专利名称：一种弱凝胶合成基钻井液及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种钻井液，特别是一种弱凝胶合成基钻井液及其制备方法。
背景技术：
对于大斜度井、大位移井及水平井的钻进，使用传统的水基钻井液钻进时，由于钻井液悬浮及携带钻屑能力不强，导致在井壁附近形成大量的岩屑床；若使用携带钻屑能力强的水基钻井液钻进时，虽然解决了携砂问题，但是与油基钻井液相比，却存在摩阻大、起下钻困难等问题；传统的油基及合成基钻井液，虽然抑制性及润滑性好，但是其低剪切速率粘度较小，悬浮及携带钻屑能力相对较弱。因此，有必要提供一种能够满足大斜度井、大位移井及水平井钻进需求的合成基 钻井液。
发明内容
本发明公开了一种具有良好的触变性能的弱凝胶合成基钻井液，该钻井液具有很高的低剪切速率粘度。使用该种钻井液在大斜度井、大位移井及水平井钻进时，由于它具有很强的悬浮及携带钻屑的能力，因此在井壁附近不容易形成岩屑床，使得在大斜度井、大位移井及水平井钻井作业能顺利进行。本发明所公开的弱凝胶合成基钻井液，包括如下组分气制油合成基基液按体积计60 95份；质量分数为25 35 %的氯化钙水溶液按体积计5 40份；以及基于所述气制油合成基基液和所述氯化钙水溶液的总体积份数按质量体积比计，有机土I. O 3. 5% ;主乳化剂0. 5 4. 0% ;辅乳化剂0. 5 3. 5% ;氧化钙O.5 3. 5% ;润湿剂O.5 2. 5% ;降滤失剂I. O 4. 0% ；加重剂20 100%。其中，所述“质量体积比”是指其它组分的质量与所述气制油合成基基液和所述氯化钙水溶液的总体积的百分比值，其中当其它组分的质量以“g”作为单位时，相对应的体积的单位为“ml”。除气制油合成基基液和氯化钙水溶液之外的其它组分的质量通过下述公式计算其它组分的质星M其它组分=(V合成基基液+Vg；化μ_)X各组分的质星体积比；其中M其它组分-其它组分的质量，g ；合成基基液的体积，ml ；
氯化钙水溶液的体积，ml ；在本发明的弱凝胶合成基钻井液中的组成中，气制油合成基基液是在HTHP条件下，加入铁、钴、镍等催化剂，由天然气通过费托法聚合而成的烃类化合物。气制油合成基基液的含量可以是按体积计60 95份,优选70 90份。在本发明的弱凝胶合成基钻井液中的组成中，质量分数为25 35%的氯化钙水溶液是指25 35g氯化钙溶于75 65g水中所形成的溶液。该氯化钙水溶液的含量可以是按体积计5 40份,优选10 30份。在本发明的弱凝胶合成基钻井液中的组成中，有机土是指钠膨润土经过带长链(C12 C3tl)的烷基季铵盐改性后的土。优选地，有机土可以是中海油田服务股份有限公司(以下简称C0SL)生产的有机土 PF-MOGEL。有机土的含量可以是基于所述气制油合成基基液和所述氯化钙水溶液的总体积份数按质量体积比计，I. O 3. 5%，优选I. O 3. 0%，更·优选I. 5 3. 0%。在本发明的弱凝胶合成基钻井液中的组成中，主乳化剂是由长碳链脂肪酸、烷基苯磺酸钙、环氧丙烷与1，4_ 丁二胺的反应产物按3 : I : I 4 : 3 : 2的比例混合而成，其中长碳链脂肪酸选自月桂酸、肉豆蘧酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、妥尔油及其混合物；1，4-丁二胺与环氧丙烷的反应产物具有通常约2500至3000的分子量。优选地，主乳化剂可以是COSL生产的PF-M0EMUL-P，PF-M0EMUL-P是由妥尔油、十二烷基苯磺酸钙、环氧丙烷与1，4_ 丁二胺反应后生成的分子量为约2700 2900的聚合物按3:2:1的质量比例混合而成的。