CN101942294B - 一种海洋钻井液体系及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海洋钻井液体系，该海洋钻井液体系具有保护油气层和保护环境双重功能，体系主处理剂为天然物质改性物，使用后的废弃钻井液可实现海上就地排海或转地抛洒，急性生物毒性EC50值高，可生物降解。极大降低了钻井液给海洋环境带来了环境污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种钻井液体系，特别是一种海洋钻井液体系及其制备方法。
背景技术
钻井液被称为是钻井的血液，优良的钻井液技术是保证钻井生产作业安全、优质、高效、快速的重要保证措施之一，油田开发作业中必须使用钻井/完井液。在钻井过程中及钻井结束后，钻井/完井液及其废弃物会排入周围环境。随着世界范围内环境意识的日益强烈和环境保护法律法规的日益严格，钻井/完井液及其废弃物对环境的影响引起了国内外环境保护界、石油工业界及许多公众的普遍关注，这一问题在海上油田显得尤为突出。
在海上石油钻井过程中，常使用聚磺钻井液等聚合物钻井液和油基钻井液，包括含油钻井液添加剂。
这些钻井液较好地满足了海上钻井工程的需要，但使用后也给海洋环境带来了环境污染问题，主要表现在：(1)含油废弃钻井液排放入海，油类将会从废弃钻井液中分离出来，漂浮在海面上形成海面浮油。海面浮油对海洋环境会造成一系列危害：①油类漂浮在海水水面形成油膜，影响海水与大气的交换，降低海水中的溶解氧，造成海洋生物或海上渔业的巨大损失；②油膜随海风漂流，常常向海湾及旅游风景区漂移，影响海水的颜色与气味，从而影响沿岸渔业、旅游业和工农业生产及生活用水，造成巨大的经济损失或恶劣的社会影响；③油类和它的分解产物中，存在着多种有毒物质(如苯、多环芳烃等)，这些物质在海水中被水生生物吸收、富集，然后通过食物链的作用进入人体，危害人体健康；④大面积的海洋浮油还会影响大气循环，危害海洋生态***，造成难以估计的长期环境效应。(2)没有从废弃钻井液分离出来的油类，会随废弃钻井液一起沉入海底，在海底供氧不足的条件下，油类的生物降解十分缓慢，会长期残留在海底。油类在海底的长期残留，会对海洋环境造成长期影响与危害，如影响海底动植物的生长繁殖。此外，沉入海底的废弃钻井液中的油类会逐步释放，影响海洋生物的生长繁殖，或形成海面浮油而造成多种危害。
海洋生态环境和陆上生态环境一样，是我国生态环境的重要组成部分，1982年，国家环保局、国家***相继颁布《中华人民共和国海洋环境保护法》、《海洋石油勘探开环境保护法》等法律法规，海上钻井废弃物排放法规相当严格，为此，研究环保型海洋钻井液体系，从源头关注钻井液的环保问题已成为海上石油勘探开发环保工作的重点之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种海洋钻井液体系及其制备方法。该海洋钻井液体系具有保护油气层和保护环境双重功能，体系主处理剂为天然物质改性物，使用后的废弃钻井液可实现海上就地排海或转地抛洒，急性生物毒性EC50值高，可生物降解。其克服了海上钻井液所存在的如下问题：(1)就地排海的废弃含油钻井液会对海洋环境造成油污染；(2)钻井液体系中部分聚合物重金属含量超标，同时较难生物降解，造成潜在的、长期海洋污染；(3)油基钻井液或聚磺钻井液等钻井液体系急性生物毒性EC50值较低，为微毒或中毒，会对海洋生物造成影响，并通过食物链间接影响人类生活与健康。
本发明中的一种海洋钻井液体系，包括如下重量百分比的组分(基准为钻井液体系总重)：
0.5％-1.0％环保型包被剂coater-10，
2.0％-3.0％弱凝胶增粘剂SDL-30，
1.5％-2.5％环保型降滤失剂CMS-L，
2.0％-3.0％环保型防塌剂SDE-1，
2.0％-4.0％抗高温防塌剂SDA-25，
余量为海水。
上述方案中：
环保型包被剂coater-10为白色粉末，其制备方法为：
(1)配制引发剂(氧化型和还原型)溶液：分别在93.5mL水中加入6.5g过硫酸铵和6.5g亚硫酸钠，搅拌，待引发剂完全溶解后，即得到浓度为6.5％(wt)的过硫酸铵溶液与浓度为6.5％(wt)的亚硫酸钠溶液。
(2)在烧杯中加入25mL水，向水中加入11.0g甲基丙烯酰胺，搅拌并充分溶解；
(3)加入3.0g氧化淀粉，继续搅拌，让其充分溶解；
(4)加入7.0g丙烯酸钠，继续充分搅拌；
(5)加入5.0g pH值调节剂氨水，充分搅拌；
