CN107502315A

CN107502315A - 一种具有强封堵性的环保型钻井液

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Publication number: CN107502315A
Application number: CN201710702198.1A
Authority: CN
Inventors: 李广环; 黄达全; 王伟忠; 龙涛; 张健; 苏君; 马红; 曹孜英; 王运动; 舒儒宏; 郭剑梅
Original assignee: CNPC Bohai Drilling Engineering Co Ltd
Current assignee: CNPC Bohai Drilling Engineering Co Ltd
Priority date: 2017-08-16
Filing date: 2017-08-16
Publication date: 2017-12-22

Abstract

本发明公开了一种具有强封堵性的环保型钻井液，包括2‑6％的膨润土、0.3‑0.5％的碳酸钠、0.3‑0.5％的抑制剂、0.2‑0.5％的提粘切剂、0.1‑0.3％的黄原胶、2‑8％的降滤失剂、2‑5％的封堵剂、1‑4％的碳酸钙、0.5‑4％的润滑剂、25‑250％惰性加重剂；所述纳米封堵剂由包覆AlOOH的碳球、丙烯酰胺、N‑异丙基丙烯酰胺、六亚甲基四胺、反应制得的产品与乙酸乙烯酯‑乙烯共聚乳液复配而成，该环保型钻井液具有封堵性能强，润滑性能强，流变性好，携岩屑能力强，环境友好的特点，尤其适用于环境敏感区地区。

Description

一种具有强封堵性的环保型钻井液

技术领域

本发明涉及石油天然气领域，具体地涉及一种具有强封堵性的环保型钻井液。

背景技术

近年来，世界各国政府及各国地方政府对钻探施工的废物排放都制订了严格的法律法规。例如：美国环保署规定糠虾试验液LC₅₀(50％致死量)值必须大于30000mg/L时，废弃钻井液才允许向海洋排放。英国、荷兰、挪威要求同时测试钻井废弃物LC₅₀值和生物降解性能，以确定钻井废弃物对海洋环境的长期影响效应。中国国家***2008年发布国家标准《中国海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值》，对废弃钻井液排放做了明确规定：油基钻井液和合成钻井液、钻屑不得排放入海，水基钻井液和钻屑满足排放标准并经所在海域主管部门批准后方可排海，一级海域水基钻井液和钻屑的排放标准：96h 静水生物毒性LC₅₀≥30000mg/L、Hg含量≤1mg/L、Cd含量≤3mg/L。这些严格的法律法规给钻井液施工及排放带来了严峻的挑战。

随着国家新环保法的实施，石油天然气勘探开发过程中的环保问题必须从源头上得到治理，采用环境友好的处理剂和钻、完井液体系是必然要求。目前常规的钻井液体系的处理剂以聚合物大分子包被剂、聚合物中小分子降滤失剂及沥青类防塌剂、磺化类降滤失剂为主。但这些处理剂大部分原料有毒，同时又因为生产工艺的局限，作为终端产品的处理剂仍含部分有毒物质，如聚合物处理剂中残余的丙烯酰胺、丙烯腈、丙烯酸等单体，沥青类处理剂中含有较多的稠环芳烃，酚醛树脂类处理剂中剩留的酚、醛类物质等均有较强的生物毒性，这些物质无疑都会对井场周围环境、地下水等造成污染。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有强封堵性的环保型钻井液，克服了上述现有技术之不足，提供一种既满足钻井生产需要，又能有效保护环境的环保钻井液，本发明通过如下技术方案实现：

一种具有强封堵性的环保型钻井液，包括2-6％的膨润土、0.3-0.5％的碳酸钠、0.3-0.5 的抑制剂、0.2-0.5％的提粘切剂、0.1-0.3％的黄原胶、2-8％的降滤失剂、2-5％的封堵剂、 1-4％的碳酸钙、0.5-4％的润滑剂、25-250％惰性加重剂，各组分含量均为质量含量，以水的质量计。

所述封堵剂由按30-50份包覆AlOOH的碳球、10-20份丙烯酰胺、10-20份N-异丙基丙烯酰胺、2-4份六亚甲基四胺、在0.01-0.05份引发剂下反应制得的产品与30-50份的乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液在2-5份分散剂的作用下复配而成。