主乳化剂的含量可以是基于所述气制油合成基基液和所述氯化钙水溶液的总体积份数按质量体积比计，O. 5 4. 0%，优选O. 5 2. 5%，更优选O. 8 I. 5%。在本发明的弱凝胶合成基钻井液中的组成中，辅乳化剂是由石油磺酸钠、烷基苯磺酸钠、吐温80按2 : I : I 3 : 2 : I的质量比例混合而成。优选地，辅乳化剂可以是COSL生产的PF-M0C0AT，PF-M0C0AT是由石油磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、吐温80按3:2:1的质量比例混合而成的。辅乳化剂的含量可以是基于所述气制油合成基基液和所述氯化钙水溶液的总体积份数按质量体积比计，O. 5 3. 5%，优选O. 5 2. 5%，更优选I. 5 2. 2%。在本发明的弱凝胶合成基钻井液中的组成中，氧化钙的含量可以是基于所述气制油合成基基液和所述氯化钙水溶液的总体积份数按质量体积比计，O. 5 3. 5%，优选I. 5 3. 5%，更优选 2. O 3. 0%。在本发明的弱凝胶合成基钻井液中的组成中，润湿剂是由聚氧丙烯丁基醚、卵磷月旨、脂肪酸甲酯或脂肪酸乙酯中的三种按I : 2 : I或3 : 2 : I的质量比例混合而成。优选地，润湿剂可以是COSL生产的PF-MOWET，PF-MOWET是由聚氧丙烯丁基醚、卵磷脂、油酸乙酯按I : 2 I的质量比例混合而成的。润湿剂的含量可以是所述气制油合成基基液和所述氯化钙水溶液的总体积份数按质量以及比计，O. 5 2. 5%，优选O. 5 2. 0%，更优选O. 8 2. 0%。在本发明的弱凝胶合成基钻井液中的组成中，降滤失剂是由改性浙青树脂、有机硅橡胶粉及软化点在80°C 120°C的浙青在200°C 280°C条件下反应后生成的氧化浙青按8 : I : 24 16 : I : 24的质量比例组成的混合物。优选地，降滤失剂可以是COSL生产的PF-MOHFL，PF-MOHFL是由改性浙青树脂、有机硅橡胶粉及软化点为115°C的浙青在260°C 280°C条件下反应后生成的氧化浙青按8 I 24的质量比例混合而成的。优选地，降滤失剂的含量可以是基于所述气制油合成基基液和所述氯化钙水溶液的总体积份数按质量体积比计，I. O 4. O %，优选2 4%，更优选2. 5 3. 5 %。在本发明的弱凝胶合成基钻井液中的组成中，加重剂优选重晶石、石灰石或铁矿石。加重剂的含量由钻井液的密度来确定，一般可以是基于所述气制油合成基基液和所述氯化钙水溶液的总体积份数按质量体积比计，20 100%，优选32 90%。在本发明的弱凝胶合成基钻井液中的组成中，优选地还可包括活化提切剂。活化提切剂是由有机酸与有机胺在氮气的保护下经过缩聚反应形成的具有非线性网状结构的高分子聚合物。其中有机酸选自丁二酸、酒石酸、戊二酸、己二酸、柠檬酸及其混合物；有机胺选自乙二胺、丙二胺、丁二胺、己二胺、二乙烯三胺，三乙烯四胺、四乙烯五胺及其混合物。优选地，活化提切剂是由酒石酸、己二酸、柠檬酸中的一种与三乙烯四胺或四乙烯五胺中的一种在氮气的保护下经过缩聚反应形成的具有非线性网状结构的高分子聚合物，分子