(6)加入引发剂：先加入2.0mL过硫酸铵溶液，充分搅拌后，再加入2.0mL亚硫酸钠溶液，充分搅拌；
(7)继续搅拌，5分钟后开始发热聚合在40-50℃条件下，反应2-4h，得最终产品coater-10。
弱凝胶增粘剂SDL-30为白色粉末，其制备方法为：
(1)在150ml自来水中加入7.5g表面活性剂OP-10，配制得到5％表面活性剂OP-10水溶液；
(2)将150g 5％的表面活性剂OP-10水溶液加入到反应釜中，边搅拌边加入100g黄原胶，在80-90℃温度下，活化反应7h；
(3)活化后产品经105℃烘干、粉碎及过200目筛后，得中间产品。
(4)取中间产品50.0g，与40.0g HV-CMC和10.0g甲酸钾进行复合，得到100.0g弱凝胶增粘剂SDL-30。
环保型降滤失剂CMS-L为白色粉末，其成分为羧甲基纤维素CMS。
环保型防塌剂SDE-1为橙色粘稠液体，其制备方法为：
(1)在200mL水中，加入20.0g乙二醇，搅拌，使其充分溶解；
(2)加入10.0g聚乙二醇，继续搅拌，使其充分溶解；
(3)加入6.0g氯化钾，继续搅拌，使其充分溶解；
(4)加入2.0g三乙醇胺，继续搅拌，使所有药剂充分混合，得到环保型防塌剂SDE-1。
抗高温防塌剂SDA-25为淡黄色粉末，其制备方法为：
将40.0g聚丙烯腈钾盐，20.0g磺化酚醛树脂，25.0g油溶性树脂，15.0g超细碳酸钙，均匀混合后，得到100.0g抗高温防塌剂SDA-25。
本发明中的一种海洋钻井液体系的制备方法，包括如下步骤：
(1)取定量海水加入到搅拌杯中，开启搅拌器进行搅拌；
(2)加入占钻井液体系总重0.5％-1.0％的环保型包被剂coater-10，继续搅拌，使包被剂充分溶解；
(3)加入占钻井液体系总重2.0％-3.0％弱凝胶增粘剂SDL-30，继续搅拌，让其充分溶解；
(4)加入占钻井液体系总重1.5％-2.5％环保型降滤失剂CMS-L，继续搅拌使溶解均匀；
(5)加入占钻井液体系总重2.0％-3.0％环保型防塌剂SDE-1，继续搅拌；
(6)加入占钻井液体系总重2.0％-4.0％抗高温防塌剂SDA-25，继续搅拌；
(7)待以上钻井液添加剂溶解均匀后，得到最终产品环保型海洋钻井液体系。
上述方案中：
环保型包被剂coater-10为白色粉末，其制备方法为：
(1)配制引发剂(氧化型和还原型)溶液：分别在93.5mL水中加入6.5g过硫酸铵和6.5g亚硫酸钠，搅拌，待引发剂完全溶解后，即得到浓度为6.5％(wt)的过硫酸铵溶液与浓度为6.5％(wt)的亚硫酸钠溶液。
(2)在烧杯中加入25mL水，向水中加入11.0g甲基丙烯酰胺，搅拌并充分溶解；
(3)加入3.0g氧化淀粉，继续搅拌，让其充分溶解；
(4)加入7.0g丙烯酸钠，继续充分搅拌；
(5)加入5.0g pH值调节剂氨水，充分搅拌；
(6)加入引发剂：先加入2.0mL过硫酸铵溶液，充分搅拌后，再加入2.0mL亚硫酸钠溶液，充分搅拌；
(7)继续搅拌，5分钟后开始发热聚合在40-50℃条件下，反应2-4h，得最终产品coater-10。
弱凝胶增粘剂SDL-30为白色粉末，其制备方法为：
(1)在150ml自来水中加入7.5g表面活性剂OP-10，配制得到5％表面活性剂OP-10水溶液；
(2)将150g 5％的表面活性剂OP-10水溶液加入到反应釜中，边搅拌边加入100g黄原胶，在80-90℃温度下，活化反应7h；
(3)活化后产品经105℃烘干、粉碎及过200目筛后，得中间产品。
(4)取中间产品50.0g，与40.0g HV-CMC和10.0g甲酸钾进行复合，得到100.0g弱凝胶增粘剂SDL-30。
环保型降滤失剂CMS-L为白色粉末，其成分为羧甲基纤维素CMS。
环保型防塌剂SDE-1为橙色粘稠液体，其制备方法为：
(5)在200mL水中，加入20.0g乙二醇，搅拌，使其充分溶解；
(6)加入10.0g聚乙二醇，继续搅拌，使其充分溶解；
(7)加入6.0g氯化钾，继续搅拌，使其充分溶解；
(8)加入2.0g三乙醇胺，继续搅拌，使所有药剂充分混合，得到环保型防塌剂SDE-1。
抗高温防塌剂SDA-25为淡黄色粉末，其制备方法为：
将40.0g聚丙烯腈钾盐，20.0g磺化酚醛树脂，25.0g油溶性树脂，15.0g超细碳酸钙，均匀混合后，得到100.0g抗高温防塌剂SDA-25。