该封堵剂封堵效果好、毒性小，具有一定的抗压强度和高的耐温能力，与钻井液具有良好的配伍性能。包覆AlOOH的碳球外再包覆着聚丙烯酰胺-N-异丙基丙烯酰胺材料，具有微米尺寸，内部刚性，外部具有弹性，易进入微孔或微裂缝中，起到架桥封堵的作用，AlO⁺取代NH⁴⁺从而使聚丙烯酰胺-N-异丙基丙烯酰胺材料和AlOOH发生作用而更容易包覆在AlOOH球外面；还有一部分没有包覆到AlOOH上的聚丙烯酰胺-N-异丙基丙烯酰胺材料，具有更小的尺寸，可以进去更小的纳米尺寸的孔或裂缝中，起到架桥封堵的作用，和乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液复配使用达到协同增效的作用，乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液会在裂缝处停留形成薄膜，由于聚丙烯酰胺-N-异丙基丙烯酰胺材料的架桥封堵，乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液在裂缝周围形成的膜更加不易破，增强封堵效果。N-异丙基丙烯酰胺由于分子内同时有亲水性的酰胺基和疏水性的异丙基，使其均聚物具有温度敏感性，在临界溶解温度(40-65℃)以下，溶于水，便于配制钻井液；临界温度以上，大分子链中的极性基团水化程度减少，疏水链段从溶液中析出，产生分子内和分子间缔合，呈凝胶状，可贴附在井壁，具有好的封堵性能和抗温和抗盐性能。六亚甲基四胺，在低温下比较稳定，所以在合成过程中，六亚甲基四胺并没有参与反应(50-60℃)，当封堵剂到达地层下部易垮塌，温度在100℃以上的层位时，六亚甲基四胺在高温环境中(100℃以上) 会分解生成甲醛，甲醛能与酰胺基团发生反应，使聚丙烯酰胺-N-异丙基丙烯酰胺发生交联，形成凝胶，提高封堵剂的抗温能力。

所述的封堵剂的制备方法，包括以下步骤：

1)制备包覆AlOOH的碳球

将葡萄糖溶解到去离子水中，制成葡萄糖溶液，在160-180℃下进行水热反应4-6h，反应结束后冷却到室温，离心过滤，洗涤，烘干，制得碳球；

在搅拌的条件下向偏铝酸钠溶液中加入稀硫酸，调节溶液的pH为4，再向溶液中加入尿素和十六烷基三甲基溴化铵，搅拌，直到溶液澄清，然后在搅拌的情况下加入制得的碳球，加热90-100℃，3-5h，冷却到室温，用去离子水洗涤三次，烘干，制得包覆AlOOH 的碳球；

2)制备环保型水基钻井液用封堵剂

向去离子水中加入30-50份包覆AlOOH的碳球，10-20份丙烯酰胺，10-20份N-异丙基丙烯酰胺，2-4份六亚甲基四胺，60℃搅拌均匀；在氮气保护下，缓慢加入0.01-0.05 份引发剂，50-60℃加热反应2-4小时，得到胶液，向胶液中加入水，2-5份分散剂，搅拌均匀后，缓慢加入30-50份乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液，即得环保型水基钻井液用封堵剂。

所述步骤2)中的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、偶氮二异丁基脒二盐酸盐的一种。

所述步骤2)中的分散剂为斯盘80或吐温80任意一种。

所述降滤失剂为改性淀粉降滤失剂，优选地，所述降滤失剂为预糊化木薯淀粉。

所述的润滑剂为植物油改性润滑剂，优选地，所述植物油改性润滑剂为蓖麻油改性润滑剂。

所述的提粘切剂为低粘聚阴离子纤维素、低粘羧甲基纤维素以及羟乙基纤维素中的一种或几种的组合。

所述的抑制剂选自聚胺、聚醚胺的一种或多种。

所述的碳酸钙为600目-1500目的碳酸钙。

所述惰性加重剂为重晶石。

本发明的有益效果为：该具有强封堵性的环保型钻井液具有很好的热稳定性，滤失量很低，采用的封堵剂和碳酸钙可以有效的封堵孔喉从纳米级一直到接近毫米级，具有强封堵性能，和传统的钻井液相比具有更好的抑制泥页岩水化的作用，防止其膨胀、坍塌，对井壁稳定有良好的效果。本发明钻井液具有强的润滑性能，减少钻杆摩阻，防止钻进过程中的卡钻问题；具有好的流变性，携岩屑能力强，适合大位移井的施工。本发明的钻井液EC₅₀均大于30000mg/L，安全环保，可实现直接排放。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述。

