水基钻井液用润滑剂及其制备方法以及水基钻井液与流程

1.本发明属于钻井液技术领域，具体来讲，涉及一种水基钻井液用润滑剂及其制备方法以及水基钻井液。


背景技术：

2.页岩气长水平段水平井技术具有大幅度提高油气产量和采收率的技术优势，对油气藏具有显著的开发效益。但由于页岩气水平井段较长，在钻井过程中，岩屑会沉向下井壁，而下井壁的钻井液流速又十分缓慢，因而岩屑会堆积在下井壁形成岩屑床，一旦岩屑床的厚度达到一定的值，就会影响施工效率，发生安全问题，如造成起下钻阻卡等复杂情况的发生。
3.目前针对页岩气水平井段岩屑床对钻具摩擦扭矩没有统一的解决方法，传统的解决方法一般是使用乳化石蜡、沥青、柴油、白油等润滑剂，降低钻柱与井壁(泥饼)之间的摩擦，很少涉及钻柱与岩屑之间的摩擦，而根据现场实践表面，使用传统的润滑剂不能有效解决钻柱与岩屑之间的摩擦问题。
4.因此，有必要研制一种能够降低钻柱与岩屑之间摩擦的润滑剂，以提高页岩气水平井的施工效率。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的之一在于提供一种能够降低钻柱与岩屑之间摩擦、润滑性能好、抗温性能好的水基钻井液用润滑剂及其制备方法以及水基钻井液。
6.为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种水基钻井液用润滑剂，所述润滑剂可包括：
7.按重量份计，70～80份基础油、2～5份非离子型表面活性剂、1～3份极压抗磨剂、2～3份降凝剂和10～20份水。
8.在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述润滑剂包括：
9.按重量份计，72～78份基础油、3～4.5份非离子型表面活性剂、1.5～3份极压抗磨剂、2～3份降凝剂和12～18份水。
10.在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述基础油可包括季戊四醇酯、聚乙二醇醚和甲基硅油中的至少一种；
11.所述非离子型表面活性剂可包括sp-80、op-10或tw-80中的至少一种。
12.在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述极压抗磨剂可包括磷酸三甲基酚酯、α-巯基苯并噻唑和硫代磷酸三苯酯中的至少一种；
13.所述降凝剂为烷基萘，所述烷基萘可包括甲基萘、乙基萘和丙基萘中的至少一种。
14.本发明的另一方面提供了一种水基钻井液用润滑剂的制备方法，所述制备方法可包括步骤：
15.按重量份计，将70～80份的基础油加入反应容器中，搅拌并加入2～5份的非离子型表面活性剂，继续搅拌20～30分钟；
16.向反应容器中加入1～3份的极压抗磨剂，搅拌10～20分钟；加入2～3份降凝剂烷基萘，搅拌20～30分钟；
17.继续加入10～20份的水，搅拌20～30分钟，得到所述的水基钻井液用润滑剂。
18.在本发明另一方面的一个示例性实施例中，所述搅拌的转速可为800～1200r/min，所述反应容器内的温度可为30～40℃。
19.本发明的又一方面提供了一种水基钻井液，所述水基钻井液可包括：
20.按重量份计，100份水、3～12份膨润土、0.1～1.1份碳酸钠、0.001～0.3份氢氧化钠、2～8份抑制剂、1～9份封堵剂、2～10份如权利要求1～5中任意一项所述的润滑剂、3～11份降滤失剂、2～10份降粘剂和11～51份加重剂。
21.在本发明又一方面的一个示例性实施例中，所述水基钻井液可包括：
22.按重量份计，100份水、5～11份膨润土、0.2～0.8份碳酸钠、0.002～0.25份氢氧化钠、3～7份抑制剂、2～8份封堵剂、3～9份权利要求1～5任意一项所述的润滑剂、4～10份降滤失剂、3～8份降粘剂和13～46份加重剂。
23.在本发明又一方面的一个示例性实施例中，所述膨润土可为钠膨润土；
24.所述抑制剂可为nacl、kcl、甲酸钠和硅酸钠中的至少一种；