量为约40000 90000。更优选地，活化提切剂可以是广东开平联技化工有限公司生产的PF-MOVIS。PF-MOVIS优选由己二酸与三乙烯四胺在氮气的保护下经过缩聚反应形成的具有非线性网状结构的高分子聚合物，分子量约为87000;或由酒石酸与三乙烯四胺在氮气的保护下经过缩聚反应形成的具有非线性网状结构的高分子聚合物，分子量约为85000。活化提切剂的含量可以是基于所述气制油合成基基液和所述氯化钙水溶液的总体积份数按质量体积比计，O. 3 1.5%，优选O. 3 1.2%，更优选O. 3 1.0%。本发明的弱凝胶合成基钻井液的优点是该钻井液除了具有传统油基、合成基钻井液的优点之外，还具有以下优点(I)钻井液的触变性好，即该钻井液具有很高的低剪切速率粘度(LSRV)，O. 3RPM的LSRV彡80000mPa. s ； (2)钻井液塑性粘度(PV)比传统的油基钻井液的PV小；(3)钻井液的钻速高。本发明还公开了一种制备本发明的弱凝胶合成基钻井液的方法，包括在合成基基液中加入所需量的有机土例如PF-MOGEL进行中速搅拌；然后加入所需量的主乳化剂例如PF-M0EMUL-P、辅乳化剂例如PF-M0C0AT进行高速搅拌；然后在高速搅拌的条件下加入所需量的氯化钙水溶液，进行高速搅拌；然后加入所需量的氧化钙进行高速搅拌；然后加入所需量的润湿剂例如PF-MOWET进行高速搅拌；然后加入所需量的降滤失剂例如PF-MOHFL进行高速搅拌；然后加入所需量的加重剂例如重晶石把钻井液密度调至约I. lOg/cm3
I.80g/cm3，进行高速搅拌，最后装入老化罐中老化。得到本发明的钻井液。本发明还公开了一种制备本发明的弱凝胶合成基钻井液的方法，包括在合成基基液中加入所需量的有机土例如PF-MOGEL进行中速搅拌；然后加入所需量的主乳化剂例如PF-MOEMUL-P、辅乳化剂例如PF-M0C0AT进行高速搅拌；然后在高速搅拌的条件下加入所需量的氯化钙水溶液，进行高速搅拌；然后加入所需量的氧化钙进行高速搅拌；然后加入所需量的润湿剂例如PF-MOWET进行高速搅拌；然后加入所需量的降滤失剂例如PF-MOHFL进行高速搅拌；然后加入所需量的活化提切剂例如PF-MOVIS进行高速搅拌；然后加入所需量的加重剂例如重晶石把钻井液密度调至约I. 10g/cm3 I. 80g/cm3，进行高速搅拌，最后装入老化罐中老化。得到本发明的钻井液。
具体实施方式
钻井液的制备实施例中所使用的有机土是PF-M0GEL，由COSL提供；主乳化剂是PF-M0EMUL-P，由COSL提供；辅乳化剂PF-M0C0AT，由COSL提供；润湿剂是PF-MOWET，由COSL提供；降滤失剂是 PF-MOHFL，由 COSL 提供。实施例Ia.配方气制油70份；质量分数为30%的氯化钙水溶液30份；以及基于气制油和氯化钙水溶液的总体积份数(100份)，为下述质量体积比的各组 分PF-MOGEL 2. 5% ；PF-MOEMUL-P 1. 0% ；PF-M0C0AT 1. 5% ；氧化钙2.5%;PF-MOffET 0. 8% ；PF-MOHFL 2. 5% ；加重剂重晶石32. 5%。b.配制工艺在所述体积份数的气制油中加入所述质量体积比的PF-MOGEL中速搅拌8min，加入所述质量体积比的PF-MOEMUL-P、PF-M0C0AT高速搅拌2min ;在高速搅拌的条件下加入所述体积份数的质量分数为30%的氯化钙水溶液，高速搅拌20min ;加入所述质量体积比的氧化钙高速搅拌5min ;加入所述质量体积比的PF-MOWET高速搅拌5min ;力口入所述质量体积比的PF-MOHFL高速搅拌8min ;加入所述质量体积比的重晶石把钻井液密度调至I. 2g/cm3,高速搅拌20min,装入老化罐中于100°C老化16h。得到钻井液。实施例2a.配方气制油70份；质量分数为30%的氯化钙水溶液30份；以及基于气制油和氯化钙水溶液的总体积份数(100份)，为下述质量体积比的各组分PF-MOGEL 2. 5% ；PF-MOEMUL-P 1. 0% ；PF-M0C0AT 1. 5% ；氧化钙2.5%;PF-MOffET 0. 8% ；PF-MOHFL 2. 5% ；PF-MOVIS :0. 3% (由己二酸与三乙烯四胺在氮气的保护下经过缩聚反应形成的具有非线性网状结构的高分子聚合物，分子量为87000，由广东开平联技化工有限公司提供)；加重剂重晶石32. 5%。
b.配制工艺在所述体积份数的气制油中加入所述质量体积比的PF-MOGEL中速搅拌8min，加入所述质量体积比的PF-MOEMUL-P、PF-M0C0AT高速搅拌2min ;在高速搅拌的条件下加入所述体积份数的质量分数为30%的氯化钙水溶液，高速搅拌20min ;加入所述质量体积比的氧化钙高速搅拌5min ;加入所述质量体积比的PF-MOWET高速搅拌5min ;力口入所述质量体积比的PF-MOHFL高速搅拌8min ;加入所述质量体积比的PF-MOVIS高速搅拌6min ;加入所述质量体积比的重晶石把钻井液密度调至I. 2g/cm3,高速搅拌20min,装入老化罐中于100°C老化16h。实施例3a.配方气制油80份；质量分数为25%的氯化钙水溶液20份；以及 基于气制油和氯化钙水溶液的总体积份数(100份)，为下述质量体积比的各组分PF-MOGEL 2. 5% ；PF-MOEMUL-P 0. 8% ；PF-M0C0AT 1. 8% ；氧化钙2.5%;PF-MOffET 0. 8% ；PF-MOHFL 2. 5% ；加重剂重晶石32. 5%。b.配制工艺在所述体积份数的气制油中加入所述质量体积比的PF-MOGEL中速搅拌8min，加入所述质量体积比的PF-MOEMUL-P、所述质量体积比的PF-M0C0AT高速搅拌2min ;在高速搅拌的条件下加入所述体积份数的质量分数为25%的氯化钙水溶液，高速搅拌20min ;加入所述质量体积比的氧化钙高速搅拌5min ;加入所述质量体积比的PF-MOWET高速搅拌5min ;加入所述质量体积比的PF-MOHFL高速搅拌8min ;加入所述质量体积比的重晶石把钻井液密度调至I. 2g/cm3,高速搅拌20min，装入老化罐中于100°C老化16h。得到钻井液。实施例4a.配方气制油80份；质量分数为25%的氯化钙水溶液20份；以及基于气制油和氯化钙水溶液的总体积份数(100份)，为下述质量体积比的各组分PF-MOGEL 1. 5% ；PF-MOEMUL-P 0. 8% ；PF-M0C0AT 1. 8% ；氧化钙2.5%;PF-MOffET 0. 8% ；PF-MOHFL 2. 5% ；
PF-MOVIS :0. 5% (由酒石酸与三乙烯四胺在氮气的保护下经过缩聚反应形成的具有非线性网状结构的高分子聚合物，分子量为85000，由广东开平联技化工有限公司提供)；加重剂重晶石32. 5%。b.配制工艺在所述体积份数的气制油中加入所述质量体积比的PF-MOGEL中速搅拌8min，加入所述质量体积比的PF-MOEMUL-P、所述质量体积比的PF-M0C0AT高速搅拌2min ;在高速搅拌的条件下加入所述体积份数的质量分数为25%的氯化钙水溶液，高速搅拌20min ;加入所述质量体积比的氧化钙高速搅拌5min ;加入所述质量体积比的PF-MOWET高速搅拌5min ;加入所述质量体积比的PF-MOHFL高速搅拌8min ;加入所述质量体积比的PF-MOVIS高速搅拌6min ;加入所述质量体积比的重晶石把钻井液密度调至I. 2g/cm3，高速搅拌20min,装入老化罐中于100°C老化16h。得到钻井液。实施例5a.配方气制油90份；质量分数为35%的氯化钙水溶液10份；以及基于气制油和氯化钙水溶液的总体积份数(100份)，为下述质量体积比的各组分PF-MOGEL 3. 0% ；PF-MOEMUL-P 1. 5% ；PF-M0C0AT 2. 2% ；氧化钙3.0%;PF-MOffET 1. 5% ；PF-MOHFL 3. 0% ；PF-MOVIS 0.9% (由己二酸与三乙烯四胺在氮气的保护下经过缩聚反应形成的具有非线性网状结构的高分子聚合物，分子量为87000，由广东开平联技化工有限公司提供)；加重剂重晶石81. 5%。b.配制工艺在所述体积份数的气制油中加入所述质量体积比的PF-MOGEL中速搅拌8min，加入所述质量体积比的PF-MOEMUL-P、所述质量体积比的PF-M0C0AT高速搅拌2min ;在高速搅拌的条件下加入所述体积份数的质量分数为35%的氯化钙水溶液，高速搅拌20min ;加入所述质量体积比的氧化钙高速搅拌5min ;加入所述质量体积比的PF-MOWET高速搅拌5min ;加入所述质量体积比的PF-MOHFL高速搅拌8min ;加入所述质量体积比的PF-MOVIS高速搅拌6min ;加入所述质量体积比的重晶石把钻井液密度调至I. 5g/cm3，高速搅拌20min,装入老化罐中于150°C老化16h。得到钻井液。钻井液的件能测试对实施例1-5的钻井液在65. 5°C下的φ600/φ300、Cp(,/(p3、ES (破乳电压)、LSRV进行了测试，同时还测试了实施例1-5的钻井液的FLhthp(高温高压滤失量)，并计算了钻井液的AV(表观粘度)、PV(塑性粘度)、YP(动切力)，其中实施例1-4的FLhthp测试温度为IOO0C，实施例5的FLhthp测试温度为150°C，测试结果见表I。
测试仪器a)六速旋转粘度计Fann_35A,美国Fann仪器公司生产；b)低剪切粘度计BR00KFIELD DV-II+粘度计，美国BROOKFIELD公司生产，产品型号 LVDV-II+ ；c)电稳定性测试仪美国OFI产品，产品型号#131-50 ；d)高温高压滤失仪美国OFI产品，产品型号170/171。测试方法使用六速旋转粘度计，在65. 5 °C下按SY/T5621的规定测定钻井液的φ600/φ300, φ6/φ3读数，并计算其AV、PV、YP ;在65. 5°C下使用低剪切粘度计按照中国海 洋石油总公司Q/HS6008-2010标准测定钻井液在O. 3r/min的LSRV ;用电稳定性测试仪测定钻井液的破乳电压；用高温高压滤失仪按API标准测定钻井液的FLhthp。表I.合成基钻井液的性能
权利要求
1.一种弱凝胶合成基钻井液，其包括以下各组分 气制油合成基基液按体积计60 95份，优选70 90份； 质量分数为25 35%的氯化钙水溶液按体积计5 40份，优选10 30份；以及 基于所述气制油合成基基液和所述氯化钙水溶液的总体积份数按质量体积比计， 有机土 1· O 3. 5%，优选L O 3. 0%，更优选L 5 3. 0% ; 主乳化剂0. 5 4.0%，优选O. 5 2.5%，更优选O. 8 1.5% ； 辅乳化剂0. 5 3. 5%，优选O. 5 2. 5%，更优选I. 5 2. 2% ; 氧化钙0· 5 3. 5%，优选I. 5 3. 5%，更优选2. O 3. 0% ; 润湿剂0. 5 2.5%，优选O. 5 2.0%，更优选O. 8 2.0% ； 降滤失剂1· O 4.0%，优选2 4%，更优选2. 5 3.5% ; 加重剂20 100%，优选32 90%。
2.如权利要求I中所述的弱凝胶合成基钻井液，还包括活化提切剂，所述活化提切剂的含量为基于所述气制油合成基基液和所述氯化钙水溶液的总体积份数按质量体积比计，O. 3 1.5%，优选O. 3 1.2%，更优选O. 3 1.0%。