使用该海洋钻井液体系，具有如下优点：满足海上钻井工程要求，现场维护简单；环保型海洋钻井液体系具有良好的流变性、失水量小，较好的满足了海上对不同地层钻井要求；同时，体系主添加剂只有5种，现场钻井液维护简单。保护海洋环境，环保型海洋钻井液体系以天然生物聚合物为原料制备钻井液添加剂，体系的重金属含量及急性生物毒性均满足GB 4914-2008《海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值》要求，可生物降解性好。保护油气层，环保型海洋钻井液体系的渗透率恢复值可达90％以上，切除损害端面后的渗透率恢复值在92％以上，具有良好的油气层保护效果。
具体实施方式
根据本发明中的一种环保型海洋钻井液体系的制备方法，包括如下步骤：
(1)取定量海水加入到搅拌杯中，开启搅拌器进行搅拌；
(2)加入占钻井液体系总重0.5％-1.0％的环保型包被剂coater-10，继续搅拌，使包被剂充分溶解；
(3)加入占钻井液体系总重2.0％-3.0％弱凝胶增粘剂SDL-30，继续搅拌，让其充分溶解；
(4)加入占钻井液体系总重1.5％-2.5％环保型降滤失剂CMS-L，继续搅拌使溶解均匀；
(5)加入占钻井液体系总重2.0％-3.0％环保型防塌剂SDE-1，继续搅拌；
(6)加入占钻井液体系总重2.0％-4.0％抗高温防塌剂SDA-25，继续搅拌；
(7)待以上钻井液添加剂溶解均匀后，得到最终产品海洋钻井液体系。
实施例1-3中的组分百分比均是以钻井液体系为基准的重量百分比。
实施例1：
(1)取400mL海水加入到搅拌杯中，开启搅拌器进行搅拌；
(2)加入0.5％环保型包被剂coater-10，继续搅拌，使包被剂充分溶解；
(3)加入2.0％弱凝胶增粘剂，继续搅拌，让其充分溶解；
(4)加入1.5％环保型降滤失剂CMS-L，继续搅拌使溶解均匀；
(5)加入2.0％环保型防塌剂SDE-1，继续搅拌；
(6)加入2.0％抗高温防塌剂SDA-25，继续搅拌；
(7)待以上钻井液添加剂溶解均匀后，得到最终产品海洋钻井液体系。
实施例2：
(1)取400mL海水加入到搅拌杯中，开启搅拌器进行搅拌；
(2)加入0.8％环保型包被剂coater-10，继续搅拌，使包被剂充分溶解；
(3)加入2.5％弱凝胶增粘剂，继续搅拌，让其充分溶解；
(4)加入2.0％环保型降滤失剂CMS-L，继续搅拌使溶解均匀；
(5)加入2.5％环保型防塌剂SDE-1，继续搅拌；
(6)加入3.0％抗高温防塌剂SDA-25，继续搅拌；
(7)待以上钻井液添加剂溶解均匀后，得到最终产品海洋钻井液体系。
实施例3：
(1)取400mL海水加入到搅拌杯中，开启搅拌器进行搅拌；
(2)加入1.0％环保型包被剂coater-10，继续搅拌，使包被剂充分溶解；
(3)加入3.0％弱凝胶增粘剂，继续搅拌，让其充分溶解；
(4)加入2.5％环保型降滤失剂CMS-L，继续搅拌使溶解均匀；
(5)加入3.0％环保型防塌剂SDE-1，继续搅拌；
(6)加入4.0％抗高温防塌剂SDA-25，继续搅拌；
(7)待以上钻井液添加剂溶解均匀后，得到最终产品海洋钻井液体系。
实施例性能评价方法
1、流变性能评价
取配制好的实施例1-3中的环保型海洋钻井液体系，低速搅拌5min后，按照GB/T16783.1-2006的规定在六速旋转粘度计上测定钻井液的φ600、φ300、φ200、φ100、φ6、φ3的粘度、动切力、中压API失水、HTHP(150℃，3.5Mpa)失水及10s、10min的静切力。
计算：
PV＝φ600-φ300........................(1)
YP＝0.51×(φ300-PV)...................(2)
G10S(或G10min)＝φ3/2..................(3)
式中：PV——塑性粘度，mPa.s；
YP——动切力，Pa；
φ600、φ300、φ3——600r/min，300r/min，3r/min时的稳定读值，mPa.s；G10S、G10min——10s或10min的静切力，Pa
φ3——静止10s或10min时的3r/min最大读值，mPa.s；
2、抗温性能评价
取配制好的实施例1-3中的环保型海洋钻井液体系，高速搅拌20min后，装入老化罐，放入滚子炉中，在150℃下，恒温滚动16小时后，取出冷却至室温，再高搅5min后，按GB/T16783.1-2006的规定在六速旋转粘度计上测定样品溶液的φ600、φ300、φ200、φ100、φ6、φ3的粘度、动切力、失水量及10s、10min的静切力。
3、防塌性能评价