实施例1

本发明提供一种具有强封堵性的环保型钻井液，包括2％的膨润土、0.3％的碳酸钠、 0.3％的聚胺、0.2％的低粘聚阴离子纤维素、0.3％的黄原胶、2％的预糊化木薯淀粉、2％的封堵剂、1％的600目碳酸钙、0.5％的蓖麻油改性润滑剂、25％重晶石，各组分含量均为质量含量，以水的质量计。

所述封堵剂制备方法如下：

1)将葡萄糖溶解到去离子水中，制成葡萄糖溶液，然后将葡萄糖溶液转移至内衬为

四氟乙烯的水热合成釜中，在160℃下反应6h，反应结束后冷却到室温，离心过滤，用去离子水洗涤三次，烘干，制得碳球。

2)在装有机械搅拌器的四口瓶中加入在偏铝酸钠溶液，然后加入稀硫酸调节溶液的 pH为4，再向溶液中加入尿素和十六烷基三甲基溴化铵，搅拌，直到溶液澄清，然后在搅拌的情况下将步骤1中制得的碳球加入四口瓶，加热90℃搅拌5h，冷却到室温，用去离子水洗涤三次，烘干，制得AlOOH球。

3)在装有机械搅拌器的四口瓶中加入30份AlOOH球，加入8份丙烯酰胺，8份 N-异丙基丙烯酰胺，2份六亚甲基四胺，80份去离子水，60℃搅拌均匀；在氮气保护下，缓慢加入0.01份过硫酸铵，50℃加热反应4小时，得到胶液，向胶液中加入80份去离子水，2份斯盘80，搅拌均匀后，缓慢加入30份乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液，即得环保型水基钻井液用封堵剂。

实施例2

本发明提供一种具有强封堵性的环保型钻井液，包括6％的膨润土、0.5％的碳酸钠、 0.5的聚胺醚、0.2％的低粘羧甲基纤维素、0.3％的羟乙基纤维素、0.1％的黄原胶、8％的预糊化木薯淀粉、5％的封堵剂、4％的1250目碳酸钙、4％的蓖麻油改性润滑剂、200％重晶石，各组分含量均为质量含量，以水的质量计。

所述封堵剂的制备方法如下：

1)与实施例1相同，仅水热反应条件不同，在180℃下反应4h。

2)在装有机械搅拌器的四口瓶中加入偏铝酸钠溶液，然后加入稀硫酸调节溶液的pH 为4，再向溶液中加入尿素和十六烷基三甲基溴化铵，搅拌，直到溶液澄清，然后在搅拌的情况下将步骤1中制得的碳球加入四口瓶，加热100℃搅拌3h，冷却到室温，用去离子水洗涤三次，烘干，制得AlOOH球。

3)在装有机械搅拌器的四口瓶中加入50份AlOOH球，加入10份丙烯酰胺，10份 N-异丙基丙烯酰胺，4份六亚甲基四胺，80份去离子水，60℃搅拌均匀；在氮气保护下，缓慢加入0.05份偶氮二异丁基脒二盐酸盐，60℃加热反应2小时，得到胶液，向胶液中加入80份去离子水，5份吐温80，搅拌均匀后，缓慢加入50份乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液，即得环保型水基钻井液用封堵剂。

实施例3

本发明一种具有强封堵性的环保型钻井液，包括4％的膨润土、0.4％的碳酸钠、0.4 的聚胺、0.2％的羟乙基纤维素、0.2％的黄原胶、4％的预糊化木薯淀粉、3％的封堵剂、3％的1500目碳酸钙、2％的蓖麻油改性润滑剂、250％重晶石，各组分含量均为质量含量，以水的质量计。

所述封堵剂的制备方法如下：

1)与实施例1相同，仅水热反应条件不同，在170℃下反应5h。

2)在装有机械搅拌器的四口瓶中加入在偏铝酸钠溶液，然后加入稀硫酸调节溶液的 pH为4，再向溶液中加入尿素和十六烷基三甲基溴化铵，搅拌，直到溶液澄清，然后在搅拌的情况下将步骤1中制得的碳球加入四口瓶，加热95℃搅拌4h，冷却到室温，用去离子水洗涤三次，烘干，制得AlOOH球。