3.如权利要求I或2中所述的弱凝胶合成基钻井液，其中所述有机土是钠膨润土经过带长链(C12 C3tl)的烷基季铵盐改性后的土。
4.如权利要求I或2中所述的弱凝胶合成基钻井液，其中所述主乳化剂是由长碳链脂肪酸、烷基苯磺酸钙、环氧丙烷与1，4_ 丁二胺的反应产物按3 : I : I 4 : 3 : 2的比例混合而成。
5.如权利要求4中所述的弱凝胶合成基钻井液，其中所述长碳链脂肪酸选自月桂酸、肉豆蘧酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、妥尔油及其混合物；所述环氧丙烷与1，4_ 丁二胺的反应产物具有2500至3000的分子量。
6.如权利要求I或2中所述的弱凝胶合成基钻井液，其中所述辅乳化剂是由石油磺酸钠、烷基苯磺酸钠、吐温80按2 : I : I 3 : 2 : I的比例混合而成。
7.如权利要求I或2中所述的弱凝胶合成基钻井液，其中所述润湿剂是由聚氧丙烯丁基醚、卵磷脂、脂肪酸甲酯或脂肪酸乙酯中的三种按I : 2 : I或3 : 2 : I的质量比例混合而成。
8.如权利要求I或2中所述的弱凝胶合成基钻井液，其中所述降滤失剂是由改性浙青树脂、有机硅橡胶粉及软化点在80°C 120°C的浙青在200°C 280°C条件下反应后生成的氧化浙青按8 : I : 24 16 : I : 24的质量比例组成的混合物。
9.如权利要求I或2中所述的弱凝胶合成基钻井液，其中所述加重剂是石灰石、重晶石或铁矿石。
10.如权利要求2中所述的弱凝胶合成基钻井液，其中所述活化提切剂是有机酸与有机胺在氮气的保护下经过缩聚反应形成的具有非线性网状结构的高分子聚合物，其中所述有机酸选自丁二酸、酒石酸、戊二酸、己二酸、柠檬酸及其混合物；所述有机胺选自乙二胺、丙二胺、丁二胺、己二胺、二乙烯三胺，三乙烯四胺、四乙烯五胺及其混合物。
11.一种制备权利要求1-10中任一项所述的弱凝胶合成基钻井液的方法，包括在合成基基液中加入所需量的有机土、进行中速搅拌；然后加入所需量的主乳化剂、辅乳化剂进行高速搅拌；然后在高速搅拌的条件下加入所需量的质量分数为25 35%的氯化钙水溶液，进行高速搅拌；然后加入所需量的氧化钙进行高速搅拌；然后加入所需量的润湿剂进行高速搅拌；然后加入所需量的降滤失剂进行高速搅拌；然后任选地加入所需量的活化提 切剂进行高速搅拌；然后加入所需量的加重剂将钻井液密度调至I. 10g/cm3 I. 80g/cm3,进行高速搅拌，最后装入老化罐中老化。
全文摘要
本发明公开了一种弱凝胶合成基钻井液，包括气制油合成基基液按体积计60～95份；质量分数为25～35％的氯化钙水溶液按体积计5～40份；以及基于气制油合成基基液和氯化钙水溶液的总体积份数按质量体积比计，有机土1.0～3.5％；主乳化剂0.5～4.0％；辅乳化剂0.5～3.5％；氧化钙0.5～3.5％；润湿剂0.5～2.5％；降滤失剂1.0～4.0％；加重剂20～100％；和任选的活化提切剂0.3～1.5％。本发明的钻井液具有以下优点(1)合成基钻井液触变性好，具有很高的低剪切速率粘度；(2)钻井液塑性粘度较传统的钻井液小。
文档编号C09K8/32GK102775970SQ201210242070
公开日2012年11月14日 申请日期2012年7月12日 优先权日2012年7月12日
发明者关英伟, 刘刚, 张兴来, 李自立, 田荣剑, 罗健生, 耿铁, 郁鲁彬, 雷克 申请人:中国海洋石油总公司, 中海油田服务股份有限公司, 开平联技化工有限公司