(1)泥页岩回收率评价
取一定量的钻屑，目数在6-10目之间，105℃下干燥；在老化罐中加入350mL实施例1-3中的钻井液和50.0g干燥后的钻屑，老化120℃×16h；老化后的溶液过40目筛，并用自来水自然冲洗；冲洗后的钻屑在105℃下干燥，称重，计算泥页岩回收率。
(2)泥页岩线性膨胀评价
取干燥后的岩屑，粉碎后得到岩屑粉，制备评价岩心块(4MPa压力下，压5min)；开启仪器，安装好评价岩心块，调零后倒入实施例1-3中；开始测试，记录每0.5h后的线膨胀量(mm)；与空白溶液对照，计算线膨胀量降低率。
4、重金属评价
依照GB 5084.3-1996《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》，对钻井液盐酸或硝酸酸溶预处理后，制备得到的溶解液按相应重金属元素测定方法，采用原子荧光仪、等离子质谱仪等进行测定。
5、可生物降解性评价
以BOD5(生物耗氧量)/COD(化学耗氧量)作为评价指标，先分别测定实施例产品的BOD5和COD，然后计算二者的比值。
6、急性生物毒性EC50评价
在离心机的离心管中加入20mL实施例钻井液，以1000r/min的速度进行离心，取离心后中上层液体，按照GB/T 15441-1995《水质急性毒性的测定发光细菌法》测定实施例钻井液的急性生物毒性EC50值。
表1实施例海洋钻井液流变性能对比评价(室温)
表2实施例钻井液抗温性能对比评价(150℃，16h)
表3实施例海洋钻井液防塌性能对比评价
表4 实施例
钻井液重金属含量对比评价(单位：mg/kg)
表5实施例钻井液急性生物毒性EC50对比评价
表6实施例钻井液可生物降解性对比评价
表7实施例钻井液油气层保护性能对比评价(*切端面1cm)
Claims (2)
1.一种海洋钻井液体系，包括如下重量百分比的组分，百分比基准为钻井液体系总重：
0.5%-1.0%环保型包被剂coater-10，
2.0%-3.0%弱凝胶增粘剂SDL-30，
1.5%-2.5%环保型降滤失剂CMS-L，
2.0%-3.0%环保型防塌剂SDE-1，
2.0%-4.0%抗高温防塌剂SDA-25，
余量为海水；其中
环保型包被剂coater-10为白色粉末，其制备方法为：
（1）配制引发剂溶液：分别在93.5mL水中加入6.5g过硫酸铵和6.5g亚硫酸钠，搅拌，待引发剂完全溶解后，即得到浓度为6.5%(wt)的过硫酸铵溶液与浓度为6.5%(wt)的亚硫酸钠溶液；
（2）在烧杯中加入25mL水，向水中加入11.0g甲基丙烯酰胺，搅拌并充分溶解；
（3）加入3.0g氧化淀粉，继续搅拌，让其充分溶解；
（4）加入7.0g丙烯酸钠，继续充分搅拌；
（5）加入5.0g pH值调节剂氨水，充分搅拌；
（6）加入引发剂：先加入2.0mL过硫酸铵溶液，充分搅拌后，再加入2.0mL亚硫酸钠溶液，充分搅拌；
（7）继续搅拌，5分钟后开始发热聚合在40-50℃条件下，反应2-4h，得最终产品coater-10；
弱凝胶增粘剂SDL-30为白色粉末，其制备方法为：
（1）在150ml自来水中加入7.5g表面活性剂OP-10，配制得到5%表面活性剂OP-10水溶液；
（2）将150g 5%的表面活性剂OP-10水溶液加入到反应釜中，边搅拌边加入100g黄原胶，在80-90℃温度下，活化反应7h；
（3）活化后产品经105℃烘干、粉碎及过200目筛后，得中间产品；
（4）取中间产品50.0g，与40.0g HV-CMC和10.0g甲酸钾进行复合，得到100.0g弱凝胶增粘剂SDL-30；
环保型降滤失剂CMS-L为白色粉末，其成分为羧甲基纤维素CMS；
环保型防塌剂SDE-1为橙色粘稠液体,其制备方法为：
在200mL水中，加入20.0g乙二醇，搅拌，使其充分溶解；
加入10.0g聚乙二醇，继续搅拌，使其充分溶解；
加入6.0g氯化钾，继续搅拌，使其充分溶解；
加入2.0g三乙醇胺，继续搅拌，使所有药剂充分混合，得到环保型防塌剂SDE-1；
抗高温防塌剂SDA-25为淡黄色粉末，其制备方法为：
将40.0g聚丙烯腈钾盐，20.0g磺化酚醛树脂，25.0g油溶性树脂，15.0g超细碳酸钙，均匀混合后，得到100.0g抗高温防塌剂SDA-25。
2.一种根据权利要求1所述的海洋钻井液体系的制备方法，包括如下步骤：
（1）取定量海水加入到搅拌杯中，开启搅拌器进行搅拌；
（2）加入占钻井液体系总重0.5%-1.0%的环保型包被剂coater-10，继续搅拌，使包被剂充分溶解；