3)在装有机械搅拌器的四口瓶中加入40份AlOOH球，加入9份丙烯酰胺，9份 N-异丙基丙烯酰胺，3份六亚甲基四胺，80份去离子水，60℃搅拌均匀；在氮气保护下，缓慢加入0.03份过硫酸钾，55℃加热反应3小时，得到胶液，向胶液中加入80份去离子水，4份吐温80，搅拌均匀后，缓慢加入40份乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液CW40-707，即得环保型水基钻井液用封堵剂。

表1为一种具有强封堵性的环保型钻井液性能评价结果，测试了高温下本发明钻井液的流变性能，降滤失性能和润滑系数降低率等指标。

表1钻井液性能

注：流变性能在50℃下测量，常规钻井液体系密度和本发明实施例2相同。

从表1可以看出，本发明钻井液具有优良的性能，和常规钻井液体系相比，本发明具有强封堵性的环保型钻井液性能再低的表面粘度的情况下仍然具有高的动切力，说明流变性能，携岩能力强，本发明钻井液具有很好的降滤失性能和强的润滑性能。

表2为一种具有强封堵性的环保型钻井液毒性评价结果，测试了钻井液的生物毒性。

表2钻井液生物毒性结果

配方	EC₅₀(mg/L)
		实施例1	2.1x10⁵
实施例2	1.7x10⁵
		实施例3	2.6x10⁵

根据行标SY/T 6788-2010中规定，EC₅₀大于25000mg/L，就认为是无毒，本发明环保型水基钻井液用封堵剂的EC₅₀均远远大于25000mg/L。

Claims

1.一种具有强封堵性的环保型钻井液，其特征在于，包括2-6％的膨润土、0.3-0.5％的碳酸钠、0.3-0.5的抑制剂、0.2-0.5％的提粘切剂、0.1-0.3％的黄原胶、2-8％的降滤失剂、2-5％的封堵剂、1-4％的碳酸钙、0.5-4％的润滑剂、25-250％惰性加重剂，各组分含量均为质量含量，以水的质量计；

2.如权利要求1所述的具有强封堵性的环保型钻井液，其特征在于，所述的封堵剂的制备方法，包括以下步骤：

1)制备包覆AlOOH的碳球

在搅拌的条件下向偏铝酸钠溶液中加入稀硫酸，调节溶液的pH为4，再向溶液中加入尿素和十六烷基三甲基溴化铵，搅拌，直到溶液澄清，然后在搅拌的情况下加入制得的碳球，加热90-100℃，3-5h，冷却到室温，用去离子水洗涤三次，烘干，制得包覆AlOOH的碳球；

2)制备封堵剂

向去离子水中加入30-50份包覆AlOOH的碳球，10-20份丙烯酰胺，10-20份N-异丙基丙烯酰胺，2-4份六亚甲基四胺，60℃搅拌均匀；在氮气保护下，缓慢加入0.01-0.05份引发剂，50-60℃加热反应2-4小时，得到胶液，向胶液中加入水，2-5份分散剂，搅拌均匀后，缓慢加入30-50份乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液，即得封堵剂。

3.如权利要求2所述的具有强封堵性的环保型钻井液，其特征在于，所述步骤2)中的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾或偶氮二异丁基脒二盐酸盐。

4.如权利要求2所述的具有强封堵性的环保型钻井液，其特征在于，所述步骤2)中的分散剂为斯盘80或吐温80。

5.如权利要求1所述的具有强封堵性的环保型钻井液，其特征在于，所述降滤失剂为改性淀粉降滤失剂，优选地，所述降滤失剂为预糊化木薯淀粉。

6.如权利要求1所述的具有强封堵性的环保型钻井液，其特征在于，所述的润滑剂为植物油改性润滑剂，优选地，所述植物油改性润滑剂为蓖麻油改性润滑剂。

7.如权利要求1所述的具有强封堵性的环保型钻井液，其特征在于，所述的提粘切剂为低粘聚阴离子纤维素、低粘羧甲基纤维素以及羟乙基纤维素中的一种或几种的组合。

8.如权利要求1所述的具有强封堵性的环保型钻井液，其特征在于，所述的抑制剂为聚胺和/或聚醚胺。

9.如权利要求1所述的具有强封堵性的环保型钻井液，其特征在于，所述的碳酸钙为600目-1500目的碳酸钙。

10.如权利要求1所述的具有强封堵性的环保型钻井液，其特征在于，所述惰性加重剂为重晶石。