CN106947441B - 用于油基钻井液的湿润剂的制备方法以及采用该湿润剂的油基钻井液 - Google Patents

Abstract

本申请公开了用于油基钻井液的湿润剂的制备方法，包括步骤：将植物油脂肪酸与马来酸酐或富马酸或丙烯酸混合搅拌，并加热至200～220℃反应2～4小时后降温至130℃；加入二乙烯三胺，加热脱水至260℃无水分出时为止；加入植物油脂肪酸，加入量是第一次加入重量的1.1～1.25倍，加热至220℃，分水至不再有水分出为止；降温至130℃，加入二甲苯稀释，加入体积是第一次加入的植物油脂肪酸重量的0.7倍，搅拌均匀。本发明提供的湿润剂在油基钻井液中经过260℃高温，16h热滚后高温高压滤失量为2.2～4.0ml，热滚前后表观粘度、塑性粘度变化小，其流变性好，塑性粘度低，有利于提高机械钻速，热滚后，乳化稳定性好，破乳电压都在1000V以上。

Description

用于油基钻井液的湿润剂的制备方法以及采用该湿润剂的油 基钻井液

技术领域

本发明涉及石油勘探开发领域，特别涉及油基钻井液领域。

背景技术

随着世界对石油、天然气以及页岩气资源需求量的增加，石油、天然气钻探技术也在不断发展。钻高温深井、超深井、高温页岩气井必须有和其相匹配的高温或超高温钻井液，但目前的钻井液难以满足要求。

发明内容

鉴于现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种用于油基钻井液的湿润剂的制备方法，包括步骤：

将植物油脂肪酸与马来酸酐或富马酸或丙烯酸混合搅拌，并加热至200～220℃反应2～4小时后降温至130℃；

加入二乙烯三胺，加热脱水至260℃无水分出时为止；

加入植物油脂肪酸，加入量是第一次加入重量的1.1～1.25倍，加热至220℃，分水至不再有水分出为止；

降温至130℃，加入二甲苯稀释，加入体积是第一次加入的植物油脂肪酸重量的0.7倍，搅拌均匀。

在本发明的一些实施方式中，所述植物油脂肪酸中不饱和脂肪酸含量不低于50％。

本发明还提供了一种油基钻井液，由如下成分组成：

基础油、氯化钙水溶液、有机土、重晶石、主乳化剂、辅乳化剂、润湿剂、氧化钙和降滤失剂；其中，所述润湿剂按照如上所述的方法制备。

在本发明的一些实施方式中，所述的油基钻井液所含组分如下：

基础油240～270ml；25％氯化钙水溶液30～60ml、有机土6.0-7.5g、重晶石660～666g、主乳化剂4.5～5.4g、辅乳化剂4.5～5.1g、润湿剂4.5～5.1g、氧化钙6g、降滤失剂18g。

在本发明的一些实施方式中，所述的油基钻井液中各组分可调，重晶石的加量根据所需要的密度调整，油水比根据所要求的油水比调整，氯化钙浓度根据地层活度来确定，其他处理剂的加量可根据流变要求进行调整。

在本发明的一些实施方式中，所述基础油采用白油或柴油，所述主乳化剂采用乳化剂HY-MOMUL-HF，所述辅乳化剂采用乳化剂HY-MOCOAT-HF，所述降滤失剂采用HY-TROL。

此外，本发明还提供了一种油基钻井液的制备方法，包括步骤：

量取基础油(白油或柴油)，加入主乳化剂、辅乳化剂以及润湿剂，高搅5min；

加入25％氯化钙水溶液，高搅15min；

加入氧化钙、有机土、降滤失剂，高搅10min；

加入重晶石，高搅30min；

其中，所述高搅速度为12000转/分

本发明提供的湿润剂和采用该湿润剂的油基钻井液经过260℃高温16h热滚后高温高压滤失量为2.2～4.0ml，热滚前后表观粘度、塑性粘度变化小，流变性好，塑性粘度低，有利于提高机械钻速，热滚后破乳电压都在1000V以上。这说明本发明提供的润湿剂在油基钻井液里不仅有润湿作用,而且对油基钻井液起到了高温稳定的作用.本发明提供的油基钻井液体系性能更为稳定，更能够满足现场施工的需要。

具体实施方式

为了使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对发明作进一步详细的说明，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻的理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明提供了一种油基钻井液，由基础油、25％氯化钙水溶液、有机土、重晶石、主乳化剂、辅乳化剂、润湿剂、氧化钙和降滤失剂组成。

其中，各组分的含量如下：

基础油240～270ml；25％氯化钙水溶液30～60ml、有机土6.0-7.5g、重晶石660～666g、主乳化剂4.5～5.4g、辅乳化剂4.5～5.1g、润湿剂4.5～5.1g、氧化钙6g、降滤失剂18g。

其中，基础油采用白油或柴油，主乳化剂采用乳化剂HY-MOMUL-HF，辅乳化剂采用乳化剂HY-MOCOAT-HF，降滤失剂代号为HY-TROL。

本发明中所采用的润湿剂为新型润湿剂，其成分以及制备方法将在下文详细阐述，为了便于区分，下文中将该新型润湿剂表示为SH-MOWET，将常规润湿剂表示为HY-MOWET。

按照如下表所示的成分制备实施例1～4以及对比例5～6：

上述油基钻井液的制备方法如下：

(1)用量筒量取基础油(白油或柴油)，倒入高搅杯中，加入主乳化剂、辅乳化剂以及润湿剂，高搅5min；

(2)加入25％氯化钙水溶液，高搅15min；

(3)加入氧化钙、有机土、降滤失剂，高搅10min；

(4)加入重晶石，高搅30min。

所述高搅是指在高速搅拌仪上以12000转/分搅拌。

按照如下步骤测定实施例1～4以及对比例5～6制备的油基钻井液获得如下数据：

(1)将所配油基钻井液倒入带加热套的测定杯中，加热至66℃，测定钻井液在66℃(150℉)下的流变性以及破乳电压；

(2)将测定后的油基钻井液倒入老化罐中密封；

(3)将滚子加热炉加温至260℃，将老化罐放入滚子加热炉中，在260℃的温度下热滚16h；

(4)从滚子加热炉中取出老化罐，降温，然后将油基钻井液倒入高搅杯中，在12000转/分钟的转速下高搅10分钟；

(5)测定油基钻井液在66℃(150℉)下的流变，并测定180℃高温高压滤失量以及破乳电压。

其中，AV—钻井液的表观粘度,单位mpa.s；

PV—钻井液的塑性粘度,单位mpa.s；

YP—钻井液的屈服值,单位pa；

GEL—钻井液的静切力pa；

HTHP,FL—钻井液的高温高压滤失量,单位ml；

ES—油基钻井液的破乳电压,单位v。

根据实施例1～4油基钻井液以及对比例5和6的试验数据，可以得出如下结论：

实施例1～4的油基钻井液经过260℃高温16h热滚后高温高压滤失量为2.2～4.0ml，显著优于对比例5油基钻井液的45ml和对比例6油基钻井液的38ml；

实施例1～4的油基钻井液热滚前后表观粘度、塑性粘度变化小，流变性好，塑性粘度低，有利于提高机械钻速；

实施例1～4的油基钻井液热滚后破乳电压都在1000V以上，其乳化稳定性显著优于对比例5和6的428V和420V；

对比例5和6的油基钻井液在常温下性能和本发明提供的油基钻井液基本相当，但是经260℃高温滚动后其流变性能差，滤失量增大，破乳电压明显降低,这说明不加SH-MOWET作润湿剂的油基钻井液经高温260℃热滚后,体系中的某些处理剂已经降解。

因此，本发明提供的油基钻井液体系高温性能更为稳定，更能够满足现场施工的需要。

本发明中所采用的润湿剂为十分复杂的混合物，其反应历程和原理大致如下：

1、由不饱和脂肪酸含量不低于50％的植物油脂肪酸与丙烯酸或富马酸或顺丁烯二酸酐在高温200～220℃下反应2～4小时；

植物油脂肪酸的主要成分是不饱和脂肪酸，它的主要成分是含有18个碳原子的亚油酸和油酸，其结构式如下：

亚油酸CH₃(CH₂)₅-CH＝CH-CH＝CH-(CH₂)₇COOH；

油酸CH₃(CH₂)₇-CH＝CH-(CH₂)₇COOH。

亚油酸含有一个共轭双键，在少量碘的催化下它可以和丙烯酸、富马酸、顺丁烯二酸酐(马来酸酐)进行Diels-Alder环状加成反应。(注:不加碘催化,反应温度提高20℃)

亚油酸和丙烯酸反应生成：

亚油酸和富马酸反应生成：

亚油酸和顺丁烯二酸酐反应生成：

油酸只含有一个双键，不能进行Diels-Alder反应，但是油酸与羧酸和酸酐可以在和双键相邻的碳原子上进行加成反应，生成多种化合物，例如:

2、它们的反应产物与二乙烯三胺的反应在200～265℃进行，反应产物是一个脂肪酸酰胺、脂肪酸二胺和未反应的脂肪酸的混合物；

植物油脂肪酸中的亚油酸与丙烯酸或富马酸或顺丁烯二酸酐的反应产物再与二乙烯三胺反应生成酰胺或酰亚胺:

油酸和富马酸与二乙烯三胺可能会生成一种酰胺基胺或咪唑啉的混合物,其结构式如下：

CH₃(CH₂)₇CH＝CH-(CH₂)₇CONHCH₂CH₂NHCH₂CH₂NH₂ (g)

3、这些混合物在200～220℃的温度下再与脂肪酸进行进一步的反应，生成他们的衍生物。

生成的酰胺基胺或咪唑啉再与植物油中的油酸和亚油酸反应生成结构更为复杂的酰胺基胺或咪唑啉的衍生物。如：

CH₃(CH₂)₇CH＝CH(CH₂)₇CONHCH₂CH₂NHCH₂CH₂NHCO(CH₂)₇CH＝CH(CH₂)₇CH₃ (j)

当最初的反应物是亚油酸和富马酸或丙烯酸时，他们与二乙烯三胺反应然后和脂肪酸的反应结果包括：

当最初的反应物是油酸和马来酸酐时，它们与二乙烯三胺反应产物再与脂肪酸中的油酸反应时可能生成如下结构的反应产物：

综上所述，最终生成的产物是多种反应产物和反应物的混合物，其具有良好的耐高温性质，可以作为油基钻井液的高温或超高温润湿剂和油基钻井液的高温稳定剂。

上述润湿剂的制备方法如下：

将植物油脂肪酸、马来酸酐或富马酸或丙烯酸混合搅拌，并加热至200～220℃反应2～4小时后降温至130℃；

加入二乙烯三胺，加热脱水至260℃无水分出时为止；

加入植物油脂肪酸，加入量是第一次加入重量的1.1～1.25倍(即W/W＝1.1～1.25)，加热至220℃，分水至不再有水分出为止；

降温至130℃，加入二甲苯稀释，加入体积是第一次加入的植物油脂肪酸重量的0.7倍(即V/W＝0.7)，搅拌均匀。

该润湿剂可以按照如下具体方法制备：

例1：

在一个装配有温度计、冷凝管和脱水装置的三口瓶里，加入140g植物油脂肪酸、25g马来酸酐和少量碘，开动搅拌，将混合物加热到200～220℃，反应2～4小时，降温至130℃，然后加入50g二乙烯三胺，160℃以上后反应物开始脱水，加热脱水至260℃无水分出时为止，加入176g植物油脂肪酸加热至220℃，分水至不再有水分出为止，降温至130℃，加入二甲苯100ml，搅拌均匀，反应完毕。

例2：

在一个装配有温度计、冷凝管和脱水装置的三口瓶里，加入140g植物油脂肪酸、20g富马酸、0.3g碘，开动搅拌，将混合物加热到200～220℃，反应2～4小时，降温至130℃，然后加入50g二乙烯三胺，160℃以上后反应物开始脱水，加热脱水至260℃无水分出时为止，加入176g植物油脂肪酸加热至220℃，反应至不再有水分出为止。降温至130℃，加入二甲苯100ml，搅拌均匀，反应完毕。

例3：

在一个装配有温度计、冷凝管和脱水装置的三口瓶里，加入140g植物油脂肪酸、20g丙烯酸、0.3g碘，开动搅拌，将混合物加热到200～220℃，反应2～4小时，降温至130℃，然后加入50g二乙烯三胺，160℃以上后反应开始脱水，加热脱水至260℃无水分出时为止，加入160g植物油脂肪酸加热至220℃，反应至不再有水分出为止。降温至140℃，加入二甲苯100ml，搅拌均匀，反应完毕。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制性的。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，但本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.用于油基钻井液的湿润剂的制备方法，包括步骤：

将植物油脂肪酸、碘与马来酸酐或富马酸或丙烯酸混合搅拌，其中碘为反应的催化剂，并加热至200～220℃反应2～4小时后降温至130℃；

加入二乙烯三胺，加热脱水至260℃无水分出时为止；

加入植物油脂肪酸，加入量是第一次加入重量的1.1～1.25倍，加热至220℃，分水至不再有水分出为止；

降温至130℃，加入二甲苯稀释，加入体积是第一次加入的植物油脂肪酸重量的0.7倍，搅拌均匀，其中，所述植物油脂肪酸中不饱和脂肪酸含量不低于50％。

2.油基钻井液，由如下成分组成：

基础油、氯化钙水溶液、有机土、重晶石、主乳化剂、辅乳化剂、润湿剂、氧化钙和降滤失剂；

其中，所述润湿剂按照权利要求1所述的方法制备。

3.根据权利要求2所述的油基钻井液，其中所含组分如下：

基础油240～270ml；25％氯化钙水溶液30～60ml、有机土6.0-7.5g、重晶石660～666g、主乳化剂4.5～5.4g、辅乳化剂4.5～5.1g、润湿剂4.5～5.1g、氧化钙6g、降滤失剂18g。