（3）加入占钻井液体系总重2.0%-3.0%弱凝胶增粘剂SDL-30，继续搅拌，让其充分溶解；
（4）加入占钻井液体系总重1.5%-2.5%环保型降滤失剂CMS-L，继续搅拌使溶解均匀；
（5）加入占钻井液体系总重2.0%-3.0%环保型防塌剂SDE-1，继续搅拌；
（6）加入占钻井液体系总重2.0%-4.0%抗高温防塌剂SDA-25，继续搅拌；
（7）待以上钻井液添加剂溶解均匀后，得到最终产品环保型海洋钻井液体系。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SINOPEC SHENGLI PETROLEUM ADMINISTRATION OCEAN DRI |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| C53 | Correction of patent for invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Jiang Guancheng Inventor after: Gu Hongcheng Inventor after: Zhang Yue Inventor after: Sun Peng Inventor after: Liu Chuanqing Inventor after: Zhou Yanping Inventor after: Wang Fei Inventor after: Xie Shuixiang Inventor after: Chen Mian Inventor after: Shi Jiangang Inventor after: Zhang Jinlong Inventor after: Xu Hongbiao Inventor after: Zeng Liufang Inventor after: Li Zhiyong Inventor after: Mao Hui Inventor before: Jiang Guancheng Inventor before: Xie Shuixiang Inventor before: Chen Mian Inventor before: Shi Jiangang Inventor before: Zhang Jinlong Inventor before: Xu Hongbiao Inventor before: Zeng Liufang Inventor before: Li Zhiyong Inventor before: Mao Hui |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: JIANG GUANDENG XIE SHUIXIANG CHEN MIAN SHI JIANGANG ZHANG JINLONG XU HONGBIAO ZENG LIUFANG LI ZHIYONG MAO HUI TO: JIANG GUANDENG XIE SHUIXIANG CHEN MIAN SHI JIANGANG ZHANG JINLONG XU HONGBIAO ZENG LIUFANG LI ZHIYONG MAO HUI GU HONGCHENG ZHANG YUE SUN PENG LIU ZHUANQING ZHOU YANPING WANG FEI |
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20110816 Address after: 102200 Beijing city Changping District Road No. 18 Applicant after: China University of Petroleum (Beijing) Co-applicant after: SINOPEC Shengli Offshore Drilling Company Address before: 102200 Beijing city Changping District Road No. 18 Applicant before: China University of Petroleum (Beijing) |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |