基钻井液，其特征在于，所述降滤失剂为羧甲基纤维素CMC-LV或聚阴离子纤维素PAC。
5.如权利要求1所述的高性能水基钻井液，其特征在于，所述润滑剂为改性植物油，脂肪酸甲酯、单油酸甘油酯。
6.如权利要求1所述的高性能水基钻井液，其特征在于，防塌封堵剂为磺化沥青。
7.如权利要求6所述的高性能水基钻井液，其特征在于，所述为磺化沥青为SOLTEX。
8.如权利要求6所述的高性能水基钻井液，其特征在于，所述为磺化沥青为SOLTEX钾盐。
9.如权利要求1所述的高性能水基钻井液，其特征在于，所述页岩抑制剂为KCl、聚醚胺类抑制剂D230、T403中的一种或多种。
10.如权利要求1所述的高性能水基钻井液，其特征在于，所述pH调节剂为NaOH或KOH。
11.如权利要求1所述的高性能水基钻井液，其特征在于，所述加重剂为重晶石。
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