25.所述封堵剂可为纳米封堵剂lat或fe3o4或磺化沥青sas；
26.在本发明又一方面的一个示例性实施例中，所述降滤失剂可为钠羧甲基纤维素cmc、磺甲基酚醛树脂smp-1和聚丙烯腈hpan中的至少一种；
27.所述降粘剂可为铁铬木质素磺酸盐fcls或聚丙烯酸钠x-a40；
28.所述加重剂可为重晶石粉、石灰石粉或铁矿粉中的至少一种。
29.与现有技术相比，本发明的有益效果可包括以下内容中的至少一项：
30.(1)本发明制得的水基钻井液用润滑剂，不仅能够极大的提升钻井液的润滑性能(配置形成的钻井液的润滑系数降低率均大于90％)，而且其还有较好的抗高温能力(在160℃条件下老化16h后的钻井液润滑系数基本保持不变)；
31.(2)本发明提供的水基钻井液，不仅能形成优质的泥饼，提高泥饼的稳定性，同时其润滑效果较好，还具有较好的抗温性能，尤其适用与页岩气长水平段，能够减低钻柱与岩屑之间的摩擦，提高钻井施工效率。
具体实施方式
32.在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的水基钻井液用润滑剂及其制备方法以及水基钻井液。
33.在本发明的第一示例性实施例中，提供了一种水基钻井液用润滑剂，所述润滑剂可包括：
34.按重量份计，70～80份基础油、2～5份非离子型表面活性剂、1～3份极压抗磨剂、2～3份降凝剂和10～20份水。
35.进一步地，所述润滑剂可包括：
36.按重量份计，72～78份基础油、3～4.5份非离子型表面活性剂、1.5～3份极压抗磨
剂、2～3份降凝剂和12～18份水。
37.其中，所述基础油可包括季戊四醇酯、聚乙二醇醚和甲基硅油中的至少一种。
38.所述非离子型表面活性剂可包括sp-80、op-10或tw-80中的至少一种。这里，sp-80即山梨醇酐单油酸酯或失水山梨醇单油酸酯或司盘80，op-10即十二烷基酚聚氧乙烯醚，tw-80即聚氧乙烯(20)山梨醇酐脂肪酸酯。
39.进一步地，所述极压抗磨剂可以为航空润滑油极压抗磨剂，所述航空润滑油极压抗磨剂可包括磷酸三甲基酚酯(tpc)、α-巯基苯并噻唑(mst)和硫代磷酸三苯酯(tppt或t309)中的至少一种。
40.所述降凝剂为烷基萘降凝剂，所述烷基萘可包括甲基萘、乙基萘和丙基萘中的至少一种。
41.在本发明的第二示例性实施例中，提供了一种水基钻井液用润滑剂的制备方法，所述制备方法可包括步骤：
42.按重量份计，将70～80份的基础油加入反应容器中，边搅拌边加入2～5份的非离子型表面活性剂，继续搅拌20～30分钟，使基础油与非离子型表面活性剂混合均匀。这里，反应容器可为带有搅拌功能的反应釜。
43.继续向反应容器中加入1～3份的极压抗磨剂，搅拌10～20分钟；并加入2～3份的降凝剂烷基萘搅拌20～30分钟。这里，加入极压抗磨剂和加入降凝剂不分先后顺序，可以先加其中一种，也可以两种同时加入。再向反应容器中加入10～20份温度为30～40℃的水，继续搅拌20～30分钟，即得到所述的水基钻井液用润滑剂。
44.在本示例性实施例中，所述反应容器的搅拌转速可为800～1200r/min，例如，1000r/min。所述反应容器内的温度可为30～40℃，例如，35℃。
45.在本发明的第三示例性实施例中，提供了一种水基钻井液，所述水基钻井液可包括：
46.按重量份计，100份水、3～12份膨润土、0.1～1.1份碳酸钠、0.001～0.3份氢氧化钠、2～8份抑制剂、1～9份封堵剂、2～10份如权利要求1～5中任意一项所述的润滑剂、3～11份降滤失剂、2～10份降粘剂和11～51份加重剂。
47.进一步地，所述水基钻井液可包括：
48.按重量份计，100份水、5～11份膨润土、0.2～0.8份碳酸钠、0.002～0.25份氢氧化钠、3～7份抑制剂、2～8份封堵剂、3～9份权利要求1～5任意一项所述的润滑剂、4～10份降滤失剂、3～8份降粘剂和13～46份加重剂。
49.在本示例性实施例中，所述膨润土可为钠膨润土；
50.所述抑制剂可为nacl、kcl、甲酸钠和硅酸钠中的至少一种；所述封堵剂可为纳米封堵剂lat或fe3o4或磺化沥青sas。当然，封堵剂也可以使用lat或fe3o4或磺化沥青sas任意两种或三种一起使用。
51.在本示例性实施例中，所述降滤失剂可为钠羧甲基纤维素cmc、磺甲基酚醛树脂smp-1和聚丙烯腈hpan中的至少一种。
52.所述降粘剂可为铁铬木质素磺酸盐fcls或聚丙烯酸钠x-a40。
53.所述加重剂可为重晶石粉、石灰石粉或铁矿粉中的至少一种。
54.为了更好地理解本发明的上述示例性实施例，下面结合具体示例对其进行进一步
说明。
55.本实施例中的各种化学原料，如无特别说明，均为化学纯。其中，合成基础油和烷基萘购自上海道普化学有限公司；非离子型表面活性剂购自江苏省海安石油化工厂；航空润滑油极压抗磨剂购自广州锐圣研化工科技有限公司。
56.水基钻井液用润滑剂的制备：
57.将70g季戊四醇酯加入到带有搅拌的反应釜中，在搅拌的条件下依次加入2g非离子型表面活性剂sp-80，在35℃、转速1000r/min的条件下搅拌25分钟；然后向反应釜中加入1g航空润滑油极压抗磨剂硫代磷酸三苯酯(tppt或t309)，搅拌15分钟后加入2g降凝剂甲基萘；搅拌25分钟后加入10g加热至35℃的去离子水，继续搅拌25分钟，得到所述的页岩气水平井水基钻井液用润滑剂。
58.水基钻井液的制备：
59.取560g钠膨润土、28g碳酸钠加入7l水中，高速10000r/min搅拌50min，搅拌过程中应停下两次，用玻璃棒刮下附着在浆杯内部的钠膨润土，搅拌结束后常温下密封养护24h形成基浆。
60.在10000r/min搅拌的条件下，依次向基浆中加入200gkcl、300g磺甲基酚醛树脂smp-1、400g微纳米封堵剂fe3o4、50g铁铬木质素磺酸盐fcls、1800g重晶石粉、50g上述步骤中制备的水基钻井液用润滑剂，持续搅拌40min，同时使用氢氧化钠将其ph调至11，即得本实施例的钻井液。
61.依照上述制备方法，改变润滑剂原料的加量以制备不同的页岩气水平井用润滑剂1～4，并使用润滑剂1～4形成钻井液1～4。同时改变润滑剂各物质的加量，使得润滑剂中的至少一种原料的加量不在本发明的范围内形成对比样5、6以及钻井液5、6。各物质的加量如下表1所示。
62.表1润滑剂1～4及对比样5、6中各物质的加量
[0063][0064][0065]
润滑性测试
[0066]
按照标准q/sh1170060-2014中规定的方法测试钻井液1～6的润滑性能进行测试。这里，润滑性能用润滑系数降低率来表征。通过测试钻井液润滑系数以及在160℃条件下老化16h后的钻井液润滑系数来说明本发明的效果，测试过程中，基浆的膨润土含量为6％，测
试仪器为ep极压润滑仪。具体测试结果见表2。
[0067]
表2钻井液1～6老化前后润滑系数降低率测试结果
[0068][0069]
从表2中可以看出，本发明的水基钻井液用润滑剂有较好的润滑效果，润滑剂试样1～4制备的钻井液1～4的润滑系数降低率均大于90％。老化前后润滑系数降低率相差不大说明具有较好的抗高温性。而由试样1和2可知，在润滑剂中加入航空润滑油极压抗磨剂可以显著提高润滑剂的润滑效果。
[0070]
综上所述，本发明的有益效果可包括以下内容中的至少一项：
[0071]
(1)本发明制得的水基钻井液用润滑剂，不仅能够极大的提升钻井液的润滑性能(配置形成的钻井液的润滑系数降低率均大于90％)，而且其还有较好的抗高温能力(在160℃条件下老化16h后的钻井液润滑系数基本保持不变)；
[0072]
(2)本发明提供的水基钻井液，不仅能形成优质的泥饼，提高泥饼的稳定性，同时其润滑效果较好，还具有较好的抗温性能，尤其适用与页岩气长水平段，能够减低钻柱与岩屑之间的摩擦，提高钻井施工效率。
[0073]
尽管上面已经结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。